农产品硒营养强化现状及合理强化阈值的设定分析

作者: 王鸥 王丽娟 朱大洲 徐海泉 黄建

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摘 要:目的:结合富硒农业发展现状提出农产品硒营养强化合理阈值的设定方法。方法:综述不同国家对硒的推荐摄入量,以及农作物中硒的存在形式、生物利用率和安全性,分析目前我国富硒农产品发展现状,提出硒营养强化的合理阈值设定方法。结果:我国富硒农业不断发展,但相关营养品质判断标准仍待改进。结论:我国富硒农业有巨大发展空间,建议依据食物营养特性与强化阈值进行农产品硒营养素的合理强化。

关键词:硒;营养强化;农产品;阈值

硒是人体必需微量元素之一,目前全球约有十亿人口存在硒缺乏问题[1-3]。我国是世界上严重缺硒的国家之一,缺硒省份的面积占全国总面积的70%以上,其中有1/3为严重缺硒地区,约7亿人口生活在低硒地带[4]。广泛存在的缺硒问题导致我国居民硒摄入量存在严重不足。2010—2013年中国居民营养与健康状况监测显示,我国城乡居民平均每标准人日硒摄入量为44.4 μg,有70.8%的人口硒摄入水平低于平均需要量,仅有17.8%的人口硒摄入量达到推荐摄入量(RNI)[5]。因此,我国居民硒摄入水平亟待提高。同时,调查还显示我国居民膳食中硒的食物来源主要为面制品类,占23.8%,其次是肉类,占20.5%[5]。粮谷类食物是我国居民摄入硒的主要来源,占食物硒摄入来源的40%以上,因此利用农产品进行硒强化是提高我国居民硒摄入水平的重要途径。

食用富硒农产品是提高我国居民硒摄入水平有效的途径之一。目前,富硒农产品的种植与开发已初见规模,但因种植技术、生长地域、检测方法等的不同,导致农产品硒营养强化缺乏统一的标准。本研究着眼于人体对硒的营养需求状况,汇总分析目前农产品中硒的存在形式、安全性及营养强化现状,并依据硒的需要量与食物强化评估模型提出农产品中硒营养强化阈值的分析设定方法,以期为富硒农产品的规范化管理提供科学依据。

1 硒的营养需求状况及推荐摄入标准

世界卫生组织(WHO)建议成年人硒的膳食推荐摄入量为55 μg/d[6],同时为了预防因缺硒导致的克山病,建议成年男性保证21 μg/d的硒摄入量,成年女性保证16 μg/d的硒摄入量[7]。德国、奥地利和瑞士营养学会以血液中硒蛋白的饱和度为依据,提出低硒地区居民硒的推荐摄入量为49 μg/d,同时建议成年男性硒摄入量为70 μg/d、成年女性为60 μg/d[8]。美国成年人硒的推荐摄入量为55 μg/d[9]。日本国立卫生与营养研究所建议该国成年男性硒的推荐摄入量为30 μg/d、成年女性推荐摄入量为25 μg/d[10]。欧洲食品科学委员会则提出居民硒的参考摄入量为55 μg/d [11],其中英国推荐摄入量为60~75 μg/d[12]。我国卫生行业标准及中国居民膳食营养素参考摄入标准(2013版)将中国成年男女硒的推荐摄入量定为60 μg/d,平均需要量(EAR)设定为50 μg/d[13]。不同国家对于硒的推荐摄入量差异较大,这可能是由于不同地域硒摄入水平差异造成的。报道显示,日本、美国、加拿大等国家硒的摄入水平可达100~200 μg/d,因此被认定为“高硒”或“硒充足”国家[3],而中国、德国、意大利等国家硒摄入水平低于WHO推荐水平,被认定为“缺硒”国家,因此硒的推荐摄入量相对较高[3]。

2 农产品中硒的存在形式及生物利用率

硒以无机形式存在于土壤中,经植物吸收后以无机硒和有机硒两种形式在植物体内存储起来,并经食物链传递给动物和人体[14]。农产品中的无机硒含量与种类较少,主要包括硒酸盐、亚硒酸盐等;有机硒含量与种类较多,主要包括硒蛋白、硒核酸和硒多糖等大分子硒化合物以及硒代氨基酸等小分子硒化合物[15]。硒代氨基酸是人体通过日常饮食获取硒的主要形式,其中硒代蛋氨酸主要来自植物体,硒代半胱氨酸主要来自动物体[16]。临床研究表明,无机硒的生物利用率远低于有机硒,同时对机体毒性较大[17-18],因此,有机硒是评估富硒农产品品质与营养特性的重点。目前,已有研究对通过生物强化技术手段获得的典型富硒农产品中硒的形态与生物可利用性进行了分析,结果发现,在富硒小麦、富硒大豆与富硒玉米中硒的主要存在形态均为硒代蛋氨酸,分别占三种作物总硒的44.4%、80.4%、65.7%;富硒西兰花中硒的主要存在形态为硒代蛋氨酸、硒代半胱氨酸和甲基硒代半胱氨酸,分别占其总硒的27.8%、25.9%、37.1%[19]。同时,通过人工模拟胃肠消化过程测定可知这些生物强化富硒植物中硒的生物可利用性达80%以上,是人体补充硒的较好选择[19]。

此外,硒在农作物不同可食部的分布形态也有差异。报道显示,水稻、小麦等以籽粒为可食部分的作物中硒代蛋氨酸占总硒含量的80%以上;辣椒、西瓜、西蓝花、马铃薯等以果实和茎为可食部位的农作物中硒代蛋氨酸占总硒含量的50%左右;白菜、茶叶等以叶片为可食部位的农作物中硒代蛋氨酸占总硒含量的35%左右,硒代半胱氨酸占总硒含量的25%左右,显著高于其他类作物;而胡萝卜等以根为可食部位的农作物中硒代蛋氨酸仅占总硒含量的19%左右,而无机硒占总硒含量的39%以上[20]。同时,该研究还指出,西蓝花、白菜等十字花科农作物大多含有硒代半胱氨酸,该物质表现出一定的抗癌活性[20],因此建议作为富硒农产品的培育重点。不同形态的硒具有不同的生物利用率。研究表明,有机硒具有较高的生物利用率,其中硒代蛋氨酸的生物利用率约为56%,硒甲基硒代半胱氨酸的生物利用率约为46%;无机硒中硒酸盐的生物利用率约为33%,亚硒酸盐的生物利用率约为12%[21]。

3 硒的生物安全性分析

富硒技术采用的硒源有无机硒和有机硒两类,其中无机硒主要包括硒酸钠和亚硒酸钠等,有机硒主要包括硒代蛋氨酸、甲基硒代半胱氨酸等。两类硒源均可以提高农产品中的硒含量,但具有不同的生物毒性。报道显示,无机硒的生物毒性是有机硒的3~5倍[22]。采用3种常用的硒化合物进行海参富硒作用时发现,亚硒酸钠的毒性高于硒酸钠,且二者毒性均高于有机硒源硒代蛋氨酸[23]。但也有研究对常见硒源的急性毒性进行了比较汇总,认为酵母硒和硒代蛋氨酸毒性高于亚硒酸钠和甲基硒半胱氨酸[24]。

4 农产品硒营养强化现状分析

生物强化是提高农产品中微量营养素含量的有效措施之一。目前,我国多种农产品已通过育种手段实现富硒品种的选育,如吉林农业科学院选育的富硒紫米硒含量可达6.5 μg/g干重,江苏农业科学院选育的富硒黑小麦硒含量可达普通小麦的1.2倍[25]。硒肥的使用同样是提高农产品硒含量的有效手段。叶面施硒肥可在不影响小麦产率和品质的情况下将小麦籽粒的硒含量提高约20%[26]。茶叶也是通过叶面硒肥的使用实现富硒的农产品之一,并且在富集硒的同时,茶叶本身的得率、氨基酸含量、香气成分等都会实现提升[27]。与叶面硒肥的使用相比,土壤硒肥是一种更为有效的农作物硒强化方法,通过该方法种植得到的谷物、水果及蔬菜中硒含量最高可较其本底值提高100倍[3]。

随着农作物硒生物强化技术的推广与应用,目前我国富硒农产品的标准不断增多,通过表1可以发现如下问题:(1)因地域、品种、种植方式等不同,目前我国同一品类农产品下对“富硒”定义的标准存在一定差异;(2)针对“富硒”的定义多为限定了硒含量的范围,但范围限定较为宽泛;(3)不同标准中对于硒的存在形式大多未作详细说明,这导致富硒农产品的生物利用情况并不清楚;(4)目前的富硒农产品标准中对农产品的分类较为宽泛,导致不同种类的农产品在对“富硒”的界定上并不严谨,例如现有标准对“蔬菜类”“水果类”农产品提出了富硒标准,但针对具体的不同种类的蔬菜与水果的富硒标准并未给出进一步的定义,而这恰恰是农产品营养品质评价所需要的。因此,尽管我国富硒农业不断发展,但基于现有的标准,尚不能对富硒农产品的营养品质进行客观统一的评价。

5 农产品硒营养强化阈值分析

农产品最终多以食物的形式进行利用,因此针对农产品的硒营养强化,建议应当以收获后的农产品中硒的含量进行评价与分级。同时,由于不同农产品的营养素密度不同,因此传统标准中以质量或体积计算硒含量的方法导致农产品之间缺乏横向可比性。人体每日摄取的能量则相对稳定,食物最主要的功能就是提供人体所需要的能量。因此,本研究建议以能量密度去衡量与评估硒的营养素水平,即以农产品提供100 kcal能量的同时可以提供的硒元素水平作为计量方法。

5.1 强化上限的设定

硒属于摄入过量后存在安全风险的营养素,中国居民膳食营养素参考摄入量中对成年人硒的可耐受最高摄入量(UL)规定为400 μg/d,因此建议以此作为农产品硒强化评估应用的上限阈值。我们假设两种情形下农产品元素硒生物强化的最高限值。

5.1.1 100%强化上限 假设所有农产品允许元素硒的营养强化,即每日摄入能量均来自硒强化后的农产品。按照国际通常采用的最高强化水平评估模型[28],将硒的UL值分配于每100 kcal食物中,以确保饭量最大人群(即能量摄入量为EI95人群)硒的营养素摄入量仍处于安全范围。参照中国居民营养与健康状况监测(2010—2013年)数据选取中国居民能量摄入的第95分位数(EI95=3 644.09 kcal/d),据此进行农产品中硒生物强化上限的计算。由于该情景下,农产品作为食物是唯一能量来源,因此本研究中食物强化比例系数不做计算,且不考虑通过营养素补充剂摄入营养素的量,因此最高强化水平评估模型计算公式可以简化为:最高强化量=可耐受最高摄入量/(能量摄入第95分位数/100),即FLm=UL/(EI95/100),据此计算出农产品硒营养强化的上限值为11.0 μg /100 kcal,即农产品每提供100 kcal能量时最高可提供的硒含量不应超过11.0 μg。

FLm=[UL-(CI+SI)95]/(EI95/100×PFFn)

FLm:食品中添加微量营养素最大水平,mg/100 kcal或μg/100 kcal;CI:膳食中该营养素摄入量;SI:营养素补充剂中该元素摄入量;EI95:人群能量P95摄入量;PFFn:食物强化比例系数。

5.1.2 50%强化上限 即假设对允许进行硒强化的农产品进行限制和规划,每日摄入能量中有一半来自硒强化农产品,一半来自非强化普通农产品。在此情况下,为了避免硒含量超标,强化上限计算时应考虑非强化农产品中的硒本底值,即公式中的CI值。中国居民营养与健康状况监测(2010—2013年)显示,我国居民日常饮食中硒摄入的P95值为85.5 μg/d,因此取该值的1/2记为本研究计算过程中来自非强化农产品中的硒摄入量,即CI=1/2P95。同时,强化比例系数PFFn为0.5。据此,该假设下强化上限计算公式为:最高强化量=(可耐受最高摄入量-1/2×P95)/(能量摄入第95分位数/100×0.5),即FLm=(UL-0.5×P95)/(EI95/100×0.5)。据此计算出农产品硒50%强化上限值为19.6 μg /100 kcal,即农产品每提供100 kcal能量时最高可提供的硒含量不应超过19.6 μg。

5.2 强化下限的设定

《GB 28050—2011预包装食品营养标签通则》中规定,当每100 kcal食物中矿物质含量达到NRV的5%及以上时,可以声称为“含有”。建议以此作为农产品硒营养强化的下限阈值参照。该标准中硒的NRV为50.0 μg,因此计算出农产品硒营养强化的下限值为2.5 μg /100 kcal,即农产品每提供100 kcal能量时最低可提供的硒含量不应低于2.5 μg。

5.3 强化上下限与现有富硒农产品标准比较

按照上文提到的硒强化上下限设定原则,本研究参照食物成分表进行了代表性农产品的硒强化阈值的计算。表2显示,与现行部分富硒农产品行业或地方标准相比,计算得到的农产品硒强化上下限值范围较窄;除大蒜、香菇、菜花、鸡蛋接近或高于GB 28050预包装食品营养标签规定的“含有”声称外,多数农产品100 kcal硒含量低于5% NRV,即按成年人能量需要量2 000 kcal计算,则硒的摄入量不能达到100% NRV,因此,有必要进行农产品硒的强化;从安全角度看,现有农产品硒强化标准的上限大多超过计算的强化上限,远高于GB 28050预包装食品营养标签规定的“富含”声称,如对农产品的硒强化不加于限制和规划引导,硒的摄入则将严重超出UL而导致过量的潜在安全风险。

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