多糖納米硒的制備、功能和在食品領(lǐng)域應(yīng)用的研究進(jìn)展

鐘澤梁，洪碧紅，肖美添，白鍇凱,*

（1.華僑大學(xué)化工學(xué)院，福建 廈門 361021；2.自然資源部第三海洋研究所，福建 廈門 361005；3.自然資源部海洋生物資源開發(fā)利用工程技術(shù)創(chuàng)新中心，福建 廈門 361005）

硒是動(dòng)物和人體必需的微量營養(yǎng)元素之一[1]，是組成多種含硒蛋白或酶的關(guān)鍵性元素，對(duì)維持機(jī)體的正常生命活動(dòng)至關(guān)重要，具有延緩衰老[2]、預(yù)防腫瘤[3]、調(diào)節(jié)免疫[4]等功能，特別對(duì)心血管疾病[5]、腫瘤[3]、糖尿病[6]等具有較好的輔助防治作用。硒攝入量不足會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物和人體重要器官機(jī)能的失調(diào)，從而影響健康。1973年，硒被世界衛(wèi)生組織認(rèn)定為人體必需微量元素，凸顯出其營養(yǎng)價(jià)值。然而，硒營養(yǎng)劑量與最大安全攝入量之間的范圍很窄[7]，過量攝入硒容易引起毒性反應(yīng)。傳統(tǒng)的補(bǔ)硒劑始終存在這一問題，安全性較差，面臨淘汰。

納米硒（selenium nanoparticles，SeNPs）是具有納米尺寸特征的單質(zhì)硒，具有良好的生物利用度和安全性，并展現(xiàn)出抗氧化[8]、抗腫瘤[9]、免疫調(diào)節(jié)[10]、抗菌[11]、胃黏膜保護(hù)[12]、肝保護(hù)[13]等多種功效，逐漸引起全世界科研工作者的興趣，發(fā)展前景廣闊。然而，裸露的納米硒很不穩(wěn)定，不但形貌和尺寸難以控制，而且容易自發(fā)聚集成團(tuán)甚至形成沉淀，導(dǎo)致生物活性和生物利用度驟減，失去功效。為此，科研人員采用表面修飾[10]、包覆[14]、固相支載[8]等技術(shù)控制納米硒的生長、形貌、尺寸和表面特性，提高納米硒的穩(wěn)定性，并賦予納米硒各種新的載體功能和生物學(xué)功效。

多糖對(duì)于納米材料而言是較理想的修飾劑和穩(wěn)定劑[15]。多糖包含大量羥基、氨基、硫酸基和羧基等基團(tuán)，可為硒原子簇的生長提供有利的微環(huán)境，并能夠吸附和包裹納米硒，控制納米硒的團(tuán)聚和生長。同時(shí)，多糖分子的可修飾位點(diǎn)眾多、生物活性多樣、生物相容性好，使多糖納米硒具有較強(qiáng)的可修飾性和多糖特有的生物活性，既可能作為多功能補(bǔ)硒劑，又具備開發(fā)成納米載藥體的潛力，頗具發(fā)展前景。為進(jìn)一步探索多糖納米硒體系的發(fā)展脈絡(luò)和技術(shù)應(yīng)用前景，本文從多糖納米硒的制備方法、生物學(xué)功效及其應(yīng)用等方面介紹多糖納米硒的研究現(xiàn)狀和進(jìn)展，以期為多糖納米硒的研發(fā)提供更多思路。

1 多糖納米硒的制備、純化、表征及產(chǎn)物形式

納米硒的制備方法包括化學(xué)法（氧化還原反應(yīng)[8-12]）、物理法（微波輻射、γ射線輻射、激光燒蝕、超聲波等[16-18]）和生物法（微生物/植物的生物轉(zhuǎn)化作用[19-20]）等（表1）。相對(duì)于其他制備方法，化學(xué)法反應(yīng)迅速、操作簡便、產(chǎn)物品質(zhì)更加可控，成為制備納米硒的主要方法，是本文的關(guān)注重點(diǎn)。

表1 納米硒的制備方法分類Table 1 Classification of preparation methods for nano selenium

1.1 多糖納米硒的制備

目前，多糖納米硒的制備通常以多糖作為軟模板、穩(wěn)定劑或分散劑，采用化學(xué)還原法制備多糖納米硒。其實(shí)質(zhì)是利用還原劑（如抗壞血酸、谷胱甘肽等）將高價(jià)硒前體（如亞硒酸鈉、二氧化硒等）還原為硒原子，硒原子聚集成團(tuán)簇，并與多糖吸附結(jié)合，形成穩(wěn)定分散的納米級(jí)單質(zhì)硒粒子；可通過控制反應(yīng)條件制備球狀、棒狀、不定型等形貌的納米硒粒子（圖1）。根據(jù)加料順序，多糖納米硒通常有2 種制備策略：1）直接在多糖體系中混合還原劑和硒前體并充分?jǐn)嚢柽M(jìn)行反應(yīng)[8-11]；2）先混合還原劑和硒前體進(jìn)行反應(yīng)制備納米硒，再加入多糖進(jìn)行包覆[24-26]。策略1制備的納米硒始終受到多糖的調(diào)控和負(fù)載，形貌和性能較穩(wěn)定，該策略較常用。如Bai Kaikai等[27]在殼聚糖溶液中以抗壞血酸還原亞硒酸鈉（Na2SeO3），制備了粒徑為35 nm、呈規(guī)則球狀的殼聚糖納米硒（chitosan selenium nanoparticles，CTSSeNPs），可穩(wěn)定保存30 d，穩(wěn)定性較好。策略2中，新制納米硒缺乏多糖的約束，穩(wěn)定性較差，制備效果較難控制。但可以采用小分子（如氨基酸[24]、葡萄糖[25]、I3-[26]等）控制還原劑與硒前體的反應(yīng)，先制備具有一定穩(wěn)定性的小分子修飾納米硒，再加入多糖吸附納米硒，從而改善制備效果。Chen Wanwen等[26]在KI溶液中合成了納米硒，再與殼聚糖混合，發(fā)現(xiàn)殼聚糖的加入不影響納米硒的形態(tài)，能更有效地控制納米硒的尺寸范圍。表2總結(jié)了部分研究中多糖納米硒的制備條件、粒徑和形貌。

圖1 多糖納米硒（溶膠）的制備過程（A）及殼聚糖納米硒的外觀和透射電子顯微鏡圖像（B）[8]Fig.1 Preparation procoss of polysaccharide-SeNPs (A) and appearance and transmission electron microscopic image of chitosan-SeNPs (B)[8]

表2 多糖納米硒（溶膠）的原料、制備方法和理化性質(zhì)Table 2 Raw material,preparation-method and physicochemical properties of polysaccharide-SeNPs

1.2 多糖納米硒的純化

化學(xué)法所制備多糖納米硒一般為紅色或橙色透明膠體，內(nèi)含納米硒、多糖、殘留反應(yīng)物、副產(chǎn)物等。其中，反應(yīng)物和副產(chǎn)物一般為小分子，可通過透析[9-10]、離心[33]、超濾[8,12]等方法除去。透析可去除截留分子質(zhì)量以下的雜質(zhì)，但一般需要較長的透析時(shí)間且需要多次更換透析液，不適用于規(guī)?；焖僦苽鋄29,32]。Gao Xiong等[9]將豬苓多糖與Na2SeO3混合后滴加VC進(jìn)行反應(yīng)，再將反應(yīng)物在超純水中透析72 h，去除多余的反應(yīng)物和雜質(zhì)，獲得豬苓多糖納米硒。超濾通常比透析更高效，在去除副產(chǎn)物的同時(shí)能夠保留多糖納米硒的形態(tài)和結(jié)構(gòu)，純化更簡便迅速，適合大規(guī)模快速生產(chǎn)[8,36]。Bai Kaikai等[12]利用超濾代替透析對(duì)新制備的殼聚糖納米硒溶膠進(jìn)行純化，不但可快速高效去除副產(chǎn)物，而且多次超濾未明顯改變納米硒的形狀和尺寸，提示利用超濾法純化納米硒具有可行性。離心則可去除未與納米硒結(jié)合的可溶性多糖，這是透析和超濾較難實(shí)現(xiàn)的。穆靜靜[33]在精制茶多糖納米硒時(shí)采用離心法去除茶多糖，再通過聚醚砜濾膜進(jìn)行微濾，進(jìn)一步提升了納米硒的純度。需要注意的是，在溶液中多糖吸附于納米硒表面形成納米體系時(shí)，處于“吸附-解吸”動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，因此，經(jīng)純化的納米硒實(shí)際上包含多糖修飾納米硒和游離多糖。

1.3 多糖納米硒的表征

利用現(xiàn)代分析測試技術(shù)可對(duì)多糖納米硒的表面形貌、粒度分布、元素組成、價(jià)態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、表面特性、官能團(tuán)及分子間作用力等理化性質(zhì)進(jìn)行表征。其中，掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM）[8-9]、透射電子顯微鏡（transmission electron microscope，TEM）[8-12]、原子力顯微鏡（atomic force microscope，AFM）[37]等顯微成像技術(shù)可用于觀測多糖納米硒的形貌和尺寸。TEM或SEM配合能量色散X射線譜技術(shù)[14]，可分析多糖納米硒的元素組成及其含量；高分辨率透射電子顯微鏡結(jié)合選區(qū)電子衍射技術(shù)（selected area electron diffraction，SAED）[9]則能夠分析納米硒的原子排列和晶型結(jié)構(gòu)。X射線衍射技術(shù)可作為TEM-SAED的重要補(bǔ)充，用于判斷納米硒是否晶體或無定型，并可根據(jù)晶體衍射峰2θ的位置對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)晶體庫數(shù)據(jù)（如JCPDS卡片數(shù)據(jù)庫[38]）判斷具體晶型。動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)（dynamic light scattering，DLS）[32]可分析納米顆粒的水動(dòng)力粒徑和粒度分布，但與前述的顯微技術(shù)獲得的尺寸可能有所差別，因?yàn)槎叩臋z測原理和側(cè)重點(diǎn)不同：DLS能夠測量多糖納米硒顆粒及其水合外層的整體尺寸，而TEM僅能觀察干燥納米硒核心，較難辨識(shí)多糖層。如Zhang Shaojie等[32]利用TEM檢測到的蒲公英多糖納米硒粒徑小于DLS檢測結(jié)果。此外，DLS結(jié)合電泳光散射技術(shù)[15]能夠測量分子或顆粒在分散體系中的電荷（如Zeta電位[8]）。測定Zeta電位可以掌握多糖納米硒的表面荷電特性，有助于了解納米硒的穩(wěn)定性及其與生物大分子的作用傾向。納米硒用不同電負(fù)性的多糖修飾后往往顯示出類似多糖的Zeta電位特性[30,39-40]，呈現(xiàn)獨(dú)特的理化特征和生物活性。X射線光電子能譜技術(shù)（X-ray photoelectron spectroscopy，XPS）[8,30,32-33]通過檢測元素電子結(jié)合能峰，判斷元素種類及其化合價(jià)態(tài)，是鑒別多糖納米硒的重要技術(shù)。Zhang Shaojie等[32]利用XPS發(fā)現(xiàn)蒲公英多糖納米硒全光譜的典型Se 3d峰和多糖的其他元素峰，證實(shí)成功獲得了多糖納米硒。Bai Kaikai等[12]采用氬離子刻蝕-XPS技術(shù)，通過氬離子刻蝕剝離表面糖層，對(duì)照刻蝕前后Se 3d、Se 3p、Se LMM等峰的變化證明納米硒表面被多糖覆蓋并形成保護(hù)層。傅里葉變換紅外光譜（Fourier transform infrared spectroscopy，F(xiàn)T-IR）技術(shù)[29-32]可通過檢測紅外光譜判斷多糖納米硒的特征官能團(tuán)，有助于探究多糖和納米硒的互作機(jī)制和方式?？傊?，多糖納米硒的表征技術(shù)較豐富，不同分析技術(shù)的組合有助于剖析多糖納米硒的理化性質(zhì)和結(jié)構(gòu)信息。

1.4 多糖納米硒的產(chǎn)物形式

根據(jù)多糖納米硒的穩(wěn)定性、儲(chǔ)藏方式和應(yīng)用領(lǐng)域，利用多糖的理化性質(zhì)特點(diǎn)，可將其制備成不同形式的產(chǎn)物，如多糖納米硒膠體[33]、多糖納米硒凍干物[30]、多糖納米硒凝膠[36]、多糖納米硒噴干微球[8]、多糖納米硒噴涂微丸[41]等（圖2A）。多糖納米硒膠體（圖2B）可置于冷藏環(huán)境（如4 ℃）進(jìn)行保存，穩(wěn)定時(shí)間可達(dá)數(shù)月，但最終仍會(huì)面臨納米硒團(tuán)聚甚至沉淀[38]?？蓪⑸鲜瞿z體進(jìn)行冷凍干燥得到凍干多糖納米硒[29-30]。此外，基于多糖含有大量可電離極性基團(tuán)，可通過靜電相互作用與效應(yīng)離子形成可逆的離子凝膠，以物理交聯(lián)代替化學(xué)交聯(lián)，制備多糖納米硒凝膠，如支載納米硒的殼聚糖/檸檬酸凝膠[36]（圖2C）。除此之外，Bai Kaikai等[8,12]還利用噴霧干燥技術(shù)和流化床噴涂技術(shù)，分別制備了多糖納米硒微球/微粒（圖2D、E）和負(fù)載納米硒的多糖微丸。與膠體相比，其他產(chǎn)物形式中納米硒分布于固體多糖分子層，從而實(shí)現(xiàn)納米硒之間的物理隔絕，有效防止聚集，增強(qiáng)穩(wěn)定性，有利于儲(chǔ)存和運(yùn)輸，有助于提高安全性、實(shí)現(xiàn)納米硒在胃腸道的可控釋放[8,12]。

圖2 多糖納米硒的產(chǎn)物形式和納米殼聚糖外觀及SEM圖Fig.2 Product forms of polysaccharide-SeNPs and visual appearance and SEM images of chitosan-SeNPs

2 多糖對(duì)納米硒的理化性質(zhì)的調(diào)控和影響

多糖具有長鏈或支鏈結(jié)構(gòu)，包含大量極性基團(tuán)，結(jié)構(gòu)豐富多樣。研究表明，多糖的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)對(duì)于納米硒的制備和保存影響很大，能夠直接影響納米硒的尺寸、形貌、表面電位等，而且多糖和納米硒的相互作用對(duì)于形成和維持納米硒體系至關(guān)重要。

2.1 多糖對(duì)納米硒尺寸和形貌的調(diào)控

采用化學(xué)法制備納米硒時(shí)，硒前體經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)生成硒原子，硒原子繼而聚集形成硒原子簇、硒顆粒。若此過程缺乏對(duì)硒形成和生長的約束，往往導(dǎo)致硒顆粒的形貌和粒徑難以控制、容易聚集成團(tuán)等問題。多糖含有大量羥基、氨基、硫酸基和羧基等極性基團(tuán)，具有長鏈或支鏈結(jié)構(gòu)，可為硒原子簇的生長提供有利的微環(huán)境，并沿聚合物鏈吸附和包裹納米硒，調(diào)控納米硒的生長和排列。殼聚糖在酸性介質(zhì)中呈帶正電荷聚電解質(zhì)狀態(tài)，所構(gòu)筑的微環(huán)境具有良好的懸浮、乳化、穩(wěn)定等作用，其氨基和羥基對(duì)硒前體（亞硒酸根或硒酸根等）具有較好的吸附力[38-39]。亞硒酸分散在殼聚糖微環(huán)境中，與VC發(fā)生氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生零價(jià)硒。此反應(yīng)受到殼聚糖微環(huán)境的影響和調(diào)控，并且反應(yīng)生成的單質(zhì)硒被殼聚糖原位吸附包裹，從而有效防止初始形成的納米硒粒子間的團(tuán)聚，減緩納米粒子的生長，獲得規(guī)則球形的、尺寸可控的殼聚糖納米硒[12]。

此外，多糖的分子質(zhì)量、空間結(jié)構(gòu)、投料比和反應(yīng)條件等因素也對(duì)納米硒的制備過程影響甚大。Zhai Xiaona等[39]用不同分子質(zhì)量殼聚糖（高分子質(zhì)量殼聚糖CS(h)和低分子質(zhì)量殼聚糖CS(l)）修飾納米硒，結(jié)果發(fā)現(xiàn)初始制備的CS(l)-SeNPs尺寸明顯小于CS(h)-SeNPs，且二者分別發(fā)生“自下而上”生長和“自上而下”收縮的過程；該過程受到殼聚糖分子質(zhì)量的調(diào)控，其中CS(h)-SeNPs發(fā)生明顯聚集，尺寸縮小，可能與CS(h)的橋接作用有關(guān)。Li Hongyan等[42]發(fā)現(xiàn)隨著1,6-α-D-葡聚糖（1,6-α-D-glucan，CPA）比例的增加，納米硒從單分散、均勻的球形結(jié)構(gòu)變成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而Chen Wanwen等[43]發(fā)現(xiàn)高濃度黃精多糖能更好地覆蓋在納米硒顆粒表面，有效控制納米硒顆粒尺寸，表明多糖濃度對(duì)納米硒和形貌和尺寸具有顯著的調(diào)控作用。楊雪[31]則發(fā)現(xiàn)低pH值環(huán)境中枸杞多糖易發(fā)生質(zhì)子化，削弱了枸杞多糖與納米硒之間的靜電相互作用，并導(dǎo)致納米硒聚集，說明反應(yīng)條件可影響多糖狀態(tài)、調(diào)控納米硒的制備。某些多糖可形成特殊空間結(jié)構(gòu)，有利于納米硒的制備、負(fù)載和穩(wěn)定，如Ping Zhaohua等[14]發(fā)現(xiàn)高支化的β-(1→3)-D-葡聚糖（AF1）在水中可自組裝形成中空納米纖維，球形的納米硒顆粒被包裹在AF1纖維空腔中，具有良好的分散性和較好的穩(wěn)定性。

簡而言之，多糖可發(fā)揮軟模板、分散劑、穩(wěn)定劑的功能，通過靜電引力、氫鍵、吸附作用、鏈橋接等作用有效調(diào)控納米硒的合成。多糖結(jié)構(gòu)、官能基團(tuán)、分子質(zhì)量、糖硒比例和反應(yīng)條件（溫度、pH值、攪拌速度）等因素對(duì)納米硒尺寸和形貌具有顯著的控制作用。但多糖理化性質(zhì)和生物活性差異較大，應(yīng)針對(duì)形貌和尺寸的要求選擇合適的多糖用于制備納米硒，并調(diào)控制備條件。

2.2 多糖對(duì)納米硒穩(wěn)定性的影響

裸露的納米硒極不穩(wěn)定，容易聚集沉淀，這與納米硒粒子之間缺乏空間隔離和靜電斥力有關(guān)。多糖吸附于納米硒后，不但在其表面形成空間隔離，而且整個(gè)納米體系被賦予類似于多糖的電荷特性，可在納米硒之間產(chǎn)生靜電斥力，顯著提升納米硒的穩(wěn)定性。Shi Lijuan等[40]發(fā)現(xiàn)納米硒經(jīng)菊粉果聚糖吸附修飾后在其表面形成糖層，同時(shí)體系更加穩(wěn)定，表明多糖具有顯著的空間隔離效應(yīng)。此外，納米硒經(jīng)酸性或堿性多糖修飾后形成糖層，同時(shí)具有空間隔離和靜電排斥效應(yīng)，穩(wěn)定性顯著提升。Yu Juan等[30]報(bào)道經(jīng)過黨參多糖修飾后的納米硒表面帶強(qiáng)凈負(fù)電荷，其粒徑較穩(wěn)定。殼聚糖含有正電基團(tuán)，經(jīng)殼聚糖修飾的納米硒的Zeta電位可達(dá)60 mV，說明納米硒之間存在較強(qiáng)的靜電斥力，能有效提升納米硒溶膠的穩(wěn)定性[38-39]。

一般而言，Zeta電位絕對(duì)值超過30 mV即可認(rèn)為納米體系較為穩(wěn)定。但也應(yīng)注意，Zeta電位與多糖極性基團(tuán)的荷電狀態(tài)密切相關(guān)，易受環(huán)境因素（pH值、離子強(qiáng)度、溫度等）的影響?？赏ㄟ^改變環(huán)境因素提升Zeta電位，增強(qiáng)納米硒體系的穩(wěn)定性。盡管多糖可明顯提高納米硒的穩(wěn)定性，但多糖納米硒在儲(chǔ)存過程中仍會(huì)面臨聚集、沉淀的趨勢。Bai Kaikai[38]、Zhai Xiaona[39]和楊雪[31]等均發(fā)現(xiàn)多糖納米硒（殼聚糖納米硒、枸杞多糖納米硒（LBP-SeNPs））在儲(chǔ)存過程中發(fā)生粒徑變大、沉淀現(xiàn)象，而該現(xiàn)象往往伴隨著Zeta電位變小，表明納米硒表面多糖可能發(fā)生脫落（圖3）。若需進(jìn)一步提升多糖納米硒的穩(wěn)定性，可以采用避光冷藏[8-9]等方法，減少顆粒間的碰撞機(jī)會(huì)，或如1.4節(jié)所述制成各種固態(tài)化多糖納米硒，以適于長期保存。

圖3 多糖納米硒的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性Fig.3 Stability of polysaccharide-SeNPs during storage

2.3 多糖與納米硒的相互作用力

多糖富含極性基團(tuán)和鏈結(jié)構(gòu)，在制備納米硒、包覆納米硒的過程中始終與納米硒保持相互作用，調(diào)控納米硒的生長和穩(wěn)定性。研究多糖與納米硒的相互作用力對(duì)于揭示多糖的調(diào)控作用具有重要意義。Li Hongyan等[42]觀察到CPA-SeNPs紅外光譜中的羥基吸收峰發(fā)生紅移，同時(shí)C＝O基團(tuán)伸縮振動(dòng)峰發(fā)生藍(lán)移，認(rèn)為形成了Se—O鍵；Ping Zhaohua等[14]通過FT-IR和XPS分別觀察到AF1和AF1-SeNPs的C＝O基團(tuán)吸收峰藍(lán)移以及O 1s峰出現(xiàn)了變化，也認(rèn)為形成了Se—O鍵；Ren Lirong等[44]則通過類似的實(shí)驗(yàn)推測鮑魚內(nèi)臟糖蛋白ATP-納米硒（PSP-SeNPs）存在Se—N鍵。然而，其他研究團(tuán)隊(duì)采用類似技術(shù)開展研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，多糖和納米硒之間更多的是形成非共價(jià)鍵，如氫鍵等。楊雪[31]研究枸杞多糖對(duì)納米硒的調(diào)控效果，證實(shí)多糖與納米硒之間并未形成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，主要是通過羥基作用相結(jié)合。Zhang Shaojie等[32]在對(duì)蒲公英多糖的研究中利用FT-IR發(fā)現(xiàn)了蒲公英多糖（TMP50）的羥基與納米硒表面原子之間的氫鍵作用；采用XPS技術(shù)則發(fā)現(xiàn)了TMP50和吐溫-蒲公英多糖-納米硒（Tw-TMP-SeNPs）的O 1s峰出現(xiàn)偏差，進(jìn)一步證明了SeNPs與TMP50之間的強(qiáng)相互作用和C—O…Se鍵的形成有關(guān)。Bai Kaikai等[8]通過觀察發(fā)現(xiàn)納米硒與殼聚糖、殼寡糖的相互作用過程中，傾向于多糖與納米硒之間存在氫鍵等弱相互作用?？梢?，即使分析技術(shù)手段一致，研究人員對(duì)納米硒與多糖作用力本質(zhì)的認(rèn)識(shí)也無法達(dá)成一致。這既與多糖的官能團(tuán)和結(jié)構(gòu)差異較大有直接聯(lián)系，也與分析技術(shù)手段不足有關(guān)。等溫量熱滴定等新技術(shù)可考察納米硒與高分子物質(zhì)（如蛋白[45]或多肽[46]）結(jié)合過程的熱力學(xué)過程，判斷二者之間的作用力類型，有望進(jìn)一步揭示納米硒和多糖之間作用力的本質(zhì)。

3 多糖納米硒的生物學(xué)活性

多糖納米硒作為一個(gè)有機(jī)統(tǒng)一的納米體系，其多糖組分和硒組分均具有多種生物學(xué)活性，二者共同作用發(fā)揮硒營養(yǎng)強(qiáng)化功能，使多糖納米硒體系展現(xiàn)出抗氧化[8]、抗腫瘤[9]、抗炎活性[10]、抗菌活性[11]、免疫調(diào)節(jié)[47]、抗糖尿病[48]等作用（圖4），并可利用多糖的可修飾性和納米硒的載體特性對(duì)多糖納米硒進(jìn)行功能化設(shè)計(jì)[49]，增強(qiáng)其靶向給藥[50]和控釋能力[26]，改善其抗腫瘤和免疫調(diào)節(jié)效果。表3總結(jié)了近年來幾種不同多糖納米硒的生物活性。

圖4 多糖納米硒的生物學(xué)活性Fig.4 Bioactivities of polysaccharide-SeNPs

表3 部分多糖納米硒的生物學(xué)活性及機(jī)理Table 3 Bioactivities and mechanism of action of polysaccharide-SeNPs

3.1 抗氧化

多糖和納米硒均具有抗氧化功能，二者組成多糖納米硒體系后共同發(fā)揮抗氧化作用。Bai Kaikai等[27]發(fā)現(xiàn)殼聚糖納米硒對(duì)和DPPH自由基等均具有顯著的清除作用，其清除能力分別約為VC的1/5、1/3和1/7，顯著優(yōu)于殼聚糖，而且納米硒的清除能力占主要作用（圖5A、B），說明多糖納米硒本身具有一定的體外抗氧化能力。此外，硒是至少25 種人類硒蛋白和酶催化位點(diǎn)的關(guān)鍵組成部分，可誘導(dǎo)產(chǎn)生多種重要的抗氧化酶，如GSH-Px和SOD等，通過清除體內(nèi)自由基保護(hù)細(xì)胞免受氧化損傷。Chen Wanwen等[43]證明了黃精多糖納米硒對(duì)DPPH自由基、2,2’-聯(lián)氮-雙-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸陽離子自由基有較強(qiáng)的清除作用，而且能有效緩解H2O2誘導(dǎo)PC-12細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞毒性。Bai Kaikai等[8]通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，口服殼聚糖/殼寡糖納米硒微球（SeNPs-CS/COS-M）可以有效提升小鼠血清的GSH-Px、SOD和CAT水平，抑制細(xì)胞膜脂質(zhì)和蛋白的氧化，延緩乙醇誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激（圖5C），且這些作用與改善硒沉積密切相關(guān)（圖5D）。在酒精致胃黏膜損傷保護(hù)實(shí)驗(yàn)[12]和刀豆蛋白A致肝損傷保護(hù)實(shí)驗(yàn)[27]中，多糖納米硒可顯著提升血清、胃和肝的硒沉積水平和GSH-Px活力（圖5E～G），減輕臟器的病變損傷，再次證實(shí)多糖納米硒具有系統(tǒng)性補(bǔ)硒和抗氧化作用。值得注意的是，多糖納米硒對(duì)硒水平和GSH-Px活力的提升作用顯著強(qiáng)于其多糖載體和亞硒酸鹽（圖5D～G），表明納米硒在提高硒沉積和硒抗氧化酶方面起主導(dǎo)作用[8]。鑒于合成硒蛋白和硒酶需要大量硒代氨基酸，可見多糖納米硒抗氧化作用的關(guān)鍵在于它可被動(dòng)物吸收、補(bǔ)充動(dòng)物機(jī)體的硒庫，再經(jīng)過代謝形成硒代胱氨酸、硒代蛋氨酸等硒代氨基酸，進(jìn)而合成重要含硒抗氧化酶（GSH-Px、CAT、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶、硫氧還蛋白還原酶等），從而提升機(jī)體的抗氧化酶活力。

圖5 多糖納米硒的體外和體內(nèi)抗氧化作用[8,12,27]Fig.5 Antioxidant activities of polysaccharides-SeNPs[8,12,27]

3.2 免疫調(diào)節(jié)

多糖和硒對(duì)動(dòng)物的非特異性免疫和特異性免疫均具有重要影響。多糖納米硒能夠以硒蛋白和含硒氨基酸的形式參與循環(huán)和代謝過程，維持生理機(jī)能，并增強(qiáng)吞噬細(xì)胞的吞噬功能[10]、提高殺菌能力[47]，進(jìn)而提升非特異性免疫功能。Xia等[47]發(fā)現(xiàn)在野生斑馬魚飼料中添加殼聚糖納米硒（CTS-SeNPs）可提升溶菌酶活性，增強(qiáng)脂多糖和刀豆蛋白A引起的吞噬細(xì)胞呼吸爆發(fā)反應(yīng)和脾細(xì)胞增殖等免疫反應(yīng)，其免疫調(diào)節(jié)作用優(yōu)于殼聚糖和Na2SeO3，并對(duì)嗜水氣單胞菌感染有顯著的保護(hù)作用（圖6）。Wang Jianguo等[10]探討硫酸化靈芝多糖-納米硒（SPS-SeNPs）的免疫調(diào)節(jié)能力，發(fā)現(xiàn)SPS-SeNPs可通過抑制MAPK和阻斷NF-κB信號(hào)通路的磷酸化來減少NO的產(chǎn)生，抑制RAW264.7細(xì)胞的過度激活，發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)的作用。此外，納米硒也可激活或輔助增強(qiáng)機(jī)體的特異性免疫功能，誘導(dǎo)T細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)化和抗原呈遞，刺激B細(xì)胞產(chǎn)生免疫應(yīng)答分泌大量抗體，最終刺激或提升細(xì)胞免疫和體液免疫效能。Neamat-Allah等[51]給羅非魚飼喂含納米硒的飼料，研究納米硒對(duì)羅非魚抗海豚鏈球菌感染的效果，發(fā)現(xiàn)納米硒能增加羅非魚的生長性能指標(biāo)水平，提升溶菌酶活力，提高免疫球蛋白（immunoglobulin，Ig）M的表達(dá)，強(qiáng)化了羅非魚的免疫調(diào)節(jié)作用，有效降低了注射海豚鏈球菌后羅非魚的死亡率。Mohammadi[52]和Bami[53]等使用綿羊紅細(xì)胞作為抗原考察納米硒對(duì)肉雞體液免疫的影響，發(fā)現(xiàn)納米硒可顯著提高肉雞總抗體、IgM和IgG滴度（圖7A、B），促進(jìn)肉雞的免疫應(yīng)答和淋巴器官發(fā)育，明顯提升肉雞的特異性免疫功能，并發(fā)現(xiàn)納米硒在改善肌肉組織（腿和胸）硒含量、提高抗體水平等方面較亞硒酸鹽更具優(yōu)勢。鑒于多糖和硒多糖本身具備的免疫調(diào)節(jié)功能[54-55]，由（硒）多糖與納米硒組成的多糖納米硒的免疫調(diào)節(jié)作用值得更深入的探索。

圖6 多糖納米硒對(duì)斑馬魚的免疫增強(qiáng)作用Fig.6 Immunoenhancing effect of polysaccharide-SeNPs on zebrafish

3.3 抗腫瘤

硒營養(yǎng)狀態(tài)與腫瘤的誘發(fā)、進(jìn)展和惡化密切相關(guān)。低硒人群更容易罹患癌癥。補(bǔ)硒有利于腫瘤的化學(xué)防治，超營養(yǎng)劑量補(bǔ)硒則對(duì)化療具有減毒增效作用[48]。多糖納米硒抗腫瘤作用主要包括3 個(gè)方面：1）對(duì)腫瘤細(xì)胞的直接殺傷；2）影響腫瘤微環(huán)境，破壞腫瘤細(xì)胞營養(yǎng)供給；3）提高機(jī)體免疫能力。多糖納米硒可以利用自身抗腫瘤效應(yīng)和促凋亡機(jī)制直接發(fā)揮抗腫瘤作用（圖8），如Ping Zhaohua等[14]發(fā)現(xiàn)黑木耳多糖納米硒顯著提升了MCF-7腫瘤細(xì)胞內(nèi)ROS水平，通過天冬氨酸蛋白水解酶（Caspase）途徑誘導(dǎo)MCF-7細(xì)胞凋亡。板栗多糖納米硒則通過增加細(xì)胞內(nèi)ROS含量、阻滯細(xì)胞周期、引發(fā)線粒體功能障礙等途徑誘導(dǎo)HeLa細(xì)胞凋亡[42]（圖8）。此外，采用特異性配體對(duì)多糖納米硒進(jìn)行功能化，可進(jìn)一步提高納米硒的靶向能力；多糖納米硒也可作為遞送載體協(xié)同其他抗腫瘤藥物共同發(fā)揮作用，增強(qiáng)對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷力，如納米硒協(xié)同放化療[56]、協(xié)同免疫治療[57]等。Zeng Lilan等[56]構(gòu)建了半乳糖胺修飾的納米硒負(fù)載抗腫瘤藥物Fe(PiP)3，利用配體與細(xì)胞膜特異性受體之間的靶向識(shí)別和結(jié)合效應(yīng)，顯著增強(qiáng)了細(xì)胞對(duì)納米藥物的攝取，提升了抗腫瘤功效。陳填烽等[57]發(fā)現(xiàn)香菇多糖納米硒能提高機(jī)體免疫功能、激活免疫應(yīng)答、降低肺癌相關(guān)標(biāo)志物的表達(dá)量、激活被抑制的免疫微環(huán)境，從激活免疫力的角度發(fā)掘多糖納米硒的抗腫瘤功能，有助于肺癌惡性胸腔積液的治療。

圖8 功能化多糖納米硒誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的可能機(jī)制Fig.8 Possible mechanisms of tumor cell apoptosis induced by functionalized polysaccharide-SeNPs

4 多糖納米硒的應(yīng)用

多糖納米硒的生物安全性優(yōu)于傳統(tǒng)的硒強(qiáng)化劑[8-10]，具有明顯的硒營養(yǎng)強(qiáng)化效應(yīng)和多種生理功能[39,42]，可應(yīng)用于農(nóng)用肥料[58]、飼料[59]、食品包裝材料[60]和藥物遞送載體[57]等領(lǐng)域。本文聚焦多糖納米硒的營養(yǎng)強(qiáng)化功能及其在農(nóng)副業(yè)和食品工業(yè)方面的應(yīng)用。

4.1 農(nóng)業(yè)富硒肥料和農(nóng)藥

施用硒肥可增加土壤中的硒濃度，使植物吸收利用硒并轉(zhuǎn)化為有機(jī)硒，并可一定程度提高植物的生長性能和抗病力。胡萬行等[61]用納米硒溶液噴灑馬鈴薯的葉面，發(fā)現(xiàn)噴施納米硒后的馬鈴薯各器官硒含量增加，同時(shí)馬鈴薯品質(zhì)顯著提高，生長狀態(tài)得到明顯改善?？梢姡┘佣嗵羌{米硒是生產(chǎn)富硒農(nóng)副產(chǎn)品的有效途徑之一。Wu Zilin[62]和劉嘉偉[63]等的研究則表明，納米硒可抑制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中害蟲的生長和繁殖，并可作為其他農(nóng)藥的載體，用于灰霉病的預(yù)防與抑制。Perfileva等[64]發(fā)現(xiàn)阿拉伯半乳聚糖納米硒對(duì)密西根棒狀桿菌具有顯著的殺菌作用，對(duì)馬鈴薯環(huán)腐病的防治效果顯著?？傮w而言，納米硒肥料對(duì)農(nóng)業(yè)種植的增益效果是多維度的：1）可作為硒補(bǔ)充劑以肥料的形式供給農(nóng)作物，形成富硒農(nóng)產(chǎn)品；2）可調(diào)節(jié)農(nóng)作物生長，提高抗病力，增加農(nóng)作物對(duì)土壤環(huán)境的適應(yīng)能力；3）可刺激土壤有機(jī)質(zhì)以及腐殖酸物質(zhì)的釋放，降低土壤重金屬脅迫，改善土壤。

4.2 畜牧業(yè)、漁業(yè)富硒飼料

在飼料中添加多糖納米硒不但能有效提升動(dòng)物產(chǎn)品的硒含量，而且能改善動(dòng)物的生長和發(fā)育，是提升蛋、奶和肉制品品質(zhì)的一種新技術(shù)手段。研究表明，將利用從鮑魚內(nèi)臟提取的多糖-蛋白復(fù)合物（polysaccharideprotein complex，PSP）制備的PSP-SeNPs添加到羅非魚飼料中，可顯著促進(jìn)羅非魚的生長，其作用機(jī)制與納米硒誘導(dǎo)的魚類抗氧化防御能力增強(qiáng)和生長激素水平升高有關(guān)[44]。Abdullah等[65]的研究表明，納米硒和VE協(xié)同使用能有效提升肉雞胴體理化性能，改善血液中大部分生化指標(biāo)和免疫性能。多糖納米硒能有效提升家禽家畜體內(nèi)硒含量、抗病力、生殖能力，可作為一種硒營養(yǎng)劑添加到動(dòng)物飼料中。

4.3 富硒功能食品

納米硒的高安全性已被較多研究報(bào)道，其可作為一種有效的硒營養(yǎng)強(qiáng)化劑，用于功能食品和保健食品的制備。張勁松等[66]研發(fā)的“硒旺膠囊”是以納米硒、蛋白和淀粉為主要原料的一種高效補(bǔ)硒產(chǎn)品，具有免疫調(diào)節(jié)、延緩衰老等保健作用。殼聚糖/殼寡糖納米硒可顯著提高血液和肝組織的硒水平，對(duì)D-半乳糖引起的氧化衰老[36]和過量攝入酒精引起的氧化性損傷[12]有顯著的預(yù)防效果，對(duì)高濃度酒精引起的胃黏膜損傷和刀豆蛋白A引起的化學(xué)/免疫性肝損傷均有輔助保護(hù)作用，表明殼聚糖/殼寡糖納米硒具有抗氧化、胃黏膜損傷輔助保護(hù)和肝損傷輔助保護(hù)等保健功能，有望進(jìn)一步開發(fā)成為功能食品或保健食品。楊雪[31]證明枸杞多糖-納米硒（LBPSeNPs）可通過提高抗氧化酶水平和調(diào)節(jié)代謝機(jī)制來抑制有害代謝物的積累，增加糖原儲(chǔ)備，顯著延長小鼠游泳時(shí)間，具備緩解體力疲勞的功效。以納米硒為原料的營養(yǎng)補(bǔ)充劑及功能性食品逐漸成為研發(fā)富硒食品的新關(guān)注點(diǎn)。

4.4 食品包裝

良好的食品包裝是食品得以穩(wěn)定貯藏、運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵一環(huán)。安全性高、抗菌性能優(yōu)異的包裝材料對(duì)于食物保鮮至關(guān)重要。納米硒和多糖本身具有一定的抗菌作用，二者有機(jī)結(jié)合形成的多糖納米硒可進(jìn)一步提高包裝材料的抗菌性能[67]。Rangrazi等[68]的研究表明，殼聚糖納米硒對(duì)革蘭氏陽性菌（金葡球菌、血鏈球菌和糞腸球菌）展現(xiàn)出良好的抗菌活性，但對(duì)革蘭氏陰性菌抑菌作用較弱。除了抗菌性能，納米硒還可以改善食品包裝的透濕性、氧氣隔絕、縱向拉伸性等性能，提升包裝效果[69]。然而，添加在食品包裝材料中的納米硒向食品中滲入、遷移所造成的食品安全隱患也需要引起注意。Vera等[70]將納米硒加入到柔性多層塑料材料中，并在為期10 d的遷移實(shí)驗(yàn)中未觀察到硒遷移到榛子或油性食品模擬物中。肖錫湘[69]則發(fā)現(xiàn)在普通包裝材料中添加的納米硒在多種食品模擬物中的遷移機(jī)制符合菲克擴(kuò)散定律，且溫度越高，納米硒遷移量越大，表明納米硒包裝材料的實(shí)際應(yīng)用會(huì)受到溫度的限制?？紤]到納米硒在安全劑量內(nèi)可以被人體安全吸收[59]，多糖納米硒作為食品包裝抗菌粒子的應(yīng)用前景值得期待。

5 多糖納米硒應(yīng)用于食品營養(yǎng)強(qiáng)化所面臨的挑戰(zhàn)

多糖納米硒具備開發(fā)成為食品添加劑、功能食品和保健食品的潛力。然而，納米硒引發(fā)的安全性問題、多糖的合理選擇、活性作用機(jī)制不明和評(píng)價(jià)技術(shù)體系不合理等問題，仍然限制著多糖納米硒在硒營養(yǎng)強(qiáng)化方面的應(yīng)用。

5.1 納米硒的安全性

盡管已有較多動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明納米硒的安全性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)補(bǔ)硒劑[12]，但是公眾對(duì)納米材料暴露于人可能產(chǎn)生健康風(fēng)險(xiǎn)的擔(dān)憂與日俱增。特別是公眾對(duì)納米硒在體內(nèi)的吸收和代謝過程，及其對(duì)人體健康的潛在威脅不甚了解。目前，納米硒尚未進(jìn)入我國的保健食品原料名錄和營養(yǎng)強(qiáng)化劑化合物來源名錄，但已有納米硒保健食品“硒旺膠囊”上市多年，且鮮見有關(guān)其安全性的不良報(bào)道，可見納米硒具備安全性。與蛋白納米硒相比，多糖納米硒似乎呈現(xiàn)出相似或者更高的生物安全性，有望應(yīng)用于食品領(lǐng)域，但仍需加強(qiáng)研究以提升其安全性。

5.2 多糖的選擇

多糖的分子質(zhì)量、官能團(tuán)、糖鏈構(gòu)型等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)納米硒的尺寸、形貌、表面荷電、表面親水/疏水性能等理化性質(zhì)影響較大，對(duì)納米硒的穩(wěn)定性和生物學(xué)活性也具有深遠(yuǎn)影響，并最終影響多糖納米硒的整體功效[15]。目前，對(duì)多糖納米硒的研究逐漸增多，但是針對(duì)多糖納米硒“結(jié)構(gòu)-生物活性”關(guān)系的系統(tǒng)性研究仍然較少，比如多糖的結(jié)構(gòu)對(duì)于納米硒在胃腸道吸收、細(xì)胞內(nèi)化、代謝轉(zhuǎn)化等過程的影響尚不清楚，不利于指導(dǎo)篩選合適的多糖。此外，應(yīng)注意選擇生物相容性較好、可在胃腸道內(nèi)降解或分散、具有食用功能的多糖，在改善納米硒穩(wěn)定性的同時(shí)，保障納米硒的可釋放性[29]。

5.3 多糖納米硒的評(píng)價(jià)技術(shù)體系和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

納米材料具有納米尺度特征，其生物學(xué)效應(yīng)及其變化規(guī)律有別于一般的食品組分或化合物，如納米材料的劑量-反應(yīng)曲線呈“鐘形”分布，表現(xiàn)為生物效應(yīng)隨著劑量增加而先增強(qiáng)后減弱[71]，與普通的小分子營養(yǎng)物質(zhì)或藥物的“S形”分布差異明顯。這是因?yàn)榧{米材料的生物效應(yīng)不僅來源于其化學(xué)組分，而且受制于納米尺寸產(chǎn)生的特殊物理結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，如尺寸、形狀、表面性質(zhì)等[72]。此外，多糖納米硒是以整體存在的納米體系，多糖和納米硒共同作用，發(fā)揮整體功效，而不能將納米硒孤立出來評(píng)價(jià)其對(duì)多糖納米硒生物學(xué)效應(yīng)的貢獻(xiàn)。因此，應(yīng)針對(duì)多糖納米硒的特點(diǎn)建立更合理的評(píng)價(jià)技術(shù)體系，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)建多糖納米硒的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范多糖納米硒產(chǎn)品的研發(fā)和應(yīng)用。

6 結(jié)語

納米硒相比于傳統(tǒng)有機(jī)硒和無機(jī)硒具有安全性高、吸收性好、生物活性多樣等優(yōu)勢，同時(shí)具備載藥能力，成為硒營養(yǎng)科學(xué)和納米藥物載體的研究熱點(diǎn)。然而，納米硒易團(tuán)聚、穩(wěn)定性差，導(dǎo)致生物活性嚴(yán)重削弱，限制了其進(jìn)一步開發(fā)應(yīng)用。采用化學(xué)還原法制備納米硒，在制備過程中加入多糖進(jìn)行調(diào)控，可控制納米硒的尺寸和形貌，并能有效提升納米硒的穩(wěn)定性。多糖的種類和結(jié)構(gòu)特性（鏈構(gòu)型、官能團(tuán)、分子質(zhì)量和表面荷電性能等）對(duì)于納米硒的理化性質(zhì)和生物活性具有顯著影響。多糖納米硒兼具納米硒和多糖的生物活性，可有效提升機(jī)體硒水平，在抗氧化、免疫調(diào)節(jié)和抗腫瘤方面效果顯著，在富硒肥料和農(nóng)藥、動(dòng)物飼料、富硒功能食品、食品包裝等食品相關(guān)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。多糖納米硒應(yīng)用于食品營養(yǎng)強(qiáng)化方面仍面臨著諸如提升安全性、選擇適宜的多糖以及建立合理的評(píng)價(jià)技術(shù)體系和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等挑戰(zhàn)。綜上，多糖納米硒在食品營養(yǎng)強(qiáng)化領(lǐng)域具有良好的發(fā)展前景，并取得一定的進(jìn)展，但仍面臨不少技術(shù)難題，需要進(jìn)一步研究與探討。