天然富硒大米蛋白表征及其壳聚糖微球构建与运载机制研究

A selenium-enriched base of 540 square kilometers( about 800000 mu) has been new found in Fengcheng of Jiangxi province, which brought Fengcheng the honor "The ecological selenium valley of China". However, both the selenium agriculture and industry are facing the same problems of lacking the support of nutritional theory and functional mechanism to keep their sustainable development. Functional researches of selenium have worldwide been foucsed on spraying selenium compounds to gain selenium-rich crops, or adding selenium compounds into food. Besides, the systematic investigation is still absent. Therefore, after analyzing the common problems in research of selenium, and based on our previous researches, this project will investigate the migrate mechanism of natural selenium in rice during its growth, release mechanism of selenoprotein-chitosan nanospheres for its action as bioactive carriers, and then establish correlative model to improve the theoretical system for controlled release of microspheres. Moreover, we'll study the transportation behaviors both in vitro and in vivo, bioavailability of the selenoprotein-chitosan nanospheres in rats. The aims of this project are to introduce new concepts of the natural selenoprotein, microspheres of the bioactive carrier, free of enviromental pollution, and artificial neural network(ANN) technology into microspheres transmission carriers encapsulating functional component, thus promoting the interships of food science and other disciplines, achieving the goal of complementing the basic research of selenium, built more solid theoretical basis of selenoprotein carrier, and then service local and domestic selenium agriculture and industry.

江西丰城市新发现富硒基地540平方公里（约80万亩），被授予"中国生态硒谷"称号。然而与全国硒农业和产业一样，缺乏硒营养理论和作用机制作为支撑，难以可持续发展。针对国内外硒的功能作用研究大多集中在人工喷施硒化合物获得硒农作物，或在食物中添加硒化合物，或缺乏研究的系统性，经过分析国内外硒基础研究存在的科学问题，在前期研究基础上，本课题将研究天然硒在稻谷生长过程迁徙机制，探索硒蛋白-壳聚糖纳米微球输送载体体内、体外控释机理，建立相关模型以完善微球缓控释理论基础；结合分子生物学、细胞学和药物动力学等手段，研究硒蛋白-壳聚糖微球载体动物体内输送行为、生物利用度。将天然硒蛋白、微球载体、绿色概念及人工神经网络技术等新概念引入到功能性成分的微球传输载体中，完善硒功能食品和传输载体的理论基础，服务地方和国内硒产业发展的需要.

项目背景：富硒大米产业化前景可观，但该产业发展缺乏对硒营养理论和作用机制等的基础研究，限制了富硒大米可持续发展。壳聚糖微球作为纳米载体生物材料常用于功能性蛋白改性，但硒蛋白-壳聚糖微球释放及靶向递送机制等科学问题仍未解决。主要研究内容：（1）研究了天然富硒土壤中硒在水稻生长期间生物转换机制，硒在植物体中的迁徙及富集行为，硒对蛋白质结构组成及营养功能的影响；（2）评价了食品加工中富硒大米在不同热处理条件下的流变性质、营养组成变化机制。（3）构建了多种壳聚糖运载体系，以红景天苷、维生素D3、薏苡仁油为载体，建立了体外释放模型，确定了体外释放机制。重要结果及关键数据：天然土壤硒向水稻迁徙分为两个阶段，第一阶段：水稻由秧苗期到幼穗发育期生长过程中，根、茎、叶中硒含量都随着水稻的生长而增加；第二阶段：从开花结实期到果实成熟期时，根、茎、叶中硒含量都随着水稻的生长期延长而减少；水稻中硒对重金属Cd和Pb具有一定的拮抗作用。硒与蛋白质中含硫氨基酸位点结合的方式富集于水稻籽粒中，硒在精米、米糠中分布大于硒在稻壳分布，硒在各蛋白组分中含量依次为清蛋白(0.38 mg/kg)<球蛋白(0.47 mg/kg)<醇溶谷蛋白(0.74 mg/kg)<谷蛋白(0.79 mg/kg)，硒在大米中以取代硫的形式组成氨基酸，低硒区大米中半胱氨酸和蛋氨酸（含硫氨基酸）的量分别为高硒区的6.69倍和4.67倍。制备的京尼平壳聚糖微球、两亲性壳聚糖衍微球粒径分别为0.56-5.01μm，0.14-0.20μm，构建的壳聚糖运载体对红景天苷的包埋率为92.34%、对维生素D3的包埋率为53.2%，并具有缓控释放作用，在酸性环境下壳聚糖分子中的氨基被质子化，表现出更大的释放率；红景天苷和维生素D3的释放分为两个阶段，第一个阶段为破裂释放阶段，释放机制为溶蚀；第二个阶段为持续释放阶段，释放机制为扩散。科学意义:（1）硒在水稻中的迁徙机制以及食品加工特性研究为富硒农产品可持续发展提供了理论依据；（2）硒蛋白壳聚糖纳米微球制备及装载与释放机制研究为硒功能食品开发提供指导。