硒的生物强化作用改变了茶叶蛋白质的结构、消化过程以及微生物发酵特性

硒叶面肥强化显著改变茶蛋白二级结构，提升必需氨基酸含量，促进乳酸和短链脂肪酸生成，并抑制致病菌。

姜志良|白福清|郭伟|王新宇|胡坤|刘然然|张玉轩|侯瑞燕|李红芳|彭传义|谢明豪|李大翔|万晓春|陈贵杰|蔡慧梅

中国安徽省合肥市230036，安徽农业大学茶叶种质创新与资源利用国家重点实验室

摘要

硒（Se）的生物强化在解决膳食硒缺乏问题和提高植物性食品的营养价值方面发挥着重要作用。本研究旨在阐明叶面硒生物强化对茶叶蛋白质结构和消化特性的影响。结果表明，硒的加入显著改变了茶叶蛋白质的二级结构，表现为α-螺旋和β-折叠的比例增加，而β-转角含量减少。氨基酸分析显示，富硒茶叶蛋白质（Se-TPs）含有更高水平的关键氨基酸。体外发酵分析表明，Se-TPs促进了乳酸和短链脂肪酸的产生。此外，Se-TPs选择性地富集了有益菌群，如普雷沃氏菌（Prevotella）和唾液链球菌（Streptococcus salivarius），同时显著抑制了肠道病原体志贺氏菌（Shigella）。这些发现为富硒茶叶蛋白质的结构-功能-微生物群关系提供了新的见解，并强调了其作为促进肠道健康和补充硒的功能性食品成分的潜力。

引言

硒（Se）是一种必需的微量元素，在维持氧化还原平衡、免疫功能和整体代谢健康方面起着关键作用。自1817年Jöns Jacob Berzelius发现硒以来，大量研究揭示了其特有的双相剂量-反应关系（R. Ye等，2022），其中硒缺乏和过量都会导致不良的生理后果（Liu等，2019；Rayman，2012）。膳食中的硒主要来自无机形式（亚硒酸盐[Se(IV)]和硒酸盐[Se(VI)]）以及有机形式，尤其是硒代蛋氨酸（SeMet）（Ji等，2024）。然而，由于硒的地理分布不均，某些人群面临较高的硒缺乏风险（Jones等，2017），这凸显了有效硒补充策略的重要性。在全球许多地区，尤其是土壤硒含量低的地区（如中国（Quang Toan等，2018）和非洲（Ligowe等，2020），硒缺乏仍然是一个主要的营养问题，大量人口存在摄入不足的风险。慢性硒缺乏与多种健康问题有关，包括克山病、免疫反应受损、认知能力下降和甲状腺功能障碍（Shimada等，2021；Ventura等，2017）。尽管无机硒化合物的补充被广泛采用，但这些形式通常生物利用度低且安全剂量范围狭窄，引发了对其潜在毒性的担忧。这些限制凸显了迫切需要基于食品的、生物安全性更高的硒输送系统，以提供营养和功能性益处。

茶树（Camellia sinensis (L.) O. Kuntze）在富硒条件下表现出显著的硒积累能力，尤其是通过叶面施肥途径（K. Wang等，2024）。在各种生物强化技术中，叶面施用亚硒酸钠已被证明能显著提高硒的吸收效率，相比传统的土壤施用方法（Y. Wang等，2023）。富硒茶叶作为一种功能性饮料受到越来越多的关注，这得益于其生物活性成分（如多酚、多糖和硒化合物）的协同健康促进作用（Yang等，2023）。研究表明，富硒茶叶多糖可以改善肠道屏障功能并抑制结肠炎模型中的炎症（Y. Zhao等，2022），而富硒绿茶通过减少氧化应激标志物和增强抗氧化防御机制表现出护肝效果（B.-Y. Li等，2021）。

尽管具有这些功能性益处，但目前的研究主要集中在非蛋白质成分上，对富硒茶叶蛋白质的结构和功能作用关注较少。茶叶已成为一种有前景的植物性蛋白质来源，含有超过26种氨基酸，包括高水平的谷氨酸（Glu）、精氨酸（Arg）和苯丙氨酸（Phe）。值得注意的是，其谷氨酸含量超过了大豆蛋白和蛋清肽（H. Ge等，2024）。其良好的关键氨基酸组成，加上良好的消化性和生物利用度，表明茶叶蛋白质在营养价值上可能优于传统植物蛋白，如大豆（Kumar等，2023）。这些特性使茶叶蛋白质不仅是一种可行的替代蛋白质来源，也是生产生物活性肽的宝贵底物。事实上，最近的研究报道了从茶叶蛋白质中提取的各种功能性肽，包括抗氧化肽（Shen等，2025）和降血糖肽（Wang等，2024）。然而，尽管具有这些潜力，但仍存在一些限制因素阻碍了茶叶蛋白质的充分利用。这些问题包括提取效率低、固有的苦味和涩味，以及加工后功能稳定性和消化性的不确定性。解决这些挑战对于推进茶叶蛋白质在功能性食品中的应用至关重要。因此，需要结构修饰策略来改善其物理化学和营养特性。其中，已知会影响蛋白质结构和活性的硒生物强化被认为是一种有前景的方法。然而，其对茶叶蛋白质消化性和营养质量的具体影响仍有待进一步阐明。

在植物中，硒主要以硒代蛋氨酸（SeMet）和硒代半胱氨酸（SeCys）的形式结合到蛋白质中，由于结构同源性，它们可以替代蛋白质中的硫类似物（da Silva等，2017）。这种替代可以改变蛋白质的构象、稳定性和生物活性。例如，研究表明，硒的积累可以调节蛋白质结构并增强硒强化大米、蘑菇和花生的肠道健康效果（Fang等，2010；L. Luo等，2021）。然而，富硒茶叶蛋白质（Se-TPs）的结构-功能关系仍不明确，特别是在胃肠道消化过程中的行为及其与肠道微生物群的相互作用方面。

因此，本研究的目的是探讨叶面硒生物强化对茶叶蛋白质结构特征和微生物调节潜力的影响。采用氨基酸组成分析和傅里叶变换红外（FTIR）光谱技术来阐明硒对氨基酸谱型和蛋白质二级结构的影响。通过体外消化-发酵模型，基于16S rRNA基因测序，评估了Se-TPs的消化稳定性及其对肠道微生物群组成和短链脂肪酸（SCFAs）产生的影响。这项研究为富硒茶叶蛋白质的结构-消化-微生物群相互作用提供了机制上的见解，并为开发具有潜在应用价值的硒功能化茶叶产品提供了理论基础，这些产品可用于膳食硒补充和肠道健康调节。

富硒茶叶的制备

根据我们之前的实验结果（Niu等，2023），通过在合肥高新技术农业示范园（安徽省合肥市）种植的茶树上喷洒亚硒酸钠溶液（175 mg/L）进行叶面生物强化，获得了富硒茶叶。叶面施用是在茶叶生长期进行的，以最大化通过气孔吸收的硒摄入量。经过30天的硒暴露后，收获了成熟的茶叶。

通过叶面施用亚硒酸钠制备Se-TPs

多项研究表明，外源施用硒肥可以有效增加植物中的硒积累（D. Li等，2021；Y. Wang等，2023；Xu等，2024）。这种策略不仅增加了总硒含量，还有助于将无机硒转化为有机形式，如硒代氨基酸，这些形式更易被人体吸收（Wu等，2022；B. Zhao等，2025）。

结论

本研究表明，叶面硒生物强化是提高茶叶及其相关蛋白质中硒积累的有效方法。FTIR光谱显示，硒的加入引发了蛋白质二级结构的显著变化。比较氨基酸分析表明，Se-TPs的关键氨基酸总量高于天然茶叶蛋白质。体外发酵结果表明，Se-TPs显著增加了……

CRediT作者贡献声明

姜志良：撰写——原始草稿、可视化、方法学、研究、数据分析、数据管理。 白福清：撰写——审稿与编辑、数据分析。 郭伟：可视化、数据分析。 王新宇：方法学、数据分析。 胡坤：验证、方法学。 张玉轩：方法学、数据分析。 侯瑞燕：撰写——审稿与编辑、数据分析。 李红芳：撰写——审稿与编辑、方法学。 彭传义：撰写——

未引用参考文献

Li等，2021 Li等，2021 Luo, Xiao, Wang, Cai和Wang, 2024 da Silva等，2017 Wang等，2024 Wang等，2024

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

致谢

本研究得到了IHM食品营养与健康联合研究中心（2023SJY02）、安徽省优秀科研创新团队（2022AH010055）、中国农业农村部农业研究系统和MARAE（编号CARS-19）、江苏省自然科学基金（BK20221347）、安徽农业大学人才稳定项目（rc352220）的资助。