硒是人体必需的微量元素，硒可以激活人体免疫球蛋白、增加抗体数量，在保护心脑血管、延缓衰老等人体健康方面有着重要功能。已有研究表明，人体长期处于缺硒状态会导致特有疾病，如克山病、大骨节病等。同时，硒摄取量不足也与人体40余种代谢性疾病的发病风险呈显著正相关，如心肌细胞损伤、高血压、碘缺乏症、甲状腺功能受损、癌症等。硒元素在自然界中主要以无机硒形态存在，无机硒毒性较高，人类及动物无法直接利用，需经植物或微生物转化形成生物有机硒才能被广泛应用。
但是，地壳中硒的平均含量仅为0.05～0.09 mg/kg，总硒含量高于0.4 mg/kg的天然富硒基质呈稀缺性分布，导致经生物转化的富硒农产品面临供给缺口。我国富硒区（＞0.45 mg/kg）呈点状分布，主要集中于中南地区，典型富硒区有湖北恩施（具有独立的硒矿床，土壤硒均值1.49 mg/kg）、陕西紫阳（寒武系碳硅板岩区，均值0.49 mg/kg）、安徽石台、广西巴马、江西宜春、陕西安康（大巴山富硒层，均值范围2.5～6.9 mg/kg）及青海平安盆地（基性火山岩区）等。除以上区域外，国内70%以上的耕地处于缺硒状态，其中约30%的耕地严重缺硒。低硒带的空间范围与克山病、大骨节病等地方性疾病的流行区域存在显著的地理重叠，而富硒区多与长寿县、长寿乡相关联。对于缺硒地区（地区食物中硒含量在0.02 mg/kg以下），自然食品中硒含量的不足使得人们不得不寻求其他可行的补硒途径。
植物有机硒是人体主要的补硒途径，常用于转化的植物有玉米、水稻及常见蔬菜等。同时，不同国家和地区使用植物的富硒方法具有一定差异。例如芬兰采用立法手段强制实施肥料硒添加标准，使农作物施肥的同时进行富硒；还有一些国家直接在农田中添加亚硒酸钠，以提高农作物产品中的有机硒含量。英国实施的小麦硒强化项目发现，每公顷施用10 g硒酸盐可以将小麦作物的硒含量从基础水平的30～100 µg/kg提高到200～500 µg/kg。
值得注意的是，植物进行有机硒转化效率较低，不能满足广大缺硒人群的补硒需求，而微生物转化法特别是利用酵母生产富硒酵母，被认为是最高效且安全的转化途径。在酵母培养过程中加入无机硒，使其生长代谢过程中吸收硒并将其与细胞内的蛋白质和氨基酸等有机成分结合，转化为能被人体直接吸收利用的有机硒。有研究表明，每千克酵母可以转化、积累高达3 000 mg有机硒，且硒的主要存在形式为硒蛋氨酸（SeMet）、硒半胱氨酸等，是目前最高效的生物硒转化方式。因此，生产富硒酵母并利用富硒酵母发酵或制成可食用的富硒产品，已经成为一种重要的人体补硒途径。
武汉生物工程学院应用生物技术研究中心的刘杨、徐飞*，武汉生物工程学院食品科技学院的陶鑫*等人从自然环境中筛选与分离具有高耐硒性及高硒转化率的酵母菌株，通过紫外诱变及发酵工艺优化进一步提升菌株的耐硒阈值与细胞生物量。在此基础上，采用冷冻高压细胞破碎技术从富硒酵母中提取生物有机硒，并将其应用于富硒酸奶、富硒饼干等常见富硒食品的生产。本研究旨在为提升富硒酵母的硒转化效率与安全性提供理论依据，拓展富硒酵母在补硒产品中的应用范围。
1 富硒酵母菌的分离和筛选
采集不同样品进行酵母菌分离培养，一共分离获得12 株酵母菌株。根据来源不同分别编号：XG-1、XG-2、XG-3、PT-1、PT-2、PT-3、T1-1、T1-2、T1-3、T2-1、T2-2、T2-3。使用耐硒法与红硒显色法进一步分离筛选，耐硒筛选法的原理为微生物对无机硒的耐受性与其生物转化效率呈显著正相关。红硒显色法是基于微生物对硒的生物转化能力与硒红的形成呈负相关，依据微生物硒代谢产物与显色试剂的反应强度进行效能评估。结果显示，酵母菌株PT-1、PT-3的亚硒酸钠耐受性较强。由图1A可知，PT-1、PT-3、T2-1、T2-2、T2-3 5 株酵母菌株对硒的转化效果较好。
使用YPD固体培养基设置浓度递增的硒浓度胁迫环境，通过观测菌落形成能力评估菌株的极限硒耐受能力。由图1B可知，在硒质量浓度提高至90 mg/L时，T2-1、T2-2、T2-3、PT-3均能形成菌落，T2-1形成的菌落最大，T2-3其次。随着硒质量浓度继续提升，各菌株菌落尺寸呈现系统性缩减，但T2-1始终维持相对优势。在120 mg/L质量浓度条件下，仅T2-1、T2-3和PT-3保留微弱增殖能力，可以观察到微小菌落形成。基于菌落形态特征、硒红降解能力及极限硒耐受能力的综合评估，最终选择菌株T2-1、T2-3与PT-3进行发酵条件优化。
按照GB 5009.93—2017和GB 1903.21—2016的规范要求，配制系列标准浓度溶液进行检测分析并绘制标准曲线。结合图1C、D可知，菌株PT-3的有机硒转化率最高（92%），其次为T2-1和T2-3。PT-3菌株对无机硒的有机转化效率显著优于T2-1和T2-3，且根据前期通过耐硒法和红硒显色法测得其对硒胁迫的耐受性最强，在较高硒浓度培养条件下，该菌株仍能维持稳定的代谢功能。综合上述结果，PT-3菌株不仅表现出优异的硒转化效率，同时具备良好的环境适应能力，是本研究中筛选获得的优势菌株，将用于后续的鉴定和发酵实验。
2 富硒酵母菌的鉴定分析
利用显微镜观察酵母PT-3菌株细胞形态，该菌体呈现典型圆形、卵圆形及椭圆形多态性，视野中能看到大多数菌以出芽方式进行生殖，符合酵母繁殖的典型特征（图2A）。将PT-3菌株接种于WL营养琼脂培养基中进行初步鉴定，酵母菌株PT-3在WL营养琼脂培养基上生长的菌落呈奶油色球形凸起结构，表面干燥、边缘呈放射状、面粉状，属于WL营养琼脂酵母菌株培养分类中的未知酵母（图2B）。使用NL1/NL4引物对DNA保守区段进行PCR扩增，扩增产物经1%琼脂糖凝胶电泳分析，结果如图2C所示。产物在650 bp位置出现单一明亮条带，可用于核酸测序。PCR产物经核酸测序分析，并利用NCBI数据库进行BLAST同源比对分析（图2D），最终结果表明菌株PT-3与库德里阿兹威毕赤酵母（Pichia kudriavzevii）的序列相同，一致性为99.9%，确定其为库德里阿兹威毕赤酵母。
3 富硒酵母菌株改良和发酵条件优化
将酵母菌株均匀涂布于YPD培养基中，并进行紫外诱变实验，诱变后避光培养2 d。从诱变后的培养基中挑选5 个生长状态较好的菌株，编号为PT-YB-SeR1、PTYB-SeR2、PT-YB-SeR3、PT-YB-SeR4、PT-YB-SeR5（简称为1～5号菌株），以原始菌株作为对照（CK），进行硒耐受实验。如图3A所示，在硒质量浓度200 mg/L条件下，CK仅形成一层菌膜，1～5号菌株生长状态良好，形成较大的白色菌斑；当硒质量浓度达到300 mg/L时，CK菌斑较淡，1～5号菌株仍维持较好生长趋势；硒质量浓度升高至400 mg/L时，1～5号菌落仅呈现较小且颜色较淡的白色菌点，而CK则完全丧失生长能力，仅残留微量菌斑，表明诱变后的1～5号菌都具有较高的硒耐受能力。
设置硒质量浓度为300 mg/L，使用不同的硒底物进行发酵实验，采用100 mL发酵体积进行富硒发酵实验。如图3B所示，选取的4 种硒底物转化率都较高，其中亚硒酸钠和亚硒酸锌的转化率均能达到98%以上。进一步离心并测定不同硒底物发酵后的酵母生物量，发现其中亚硒酸钠组的酵母生物量最高（0.58 g）（图3C），培养基呈黄色，几乎没有红硒生成。随后以亚硒酸钠为底物、硒质量浓度为300 mg/L，探究了不同温度和摇床转速对富硒发酵的影响，结果如图3D～G所示，最适合的发酵温度为28 ℃、转速为220 r/min。在单因素试验基础上，选取3 个最佳发酵结果，制作正交试验表，并进行富硒发酵实验。结果表明，影响富硒发酵最大的因素是发酵底物，其次为摇床转速。
利用上述实验与验证获得的最佳条件，分别接种PT-3原始菌种与紫外诱变后获得的耐硒菌株PT-YBSeR1、PT-YB-SeR2、PT-YB-SeR3进行发酵。如图3H～J所示，3 株诱变后的酵母在最佳发酵条件下转化率均高于94%，其中PT-YB-SeR3的转化率达到98.6%；在生物量方面，PT-YB-SeR3最高（1.39 g），其次是PT-YB-SeR1，为1.10 g；另外，PT-YB-SeR3的最终硒富集量也最高，达到1 678 mg/L。
4 生物有机硒的提取及应用
通过X射线光电子能谱对普通酵母和富硒酵母进行对比，结果如图4A所示。酵母经富硒发酵后，在400 eV处出现新特征峰。进一步拟合发现，未富硒酵母的碳谱分别在284.6、286.0、288.0 eV和287.0 eV出现特征峰，而经过富硒发酵后其碳峰偏移至282.9 eV附近（图4B）。另外，X射线衍射图谱中没有出现尖峰（图4C），表明富硒酵母具有非结晶结构。利用高压冷冻细胞破碎技术破碎酵母细胞，利用光学显微镜观察不同破碎次数的效果。如图4D所示，破壁4 次后的富硒酵母已经看不到完整酵母细胞，表明富硒酵母的细胞已经完全破裂，细胞内物质全部释放。将提取后的生物有机硒加入不同的食品中进行发酵实验。随着有机硒添加量的增加，感官评分呈现先升高后降低的趋势，当有机硒添加量为0.16%时，酸奶感官评分最高（图4E），当有机硒添加量为0.10%时，饼干的感官评分最高（图4F）。对感官评分最高食品中的硒含量进行检测，其中酸奶中硒含量约为210 μg/kg，饼干中硒含量为152 μg/kg（图4G），均符合DBS42/002—2022《食品安全地方标准 富有机硒食品硒含量要求》中富硒食品的相关要求。
5 讨论与结论
本研究通过微生物分离技术并结合耐硒法与红硒法进行菌株筛选，从富硒地区的土壤和果皮中获得1 株具有优良硒代谢特性的酵母菌株，经鉴定该菌株为库德里阿兹威毕赤酵母，之后利用紫外诱变和发酵条件优化，使其富硒量为1 678 mg/L，硒转化率为98.6%。最后，利用高压冷冻细胞破碎技术破碎酵母细胞，提取生物有机硒，并将其添加到酸奶和饼干中成功制备了富硒食品。
经过诱变育种和发酵条件优化后，酵母菌株富硒量和硒转化效率都有较大的提升，虽然富硒量低于杨新等报道的2 278.35 μg/g，但高于邹艳等研究的产朊假丝酵母（富硒量1 575 μg/g，转化率98.5%）。另外，现有研究主要以硒酸钠或亚硒酸钠进行富硒发酵，少有使用硒化锌作为底物发酵。在优化发酵条件的实验中发现，以硒化锌为发酵底物时，其转化效率和酵母生物量与亚硒酸钠的十分接近。使用硒化锌作为发酵底物，其酵母细胞可能兼具富硒和富锌的特性，但是由于实验未检测酵母细胞中锌含量，相关推测还有待进一步验证。
X射线光电子能谱分析显示，酵母经富硒发酵后在400 eV处出现新特征峰，表明发酵产物中氮（N）元素含量显著增加。Liu Jin等的研究也有相似现象，据此推测在富硒发酵过程中可能促进了酵母对氮元素的同化吸收，并可能促进了N—Se的生成。进一步对碳谱图进行分析，未富硒的酵母特征峰在284.6、286.0、288.0 eV和287.0 eV附近，分别对应C—C、C—N、C—O和C—S，可以判断为甲硫氨酸。而富硒酵母的碳峰则偏移至282.9 eV附近，主要为C—Se峰，证明富硒发酵后酵母中的硒和氨酸结合，主要为有机硒。
常见的富硒酵母相关食品多是利用酵母活体细胞或酵母发酵制成，由于酵母活体细胞多数具有难闻的气味，添加到食品中会影响食物口感。其次，酵母富集的生物硒很少分泌到细胞外，且酵母菌属于人体中常见菌种，能够在消化道中存活，直接食用富硒酵母被人体吸收的硒含量有限。本实验使用低温细胞破碎技术，从富硒酵母中提取出生物有机硒，并添加至酸奶和饼干中制成富硒食品，本方法具备一定的创新性与实用价值，对于后续开展其他富硒食品的制备具有参考意义。
作者简介
通信作者：
陶鑫实验师
武汉生物工程学院食品科技学院
陶鑫，男，中共党员，硕士，主要研究方向为功能性食品研发。主持湖北省教育厅科学研究项目、中华职教社教研项目各1 项、校级教科研项目4 项，指导省级大创项目2 项。近三年以第一作者或通讯作者发表中文核心论文4 篇，省级教科研论文2 篇，授权专利1 件，主编教材1 部，参编教材2 部。
徐飞教授
武汉生物工程学院应用生物技术研究中心 主任
徐飞，男，中共党员，四川大学博士，先后赴英国Sussex University，比利时Ghent University VIB center和西班牙Sevila University CSIC center开展访学；主要从事植物生长发育、食品科学等研究。曾主持或参与完成6项国家自然基金项目，2项教育部博士点项目，1 项湖北省教育厅指导性项目和1 项湖北省青年科技晨光计划项目，累积发表论文60余篇，其中40余篇SCI，申请并获批国家专利10 项。先后入选“湖北省楚天学者计划（楚天学子）”、“武汉市科技特派员”、“武汉市青年科技晨光计划”人才资助和“武汉市人民政府优秀博士计划资助。兼任湖北省植物生理与分子生物学会常务理事和湖北省细胞生物学会理事。
第一作者：
刘杨助教
武汉生物工程学院生命科学与技术学院
刘杨，男，中共党员，硕士，助教，武汉生物工程学院生命科学与技术学院实验员，主要研究方向为功能性食品研发。主持省部级科研课题1 项，校企合作项目1 项，校级教科研项目2 项，指导国家级大创项目2 项，参与完成国家自然基金项目1 项、省级课题2 项，以第一作者身份发表高水平SCI论文3 篇，累积发表论文10余篇。
引文格式：
刘杨, 马成章, 胡玮航, 等. 富硒酵母的选育及生物有机硒的提取和应用[J]. 食品科学, 2025, 46(24): 181-188. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250811-058.
LIU Yang, MA Chengzhang, HU Weihang, et al. Breeding of selenium-enriched yeast and extraction and application of bioorganic selenium[J]. Food Science, 2025, 46(24): 181-188. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250811-058.
实习编辑：李雄；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网
为汇聚全球智慧共探产业变革方向，搭建跨学科、跨国界的协同创新平台，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心、国家市场监督管理总局技术创新中心（动物替代蛋白）、中国食品杂志社《食品科学》杂志（EI收录）、中国食品杂志社《Food Science and Human Wellness》杂志（SCI收录）、中国食品杂志社《Journal of Future Foods》杂志（ESCI收录）主办，西南大学、 重庆市农业科学院、 重庆市农产品加工业技术创新联盟、重庆工商大学、 重庆三峡科技大学 、西华大学、成都大学、四川旅游学院、北京联合大学、 中国-匈牙利食品科学“一带一路”联合实验室（筹） 共同主办 的“ 第三届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会 ”， 将于2026年4月25-26日 （4月24日全天报到） 在中国 重庆召开。
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为系统提升我国食品营养与安全的科技创新策源能力，加速科技成果向现实生产力转化，推动食品产业向绿色化、智能化、高端化转型升级，由北京食品科学研究院、中国食品杂志社《食品科学》杂志（EI收录）、中国食品杂志社《Food Science and Human Wellness》杂志（SCI收录）、中国食品杂志社《Journal of Future Foods》杂志（ESCI收录）主办，合肥工业大学、安徽农业大学、安徽省食品行业协会、安徽大学、合肥大学、合肥师范学院、北京工商大学、中国科技大学附属第一医院临床营养科、安徽粮食工程职业学院、安徽省农科院农产品加工研究所、安徽科技学院、皖西学院、黄山学院、滁州学院、蚌埠学院共同主办的“第六届食品科学与人类健康国际研讨会”，将于 2026年8月15-16日（8月14日全天报到）在中国 安徽 合肥召开。
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