The Role of Selenium Nanoparticles in Agriculture and Food Technology

Resumo

O selênio (Se) é um micronutriente essencial para diversos organismos, como mamíferos, bactérias, alguns insetos e nematóides, arqueias e algas, pois está envolvido em um grande número de processos fisiológicos e metabólicos e faz parte de aproximadamente 25 selenoproteínas em mamíferos. Nas plantas, o Se não tem uma função metabólica essencial; altas concentrações de Se inorgânico podem levar à formação de Se-aminoácidos, e sua incorporação em selenoproteínas pode gerar toxicidade. Por outro lado, baixas doses de Se podem desencadear uma variedade de efeitos benéficos como antioxidante, antimicrobiano ou agente modulador de estresse, sem ser um elemento essencial. Portanto, o Se pode gerar toxicidade dependendo da dose e da forma química em que é fornecido. As nanopartículas de selênio (NPsSe) surgiram como uma abordagem para reduzir este efeito negativo e melhorar suas propriedades biológicas. Por sua vez, as NPsSe têm uma ampla gama de vantagens potenciais, tornando-as uma alternativa para áreas como a agricultura e a tecnologia de alimentos. Esta revisão concentra-se no uso de NPsSe e suas diferentes aplicações como agentes antimicrobianos, promotores de crescimento, biofortificação de culturas e nutracêuticos na agricultura. Além disso, a utilização de NPsSe na geração de embalagens com características antioxidantes e antimicrobianas e no enriquecimento de alimentos de origem animal para consumo humano como parte da tecnologia de alimentos é abordada. Adicionalmente, possíveis mecanismos de ação e potenciais efeitos adversos são discutidos. A concentração, o tamanho e o método de síntese das NPsSe são fatores determinantes de suas propriedades biológicas.

Abstract

Selenium (Se) is an essential micronutrient for diverse organisms such as mammals, bacteria, some insects and nematodes, archaea, and algae, as it is involved in a large number of physiological and metabolic processes and is part of approximately 25 selenoproteins in mammals. In plants, Se has no essential metabolic role, high concentrations of inorganic Se can lead to the formation of Se-amino acids, and its incorporation into selenoproteins can generate toxicity. Conversely, low doses of Se can trigger a variety of beneficial effects as an antioxidant, antimicrobial, or stress-modulating agent without being an essential element. Therefore, Se can generate toxicity depending on the dose and the chemical form in which it is supplied. Selenium nanoparticles (SeNPs) have emerged as an approach to reduce this negative effect and improve its biological properties. In turn, SeNPs have a wide range of potential advantages, making them an alternative for areas such as agriculture and food technology. This review focuses on the use of SeNPs and their different applications as antimicrobial agents, growth promoters, crop biofortification, and nutraceuticals in agriculture. In addition, the utilization of SeNPs in the generation of packaging with antioxidant and antimicrobial traits and Se enrichment of animal source foods for human consumption as part of food technology is addressed. Additionally, possible action mechanisms and potential adverse effects are discussed. The concentration, size, and synthesis method of SeNPs are determining factors of their biological properties.