人乳脂替代品在嬰幼兒配方奶粉中的研究進展

文/王青云 王 帥 孫 健

（黑龍江完達山乳業(yè)股份有限公司）

母乳是人類生命初期最理想的營養(yǎng)來源，不但為嬰幼兒提供全面且均衡的營養(yǎng)，還大大降低嬰幼兒患腹瀉、過敏性疾病和傳染病等發(fā)生率，降低嬰幼兒死亡率[1]。人乳脂肪約提供嬰幼兒在生命初期生長發(fā)育所需能量的50%[2]，同時對維生素、礦物質營養(yǎng)素的吸收，嬰幼兒早期神經發(fā)育和生理功能的發(fā)揮起到重要作用[3]。例如，人乳脂肪中甘油三酯上的長鏈多不飽和脂肪酸可作為維生素A、維生素D等脂溶性維生素的載體[4，5]。在現(xiàn)代生活模式的影響下，許多母親由于工作壓力和個人因素等原因無法進行母乳喂養(yǎng)，此時嬰幼兒配方奶粉成為了無法得到母乳喂養(yǎng)嬰幼兒的最佳替代品。

嬰幼兒配方奶粉是通過添加各種營養(yǎng)元素調配得到的母乳模擬品，其最終的目標是實現(xiàn)與母乳各成分高度相似[6]。普通嬰幼兒配方奶粉中添加的牛乳脂肪在脂肪酸組成分布上與人乳脂肪存在較大差異，不能更好地滿足嬰幼兒此階段的營養(yǎng)需要。因此，近年來對于具有天然油脂特性且在脂肪酸組成和結構上與人乳脂肪相似的人乳脂替代品（Human Milk Fat Substitutes）的研究備受營養(yǎng)學家及消費者的關注。本文從人乳脂肪的結構組成特點和營養(yǎng)特性，人乳脂替代品母乳化進程及制備技術方面的研究進展進行綜述，并對人乳脂替代品的研究前景進行展望。

1 人乳脂肪特點和營養(yǎng)特性

1.1 人乳脂肪

人乳含3%～5%的脂肪，其中甘油三酯含量占總脂肪98%以上[7，8]。人乳脂肪球的形成是泌乳細胞內脂滴的生成、轉運、分泌和包裹上皮細胞膜的過程。人乳脂肪在人的乳清中并非呈現(xiàn)完全均勻的分散狀態(tài)，而是以人乳脂肪球（Human Milk Fat Globule，HMFG）的特殊形態(tài)穩(wěn)定存在[9]。HMFG具有特殊的三層膜結構，層狀排列的甘油三酯被包裹在人乳脂肪球的中心，這種結構不僅維持了乳液本身的穩(wěn)定性，還為嬰幼兒的生長發(fā)育提供了特有的營養(yǎng)學功能[10]。目前人乳脂肪球膜的組成、結構和營養(yǎng)特性的研究是人乳脂肪研究熱點之一。人乳脂肪酸在甘油三酯的骨架上具有高度特異性的位置分布[11]。甘油三酯是由3 個脂肪酸和三羥基甘油骨架酯化形成的分子[3]，其結構不僅包含3個脂肪酸分子與甘油隨機酯化的結果，也包含由脂肪酸特殊定位效應的合成結果。

成人的脂肪消化主要依賴胰脂酶，新生兒胰脂酶和膽汁分泌量較少，其對甘油三酯的良好吸收主要是通過胃底黏膜主細胞以顆粒形式產生的一種耐酸性酯酶——胃酯酶，其與胃蛋白酶共存于新生兒胃中并發(fā)揮作用，優(yōu)先水解Sn-1、Sn-3位脂肪酸形成游離脂肪酸，而Sn-2位脂肪酸則與三酰甘油一起以單甘酯脂肪酸的形式被吸收，并對C8—C12中鏈脂肪酸的水解率高于C14—C18長鏈脂肪酸[12]，即1，3-二油酸-2-棕櫚酸甘油三酯（1，3-Dioleoyl-2-palmitoylglycerol，OPO）結構脂肪中的飽和脂肪酸不會被分解成游離脂肪酸，而是以Sn-2單甘酯的形式與膽鹽形成乳糜微粒，更易被嬰幼兒腸道吸收，且促進嬰幼兒對脂肪和鈣的吸收，降低脂肪酸皂化和大便硬度，對嬰幼兒的生長發(fā)育具有積極作用[13]。

1.2 母乳中的磷脂

母乳中的磷脂主要以乳脂肪球膜的形式包裹在甘油三酯外，起到保持母乳穩(wěn)定、乳滴完整及維持膜結構流動性的作用[14]。雖然母乳中磷脂含量較低，僅占總脂肪0.4%～1%，但對嬰幼兒生長發(fā)育發(fā)揮重要作用。人乳磷脂主要是由甘油磷脂和鞘磷脂（SM）等極性脂類組成，占乳脂總磷脂60%～70%[15]。甘油磷脂是甘油骨架Sn-3位上連接不同基團的磷酸鹽，如卵磷脂：磷脂酰膽堿（PC）；腦磷脂：磷脂酰乙醇胺（PE）、磷脂酰絲氨酸（PS）和磷脂酰肌醇（PI），每種磷脂又因連接的脂肪酸不同而有若干種。SM分子中不含甘油，是由脂肪酸分子以酰胺鍵與鞘氨醇或二氫鞘氨醇的氨基相連接形成的磷脂，其不僅是細胞生物膜的重要組分，還參與細胞識別和信息傳遞。Garcia等[16]研究表明，人乳中鞘磷脂含量較高。PS對中樞神經系統(tǒng)發(fā)育有著重要意義[17]，且其能通過飲食補充來改善人的認知能力[18]。PC和SM是嬰幼兒膽堿的主要成分，膽堿是神經遞質乙酰膽堿的前體，通過調節(jié)信號轉導起作用，是大腦發(fā)育的必需物質[19]。Timby等通過對160名小于2月齡嬰幼兒的前瞻性隨機雙盲對照試驗，試驗配方奶中的磷脂含量為70 mg/100 mL。結果表明，在嬰幼兒12 月齡時進行Bayley嬰幼兒發(fā)展評估，試驗配方組嬰幼兒的評分顯著高于普通配方組，與母乳喂養(yǎng)組無顯著差異[20]。Tanaka等將24 名低體重早產兒隨機分為兩組，試驗組喂養(yǎng)SM強化奶，對照組喂養(yǎng)普通奶，追蹤18 個月后，試驗組嬰幼兒在BSID-Ⅱ行為評分、Fagan評分和視覺誘發(fā)電位潛伏期等指標均優(yōu)于對照組[21]。目前的嬰幼兒配方奶粉中仍缺乏人乳中有益于神經發(fā)育和調節(jié)代謝的重要成分。

1.3 母乳中的脂肪酸

母乳中的脂肪酸是嬰幼兒重要的能量來源，在維持嬰幼兒營養(yǎng)與健康方面發(fā)揮著重要作用。它為機體提供必需脂肪酸用于維持嬰幼兒的視網膜功能和神經系統(tǒng)的發(fā)育等。人乳脂肪含中鏈脂肪酸的甘油三酯可直接被小腸吸收，并迅速被轉移至肝臟，毋須依賴膽汁酸[22]。母乳中的中鏈脂肪酸完全用于供能。人乳脂肪為嬰幼兒提供必需脂肪酸，如亞油酸和α-亞麻酸，其缺乏可引起嬰幼兒皮膚損傷和生長遲緩，還可能造成紅細胞膜脆性和通透性增加，血小板聚集功能不良以及肺表面活性物質成分異常等不良影響[23]。雖然嬰幼兒具有利用亞油酸和α-亞麻酸為前體合成二十碳四烯酸（AA）和二十二碳六烯酸（DHA）等長鏈多不飽和脂肪酸的能力，但僅有3%～5%的前體物質可被利用轉化[12]。人乳脂肪中的多不飽和脂肪酸對嬰幼兒的正常生長發(fā)育至關重要，是嬰幼兒腦部發(fā)育和視網膜發(fā)育所需的重要營養(yǎng)素，補充DHA和AA對嬰幼兒大腦發(fā)育具有重要作用[24，25]。DHA也是嬰幼兒視網膜的重要組成部分，補充至少0.3%DHA和0.3%AA時對嬰幼兒視力發(fā)育具有促進作用[26]。適當攝入長鏈多不飽和脂肪酸可維持嬰幼兒正常免疫發(fā)育，某些多不飽和脂肪酸的代謝產物是重要的抗炎介質，如保護素（Protectin）和消退素（Resolvin）[27]。

2 人乳脂替代品及其母乳化進程

人乳脂替代品又稱人乳脂類似物、母乳化脂肪、人乳替代脂等，包括所有來源于動物、植物、微生物或它們的混合物與改性產物的油脂基產品，是重要的油脂基原料，被廣泛應用于嬰幼兒配方奶粉中。人乳脂替代品可以是單一品種的油脂，也可以是兩種或兩種以上調配的油脂，可以是天然油脂，也可以是半合成油脂，具體分類如圖1[12]所示。

目前應用在嬰幼兒配方奶粉中的植物油脂種類較多，主要有菜籽油、葵花籽油、大豆油、椰子油、棕櫚油和棕櫚仁油等，相對于動物油脂和微生物油脂，植物油脂具有原料易得、集中度高、成本低的優(yōu)點。每種不同植物來源的油脂均有其獨特的脂肪酸組成，人乳脂肪中的各種脂肪酸在植物油脂中都能夠找到，大多數國外品牌的嬰幼兒配方奶粉的脂肪除部分來源于乳基原料外，其余幾乎全部來源于植物油脂。植物油脂通過對多種不同植物油脂肪酸組成特點進行調配成為人乳脂替代品中重要的酰基供體而得到廣泛的應用。微生物油脂富含長鏈多不飽和脂肪酸，主要用途是為嬰幼兒提供DHA、AA等營養(yǎng)成分[28]。改性油脂通過分提、酯交換、復配等方式，使天然油脂中的甘油三酯結構和性質發(fā)生改變，再與多種植物油脂進行調和得到人乳化程度更高的人乳脂替代品。

圖1 人乳脂替代品的分類

嬰幼兒配方奶粉脂肪母乳化進程與嬰幼兒配方奶粉的發(fā)展是基本同步的，在“母乳化”這個嬰幼兒配方奶粉研發(fā)的黃金標準引導下，人乳脂替代品的母乳化進程也由宏觀逐步走向微觀。在宏觀方面，第一代嬰幼兒配方奶粉著重于在脂肪含量上接近母乳，由于牛乳中的脂肪含量與母乳相近，這一目標易于實現(xiàn)，并添加谷物、豆?jié){等增加熱量[29]。1915年美國惠氏公司推出了第一款乳基嬰幼兒配方奶粉宣告嬰幼兒配方奶粉的誕生。第二代嬰幼兒配方奶粉，在第一代奶粉的基礎上明確了配方奶粉“母乳化”的概念，著重于蛋白質、脂肪和碳水化合物這三大宏量營養(yǎng)素的模擬。在牛乳基礎上添加乳清粉提高配方奶粉中乳清蛋白占比，添加植物油脂解決牛乳脂中飽和脂肪酸過高和必需脂肪酸攝入的問題，添加多種維生素與礦物質補充嬰幼兒的營養(yǎng)需求。第三代嬰幼兒配方奶粉成型于20世紀90年代，更加注重配方奶粉微量營養(yǎng)素方面的優(yōu)化。添加脫鹽乳清粉調整蛋白質組成，增加α-乳清蛋白含量，將乳清蛋白和酪蛋白比例調整為6∶4，碳水化合物中乳糖占比不低于90%，在脂肪方面提高了必需脂肪酸亞油酸含量，更進一步通過添加DHA和AA長鏈多不飽和脂肪酸，使其在脂肪酸組成方面更接近母乳等[30]。

隨著嬰幼兒營養(yǎng)和嬰幼兒配方奶粉母乳化研究的進步，我國的嬰幼兒配方奶粉也逐步深入到對主要營養(yǎng)成分結構方面深層次的研究，在微量元素和一些活性成分添加的種類和數量上更趨于科學。近些年來在人乳脂替代品方面，臨床醫(yī)學研究者和營養(yǎng)學家對于具有不同脂肪酸分布的油脂對嬰幼兒營養(yǎng)吸收的影響方面研究發(fā)現(xiàn)：嬰幼兒體內內源性脂肪酶對人乳中攝入的甘油三酯通過脂肪吸收的方式進行消化，使每個甘油三酯分子水解釋放出2 個未酯化的脂肪酸分子和1個Sn-2單酰甘油分子，然后進入腸腔[11]，未被酯化的棕櫚酸很難被嬰幼兒吸收[14]，并與2 價陽離子，如Ca2+等結合，形成不溶性皂化物的趨勢變得更加明顯[31]。

Kennedy等研究發(fā)現(xiàn)，Sn-2位的棕櫚酸結構脂對嬰幼兒脂肪酸和鈣的吸收有明顯的促進作用，糞便中鈣皂形式存在的鈣和棕櫚酸含量減少，同時減少嬰幼兒排便困難的發(fā)生幾率[32～34]。

3 人乳脂替代品的制備技術

人乳脂替代品加工過程包括油脂的制取、精煉、改性等工序，有時還需進行粉末化、微膠囊化等穩(wěn)定化處理，具體加工過程見圖2[12]，其制備技術的研究主要集中在酶法方面。酶法相對于化學催化具有反應條件相對溫和的特點，更有利于營養(yǎng)成分的保留。目前以酶促轉酯法和酶促酸解法為主。

酶促轉酯法是在脂肪酶的催化下，2 種不同組成的甘油三酯或甘油三酯與簡單?；ブg發(fā)生酰基交換反應，而得到目標脂質的方法[35]。該方法多選用混合植物油脂或植物油脂和動物油脂的混合物作為反應底物[36]。Turan等[37]將棕櫚油、棕櫚仁油、橄欖油、葵花籽油和深海油脂混合物，通過Lipozy TL IM酶法轉移合成人乳脂替代品，并對共混物的總脂肪酸和Sn-2位脂肪酸組成進行分析。Maduko等[38]通過冷凍干燥的方式將大豆油、葵花籽油和椰子油3 種植物油的混合物添加到羊脫脂乳中催化生產人乳脂替代品。但由于酶促轉酯法相比于酶促酸解法的底物利用率較低，且脂肪酸的位置與人乳脂肪的天然結構相比還存在一定差距，因而此方面的研究較少。

圖2 人乳脂替代品加工過程

酶促酸解法是甘油三酯在脂肪酶的催化作用下與脂肪酸之間發(fā)生酰基轉移從而改變甘油三酯結構的方法[39]。多選用Sn-2位上富含C16∶0的甘油三酯以及游離的多不飽和脂肪酸，在Sn-1、Sn-3位專一性脂肪酶的作用下進行酶法酸解[40]。通過該方法得到的改性油脂具有專一性強，有位置和立體選擇性，避免劇烈反應條件對油脂中營養(yǎng)成分破壞等優(yōu)點。酶促酸解法在油脂工業(yè)中，結構油脂的生產上得到越來越廣泛的應用，但該法受生產成本和酶促反應設備的制約，應用領域受到限制，目前僅在嬰幼兒配方奶粉、特殊醫(yī)學用途配方奶粉、藥品等領域使用[41]。李昕倩等[42]通過正交試驗對以豬油和油酸為底物的酶促酸解法合成OPO的工藝條件進行了優(yōu)化研究。何川等[43]采用Sn-1、Sn-3位專一性脂肪酶作為催化劑，游離脂肪酸作為?；w與豬油進行反應制備人乳脂替代品，所得樣品Sn-2位棕櫚酸不低于總量的70%。Nagachinta等[44]通過響應面法優(yōu)化研究酶解反應條件，從二十二碳六烯酸單細胞油脂和二十碳四烯酸單細胞油脂中提取游離脂肪酸與酸解的棕櫚油作為反應底物，采用Novozym 435為催化劑。采用優(yōu)化條件制得的產物中每100 g含DHA和AA共計25.25 g，且在Sn-2位上的DHA和AA含量達17.20 g。這種結構脂質的脂肪酸組成更接近人乳，可為孕產婦提供營養(yǎng)需求。Li Yanqi等[45]以菜籽油、大豆油以及牛乳脂肪的混合物作為反應底物，酶法酸解制備人乳脂替代品。并通過動物試驗證明，所合成的人乳脂替代品大大減少了喂養(yǎng)后小鼠體內的鈣皂形成，促進了小鼠對脂肪與鈣的吸收。

4 展望

近年來，隨著科研工作者對人乳脂替代品研究的逐步深入，人乳脂替代品的母乳化進程已經由宏觀走向了微觀，目前雖然已經有以Infat?和Betapol?為代表的商業(yè)化產品，以OPO、中鏈脂肪酸甘油三酯（MCT）等為主要成分的人乳脂替代品和富含乳脂肪球膜（MFGM）的乳清蛋白粉等產品相繼問世。但由于人乳脂肪的復雜性和多樣性，目前遠未達到人乳替代脂完全母乳化的最高層次，只能循序漸進，分層次對人乳脂肪進行逐步模擬，尤其是對于人乳脂肪中活性功能性成分特殊結構的營養(yǎng)學意義。針對我國嬰幼兒等有特殊營養(yǎng)需求的人群而言，深入研究人乳脂肪中的生長因子和免疫成分，根據我國嬰幼兒的身體條件和營養(yǎng)需求，自主研發(fā)出不同于西方國家的活性成分和含量配比，使我國嬰幼兒配方奶粉中的脂質成分和活性物質的母乳化程度達到更高的水平。這還需我國科研工作者進行更多的研究和探索。