人乳脂替代品在婴幼儿配方奶粉中的研究进展

文/王青云 王 帅 孙 健

（黑龙江完达山乳业股份有限公司）

母乳是人类生命初期最理想的营养来源，不但为婴幼儿提供全面且均衡的营养，还大大降低婴幼儿患腹泻、过敏性疾病和传染病等发生率，降低婴幼儿死亡率[1]。人乳脂肪约提供婴幼儿在生命初期生长发育所需能量的50%[2]，同时对维生素、矿物质营养素的吸收，婴幼儿早期神经发育和生理功能的发挥起到重要作用[3]。例如，人乳脂肪中甘油三酯上的长链多不饱和脂肪酸可作为维生素A、维生素D等脂溶性维生素的载体[4，5]。在现代生活模式的影响下，许多母亲由于工作压力和个人因素等原因无法进行母乳喂养，此时婴幼儿配方奶粉成为了无法得到母乳喂养婴幼儿的最佳替代品。

婴幼儿配方奶粉是通过添加各种营养元素调配得到的母乳模拟品，其最终的目标是实现与母乳各成分高度相似[6]。普通婴幼儿配方奶粉中添加的牛乳脂肪在脂肪酸组成分布上与人乳脂肪存在较大差异，不能更好地满足婴幼儿此阶段的营养需要。因此，近年来对于具有天然油脂特性且在脂肪酸组成和结构上与人乳脂肪相似的人乳脂替代品（Human Milk Fat Substitutes）的研究备受营养学家及消费者的关注。本文从人乳脂肪的结构组成特点和营养特性，人乳脂替代品母乳化进程及制备技术方面的研究进展进行综述，并对人乳脂替代品的研究前景进行展望。

1 人乳脂肪特点和营养特性

1.1 人乳脂肪

人乳含3%～5%的脂肪，其中甘油三酯含量占总脂肪98%以上[7，8]。人乳脂肪球的形成是泌乳细胞内脂滴的生成、转运、分泌和包裹上皮细胞膜的过程。人乳脂肪在人的乳清中并非呈现完全均匀的分散状态，而是以人乳脂肪球（Human Milk Fat Globule，HMFG）的特殊形态稳定存在[9]。HMFG具有特殊的三层膜结构，层状排列的甘油三酯被包裹在人乳脂肪球的中心，这种结构不仅维持了乳液本身的稳定性，还为婴幼儿的生长发育提供了特有的营养学功能[10]。目前人乳脂肪球膜的组成、结构和营养特性的研究是人乳脂肪研究热点之一。人乳脂肪酸在甘油三酯的骨架上具有高度特异性的位置分布[11]。甘油三酯是由3 个脂肪酸和三羟基甘油骨架酯化形成的分子[3]，其结构不仅包含3个脂肪酸分子与甘油随机酯化的结果，也包含由脂肪酸特殊定位效应的合成结果。

成人的脂肪消化主要依赖胰脂酶，新生儿胰脂酶和胆汁分泌量较少，其对甘油三酯的良好吸收主要是通过胃底黏膜主细胞以颗粒形式产生的一种耐酸性酯酶——胃酯酶，其与胃蛋白酶共存于新生儿胃中并发挥作用，优先水解Sn-1、Sn-3位脂肪酸形成游离脂肪酸，而Sn-2位脂肪酸则与三酰甘油一起以单甘酯脂肪酸的形式被吸收，并对C8—C12中链脂肪酸的水解率高于C14—C18长链脂肪酸[12]，即1，3-二油酸-2-棕榈酸甘油三酯（1，3-Dioleoyl-2-palmitoylglycerol，OPO）结构脂肪中的饱和脂肪酸不会被分解成游离脂肪酸，而是以Sn-2单甘酯的形式与胆盐形成乳糜微粒，更易被婴幼儿肠道吸收，且促进婴幼儿对脂肪和钙的吸收，降低脂肪酸皂化和大便硬度，对婴幼儿的生长发育具有积极作用[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，起到保持母乳稳定、乳滴完整及维持膜结构流动性的作用[14]。虽然母乳中磷脂含量较低，仅占总脂肪0.4%～1%，但对婴幼儿生长发育发挥重要作用。人乳磷脂主要是由甘油磷脂和鞘磷脂（SM）等极性脂类组成，占乳脂总磷脂60%～70%[15]。甘油磷脂是甘油骨架Sn-3位上连接不同基团的磷酸盐，如卵磷脂：磷脂酰胆碱（PC）；脑磷脂：磷脂酰乙醇胺（PE）、磷脂酰丝氨酸（PS）和磷脂酰肌醇（PI），每种磷脂又因连接的脂肪酸不同而有若干种。SM分子中不含甘油，是由脂肪酸分子以酰胺键与鞘氨醇或二氢鞘氨醇的氨基相连接形成的磷脂，其不仅是细胞生物膜的重要组分，还参与细胞识别和信息传递。Garcia等[16]研究表明，人乳中鞘磷脂含量较高。PS对中枢神经系统发育有着重要意义[17]，且其能通过饮食补充来改善人的认知能力[18]。PC和SM是婴幼儿胆碱的主要成分，胆碱是神经递质乙酰胆碱的前体，通过调节信号转导起作用，是大脑发育的必需物质[19]。Timby等通过对160名小于2月龄婴幼儿的前瞻性随机双盲对照试验，试验配方奶中的磷脂含量为70 mg/100 mL。结果表明，在婴幼儿12 月龄时进行Bayley婴幼儿发展评估，试验配方组婴幼儿的评分显著高于普通配方组，与母乳喂养组无显著差异[20]。Tanaka等将24 名低体重早产儿随机分为两组，试验组喂养SM强化奶，对照组喂养普通奶，追踪18 个月后，试验组婴幼儿在BSID-Ⅱ行为评分、Fagan评分和视觉诱发电位潜伏期等指标均优于对照组[21]。目前的婴幼儿配方奶粉中仍缺乏人乳中有益于神经发育和调节代谢的重要成分。

1.3 母乳中的脂肪酸

母乳中的脂肪酸是婴幼儿重要的能量来源，在维持婴幼儿营养与健康方面发挥着重要作用。它为机体提供必需脂肪酸用于维持婴幼儿的视网膜功能和神经系统的发育等。人乳脂肪含中链脂肪酸的甘油三酯可直接被小肠吸收，并迅速被转移至肝脏，毋须依赖胆汁酸[22]。母乳中的中链脂肪酸完全用于供能。人乳脂肪为婴幼儿提供必需脂肪酸，如亚油酸和α-亚麻酸，其缺乏可引起婴幼儿皮肤损伤和生长迟缓，还可能造成红细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质成分异常等不良影响[23]。虽然婴幼儿具有利用亚油酸和α-亚麻酸为前体合成二十碳四烯酸（AA）和二十二碳六烯酸（DHA）等长链多不饱和脂肪酸的能力，但仅有3%～5%的前体物质可被利用转化[12]。人乳脂肪中的多不饱和脂肪酸对婴幼儿的正常生长发育至关重要，是婴幼儿脑部发育和视网膜发育所需的重要营养素，补充DHA和AA对婴幼儿大脑发育具有重要作用[24，25]。DHA也是婴幼儿视网膜的重要组成部分，补充至少0.3%DHA和0.3%AA时对婴幼儿视力发育具有促进作用[26]。适当摄入长链多不饱和脂肪酸可维持婴幼儿正常免疫发育，某些多不饱和脂肪酸的代谢产物是重要的抗炎介质，如保护素（Protectin）和消退素（Resolvin）[27]。

2 人乳脂替代品及其母乳化进程

人乳脂替代品又称人乳脂类似物、母乳化脂肪、人乳替代脂等，包括所有来源于动物、植物、微生物或它们的混合物与改性产物的油脂基产品，是重要的油脂基原料，被广泛应用于婴幼儿配方奶粉中。人乳脂替代品可以是单一品种的油脂，也可以是两种或两种以上调配的油脂，可以是天然油脂，也可以是半合成油脂，具体分类如图1[12]所示。

目前应用在婴幼儿配方奶粉中的植物油脂种类较多，主要有菜籽油、葵花籽油、大豆油、椰子油、棕榈油和棕榈仁油等，相对于动物油脂和微生物油脂，植物油脂具有原料易得、集中度高、成本低的优点。每种不同植物来源的油脂均有其独特的脂肪酸组成，人乳脂肪中的各种脂肪酸在植物油脂中都能够找到，大多数国外品牌的婴幼儿配方奶粉的脂肪除部分来源于乳基原料外，其余几乎全部来源于植物油脂。植物油脂通过对多种不同植物油脂肪酸组成特点进行调配成为人乳脂替代品中重要的酰基供体而得到广泛的应用。微生物油脂富含长链多不饱和脂肪酸，主要用途是为婴幼儿提供DHA、AA等营养成分[28]。改性油脂通过分提、酯交换、复配等方式，使天然油脂中的甘油三酯结构和性质发生改变，再与多种植物油脂进行调和得到人乳化程度更高的人乳脂替代品。

图1 人乳脂替代品的分类

婴幼儿配方奶粉脂肪母乳化进程与婴幼儿配方奶粉的发展是基本同步的，在“母乳化”这个婴幼儿配方奶粉研发的黄金标准引导下，人乳脂替代品的母乳化进程也由宏观逐步走向微观。在宏观方面，第一代婴幼儿配方奶粉着重于在脂肪含量上接近母乳，由于牛乳中的脂肪含量与母乳相近，这一目标易于实现，并添加谷物、豆浆等增加热量[29]。1915年美国惠氏公司推出了第一款乳基婴幼儿配方奶粉宣告婴幼儿配方奶粉的诞生。第二代婴幼儿配方奶粉，在第一代奶粉的基础上明确了配方奶粉“母乳化”的概念，着重于蛋白质、脂肪和碳水化合物这三大宏量营养素的模拟。在牛乳基础上添加乳清粉提高配方奶粉中乳清蛋白占比，添加植物油脂解决牛乳脂中饱和脂肪酸过高和必需脂肪酸摄入的问题，添加多种维生素与矿物质补充婴幼儿的营养需求。第三代婴幼儿配方奶粉成型于20世纪90年代，更加注重配方奶粉微量营养素方面的优化。添加脱盐乳清粉调整蛋白质组成，增加α-乳清蛋白含量，将乳清蛋白和酪蛋白比例调整为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亚油酸含量，更进一步通过添加DHA和AA长链多不饱和脂肪酸，使其在脂肪酸组成方面更接近母乳等[30]。

随着婴幼儿营养和婴幼儿配方奶粉母乳化研究的进步，我国的婴幼儿配方奶粉也逐步深入到对主要营养成分结构方面深层次的研究，在微量元素和一些活性成分添加的种类和数量上更趋于科学。近些年来在人乳脂替代品方面，临床医学研究者和营养学家对于具有不同脂肪酸分布的油脂对婴幼儿营养吸收的影响方面研究发现：婴幼儿体内内源性脂肪酶对人乳中摄入的甘油三酯通过脂肪吸收的方式进行消化，使每个甘油三酯分子水解释放出2 个未酯化的脂肪酸分子和1个Sn-2单酰甘油分子，然后进入肠腔[11]，未被酯化的棕榈酸很难被婴幼儿吸收[14]，并与2 价阳离子，如Ca2+等结合，形成不溶性皂化物的趋势变得更加明显[31]。

Kennedy等研究发现，Sn-2位的棕榈酸结构脂对婴幼儿脂肪酸和钙的吸收有明显的促进作用，粪便中钙皂形式存在的钙和棕榈酸含量减少，同时减少婴幼儿排便困难的发生几率[32～34]。

3 人乳脂替代品的制备技术

人乳脂替代品加工过程包括油脂的制取、精炼、改性等工序，有时还需进行粉末化、微胶囊化等稳定化处理，具体加工过程见图2[12]，其制备技术的研究主要集中在酶法方面。酶法相对于化学催化具有反应条件相对温和的特点，更有利于营养成分的保留。目前以酶促转酯法和酶促酸解法为主。

酶促转酯法是在脂肪酶的催化下，2 种不同组成的甘油三酯或甘油三酯与简单酰基酯之间发生酰基交换反应，而得到目标脂质的方法[35]。该方法多选用混合植物油脂或植物油脂和动物油脂的混合物作为反应底物[36]。Turan等[37]将棕榈油、棕榈仁油、橄榄油、葵花籽油和深海油脂混合物，通过Lipozy TL IM酶法转移合成人乳脂替代品，并对共混物的总脂肪酸和Sn-2位脂肪酸组成进行分析。Maduko等[38]通过冷冻干燥的方式将大豆油、葵花籽油和椰子油3 种植物油的混合物添加到羊脱脂乳中催化生产人乳脂替代品。但由于酶促转酯法相比于酶促酸解法的底物利用率较低，且脂肪酸的位置与人乳脂肪的天然结构相比还存在一定差距，因而此方面的研究较少。

图2 人乳脂替代品加工过程

酶促酸解法是甘油三酯在脂肪酶的催化作用下与脂肪酸之间发生酰基转移从而改变甘油三酯结构的方法[39]。多选用Sn-2位上富含C16∶0的甘油三酯以及游离的多不饱和脂肪酸，在Sn-1、Sn-3位专一性脂肪酶的作用下进行酶法酸解[40]。通过该方法得到的改性油脂具有专一性强，有位置和立体选择性，避免剧烈反应条件对油脂中营养成分破坏等优点。酶促酸解法在油脂工业中，结构油脂的生产上得到越来越广泛的应用，但该法受生产成本和酶促反应设备的制约，应用领域受到限制，目前仅在婴幼儿配方奶粉、特殊医学用途配方奶粉、药品等领域使用[41]。李昕倩等[42]通过正交试验对以猪油和油酸为底物的酶促酸解法合成OPO的工艺条件进行了优化研究。何川等[43]采用Sn-1、Sn-3位专一性脂肪酶作为催化剂，游离脂肪酸作为酰基供体与猪油进行反应制备人乳脂替代品，所得样品Sn-2位棕榈酸不低于总量的70%。Nagachinta等[44]通过响应面法优化研究酶解反应条件，从二十二碳六烯酸单细胞油脂和二十碳四烯酸单细胞油脂中提取游离脂肪酸与酸解的棕榈油作为反应底物，采用Novozym 435为催化剂。采用优化条件制得的产物中每100 g含DHA和AA共计25.25 g，且在Sn-2位上的DHA和AA含量达17.20 g。这种结构脂质的脂肪酸组成更接近人乳，可为孕产妇提供营养需求。Li Yanqi等[45]以菜籽油、大豆油以及牛乳脂肪的混合物作为反应底物，酶法酸解制备人乳脂替代品。并通过动物试验证明，所合成的人乳脂替代品大大减少了喂养后小鼠体内的钙皂形成，促进了小鼠对脂肪与钙的吸收。

4 展望

近年来，随着科研工作者对人乳脂替代品研究的逐步深入，人乳脂替代品的母乳化进程已经由宏观走向了微观，目前虽然已经有以Infat®和Betapol®为代表的商业化产品，以OPO、中链脂肪酸甘油三酯（MCT）等为主要成分的人乳脂替代品和富含乳脂肪球膜（MFGM）的乳清蛋白粉等产品相继问世。但由于人乳脂肪的复杂性和多样性，目前远未达到人乳替代脂完全母乳化的最高层次，只能循序渐进，分层次对人乳脂肪进行逐步模拟，尤其是对于人乳脂肪中活性功能性成分特殊结构的营养学意义。针对我国婴幼儿等有特殊营养需求的人群而言，深入研究人乳脂肪中的生长因子和免疫成分，根据我国婴幼儿的身体条件和营养需求，自主研发出不同于西方国家的活性成分和含量配比，使我国婴幼儿配方奶粉中的脂质成分和活性物质的母乳化程度达到更高的水平。这还需我国科研工作者进行更多的研究和探索。