异构化乳糖在婴幼儿配方奶粉中的应用

文/杨 凯 薛江超 张天博 贾云虹 宋晓青 李朝旭

（河北三元食品有限公司技术研发部）

异构化乳糖在婴幼儿配方奶粉中的应用

文/杨 凯 薛江超 张天博 贾云虹 宋晓青 李朝旭

（河北三元食品有限公司技术研发部）

异构化乳糖是以乳糖为原料通过异构化作用制得的一种半合成双糖，具有益生元的作用特点。从异构化乳糖在婴幼儿配方奶粉中应用的临床研究可以看出，将异构化乳糖单独或与其它益生元复配用于婴幼儿配方奶粉中，具有显著的益生元功效，可促进双歧杆菌等有益菌的生长繁殖，抑制大肠杆菌增殖，从而改善婴幼儿肠道健康。

异构化乳糖；婴幼儿配方奶粉；益生元

异构化乳糖，又称乳果糖、乳酮糖，是以乳糖为原料通过化学反应制得的一种半合成双糖。虽然自然界中不存在异构化乳糖，但由于乳糖的无催化剂异构化作用，使其存在于经过热处理的牛奶制品中。自20世纪50年代以来，异构化乳糖已用于治疗人类的特定疾病，还用作益生元（当时名称为“双歧因子”），尽管益生菌和益生元的术语使用晚的多。鉴于这个原因，人们最初仅知道异构化乳糖是一种药品，而非益生元，其使用历史和半合成特征解释了异构化乳糖的性质，也与其它益生元有一定差异[1]。

意大利、日本和荷兰等国家已批准将异构化乳糖用作食品或饮料添加剂[2]。我国GB 2760-2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》中规定异构化乳糖液可应用于乳粉（包括加糖乳粉）和奶油粉及其调制产品、饼干、婴幼儿配方食品和饮料（包装饮用水除外）。但目前为止，国内市场上尚未见到有婴幼儿配方奶粉产品中应用异构化乳糖。因此本文介绍了异构化乳糖的理化性质、益生元性质及其在婴幼儿配方奶粉中的临床研究情况，以为广大科研工作者提供参考，为异构化乳糖的应用提供理论指导。

1 异构化乳糖的理化性质

异构化乳糖是乳糖的异构化产物，因此它们具有相同的分子式（C12H22O11）和分子量（Mr=342.3）。碱金属类氢氧化物和硼酸通常用来催化该异构化反应。异构化乳糖形成的原理图如图1所示[3]。

异构化乳糖液是一种淡黄色无嗅透明糖浆，由于其它糖成分的存在使其表现出一定甜味（表1）。异构化乳糖粉末是白色到近白色无味结晶粉末（相对甜度0.6～0.8），可溶于水，微溶于甲醇，不溶于乙醚，熔点介于168.5和170 ℃。在30 ℃时它在水中的溶解度为76.4%（w/w），在90 ℃增加到86%。它的甜度为蔗糖的0.48～0.62，比乳糖的甜度高1.5倍。异构化乳糖经酸水解得到半乳糖和果糖。在低pH值条件下加热到130 ℃10 min，异构化乳糖能保持稳定，很少被降解。这种相对较高的稳定性使得其能够满足正常食品加工的需要[2]。

2 异构化乳糖的益生元性质

图1 异构化乳糖形成的原理图

与其它大多数益生元相反，异构化乳糖不存在于自然界中，不会作为低糖水解或酶促合成产物而自然产生。然而，异构化乳糖确实在加热后的牛奶中以非常小的数量作为非催化异构化的产物存在。与其底物乳糖相比，异构化乳糖中的β-1，4糖苷键不能被人肠道消化酶所分解。虽然绝大多数白种人可以消化吸收乳糖，但不能吸收异构化乳糖，主要因为其是通过可分解糖的结肠细菌所代谢。异构化乳糖有益于乳酸菌的生长和代谢，而不利于许多水解蛋白的致病菌的生长，这种特征受生物、医学等多方面作用，表现出与其它益生元接近的效果。例如，乳糖醇同异构化乳糖具有相同的分子式和分子量，都不在小肠中分解，但二者对细菌代谢、粪便pH值和转运时间等参数的影响差异显著[4～6]。已有研究表明乳糖醇在相同剂量下效果明显较差，且只有其环状部分才起到益生元作用，而醇基被认为是通过渗透方式发挥作用[6]。

Rycroft等[7]通过试验比较评价了低聚果糖、异构化乳糖、低聚木糖、低聚半乳糖、大豆低聚糖和低聚异麦芽糖等益生元低聚糖的体外发酵性能，研究发现低聚木糖和乳果糖使双歧杆菌的数量增长最多，同时低聚果糖产生的乳酸杆菌数量最多。

Watson等[8]测试了68 株菌株（包括29 株乳酸杆菌和39 株双歧杆菌），对10 种不同碳水化合物〔葡萄糖（作为对照）、乳糖、异构化乳糖、麦芽糊精、聚葡萄糖、低聚果糖、菊粉、低聚果糖/菊粉混合物、低聚半乳糖、低聚半乳糖/菊粉混合物〕的代谢能力进行检测。研究结果表明，低聚半乳糖和乳果糖最利于乳酸杆菌和双歧杆菌的生长，而菊粉、麦芽糊精和聚葡萄糖促进有益菌生长的作用相对较差。低聚半乳糖/菊粉（9∶1）和低聚果糖/菊粉混合物支持生长的能力与低聚半乳糖和低聚果糖最接近。

表1 异构化乳糖液和粉末的主要成分[1]

从以上益生元之间的比较可以看出，异构化乳糖具有典型的益生元性质，能够促进双歧杆菌和乳酸杆菌的生长。

3 异构化乳糖在婴幼儿配方奶粉中的应用

目前，仅查阅到国外学者将异构化乳糖应用在婴幼儿配方奶粉中的临床研究，尚未检索到我国在该领域的研究文献。在这些临床应用中，部分研究单独使用了异构化乳糖，部分研究将其与其它益生元复配使用。现将上述临床研究汇总如下。

Riskin等[9]将28 名早产儿分为异构化乳糖试验组15 名、安慰剂对照组13 名，在喂食的母乳或配方奶粉中，给试验组添加1%的异构化乳糖，给对照组添加1%的葡萄糖。试验使用前瞻性、双盲、安慰剂对照组、单中心研究，以评价异构化乳糖对于早产儿的安全性和益生元效果。研究发现，小剂量的异构化乳糖没有造成早产儿腹泻，早产儿服用异构化乳糖后，其粪便菌群培养乳酸杆菌呈显著阳性；且服用异构化乳糖有利于减少肠道内喂养的不耐受，使早产儿尽早达到全口服喂养。试验组也倾向于更低的晚发型败血症发生率、更低的坏死性小肠结肠炎发生率，且营养指标更好，尤其是钙和总蛋白摄入量更高。以上结果表明，早产儿喂食含有低剂量异构化乳糖的婴儿食品是安全的，同时也表明异构化乳糖具有显著的益生元功效。

Nagendra等[10]给1 名缺乏母乳喂养足月正常女婴喂食I（不含异构化乳糖的对照组）、II（添加0.5%的异构化乳糖的试验组）、III（添加1%的异构化乳糖的试验组）三种配方奶粉，依次喂食奶粉II、奶粉I、奶粉III各3 周，以考察异构化乳糖能否作为益生元添加到婴儿配方奶粉中以影响婴儿肠道内的菌群构成。在喂食奶粉II期间，双歧杆菌菌群明显增加，大肠杆菌菌群明显减少，粪便pH值也有所下降；在随后喂食奶粉I期间，双歧杆菌菌群减少，大肠杆菌菌群增多，粪便pH值有所上升；当喂食奶粉III 1 周之后，粪便pH值明显降低，喂食3 周后，双歧杆菌菌群显著增加，大肠杆菌菌群也有所增加。以上结果表明，作为双歧杆菌增殖因子，异构化乳糖可以促进双歧杆菌的增殖，降低肠道内环境pH值。而添加有0.5%异构化乳糖的配方奶粉可以有效刺激双歧杆菌繁殖，同时避免大肠杆菌的过度增殖。

難波和美等[11]给1～6 月龄食用正常奶粉的婴儿喂食添加1 种（异构化乳糖）或2 种（异构化乳糖与棉子糖）益生元的婴幼儿配方奶粉，以观察婴儿粪便中菌群比例的变化。研究发现，食用添加有2 种益生元的配方奶粉较食用1 种益生元的婴儿粪便中双歧杆菌显现出更好的增殖效果，表现出明显优势，这说明同时添加2 种益生元更有利于促进双歧杆菌的增殖并抑制其它细菌的繁殖。此外，从婴儿粪便中分离出的双歧杆菌对于异构化乳糖与棉子糖的利用效率不同，由此可以调节奶粉中不同种类益生元的添加比例，控制肠道菌群中各种双歧杆菌数量的比值。

Ziegler等[12]研究评估了益生元（聚葡萄糖、低聚半乳糖、异构化乳糖）的两两不同组合及用量对于健康足月婴儿从出生到120 天的发育和耐受性情况。试验将226 名婴儿随机分为3 组，分别为对照组（76名，使用不添加任何益生元的配方奶粉），PG4组（74 名，对照组中添加4 g/L的聚葡萄糖与低聚半乳糖混合物），PGL8组（76 名，对照组中添加8 g/L的聚葡萄糖、低聚半乳糖及异构化乳糖的混合物）。研究发现3 个试验组之间体重增加率和身高增长率都无统计学差异。但30、60、90 日龄检测粪便黏稠度时，发现3 组之间存在着明显差异，食用添加有益生元配方奶粉的试验组婴儿的粪便比对照组婴儿更加柔软。在30 日龄时，与PG4组相比，PGL8组具有更多的排便次数，但在60、90、120 日龄时，PG4组与PGL8组具有相似的排便次数。另外，3 个试验组间，在痢疾、湿疹、应激性等项目差异显著。以上结果表明，与食用不添加益生元配方奶粉的婴儿相比，食用添加益生元混合物配方奶粉的婴儿可以进行正常的生长发育，并与母乳喂养的婴儿具有相似的大便特性。

Nakamura等[13]通过在婴儿配方奶粉中添加益生元来模拟人乳的生理功能。试验中的婴儿分为喂食基础配方奶粉的对照组25 名，喂食基础配方奶粉添加聚葡萄糖和低聚半乳糖的PG4组27 名，喂食基础配方奶粉添加聚葡萄糖、低聚半乳糖和异构化乳糖的PGL4组（4 g/L，P∶G∶L=3∶2∶1）27 名，喂食基础配方奶粉添加聚葡萄糖、低聚半乳糖和异构化乳糖的PGL8组（8 g/L，P∶G∶L=3∶2∶1）25 名，同时母乳喂养组30 名。研究发现，婴儿对配方奶粉的耐受性良好；母乳喂养组的日常粪便性状较其它配方奶粉组明显松软；任何时间点观察的微生物亚种没有明显变化，微生物菌落比较稳定；对于使用母乳以及添加有益生元配方奶粉来喂养的小月龄婴儿与大月龄婴儿相比，其肠道内菌群结构表现不够稳定，而对照组没有变化。上述结果表明，在婴儿早期开始喂养含有聚葡萄糖、低聚半乳糖、异构化乳糖的配方奶粉更有可能影响肠道菌群，并证明了与年龄相关的这些益生元组合对粪便菌群的效果需要进一步研究。

综上所述，异构化乳糖可单独或与其它益生元复配用于婴幼儿配方奶粉中，具有显著的益生元功效，能够促进乳酸菌、双歧杆菌的生长和繁殖，并抑制大肠杆菌的生长，从而改善婴儿的肠道健康。

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杨凯（1976-），男，硕士，研究方向为乳制品开发与研究。

2017-07-31）