水解蛋白在婴幼儿营养配方食品中应用的研究进展

(国家市场监督管理总局保健食品审评中心，北京 100070)

我国每年新出生婴儿约1700万,母乳始终是所有婴幼儿最理想的营养来源[1],但对于无法满足纯母乳喂养的婴幼儿而言,以牛乳为原料的营养配方食品成为了首选的替代品。但存在于牛乳中的大量αs-酪蛋白造成酪蛋白胶束粒子颗粒大,在婴儿胃中形成凝块,并且婴儿胃中所含胃蛋白酶活性极低,蛋白质的凝块会影响其消化吸收。而且牛乳中β-乳球蛋白含量较高,易引起部分婴儿过敏[2],据统计婴幼儿中乳蛋白过敏发生率为2%～6%[3]。而水解后的蛋白质能减少过敏原独特型抗原表位的空间构象和序列,显著降低抗原性,以此降低婴幼儿对乳蛋白的过敏性。因此与普通配方乳粉相比,水解蛋白配方乳粉具有易吸收、低致敏等优势,更适合于消化系统发育不成熟的婴儿食用,在一定程度上可以降低由于乳蛋白过敏而诱发的患病风险[4]。

水解蛋白是指完整蛋白质经过加热和(或)酸、酶等物质的作用,分解为小分子蛋白、肽段或氨基酸,以降低大分子蛋白的致敏性。根据蛋白质水解程度的不同,可将其分为部分水解蛋白和深度水解蛋白,但这种分类没有法规上的标准[5]。水解蛋白多呈淡黄色、具有特殊气味、能溶于水,其营养成分与未水解的蛋白质相差无几,一些矿物质元素含量甚至高于后者,并且可以与其他物质共同加工成功能型食品,供乳蛋白过敏人群食用。因具有低致敏、易吸收、提高蛋白质利用率及生物效价等优势,适合于消化系统发育不成熟及乳蛋白过敏的婴幼儿食用。本文主要综述了水解蛋白在以乳粉为代表的婴幼儿营养配方食品中的应用及其营养特性,并对其生产工艺、质量控制及相应标准进行了介绍。

1 水解蛋白在婴幼儿营养配方食品中应用

目前水解蛋白在婴幼儿营养配方食品中的应用主要分两类:特殊医学用途婴儿配方食品和普通婴幼儿配方食品。根据蛋白质的水解程度,特殊医学用途婴儿配方食品又可以分为乳蛋白部分水解配方、乳蛋白深度水解配方和氨基酸配方三类。

1.1 特殊医学用途婴儿配方食品

1.1.1 乳蛋白部分水解配方 牛乳蛋白经过加工分解生成易消化的小分子乳蛋白,以此为原料生产的乳粉称为乳蛋白部分水解配方乳粉,其中蛋白分子质量普遍分布在3000～10000 Da之间[6]。虽然小分子乳蛋白比正常牛乳蛋白分子量小很多,但仍然保留了部分免疫活性肽,因此,乳蛋白部分水解配方乳粉不仅可以降低大分子乳蛋白的致敏性,也可以温和地训练免疫系统,提高婴儿对蛋白的耐受性。有研究证明,与完整牛乳蛋白或大豆蛋白配方乳粉相比,出生后食用乳蛋白部分水解蛋白配方乳粉的高危婴儿患过敏性疾病的几率降低了50%左右,并且数据表明,乳蛋白部分水解配方乳粉不仅仅能够延迟疾病的发生,而且能起到预防作用[7]。欧洲大多数营养方面的专业委员会均推荐非母乳喂养或部分母乳喂养的易患过敏疾病的婴儿使用乳蛋白部分水解配方乳粉[8]。乳蛋白部分水解配方乳粉既可以用于预防健康婴幼儿牛奶过敏,也可以作为牛奶过敏婴幼儿治疗期间从深度水解配方转至普通配方时的过渡饮食干预选择,营养价值全面,能够支持婴幼儿的正常生长发育,并且与深度水解配方相比口感更好,婴幼儿更容易接受,价格也相对适中[9]。

1.1.2 乳蛋白深度水解配方 在加热或酶等条件下蛋白质深度水解,使易引起过敏反应的大分子乳蛋白水解成分子质量小于3000 Da的短肽。乳蛋白深度水解配方即是以此为原料的特殊医学用途配方食品,由于免疫系统不会对这些短肽产生有效的免疫应答,适用于婴幼儿过敏的治疗[10]。欧洲儿科胃肠病、肝病和营养协会(ESPGHAN)文件表明,深度水解配方主要用于牛乳过敏的治疗,而部分水解配方则更具有预防功能[11]。美国儿科学会一篇文献中也报道了高过敏风险的婴儿可能会受益于深度水解配方乳粉[12]。因此,乳蛋白过敏比较严重的新生儿应当选择深度水解配方乳粉,而过敏症状较轻的新生儿选择部分水解配方即可。一般情况下,若婴儿在食用深度水解配方乳粉后的6个月内没有发生任何过敏症状,便可以先转成食用部分水解蛋白配方乳粉,再慢慢转成食用普通配方乳粉。

1.1.3 氨基酸配方 氨基酸配方是指利用某些单体氨基酸代替蛋白质,成为以氨基酸分子为基础的脱敏营养食品,可减少对婴儿胃肠道的刺激,适用于蛋白过敏婴儿,并且可以根据婴儿代谢状况,适当调整某些矿物质和维生素的含量[13]。与其他水解配方乳粉相比,氨基酸配方不含乳蛋白或水解肽,也可以用于新生儿牛乳过敏症状的治疗,减轻婴幼儿胃肠道负担,减缓由于过敏导致的腹泻等症状。一般针对严重牛乳过敏导致生长发育障碍的婴儿才会选用氨基酸配方乳粉[14],但不适合长期食用,随着年龄的增长,婴儿的免疫能力、消化能力也有所提高,便可以逐渐进行改变。氨基酸配方除可用于严重乳蛋白过敏或对深度水解蛋白配方不耐受的新生儿,也适用于肠道消化功能不全以及一些非IgE介导的胃肠道疾病患儿[15]。对此类特殊医学用途配方食品的科学使用十分重要,美国波士顿儿童医院曾报导了氨基酸配方在牛奶过敏儿中的滥用和过度使用问题[16]。特殊医学状况婴儿应在医生指导下选用,明确使用范围,正确诊断、准确治疗、必要随访等措施都十分重要。

1.2 普通婴幼儿配方食品

以普通婴幼儿配方乳粉为代表的普通婴幼儿配方食品是不能母乳喂养或母乳喂养不足的健康足月婴幼儿主要食物来源。在某些普通婴幼儿配方乳粉中添加部分水解乳清蛋白和(或)水解酪蛋白制成的乳粉,成品中既含有完整蛋白质,也含有经部分水解的蛋白质。目前我国对此类配方乳粉使用部分水解乳蛋白的种类、质量标准、添加量均没有明确规定。

据市场调查,以往某些乳品企业在其个别配方中使用了水解蛋白并宣称这一类配方“更加舒适”、“小分子蛋白质更易被婴幼儿胃肠道消化吸收”、“有助于减轻肠胃负荷并降低乳蛋白的致敏性”等。但是此类配方乳粉临床研究数据少,更缺少不同类型配方营养特性对比研究。虽然部分水解蛋白配方乳粉能满足健康足月婴儿的营养需求,目前已经获得的有限的研究数据未表明其对健康足月婴儿有潜在危害。然而部分水解蛋白配方乳粉对健康足月婴儿的功效性和安全性方面数据依然缺乏,特别是长期结果(包括免疫、代谢、荷尔蒙作用和认知发育)的数据稀缺或不存在,也没有证据表明相比于完整蛋白,部分水解蛋白会对婴儿消化系统的发育完善造成延缓[17]。普通婴幼儿配方奶粉中添加部分水解蛋白,对健康足月婴儿的安全性、营养充足性以及临床功效均需经过大量科学研究数据证实,科学证实不充足条件下,在婴幼儿配方乳粉添加一部分水解蛋白必要性需要考量。

2 水解蛋白配方乳粉的营养特性

水解蛋白配方乳粉与普通婴幼儿配方乳粉一样,能够提供婴幼儿生长发育所需的热量、碳水化合物、脂肪、维生素和矿物质等,只是完整的蛋白质由小分子蛋白或游离氨基酸所替代,在满足婴幼儿生长发育营养需求的基础上降低乳蛋白导致的婴儿过敏、腹泻等疾病的发生率。通过蛋白酶水解工艺,将高致敏性的乳蛋白变成低致敏性的小分子蛋白、肽段或氨基酸,不仅可以解决酪蛋白凝块消化难的问题,也可以降低乳蛋白的抗原性。乳清蛋白经酶水解不仅能显著改善其应用特性,而且会产生有着特殊生理功能的生物活性肽。正因如此,作为热点之一,目前关于水解蛋白及其解决婴幼儿乳蛋白过敏问题的研究与报道也相对较多。

2.1 满足特殊人群营养需求

相比于普通配方乳粉,水解蛋白配方乳粉不仅能满足健康婴幼儿的营养需求,也能更好的满足早产儿、术后患儿等特殊人群对营养的需求。黄晓虹[18]通过选取41例外科肠道手术新生儿,研究水解蛋白配方乳粉对外科肠道手术后新生儿康复及体重的影响,其中20例对照组喂食普通配方乳粉,21例观察组婴儿则食用水解蛋白配方乳粉。结果显示,观察组出院时间、喂养不耐受发生率、体重增长分别为(18.4±3.3) d、19.0%、(0.7±0.1) kg,而对照组分别为(23.5±4.9) d、65.0%、(0.4±0.1) kg,并且差异有统计学差异(p<0.05),说明水解蛋白配方乳粉可以改善外科肠道手术后婴儿的肠道功能,提高营养吸收率。罗智花[19]等探讨了深度水解蛋白乳粉对早产儿的影响,观察组喂养深度水解蛋白配方乳粉,对照组则选择早产儿配方乳粉。研究结果表明,深度水解配方乳粉可以降低早产儿喂养不耐受发生率,促进胎便的排出,缩短达到全肠道喂养的时间及住院时间,但体重增长以及出院时宫外发育迟缓发生率等问题,有待进一步研究。

2.2 缓解皮肤过敏反应

婴幼儿乳蛋白过敏的临床表现涉及多器官多系统,皮肤过敏属于较为常见的过敏症状之一,其常见的反应有湿疹、特应性皮炎、过敏性皮炎等。陈科等[20]在58例患儿的研究中发现,适度水解蛋白配方乳粉能有效改善婴儿对乳蛋白的不耐受性,并对婴儿湿疹等过敏症状也能起到一定的预防作用。德国的Berg等[21]在一项随机双盲试验中,选取了2252名新生儿进行水解蛋白配方乳粉与普通配方乳粉预防过敏作用的对比研究,跟踪3年后发现深度水解酪蛋白乳粉可以显著降低婴幼儿特应性皮炎的患病率,同时发现水解蛋白配方乳粉并不能降低哮喘的患病率。Bhanegaonkar[22]等在研究中也发现,与喂食普通牛乳配方乳粉的婴儿相比,出生后4个月内喂食部分水解乳清蛋白配方乳粉的婴儿患特应性皮炎几率降低了14%,说明部分水解蛋白配方乳粉对易患过敏疾病的婴儿具有一定的预防作用。Marini[23]等在一项历时3年的饮食干预研究中报道,干预组(即喂养适度水解配方乳粉)与非干预组的人体测量数据均正常,但是在第一年、第二年和第三年的访问中发现,干预组的婴儿患上过敏性皮炎的累计患病率明显低于不干预组。由此可见,水解蛋白配方乳粉对预防和治疗乳蛋白过敏引起的皮肤病具有一定的疗效。

2.3 提高胃肠道耐受性

水解蛋白配方乳粉不仅易于被婴幼儿胃肠道消化吸收,还可通过提高婴幼儿胃肠道耐受性来缓解便秘、腹泻等胃肠道过敏反应。Staelens[24]等通过测定摄入乳粉4 h后胃残留量来评定普通配方乳粉、部分水解蛋白乳粉和深度水解蛋白乳粉三种不同乳粉对胃排空的作用。结果显示,三组胃排空时间分别为55、53、46 min,说明水解蛋白在一定程度上对胃排空起到促进作用。Mihatsch等[25]在一项随机对照试验中发现,水解蛋白配方乳粉可以提高喂养耐受性、缩短达到全肠道喂养的时间。张少冰等[26]选取了179例身体检查正常的便秘婴儿,在所有婴儿均采用助消化药物、益生菌、中药等进行治疗的基础上,对照组不改变喂食配方,研究组喂食部分水解蛋白配方乳粉,结果表明,部分水解蛋白配方乳粉对婴儿功能性便秘有较好的疗效。颜海青[27]等通过观察发现,利用深度水解蛋白配方乳粉替换普通配方乳粉后,可以有效减缓婴儿乳蛋白过敏性腹泻。综上所述,水解蛋白配方乳粉可以通过促进胃排空,缩短达全肠道喂养时间来显著改善婴幼儿的胃肠道耐受性,其中的小分子蛋白更易被婴幼儿消化吸收,从而减轻了乳蛋白过敏引起的便秘、腹泻等症状,提高蛋白质的消化吸收率并降低致敏性。

3 水解蛋白及其配方食品质量控制

水解蛋白的生产工艺主要分为酸法、碱法和酶法3种[28],由于酶水解具有反应条件温和,对氨基酸破坏少等优点,近年来被广泛应用[29]。在酶法水解过程中,酶的种类、水解条件、水解时间、水解产物的测定以及标准要求均会影响水解蛋白的质量水平。

3.1 生产工艺

水解蛋白的生产通常是将初始蛋白质进行分离后,通过加热、超过滤等生产工艺,在蛋白酶的催化作用下,使得多肽链不同位点处的肽键被切割,从而形成不同分子质量不同的肽段或氨基酸[30]。目前国内外报道较多的水解蛋白酶主要有胰蛋白酶、胃蛋白酶、碱性蛋白酶、中性蛋白酶、植物蛋白酶、凝乳酶、风味酶等[31]。酶的专一性作用位点使得蛋白质水解后形成的肽分子与氨基酸的种类、数量均有差异,进而影响蛋白的消化吸收率,因此为获得易吸收、口感佳、营养价值高的水解产物,选择合适的水解酶是生产水解蛋白重要的步骤之一。也有研究表明,两种或两种以上蛋白水解酶的相互作用可以提高单一酶类的水解效率,既增加了作用位点的多样性,也提高了水解产物的质量[32]。

在酶法水解过程中,除去酶的种类,水解条件、水解时间、pH等因素也会对肽链、氨基酸等水解产物造成差异性,因此水解产物性质的测定也是生产水解蛋白的关键步骤之一[31]。水解度代表蛋白质在水解过程中肽键裂解的程度或百分比,一般来说,水解物的抗原性部分取决于水解后分子质量[31],可以通过检测牛乳蛋白水解产物的分子量分布,根据分子量的大小,间接判断水解产物是否具有过敏性的风险[33]。目前通常采用pH-stat法、邻苯二甲醛法、三硝基苯磺酸法以及反相高效液相色谱、离子色谱等测定方法来检测蛋白水解度及氨基酸质量分数,采用酶联免疫吸附法来测定牛乳水解产物抗原性。水解度、分子量分布及抗原性等水解产物测定是水解蛋白质量控制的关键,也是其在营养配方乳粉中应用的重要理论基础。

3.2 水解蛋白及其配方食品质量标准

因水解蛋白特殊工艺和营养特性,目前水解乳清蛋白和水解酪蛋白分别执行《食品安全国家标准 乳清粉和乳清蛋白粉》[34](GB 11674-2010)和《食品安全国家标准 酪蛋白》[35](GB 31638-2016),标准中分别从感官要求、理化指标、微生物限量等方面进行了相关规定,但这两个质量标准质量仍有待进一步完善。质量控制检测指标不仅包括营养成分分析、矿物质分析、特征氨基酸组成分析、微生物和污染物等,还需增加蛋白质水解度、水解产物中分子量分布检测和水解产物抗原性测定,并且成品生产后需检测残余水解蛋白酶活性,确保酶制剂彻底灭活,从而不与用于成品生产的其它任何原辅料发生相互作用。

2016年国家食品药品监督管理总局颁布《特殊医学用途配方食品注册管理办法》[36]和《婴幼儿配方乳粉产品配方注册管理办法》[37],规定这些特殊食品实行注册管理,截至2018年8月7日,特殊医学用途配方食品中共有三个乳蛋白部分水解配方产品通过注册。同时,国家卫生和计划生育委员会制定的《食品安全国家标准 特殊医学用途婴儿配方食品通则》[38](GB 25596-2010)中规定蛋白质含量需控制在0.45～0.70 g/100 kJ(1.88～2.93 g/100 kcal),并将乳蛋白部分水解配方和乳蛋白深度水解配方或氨基酸配方列为常见特殊医学用途婴儿配方食品。通过加强水解蛋白配方乳粉监管,提高准入门槛,严格水解蛋白配方乳粉原料来源、制备工艺、质量控制审查,鼓励企业开展水解蛋白婴幼儿配方乳粉应用基础研究和临床研究,特别是营养特性、长期安全性和质量可控性研究,以科学证实数据指导水解蛋白婴幼儿配方乳粉合理使用,为婴幼儿健康成长发育提供保障。

4 结语与展望

婴幼儿属于极易诱发过敏症状的群体,由于其胃肠道发育不成熟,免疫系统不完善,加上外界抗原的刺激,常常会出现湿疹、皮炎、腹泻、便秘等症状。研究表明,水解蛋白配方乳粉不仅能满足婴幼儿正常生长发育、对乳蛋白过敏现象也能起到一定预防作用,深度水解配方乳粉与氨基酸配方乳粉针对的是乳蛋白严重过敏的病患儿,并应当严格遵循医生指导。为严格控制水解蛋白配方乳粉的质量安全,我国也陆续颁布了相应的法规标准,但其中不足之处仍有待进一步修订完善,涉及配方、工艺和质量标准等方面的技术要求仍有待进一步细化。

目前国内外已开发出了多种水解蛋白营养配方,但相比于国外种类繁多、营养特性各异的水解蛋白配方食品,国内婴幼儿水解蛋白配方食品起步较晚、发展空间较大,消费者对水解蛋白配方乳粉的认知度也较低。因此,进一步利用创新性工艺和先进的技术开发出多种易吸收、低致敏性、助耐受、具有不同营养特性的水解蛋白配方食品对我国婴幼儿营养配方食品的发展具有重要意义。