乳脂肪球膜中的脂类及其在婴儿配方乳粉中的应用

郑 姗，于景华,*，刘晓辉，骆志刚

（1.天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津 300457；2.北京银河路经贸有限公司，北京 100029）

母乳被认为是婴儿喂养的黄金标准，为婴儿的成长发育提供了理想的营养物质，包含平衡的营养素、生长因子、免疫成分等，有利于婴儿消化系统和免疫系统的发育。人乳具有独特的脂质结构：脂肪球是由3 层膜结构式的膜包裹着甘油三酯核组成。甘油三酯约占98%～99%，其外面包裹着的膜，即乳脂肪球膜（milk fat globule membrane，MFGM）包括磷脂、蛋白质和胆固醇等成分，磷脂约占总脂质的0.4%～0.5%，其中磷脂又包括鞘磷脂（sphingomyelin，SM）、磷脂酰胆碱（phosphatidylcholine，PC）、磷脂酰乙醇胺（phosphatidylethanolamine，PE）、磷脂酰丝氨酸（phosphatidylserine，PS）及磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol，PI）等[1]，它们是生物活性物质，且具有营养功能，对于婴儿的大脑、神经系统和消化系统的发育以及认知能力有益处，这些物质一部分是由乳腺上皮细胞分泌而生成的，一部分由母乳中携带的细胞产生，还有一些来源于母体血清。但是由于各种因素，婴儿不能获得足够的母乳，满足不了自身正常生长发育的需求，这就需要婴儿配方乳粉的供给。

近几十年来，婴儿配方乳粉的研发都是基于人乳成分，使各种常量营养素和微量营养素含量与母乳一致。随着研究的不断深入，现在人们越来越多地关注模拟人乳结构的婴儿配方乳粉，以提高脂质的消化和吸收。脂肪是婴儿所需的重要物质，母乳中的脂肪可以为新生婴儿提供大约50%的能量，为婴儿的生长发育提供能量来源，人乳中平均脂肪含量为3.0～4.5 g/100 mL，并且脂肪对代谢和一些生理功能起到积极作用，如吸收脂溶性维生素、提供必需的脂肪酸，并作为激素的构建块等[2]。与母乳喂养的婴儿相比，市售标准配方乳粉喂养的婴儿在出生后第1年急性中耳炎、胃肠道和呼吸道感染的患病率更高，造成这些差异的部分原因可能是乳脂球膜的成分，补充牛MFGM可以降低配方乳喂养婴儿的感染发病率[3]。

1 脂肪球膜中的脂类

1.1 磷脂的构成与分布

人乳具有独特的脂质结构，它以分散的脂肪球形式存在，被磷脂膜包裹着形成脂肪滴，这是由乳腺细胞的产生和分泌的方式所形成的。乳汁脂肪的分泌开始于乳腺细胞内质网，脂肪在乳腺内聚合成脂滴，这些脂滴被运送到细胞的顶端质膜，被膜包住，然后被挤压掉分泌出来[4]。

MFGM是一种3 层膜结构，相对较薄，厚度约为8～10 nm，MFGM含有磷脂、蛋白质和胆固醇等成分，磷脂约占总脂肪含量的0.4%～1.0%，其中磷脂又包括SM、PC、PE、PS及PI等，其中SM含量最高约占（35.01±3.31）%，PC占（28.57±2.61）%，PE占（28.71±2.48）%，PS占（4.44±0.80）%，PI约占（3.26±0.83）%[5]。MFGM极性脂质呈不对称分布，PC和SM主要分布在细胞的外层膜，而PE、PI和PS则集中在内表面[6]，这种分布对这种高度复杂的生物膜的微观结构有很大影响，既能稳定乳脂球的脂质核心，又防止了脂质核心被脂肪酶酶解。磷脂是MFGM的重要结构组分，具有营养和功能特性，例如，SM和PC对婴儿的神经和大脑发育过程起重要作用，能够抵御感染[7]，新生儿大约17%的胆碱（用于器官生长和膜生物合成）来自这些脂质[8]。胆碱对正常脂质的代谢有非常大的贡献，对正常肝功能和神经功能的维护、正常同型半胱氨酸的代谢、认知功能及大脑和神经系统发育均有积极作用[9]。

人乳脂肪球的直径分布范围较广，为0.1～15.0 μm，平均直径为3～5 μm。而婴儿配方乳粉中脂质的结构形式主要是蛋白膜包裹着的小脂肪滴，脂肪滴的平均直径约为0.4 μm[10]。包裹于脂肪球外面的膜相对于里面的乳脂球来说是一种乳化剂，磷脂是母乳脂肪球的主要乳化剂，而婴儿配方乳粉中只有一层蛋白质膜，蛋白质是脂肪球的主要乳化剂，乳化剂的类型及脂肪滴的大小可能会影响脂肪的分解[11]。有研究设计4 种不同类型的乳化液[12]：MFGM极性脂质（milk fat globule membrane polar lipid，MPL）包裹着的大脂滴（粒径约为4 μm）、MFGM MPL包裹着的小脂滴（粒径约为0.35 μm）、酪蛋白（casein，CN）包裹着的大脂滴（粒径约为4 μm）和CN包裹着的小脂滴（粒径约为0.4 μm），建立婴儿体外消化模型，观察它们在消化过程中的变化。结果表明，在胃消化过程中，相对于CN包裹着的液滴，由MPL包裹着的液滴表现出较低的脂肪分解率，但是在后面的消化过程中，MPL包裹的脂滴稳定性高，且脂肪酸释放率也高，这可能是由于脂滴外面包裹层不同。通常认为，小脂滴的消化率比大脂滴要高，但是与界面组成相比，粒径的大小对胃肠道消化的影响相对较小。因此，婴儿配方乳粉的研发不仅仅需要成分与母乳相近，更重要的是乳滴的大小和结构，这对婴儿的消化吸收尤其重要。

1.2 脂肪酸的种类

人乳中有200多种脂肪酸，其中油酸、亚油酸和棕榈酸是主要的脂肪酸，而棕榈酸又是主要的饱和脂肪酸（saturated fatty acids，SFAs），占人乳中总脂肪酸的20%～25%，PC、PI和PS中SFAs和不饱和脂肪酸（unsaturated fatty acids，UFAs）的分布相似。PE中UFAs较多（约65%），SM中SFAs含量较高（70%～80%）。棕榈酸（C16:0）是PC中的主要脂肪酸，硬脂酸（C18:0）是PE、PI和PS中的主要脂肪酸，而黄酮酸（C22:0）是SM中的主要脂肪酸[13-14]。

研究证明，Sn-2位置上的棕榈酸更容易被吸收[15-16]，脂肪酸的区域分布对它们的可用性有很大影响。婴儿配方乳粉中脂肪酸的来源大多是植物油，而植物油中的棕榈酸与母乳中的棕榈酸存在明显的立体差异。植物油中的棕榈酸主要在Sn-1和Sn-3位置酯化，人乳中的棕榈酸主要位于Sn-2位置上[17-18]。婴儿经常患功能性肠胃疾病，如便秘，这可能与脂肪的种类和结构有关[19]。研究人员分别用高含量棕榈油配方乳粉、低含量棕榈油配方乳粉及标准配方乳粉喂养婴儿，发现低含量棕榈油配方乳粉喂养的婴儿排便频率更高，且更软[20]。

在脂质胃肠道消化过程中，因胰脂肪酶专一性水解Sn-1和Sn-3位置的脂肪酸，使得配方乳粉中的SFA棕榈酸释放，而游离的棕榈酸易与钙离子和镁离子结合生成不溶性的复合物，导致婴儿便秘的频率增加，且使得钙离子流失。母乳中棕榈酸主要位于Sn-2位置，经胃肠道消化后，变成Sn-2形式的单甘油酯，它们溶解度更高且不能与钙、镁形成不溶性皂。因此用母乳喂养的婴儿能够减少便秘的发生，且有利于对钙、镁的吸收[21-22]。

研究人员越来越致力于生产与母乳相似的婴儿配方乳粉，但是在极性脂质（polar lipid，PL）的含量和脂肪酸分布方面仍存在差异，这些差异可能意味着喂养配方乳粉与喂养母乳的生物学意义不同。

2 婴儿配方乳粉中磷脂的应用

2.1 新型婴儿配方乳粉的研究与开发

为模拟人乳中这种特殊的脂质结构，Gallier等[23]分别对标准婴儿配方乳粉、新型配方乳粉和母乳进行测定和比较，分别测定粒径、脂肪滴界面的组分和结构及脂肪球的结构。新型婴儿配方乳粉中加入磷脂，使其包裹于乳滴外表面，同时改善加工工艺，使得乳滴大小与人乳相近。结果表明，人乳脂滴的平均粒径为4.2 μm，新型配方乳粉的脂滴平均粒径为4.3 μm，而普通配方乳粉的为0.4 μm，可知新型配方乳粉与人乳基本无差异，而与普通配方乳粉有显著差异。由共聚焦激光扫描显微镜和透射电子显微镜测定可知，人乳脂肪球表面有一层极薄的蛋白层，磷脂横向分布在有序相中，有序相中包括鞘磷脂和胆固醇，染色剂Rd-DOPE不能插入其中，显示黑色阴影；而在无序相中，主要包括甘油磷脂，Rd-DOPE可以浸入其中，显示红色。利用荧光凝结素WGA进行染色，结果表明，人乳中糖蛋白和糖脂存在于无序相中。但在普通配方乳粉中，界面表层基本是蛋白质，几乎没有脂质，且胆固醇和鞘磷脂含量也很少。

新型配方乳粉与母乳的微观结构差异性并不显著，观察到新型配方乳粉和人乳中均有胆固醇及胆固醇与鞘磷脂结合的片段，这些片段可能与婴儿的健康和成年后胆固醇的摄入量有关。在啮齿动物研究实验中，小鼠从婴儿时期开始喂养这种新型配方乳粉，一直持续42 d，后期可以观察到小鼠在青春期和成年期摄入中高度脂肪的西式饮食时，发生肥胖的程度大大减少[24]。

2.2 对认知能力的影响

Timby等[25]进行人体实验研究，选取160 名年龄小于2 个月的婴儿，80 名婴儿随机喂养分别添加MFGM的实验配方乳粉（EF组）和普通配方乳粉（SF组），一直喂养至6 个月，其余80 名婴儿进行母乳喂养（BFR组），作为对照。每100 mL实验配方乳，其能量、蛋白质、磷脂和胆固醇含量分别为251 kJ、1.2 g、70 mg和8 mg，每100 mL普通配方乳，其能量、蛋白质、磷脂和胆固醇含量分别为276 kJ、1.27 g、30 mg和4 mg。12 个月龄时用Bayley婴幼儿发展评估量表（第3版）进行评分，结果表明，EF组婴儿的认知评分为（105.8±9.2） 分，高于SF组的（101.8±8.0） 分，而与BFR组无显著差异（（106.4±9.5） 分；P=0.73）。因此认为，对2～6 个月的婴儿喂养添加MFGM的配方乳粉，可以减少乳粉喂养和母乳喂养婴儿在12 个月龄时认知发育上的差异。同时，对他们的生长情况进行评估，分别测量体质量、体长和头围，3 组的测量结果并没有显著差异，均符合国际标准。这一结果可能是某一个单因素引起的，如唾液酸、神经节苷、鞘磷脂、胆碱或胆固醇，也可能是2 种或几种因素共同作用引起的。

Brink等[26]利用小鼠幼崽作为评估模型，评估MFGM在行为和认知方面的作用。选取10 只正常发育幼鼠（N组）和16 只有缺陷幼鼠（R组），从出生第2天开始，每天以口服的方式喂养添加MFGM或不添加脂肪的牛乳，喂食量为100 mg/kg。一部分一直喂养到第13天，然后进行基因表达和蛋白表达量的测定。结果表明：MFGM被证明可以增加N组和R组幼鼠大脑功能相关基因的mRNA表达，包括脑源性神经营养因子；另一部分一直喂养到第21天，对幼鼠进行认知测试（迷宫和回避），不含脂质的喂养组中，正常发育幼鼠的得分比有缺陷的幼鼠要高，含有MFGM成分的喂养组中，有缺陷幼鼠的得分与正常发育幼鼠的得分相差不大。这可能是由于MFGM通过早期调节与大脑功能有关的基因，在后来的认知发展中发挥作用。

2.3 对婴儿生长发育的益处

研究表明，在6～11 月龄时，补充添加MFGM的食物对腹泻有好处，在学龄前儿童的饮食中补充MFGM能改善发热状况[27]，用添加有神经节苷等复杂脂类的配方乳粉喂养婴儿，他们在手部和眼协调方面得分较高，表现出较高的智商[28]。

Tanaka等[29]进行一项实验，将24 名出生体质量低于1.5 kg的早产儿随机分为2 组，强化组喂食SM强化乳（SM占乳磷脂的20%），对照组喂食普通乳（SM占乳磷脂的13%）。持续跟踪18 个月，结果表明，强化组的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。SM可能会弥补因母乳不足而造成的神经发育缺陷，对神经发育具有积极作用。

此外，Motouri等[30]以口服方式，用SM喂养小鼠，结果表明，SM能促进小鼠肠道的成熟。神经节苷脂也被认为在肠道微生物群组成和肠道免疫中发挥着重要作用，从而在抵御感染中发挥重要作用。MFGM中的糖蛋白丁糖苷、乳黏连素和黏液部分在体外具有抗病毒作用，而低聚糖可抑制多种细菌（包括肺炎球菌）与黏膜的结合，其脂质和蛋白质成分在体外均具有抗癌作用[31]。

2.4 新型婴儿配方乳粉的安全性评估

Claumarchirant等[32]对市场上添加MFGM的婴儿配方乳粉中的PL进行测定和评估，并且对婴儿的摄入情况进行评估。分别取65 位哺乳期女性（分别来自西班牙沿海和中部地区）的初乳（0 个月）、过渡乳（约0.5 个月）和1、3、6、9、12 个月的乳汁，分别提取这些样品中的脂质部分，利用高效液相色谱法、蒸发光散射仪、薄层色谱-光密度及质谱法测定。结果表明：整个哺乳期人乳中极性脂质含量及极性脂质亚类的含量是变动的，其中过渡乳中含量最多，但是，在不同的地理区域人乳中观察到PE和SM的相对含量没有明显差异，而在沿海区域，人乳中PI、PS和PC的含量高于中部地区；同时对市场上的婴儿配方乳粉进行评估发现，添加MFGM配制成的婴儿配方乳粉中，PL含量最高，表明MFGM是PL的良好来源；在母乳喂养的婴儿中，PL的最高摄入量对应于过渡乳（约0.5 个月），而对于婴儿配方乳粉，最高摄入量在哺乳期的第5个月，其中添加MFGM的乳粉摄入量最多，这可能是由于它的PL含量相比于其他种类的配方乳粉是最高的。

MFGM中蛋白质约占牛乳中总蛋白质的1%～2%，组成MFGM的大部分蛋白质都是糖蛋白，包括黏液蛋白、乳糖蛋白和乳铁蛋白等。MFGM的脂质部分主要由极性脂质组成，包括磷脂和糖苷脂类。MFGM中的这些生物活性成分在中枢神经系统的发育、免疫功能和消化方面发挥重要作用[33-34]，但这些成分在婴儿配方乳粉中的含量低于母乳。考虑到MFGM的蛋白质和脂质组分在婴儿发育中的潜在作用，在婴儿配方乳粉中添加MFGM成分将会增加配方乳粉的整体生物活性，并可能缩小传统婴儿配方乳粉与母乳之间的营养差距。

Billeaud等[35]在婴儿出生14 d时，随机喂养标准婴儿配方乳粉（对照组）、富含MFGM脂质（MFGM-L）的配方乳粉（恒天然合作集团有限公司，奥克兰，新西兰）或富含MFGM蛋白（MFGM-P）的标准配方乳粉（Lacprodan MFGM-10），喂养至4 个月。结果表明：与对照组相比，MFGM-L组和MFGM-P组婴儿的体质量增加差异不大；在身长、头围、发病率及磷脂、代谢标志物和免疫标志物的测量中，组间差异也很小；配方乳粉的耐受性根据婴儿每3 d的喂食过程中，关于吐痰、呕吐、哭泣、烦躁或绞痛的报告来确定，3 组间的差异也不大；MFGM中的蛋白质成分和脂质成分均对婴儿的生长发育起到积极作用，且都在安全评估范围内。

3 结 语

MFGM已经成为一个复杂的因素，可以解释母乳喂养和配方乳粉喂养婴儿之间的一些差异。母乳喂养的婴儿比配方乳粉喂养的婴儿能够摄入更多的MFGM成分，但采用传统工艺生产的配方乳粉多添加植物油脂，MFGM成分被植物油取代，婴儿不能及时获取这些成分。随着乳制品技术的创新与发展，MFGM浓缩物现在已经可以在商业上获得，并且可以作为包括婴儿配方乳粉在内的食品的添加剂，补充MFGM的婴幼儿配方乳粉已在多个国家上市。但是仍然存在一些不确定因素，关于MFGM成分功能性和营养性的论证仍然相当有限，没有足够的证据来说明使用何种来源的MFGM成分、以何种添加量添加，没有足够的证据表明MFGM成分能够普遍性地添加至婴儿配方乳粉中，这仍需要进一步的探究，是未来婴儿配方乳粉研发时需要解决的重要问题。