牛奶中助眠功能成分研究进展

杨晋辉，王孟辉，李洪亮,3，高飞，钱文涛

（1.蒙牛高科乳制品（北京）有限责任公司，北京101100；2.内蒙古蒙牛乳业（集团）股份有限公司，呼和浩特011500；3.蒙牛乳业（北京）有限责任公司，北京101100）

0 引言

睡眠障碍是世界范围内较为流行的健康问题。美国国家健康访谈2002年的调查显示，一年内有17.4% 的成年人存在失眠或睡眠障碍[1]。在法国、芬兰、韩国和日本分别有29% 、37.6% 、17% 和21.4% 的受试人群被睡眠问题所困扰[2]。失眠经常伴随着焦虑、抑郁等精神问题，并与高血压、II型糖尿病、疼痛等健康问题相关[3]。美国一家睡眠组织曾对失眠的经济损失做出估算，每年美国用于治疗失眠的药物需花费140亿美元，而由失眠引起的效率低下和怠工引起的经济损失为280亿美元[4]。

牛奶中α-乳白蛋白的氨基酸序列中含有5.3% 的色氨酸[5]。色氨酸在体内可用于合成5-羟色氨酸，并进一步代谢成为褪黑激素，参与睡眠调节[6]。奶牛体内的褪黑素分泌在夜间达到峰值，所以夜间生产的牛奶中褪黑素浓度较高[7]。此外，向牛奶中添加助睡眠功能成分，如α-乳白蛋白/色氨酸、γ-氨基丁酸、缬草提取物、酪蛋白水解肽等，也可以达到相应功效。

1 褪黑素富集牛奶

动物试验中，虽然有研究通过静脉注射、皮下埋植、口服颗粒制剂、灌服等方式提高奶牛的褪黑素摄入量，但实际生产中这些外源添加形式并不符合动物福利的要求。褪黑素也并未出现在农业农村部颁布的《饲料原料目录》或《饲料添加剂品种目录》中。因此，牛奶中天然褪黑素的富集只能通过光照调节和饲料配方调整来影响奶牛体内褪黑素的分泌，增加褪黑素由血液向牛奶的转移量。

1.1 光照调节

芬兰[8]、英国[9]、德国[10]和我国[11]等已有专利通过光照控制的措施来提高牛奶中的褪黑素含量，也有报道[6]对相应生产技术进行了系统的综述，具体内容如表1所示。

芬兰专利建议的早晨挤奶时间为6:30，推荐的光照制度中光照/黑暗时间比为17∶7[8]。英国专利要求暗周期最好与自然节律一致，每天至少两次挤奶，暗周期结束前有一次挤奶[9]。德国专利要求暗周期光源的波长不得在500 nm以下，理想光源除红色外还有琥珀色、橙色或黄色，并且发现，光周期的延长有助于提高奶牛的产奶量[10]。与之前的专利方案相比，我国专利延长了暗周期的时间，增加了采奶期，并给动物饲喂红豆、酵母和小米，有利于乳糖合成，提高产奶量[11]。

表1 不同国家专利中光照条件控制及牛奶中褪黑素浓度[6]

1.2 饲料

褪黑素是由色氨酸在体内经一系列反应合成，改善日粮中色氨酸的供给，可能会在一定程度上提高奶牛褪黑素的分泌。经过文献整理，发现3篇报道牛奶褪黑素含量的文章，研究中日粮成分如表2所示。

表2 各参考文献中日粮配方表

基础日粮的构成会影响奶牛对色氨酸的利用。首先，根据《中国饲料营养成分及营养价值表》（第24版），豆粕、菜籽粕、棉籽粕等蛋白饲料中富含色氨酸（0.43% ～0.65% ），苜蓿草粉中色氨酸含量为0.24% ～0.43% ，而玉米中色氨酸含量较低（0.06% ～0.08% ）。如果饲料中蛋白饲料含量过低，奶牛摄入色氨酸量偏少，褪黑素合成量就会偏低。其次，饲料中纤维可以促进奶牛反刍，但另一方面也会吸附饲料中的营养物质，包括色氨酸，导致饲料中的色氨酸的利用率下降，间接减少褪黑素的分泌。一篇报道[12]中饲料中豆粕比例达到13.6% ，所需纤维全部来自于适口性较好的玉米青贮，其夜间奶褪黑素的含量达到了36 pg/mL。

色氨酸的添加形式会影响褪黑素的分泌量。与未添加的对照组相比，每天每头添加220g的过瘤胃色氨酸（含量45% ，过瘤胃率85% ）会显著增加凌晨牛奶中褪黑素的含量（20.10 pg/mL vs.18.84 pg/mL）,而每天每头添加100 g的色氨酸处理组的牛奶褪黑素含量（17.17 pg/mL）与对照组无显著差异[13]。

过瘤胃色氨酸的添加量也会影响褪黑素的分泌量。另一项研究中[14]，每两天给奶牛饲喂一次250 g的过瘤胃色氨酸（含量为25% ），其夜间牛奶在试验期0、2、5、7天褪黑素的含量分别为8.3±2.0 pg/mL、9.4±2.8 pg/mL、8.9±2.2 pg/mL、10.5±2.5 pg/mL，对应对照组分别为6.3±1.0 pg/mL、6.4±1.2 pg/mL、6.7±0.9 pg/mL、3.9±1.2 pg/mL，统计并无显著差别。过瘤胃色氨酸在这项研究未提高牛奶中褪黑素的含量，可能是由于过瘤胃色氨酸添加过低，不足以使褪黑素的分泌量增加到显著差异的水平。

1.3 天然富集褪黑素牛奶的助睡眠功效

迄今为止，关于天然富集褪黑素的牛奶对人体睡眠质量影响的研究较少。一项芬兰开展研究中[15]，所使用夜间产牛奶中褪黑素的含量为10～40 ng/L，每天饮用量为0.5 L。研究分为两个部分：第一部分在春天进行，研究对象为患有痴呆的老年人（70岁以上），结果表明，夜间产牛奶中褪黑素对睡眠质量并无显著影响，反而是季节对于重度痴呆患者的睡眠质量影响显著；第二部分在冬至前后进行，研究对象为正常的老年人，结果表明，夜间产牛奶并未能改善睡眠质量，只是在季节效应的基础上，提高了日间老年人的活力。综上，夜间产牛奶的摄入并未有效改善老年人的睡眠质量，而是一定程度上提高了非睡眠时间的活力。因此，褪黑素富集牛奶对于人体的助睡眠功效还需进一步试验证明。

2 外源添加

除了牛奶中的固有成分外，许多牛奶生产过程中还会添加其他具有助睡眠功能的活性成分。国内相关专利及其功效成分如表3所示。

2.1 色氨酸和α-乳白蛋白

色氨酸（Trp）在体内可以转化为5-羟色胺，而5-羟色胺对于睡眠有直接促进作用。相应研究表明，5-羟色胺能激活能促进苏醒和抑制慢波睡眠或快速动眼睡眠，中缝背核释放5-羟色胺能递质的速率在苏醒期间保持稳定，而在慢波睡眠期间速率下降，快速动眼睡眠期间几乎停止释放[16]。与饮用普通牛奶（1.5% Trp）对照组和反向对照组（白天饮用色氨酸强化牛奶（3.4% Trp），晚上饮用普通牛奶）相比，试验组（夜间饮用色氨酸强化牛奶，白天饮用普通牛奶）的婴儿有明显的睡眠参数的改善，包括睡眠时间更长、效率更高、睡眠期间动作和苏醒次数更少。与对照组相比，试验组婴儿5-羟色胺的水平多了一倍，而5-羟色胺的代谢产物5-羟基吲哚乙酸却多出70% ，剩下30% 的5-羟色胺很可能用于合成褪黑素[17]。母乳中色氨酸分泌的生理节律峰值在凌晨3:00，这使得母乳喂养婴儿6-羟基硫酸褪黑素生理节律出现在上午6:00，同时也促进了睡眠[18]。

表3 助睡眠功效乳制品的专利及相应的助睡眠成分

与饲喂300 mg乳蛋白饲料的小鼠和对照组（等能量）小鼠相比，补充300 mgα-乳白蛋白强化饲料能够帮助小鼠在1天内调整由于限饲引起的睡眠紊乱，包括缩短苏醒时间和增加慢波睡眠时间[19]。人体临床试验表明，与对照组（摄入20g酪蛋白酸钠）相比，当晚餐摄入20gα-乳白蛋白时，受试者入睡前的血液内Trp/LNAA提升了130% ，且次日早晨的睡意明显减少，注意力更加集中[20]。

2.2 缬草成分

缬草成分来自于缬草属根部水溶性提取物。临床试验表明，在摄400 mg缬草提取物后，试验组有37% 测试人员认为自己睡眠潜伏期变短，这个比例显著高于对照组（摄入400 mg红糖）的23% ，其中有49% 的老人、44% 的男性、43% 的睡眠质量糟糕或睡眠不规律受试人员认为缬草成分降低了他们的入睡时间。与对照组（25% ）相比，试验组有更高比例（43% ）受试人员认为自己的睡眠质量好于平时，其中，睡眠质量较差的年轻（45% ）和女性（50% ）受试者认为缬草成分能改善睡眠质量的人员比例显著高于对照组相应成员的比例（16% ，23% ）[21]。另外一项研究中，当缬草成分摄入量达到450 mg和900 mg时，睡眠潜伏期分别为18.5 min和9 min，显著低于对照组23 min[22]。也有研究显示，320 mg缬草提取物的摄入平均缩短入睡时间16.7 min[23]。系统性的研究综述在总结16篇前人研究的基础上指出，缬草提取物能够改善睡眠质量，而无任何副作用[24]。美国一家乳品公司在牛奶中加入一定量的缬草提取成分，开发了一款用于促进晚上睡眠的牛奶饮品Sleep Well。

2.3 γ-氨基丁酸

在给小鼠注射30 mg/kg戊巴比妥的亚催眠试验中，摄入60 mg/kgγ-氨基丁酸的小鼠入睡率为66% ，高于对照组的40% ，入睡时间也要长于对照组（26.5 min vs.21.4 min）；当注射42 mg/kg戊巴比妥的睡眠剂量时，γ-氨基丁酸的摄入显著缩短了睡眠潜伏期（3.5 min vs.2 min），延长了睡眠时间（100 min vs.75 min）；在重复的三期试验中，γ-氨基丁酸摄入延长了小鼠的总睡眠时间 (4.5 h vs.6～6.5 h) ，特别是快速动眼睡眠的时间 (1.2 h vs.2.8～3 h) ，虽然也降低了小鼠的苏醒时间（2.6 h vs.1.5～2 h），但结果并不显著。进一步的转录组学试验表明，γ-氨基丁酸有可能通过γ-氨基丁酸α型受体来调节睡眠的数量和质量[25]。此外，外源补充的γ-氨基丁酸还可以通过旁路分解代谢为γ-羟基丁酸，是一种可以通过血脑屏障的强效中枢镇静剂[26]。相应的临床试验表明，γ-羟基丁酸可以增加失眠病人的δ睡眠，改善睡眠质量，帮助致命性家族失眠症病人恢复3小时慢波睡眠[27]。因此，γ-氨基丁酸也有可能通过代谢为γ-羟基丁酸进一步改善睡眠[28]。

2.4 酪蛋白水解肽

小鼠实验中，与对照组相比，150 mg/kg酪蛋白水解肽的摄入量延长了戊巴比妥诱导的睡眠时间（第一天3711 s vs.2847 s，第五天3481 s vs.2460 s），促进了慢波δ睡眠 (1556μV2vs.845μV2) ；行为实验表明，酪蛋白水解肽可以促进睡眠，但很少有镇静作用。进一步研究表明，酪蛋白水解肽是通过γ-氨基丁酸α受体和氯离子通道复合物来实现调节作用[29]。环境干扰会对大鼠造成慢性应激，并导致应激期间睡眠时间的显著减少，第一天和第二天总睡眠时间分别减少了11% 和20% ，其中，慢波睡眠分别减少了10% 和22% ，异相睡眠分别减少了15% 和12% 。酪蛋白水解肽的摄入使得大鼠的总睡眠时间得以维持（两天减少均小于3% ），慢波睡眠减少约5% ，而异相睡眠时间有些许增加，第一天和第二天分别增加10% 和5%[30]。临床人体的双盲随机交叉试验中，睡眠日志的监测结果表明，睡眠紊乱期间服用酪蛋白水解肽4周后，总睡眠时间（422.7 min vs.361 min）和睡眠效率 (92.1% vs.79.4% ) 得以改善，而睡眠潜伏期（18.3 min vs.50.5 min）和睡后苏醒时间 (11.9 min vs.29.6 min) 明显减少；体动记录仪的检测结果还表明，服用4周酪蛋白水解肽对睡眠效率改善作用（86% vs.83% ，差异不显著）明显好于服用两周的改善程度（88% vs.84% ，差异显著）[31]。

2.5 其他助睡眠成分

酸枣仁汤包括酸枣仁、茯苓、川穹、知母和甘草。其中酸枣仁具有和5羟色胺受体，以及γ-氨基丁酸受体结合的亲和力[32]。小鼠临床实验表明，与2 g/kg/2 mL的淀粉摄入相比较，同等计量的酸枣仁汤摄取能够显著提高非快动眼睡眠的时间比例（33.0% vs.25.1% ），不会影响快动眼睡眠。并且酸枣仁汤的这种调节作用具有剂量依赖作用，对服用后6 h内增加非快动眼睡眠时间、减少苏醒时间的作用特别明显，并且不会刺激迷走神经。进一步的试验研究表明，酸枣仁汤是通过γ-氨基丁酸α-受体调节来增加自发睡眠活动[33]。

茶叶中茶氨酸没有直接催眠作用，100 mg/kg的灌胃量增加了小鼠在戊巴比妥钠催眠条件下的睡眠时间（40.3±26.0 min vs.29.5±17.7 min），提高入睡率（33.3% vs.0），并缩短睡眠潜伏期（30.32±4.8 min vs.35.20±3.8 min）[34]。人体研究表明，茶氨酸的摄入通过两个途径改善人体放松的感觉，首先茶氨酸直接刺激α脑电波的形成，形成深度放松和精神警觉，其次茶氨酸参与γ-氨基丁酸的合成，从而帮助人体改善睡眠[35]。

给小鼠饲喂1.67～13.33 g/kg蜂蜜60min后，小鼠自主活动次数显著降低（87.3～92.3次/5 min vs.107.7次/5 min），睡眠时间显著增加（22.33～28.22 min vs.17.15 min）,但对睡眠潜伏期无显著影响[36]。对于1岁以上儿童而言，睡前30 min摄入10 g蜂蜜的能有效缓解上呼吸道感染所引起夜间咳嗽和睡眠质量下降，儿童的睡眠得分由3.5～3.7降至1.6～1.8，家长的睡眠得分由3.7～3.8降至1.6～1.8，显著优于对照组中糖浆提取物的摄入（儿童和家长的睡眠得分分别为3.7降至2.5和3.7降至2.4）[37]。

大鼠腹腔内注射槲皮素试验表明，6个小时的警觉实验中，与对照组相比，200 mg/kg槲皮素处理组显著降低了前3个小时的快速眼动睡眠时间（0～0.5% vs.6% ～12% ），后4个小时内，槲皮素处理组显著降低了苏醒时间 (35% ～40% vs.55% ～58% ) ，增加了非快速动眼睡眠时间 (38% ～40% vs.56% ～62% ) ；进一步的实验证明，槲皮素诱导的快速动眼睡眠时间的减少可能是通过γ氨基丁酸能神经通路实现调节的[38]。

3 结论

通过改变光照和日粮配方，虽然能够提高牛奶中褪黑素浓度，但每天通过天然牛奶（0.5～1 L）所摄入的褪黑素的量尚不足以达到临床上的最低起效量（0.1～0.3 mg）[39]，相应的临床试验数据也未能有效支持其促进睡眠的论点。向牛奶中添加具有助睡眠功效的活性成分成为助睡眠牛奶开发的主要途径。在本文所叙述的助睡眠成分中，γ-氨基丁酸、蜂蜜、缬草根提取物可以作为食品添加剂予以添加，α-乳白蛋白可以以乳清蛋白的形式添加，茶氨酸被卫计委2014年第15号公告纳入新食品原料，而酪蛋白水解肽和槲皮素的添加尚无相应的法律法规。此外，不同助睡眠功能成分的添加量会受到相应标准和规定的限制，而在牛奶产品中的添加，以及相应的添加量，能否临床上的起到促睡眠作用，仍需进一步研究证实。