乳脂肪球膜（MFGM）的研究进展及其在婴幼儿配方奶粉中应用

◎ 康巧娟，华家才，李琳瑶，赵文星，熊丽娜，孔 迎，储小军（贝因美（杭州）食品研究院有限公司，浙江 杭州 311106）

母乳被公认为婴儿营养的黄金标准，母乳中碳水化合物（主要是乳糖）含量约为6.9%～7.2%、脂肪含量约为3%～5%、蛋白质含量约为0.8%～0.9%、矿物质含量约为0.2%，母乳中还有其他生物活性物质。母乳中的脂肪是婴儿成长所需的主要能量来源，母乳脂肪为婴儿生长发育提供的膳食能量约占40%～55%[1]。

母乳中脂肪在乳清相中以脂肪球的形态结构稳定存在，并呈现不均匀的分散状态。包裹母乳脂肪球的是一种复杂的蛋白质-磷脂3层膜结构，这种结构不但对维持乳液的稳定有重要作用,而且可以为婴儿消化系统健康、免疫系统发育及中枢神经系统发育提供特定的功能[2]。

在母乳分泌过程中，乳脂通过乳腺细胞以独特的方式分泌，由哺乳期乳腺泡内的特定细胞进行。脂肪在内质网上合成，在内质网膜的内外磷脂单分子层之间汇聚成滴。随着液滴的变大，两个单分子层逐渐分离，最终断开，包裹液滴并形成磷脂单分子层囊泡，能够在水溶性的细胞质中分散。这些脂肪滴迁移到细胞顶膜，细胞质膜随之包封液滴并与其一起被排出，此时脂肪滴被额外的磷脂双分子层包被，乳脂肪球因此被释放进入乳腺腔内，直径均为3～6 μm。脂肪球被3层磷脂层包裹，磷脂层中镶嵌有蛋白质、糖类和脂质，脂质主要由乳腺细胞膜提供，这个结构被称为乳脂肪球膜（MFGM）[3]。

随着对母乳成分研究的不断深入，乳脂肪球膜（MFGM）逐渐得到关注，其应用范围扩展到婴幼儿配方奶粉中。在接近母乳的婴幼儿配方粉的研究中，越来越多的研究集中在“精准添加、精准模拟”上，以期实现婴幼儿配乳粉具有类似母乳的营养作用，提供满足婴幼儿早期脑部神经发育和认知、免疫系统、生长发育、肠道健康的营养物质。

1 乳脂肪球膜（MFGM）结构及成分

1.1 乳脂肪球膜（MFGM）结构

乳脂肪球膜包裹在乳脂肪球外，将乳中脂肪和乳清分隔开，防止乳中脂肪滴的聚集与相互融合，也防止了乳中脂肪与酶的接触，是稳定的具有生物活性的膜[4-5]。乳脂肪球膜所含的极性脂质、蛋白质和糖蛋白引起的静电排斥和空间排斥作用可以防止脂肪球在牛奶中的聚集和融合，有助于保持脂肪球的物理稳定性。乳脂肪球膜厚度约为10～20 nm，乳脂肪球膜重量估计占乳脂肪球总重量的2%～6%，主要由许多生物活性分子组成，如极性磷脂（约占MFGM的20%以上，主要为甘油三酯和磷脂）、糖蛋白（占MFGM的20%～60%，如嗜乳脂蛋白和跨膜蛋白）、胆固醇、酶（如黄嘌呤氧化酶和γ谷酰基转肽酶）以及其他微量活性物质组成[5-6]。蛋白质和极性脂质合计占MFGM干重的90%以上。母乳中的磷脂主要存在于乳脂肪球膜上，乳脂肪球膜的主要成分是磷脂。

乳脂肪球膜的结构由内脂核产生的非极性环境形成磷脂双分子层外膜和具有表面活性的内部单层膜共3层膜组成，均为极性磷脂骨架，膜的极性头形成亲水区，而碳氢化合物尾端在双分子层的中心形成一个疏水区（外部双分子层膜）或连接甘油三酯核心（内部单层膜）。内层膜电子密度较高，由蛋白质和极性脂组成，其中磷脂主要为磷脂酰肌 醇（Phosphatidylinositol，PI）和 磷 脂 酰 丝 氨 酸（Phosphatidylserine，PS）[7]。外部双分子层膜的内层主要是磷脂酰乙醇胺（Phosphatidylethanolamine，PE），外层主要是磷脂酰胆碱（Phosphatidylcholine，PC）和鞘磷脂（Sphingomyelin，SM）。MFGM的外层双分子层膜分两个脂相区[8]：液态有序区和液态无序区。液态有序区又称脂阀域，磷脂双分子层膜上的某些SM与胆固醇相互作用，紧密排列形成一个特定的液体有序化的区域；液态无序区由甘油磷脂（PE、PC、PI、PS）组成，排列较为松散[9]。

乳脂球膜（MFGM）与乳脂球周围的膜及其相关物质有关。乳脂肪球微滴的核心含有三酰甘油。表面包裹材料含有胆固醇和磷脂,如鞘磷脂和磷脂酰胆碱、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇、脂蛋白、糖蛋白和酶，如黄嘌呤氧化酶和γ-谷酰基转肽酶等。乳脂肪球膜对人体健康的营养价值不容忽视。

1.2 乳脂肪球膜（MFGM）成分

1.2.1 乳脂肪球膜（MFGM）蛋白质

母乳中的蛋白质，大致归纳为3大类，乳清蛋白、酪蛋白、乳脂肪球膜蛋白[1]。MFGM蛋白占总乳蛋白的1%～2%，MFGM蛋白占MFGM质量的25%～70%[10]。通过蛋白质组学分析已经确定了具有多种功能的200多种蛋白质[11]。由于MFGM蛋白的成分和性质可能与乳脂肪的分泌有很大关系。MFGM蛋白质与膜结合分为多种方式，分别为外周蛋白、整合蛋白和在MFGM上松散附着蛋白质。其中的外周蛋白是数量最多的膜蛋白组分，它松散结合在膜上，执行着重要生理功能。嗜乳脂蛋白（BTN）是人、牛和牦牛MFGM中最丰富的蛋白质[12]。嗜乳脂蛋白（BTN）占牛乳总蛋白质量超过40%，在牛乳中，黄嘌呤氧化还原酶（XDH/XO）约占蛋白质的12%，其他MFGM蛋白质还包括CD36、非糖化蛋白脂肪酸结合蛋白、黏液素（MUC1）脂肪滴结合蛋白（ADPH）、阮间质蛋白胨等[13]。

这些蛋白质主要是吸附在脂肪球的表面。MFGM蛋白主要包括与脂肪分化相关蛋白及具有免疫、信号传导、蛋白质运输、脂质代谢和细胞周期附着功能相关的蛋白。作为MFGM的主要组成成分，MFGM蛋白含量仅占总乳蛋白的1%～2%，和其他乳蛋白成分相比，MFGM蛋白在机体内具有不同的生物学活性且生物学活性更为复杂[14]。乳脂球膜蛋白中的脂肪酸结合蛋白（FABP）在低浓度条件下能够抑制乳腺癌细胞增殖。经过层析纯化的黄嘌呤氧化还原酶可以抑制大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌的生长[15-16]，在胃肠道内具有抗菌的作用。

1.2.2 乳脂肪球膜（MFGM）磷脂

虽然MFGM只占母乳中总脂肪球大约2%～6%的比例，但其丰富的磷脂含量占了母乳总磷脂的60%～70%[2]。乳脂肪球膜中磷脂分布模式类似于乳腺的质膜，鞘磷脂与磷脂酰胆碱的比例高于胞内膜。甘油磷脂和神经鞘磷脂（SM）为母乳中存在的主要极性磷脂成分，甘油磷脂在甘油主链在sn-1和sn-2位上被两种脂肪酸酯化，sn-3位上为带不同基团的磷酸残基，如磷脂酰丝氨酸（PS）、磷脂酰胆碱（PC）、磷脂酰肌醇（PI）和磷脂酰乙醇胺（PE）。鞘磷脂（SM），其特征在于长链鞘氨醇碱，其中氨基与脂肪酸连接，并与磷酰胆碱头基酯化。甘油磷脂和鞘脂都是两亲分子，有一个疏水的尾部和亲水性的头部基团。

不同组成和结构的磷脂在机体内具有重要的功能作用。研究显示，磷脂酰胆碱（PC）具有干预肝脏疾病的方面有一定疗效[17]；磷脂酰丝氨酸（PS）在大脑中枢神经系统的发育发展方面有不可或缺的作用[18]，通过日常饮食使用磷脂酰丝氨酸具有改善人认知能力的作用[19]；磷脂酰肌醇（PI）和磷脂酰乙醇胺（PE）可以在降低胆固醇水平上有重要作用[20-21]；哺乳动物专有的磷脂-神经鞘磷脂（SM），可参与机体的炎症反应[22]及泌乳期幼崽肠道的成熟[23]；此外，甘油骨架的sn-1位上含有一种烯醚键磷脂为缩醛磷脂（Plasmalogen，PLAS），其作为哺乳动物特有的磷脂，是多不饱和脂肪酸的收存库，缩醛磷脂具体可以调节质膜的流动性的作用，缩醛磷脂也可作为内源性的抗氧化剂起到减少细胞的氧化应激反应的作用，并与细胞信号的传导过程有关[24-25]。

2 乳脂肪球膜（MFGM）检测

目前，高效液相色谱（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）、薄 层 色 谱（Thin Layer Chromatography，TLC）以及核磁共振磷谱（31P Nuclear Magnetic Resonance，31P-NMR）为常用的磷脂的测定方法。

2.1 乳脂肪球膜（MFGM）的TLC检测

薄层色谱（TLC）是一种磷脂定性定量检测方法，这种方法作为非常重要和普遍的检测方法，其设备投入少、简单、分离结果直观，且设备的多维板适用于所有类型的流动相。TLC采用喷荧光剂对未知脂质进行定性、可视化、光密度扫描、最终得到定量结果，但定量结果相对于其他方法，精准度较低，需进行谨慎和规范操作。薄层色谱（TLC）检测方法主要是用于定性和半定量检测。因为薄层色谱（TLC）检测法的操作步骤较为复杂，该方法应进行严格的验证和标准化，批量样品的检测不太适合采用此方法[26]。

分析研究结果显示，乳脂肪球膜中的两种极性脂质可以通过利用二维薄层色谱获取结果的主要组成部分包括卵磷脂（蛋黄素，约占35%）、神经鞘磷脂（约占25%）、磷脂酰乙醇胺（约占30%）、磷脂酰丝氨酸（约占3%）、磷脂酰肌醇（约占5%）和中性鞘糖脂，有微量乳糖酰基鞘氨醇（LacCer）、神经节苷酯（Gang）等的存在[27]。

2.2 乳脂肪球膜（MFGM）的HPLC检测

高效液相色谱（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）是一种磷脂定性定量的检测方法，近年来的应用较为广泛。HPLC检测方法是一种快速检测方法，且不破坏样品。该方法是植物来源的样品中磷脂检测最主要的检测方法，因为乳液中存在PS和SM，而植物样品中一般不存在，因此该检测方法对乳液样品的检测不适用[26]。乳液中的磷脂的检测使用高效液相色谱和其他检测器联用的方法。采用蒸发光散射检测器（Evaporative Light-Scattering Detector，ELSD）或紫外检测器（Ultraviolet Detector，UVD）来测定磷脂种类，然后通过各种标品进行定性定量检测。酰基链饱和度和长度对紫外检测器（UVD）信号有一定影响，即峰的响应值可能受样品磷脂与磷脂标样间的差异的影响，而造成结果的偏差[28]。蒸发光散射检测器（ELSD）检测器虽然克服了样品与标样差异影响的缺点，但却受限于识别潜能和选择性低。

高效液相色谱-蒸发光散射检测器联用是广泛使用的检测方法，蒸发光散射检测器能与大多数的溶剂匹配，且酰基链的饱和度和长度对设备信号基本无影响等优势。该联用检测器却受限于可选择少、识别度低和非线性分析[29]。

2.3 乳脂肪球膜（MFGM）的P-NMR检测

近年来，乳液体系中磷脂组分的检测也逐渐开始使用核磁共振磷谱（31P-NMR）。31P-NMR图谱上能够对含磷组分显现出峰，而检测不到不含磷脂的组分。核磁共振磷谱（31P-NMR）主要检测原理是根据磷原子所连基团影响其分子环境，从而使得各含磷组分在磁场中具有不同的化学位移，不同的含磷组分会呈现其独特的信号，从而对复杂样品中的含磷组分进行分离鉴定。样品中含磷物的浓度也直接与31P-NMR谱图上的峰面积呈正比。核磁共振磷谱法的优点是受干扰小，样品预处理简单，检测快速、检测准确度高等。但该技术具有需要较高的操作技巧、高分辨率的设备投资成本高等缺点。目前，母乳磷脂组成的测定利用核磁共振磷谱（31P-NMR）的研究较少[30]。

31P-NMR检测方法是以EDTA（1%，质量浓度），胆酸钠（10%，质量浓度）和磷酰甲基甘氨酸（内标）3者共同构成洗涤体系，以该体系来分离鉴定不同乳制品中的磷脂组分。通过对31P-NMR检测方法与2D-TLC和HPLC两种检测手段进行对比，得出31P-NMR是一种有效的磷脂检测手段，具有预处理简便且快速分析的优势。用31P-NMR检测方法测得乳液磷脂酰丝氨酸（PS）、磷脂酰胆碱（PC）、磷脂酰肌醇（PI）、磷脂酰乙醇胺（PE）、神经鞘磷脂（SM）和二氢鞘磷脂为主要磷脂组分[27]。应用31P-NMR检测方法分析不同哺乳动物乳中的磷脂组成与含量，得出CDCl3、甲醇和Cs-CDTA溶剂体系下的检测的最优条件为温度为5 ℃（马乳）和25 ℃（其他乳），pH为7.7，且乳磷脂的检测不受乳制品中TAG的影响[31]。31P-NMR在乳制品行业的应用中是一种有效的磷脂检测手段。

3 乳脂肪球膜（MFGM）在婴幼儿配方乳粉中的应用

近几年，婴幼儿配方奶中添加乳脂球膜（MFGM）补充剂的营养作用的研究文献增多。MFGM在母乳中有着重要的作用，能促进婴幼儿的大脑发育并提升认知能力，改善代谢、减少胃肠道感染和提高免疫力。

3.1 乳脂肪球膜（MFGM）促进大脑发育并提升认知能力的研究

磷脂酰丝氨酸（PS）、磷脂酰胆碱（PC）、磷脂酰肌醇（PI）、磷脂酰乙醇胺（PE）和神经鞘磷脂（SM）这5大对人体有重作用的磷脂是脑磷脂群主要磷脂。脑磷脂群是大脑结构的构成成分，也是神经元生长的必备物质，对大脑信息调控和维持神经信息的传导有着不可或缺的作用。

研究发现，健康足月婴儿食用添加牛乳脂肪球膜（bMFGM）和乳铁蛋白的婴配乳粉,与食用标准婴儿配方乳粉相比，神经发育和语言学习均得到改善[32]；24周以内婴儿食用的婴儿配方乳粉中加入神经节苷脂（含量为11～12 μg·mL-1），食用后发现能够增加手眼协调性、操作智商和常规智商的分数。说明婴儿配方乳粉中加入神经节苷脂有利于0～6月龄婴儿认知能力的发育，添加神经节苷脂婴儿配方乳粉也可能会提高血清神经节苷脂水平[33]；用添加了乳脂肪球膜的低能量低蛋白配方乳粉和标准配方乳粉分别喂养低于8周内的婴儿至6个月，与母乳喂养婴儿进行对照，结果证明喂养添加乳脂肪球膜奶粉和母乳喂养的婴儿在认知发育方便的差别逐渐缩小[34]。

3.2 乳脂肪球膜（MFGM）对进肠道健康影响的研究

某些神经节甘脂能够抑制细菌。研究者在奶粉中添加神经节甘脂（总浓度为1.43 mg/100 kcal）测试对早产儿的粪便微生物群的影响。实验发现，哺喂添加神经节甘脂配方奶粉的婴儿粪便的大肠杆菌相对含量显著低于哺喂对照配方奶粉的婴儿，出生后7日龄差异尤为显著（P＜0.001），且出生后30日龄，喂养添加神经节甘脂的配方奶粉的婴儿粪便的双歧杆菌计数较高（P＜0.05）。由此推断，母乳中存在的神经节甘脂浓度可以显著改善肠道菌群[35]。

ZAVALETA等的研究对象为6个月到11个月的婴儿，样本量为550，连续6个月每天喂哺配方乳粉40 g，蛋白质来源分别为乳脂肪球膜蛋白（实验组）或脱脂乳蛋白（对照组），结果发现，实验组与对照组在血清铁蛋白指标、锌指标及叶酸指标方面无显著差异；喂哺添加乳脂肪球膜蛋白配方乳粉的实验组婴儿血性腹泻次数减少，这说明乳脂肪球膜对婴儿的腹泻调节有重要作用，喂哺添加乳脂肪球膜蛋白配方乳粉有助于改善婴儿的健康[36]。

研究者分别用添加和不添加MFGM的婴幼儿配方乳粉喂养5～15 d龄的老鼠，对照组为母乳喂养，结果发现，在配方奶粉中添加MFGM恢复了幼仔的肠道生长和杯状细胞数量以及紧密连接蛋白模式。证明添加乳脂肪球膜的奶粉对幼仔肠道菌群有调节作用，使肠道上皮细胞及肠道微生物正常发育，对有害炎症的刺激有明显预防作用[37]。

3.3 乳脂肪球膜（MFGM）对免疫力影响的研究

TIMBY等进行了实验研究，用添加了富含乳脂肪球膜浓缩乳清蛋白的婴儿配方奶喂养160个小于8周的婴儿，选取80个采用母乳喂养的婴儿进行对比。研究显示，添加乳脂肪球膜降低了婴儿患急性中耳炎的风险，与母乳喂养相一致。降低在喂哺标准婴儿配方奶粉过程中退烧药的使用频次，并对注射肺炎链球菌疫苗后的体液应答具有免疫调节作用[34]。

WAUTERS等在健康儿童中进行了一项前瞻性、双盲、随机、对照试验，试验由182名2.5～6岁的健康学龄前儿童定期食用添加和不添加富含浓缩乳脂膜的200 mL配方奶，试验持续4个月，以评估添加乳脂球膜配方奶对肠道舒适性（便秘）、常见感染症状（发热、腹泻、咳嗽）和行为调节的影响。结果显示，与食用未添加乳脂肪球膜配方奶的儿童相比，学龄前儿童定期食用富含浓缩乳脂膜的配方奶食6周后，发热频率明显减少，发烧的天数明显缩短。且食用MFGM浓缩物的配方奶4个月后儿童的情绪和行为调节能力优于对照组[38]。。

3.4 乳脂肪球膜（MFGM）应用的安全性

BILLEAUD等对来自欧洲国家的199名婴儿分别进行喂哺婴儿配方乳粉的对比实验，对照组喂哺标准婴儿配方乳粉，实验组喂哺添加乳脂肪球膜的婴儿配方奶粉，研究显示，与对照组相比，实验组婴儿无论是身高、体重，还是头围，均未呈现显著差异，婴儿的耐受性、血浆胆固醇和磷脂水平、发病率和总体就医率无明显差异。证明添加MFGM的配方奶粉在体重增加方面都达到了主要有效性安全目标要求，并且耐受性良好[39]。WAUTERS等研究表明，学龄前儿童定期食用富含浓缩乳脂膜的配方奶没有产生不良反应，说明富含浓缩乳脂膜的配方奶是安全的，耐受性良好[38]。

4 结语

随着对母乳成分研究的不断深入，乳脂肪球膜（MFGM）逐渐得到重视，并开始在婴幼儿配方奶粉中得到应用。乳脂肪球膜浓缩物可以作为原辅料添加在婴幼儿配方乳粉中，在某些国家已经得到了商业化应用。婴幼儿配方奶粉已经不满足于从调整比例、添加母乳中含有的营养素方面向母乳靠近，在更接近母乳的婴幼儿配方粉的研究中，越来越多的研究集中在“精准添加、精准模拟”上，以期实现婴幼儿配乳粉具有类似母乳的营养作用，提供满足婴幼儿早期脑部神经发育和认知、免疫系统、生长发育、肠道健康的营养物质。然而，受母亲哺乳阶段、不同地区、不同饮食习惯等因素的影响，母乳MFGM中各物质含量不尽相同。目前关于母乳中乳脂肪球膜（MFGM）各物质含量和比例研究的样本量还比较少，婴幼儿配方粉在精准模拟母乳MFGM的配方设计中仍旧缺乏足够的证据。。另外,MFGM添加到婴幼儿配方乳粉后，MFGM具体指标的检测方法国家标准来规范。MFGM在婴幼儿配方奶粉中应用时，需要进一步的探究和需要解决的重要问题。