楊凱 ，張?zhí)觳?，薛江超，宋曉青，賈云虹

（北京三元食品有限公司技術(shù)中心河北分中心，石家莊 050000）

益生元組合在嬰幼兒配方奶粉中的應(yīng)用

楊凱 ，張?zhí)觳?，薛江超，宋曉青，賈云虹

（北京三元食品有限公司技術(shù)中心河北分中心，石家莊 050000）

母乳低聚糖是母乳中僅次于乳糖和脂肪的第三大營養(yǎng)素，它不僅能抵抗腸道病原微生物的侵襲，還能維持腸道的微生態(tài)平衡。國外大量臨床試驗表明，在嬰兒配方奶粉中添加不同組合的益生元可以部分模擬母乳低聚糖的功能，取得了良好的效果。建議國內(nèi)企業(yè)深入研究母乳低聚糖，努力開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的益生元組合，讓國產(chǎn)嬰幼兒配方奶粉更加適合中國寶寶的營養(yǎng)和健康需要。

母乳低聚糖；嬰幼兒配方奶粉；益生元組合

母乳是新生嬰兒最理想的食品，它含有適當(dāng)比例的蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、維生素和礦物質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)，易于被嬰兒所消化和吸收，能滿足其生長發(fā)育需要；此外，母乳中富含乳鐵蛋白、雙歧因子等免疫因子，可以防止嬰兒發(fā)生腸道感染性疾病。其中，母乳低聚糖（Human milk oligosaccharides，HMOs）是母乳中僅次于乳糖和脂肪的第三大營養(yǎng)素，它不僅能抵抗腸道病原微生物的侵襲，還能維持腸道的微生態(tài)平衡。

當(dāng)母乳不足時，嬰幼兒配方奶粉是母乳最好的替代品。它以牛乳或羊乳為基礎(chǔ)，調(diào)整乳清蛋白/酪蛋白比例，添加必需脂肪酸亞油酸和亞麻酸及強化維生素和礦物質(zhì)，可以滿足嬰幼兒快速生長發(fā)育的需要。但由于牛乳中的低聚糖含量很低，人們結(jié)合對母乳低聚糖的認識，將現(xiàn)有的低聚糖添加到嬰幼兒配方奶粉中，盡可能模擬母乳低聚糖的功能。

1 低聚糖的益生元作用

人們有一個普遍的共識，即腸道微生物對于宿主起著重要的生理作用。因此，人們努力通過膳食介入的方法以影響腸道微生物。原則上有兩種主要策略可以影響腸道微生物：一種策略是在食品中添加益生菌，它通過胃腸道后，在結(jié)腸中仍能保持活性[1]；另一種策略是使用益生元，它是一種難消化、能到達結(jié)腸可以被有益健康的結(jié)腸細菌利用的膳食成分[2]。

Gibson將益生元定義為“人體不消化或難消化的食物成分，它可以通過選擇性刺激結(jié)腸中的一種或少數(shù)幾種細菌的生長或活性而對宿主產(chǎn)生有益影響，從而增進宿主健康”[2]。益生元具有調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)、改善脂質(zhì)代謝、促進礦物質(zhì)吸收、提高免疫力等作用，益生元的這些作用主要是通過促進腸道有益菌的增殖和調(diào)整腸道微生態(tài)平衡而實現(xiàn)的。此外，益生元還具有調(diào)節(jié)血脂、促進礦物質(zhì)吸收等功效。

母乳是嬰兒的天然益生元食物。人們已經(jīng)通過研究識別出母乳中有若干個因素能夠影響腸道微生物，而在這些因素中，低聚糖是最相關(guān)的成分[3]。

2 母乳低聚糖的結(jié)構(gòu)和組成

研究表明，人初乳中HMOs含量為22～23g/L，成熟乳中為12～13g/L；早產(chǎn)兒母親的乳汁中HMOs比足月兒的濃度高。不同來源的母乳，低聚糖種類和含量也有很大差異。人乳低聚糖與牛乳低聚糖的數(shù)量和種類差異很大（表1）。人乳中含有中性低聚糖和酸性低聚糖。中性低聚糖包含巖藻糖基，占低聚糖含量約70%；酸性低聚糖包含唾液酸及硫酸鹽結(jié)構(gòu)，占低聚糖含量約30%。

表1 成熟人乳和牛乳中宏量營養(yǎng)素與HMOs的含量（大約值）[4]

HMOS由3～14個單糖組成，為直鏈或支鏈結(jié)構(gòu)，目前已發(fā)現(xiàn)超過200種結(jié)構(gòu)，均在核心結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上變換而來。如圖1所示，母乳低聚糖的5種基本單體分別為D-葡萄糖(Glc)、D-半乳糖(Gal) 、N-乙酰葡萄糖胺(GlcNAc)、L-巖藻糖(Fuc)和唾液酸 (N-乙酰神經(jīng)氨酸，Neu5AC) 。通常核心結(jié)構(gòu)的還原端為乳糖基［Gal(β1-4) Glc］，通過β1-3鍵與GlcNAc連接( I型) 或通過β1-4鍵與GlcNAc連接(Ⅱ型)至15個N-乙酰氨基乳糖，核心結(jié)構(gòu)進一步通過α2-3或α2-6鍵與Neu5Ac殘基連接和(或)通過α1-2或α1-3或α1-4鍵與Fuc殘基連接[5]。

圖1 HMOs的核心結(jié)構(gòu)[4]

3 以現(xiàn)有低聚糖模擬母乳低聚糖的功能

隨著新型分析技術(shù)的發(fā)展，人們對于母乳低聚糖的結(jié)構(gòu)愈加了解。此外，人們研制出的新制備方法純化低聚糖，以此為基礎(chǔ)識別它們的生物作用。然而，關(guān)于低聚糖的結(jié)構(gòu)與其生物學(xué)功能之間的關(guān)系，還有許多問題尚未得到解決。未來很重要的一點是，需要了解母乳低聚糖中哪些結(jié)構(gòu)成分是它們發(fā)揮作用的關(guān)鍵因素；這將作為從動物母乳或其他來源選擇低聚糖的科學(xué)基礎(chǔ)。但由于母乳低聚糖的復(fù)雜性，不可能找到與母乳低聚糖完全相同的天然低聚糖。因此，必須分析現(xiàn)有的低聚糖以識別那些雖然結(jié)構(gòu)同母乳低聚糖有差異，但功能與其接近的低聚糖。

動物母乳來源的低聚糖可以作為生物功能接近人母乳低聚糖分子的可以接受和可用來源的首選。此外，還應(yīng)考慮非乳來源的低聚糖。低聚半乳糖（GOS，以乳糖為底物通過酶合成工藝制得）、低聚果糖和多聚果糖（來源于植物）、異構(gòu)化乳糖等是常見的非乳來源益生元，在成年人和嬰兒中已經(jīng)證明了其益生元作用。GB 14880中規(guī)定，在嬰幼兒配方奶粉中允許使用的益生元有低聚半乳糖、低聚果糖、多聚果糖、棉籽糖、聚葡萄糖等[6]。

4 益生元組合在嬰幼兒配方奶粉中應(yīng)用的臨床研究

益生元不僅選擇性刺激大腸中微生物的生長，還通過發(fā)酵影響腸功能的很多方面。益生元分解過程中除了產(chǎn)生短鏈脂肪酸之外，還不可避免地產(chǎn)生一些氣體，這是食用益生元的主要障礙。DAVID C. HERNOT等的研究表明，中短鏈低聚糖產(chǎn)生較多數(shù)量的氣體和短鏈脂肪酸意味著發(fā)酵速度快，達到最高生產(chǎn)速度需要的時間更短；長鏈低聚糖產(chǎn)生較少數(shù)量的氣體和短鏈脂肪酸意味著發(fā)酵速度慢，達到最高生產(chǎn)速度需要的時間更長。此外，將短鏈低聚糖和長鏈低聚糖相混合，可降低短鏈低聚糖的發(fā)酵速度和發(fā)酵能力[7]。為此，在嬰幼兒配方奶粉中經(jīng)常使用短鏈低聚糖和長鏈低聚糖的混合物。

G Boehm等設(shè)計了低聚半乳糖和多聚果糖9∶1的益生元組合。他們在設(shè)計該組合時，一方面考慮到母乳低聚糖中含有大量半乳糖，故選用了來源于乳糖的低聚半乳糖；另一方面，他們考慮到平均聚合度＞10的多聚果糖比低分子量低聚果糖的發(fā)酵速度更低，可能導(dǎo)致較少的腹脹等副反應(yīng)，于是選用了從菊苣根中提取的高分子量的多聚果糖（平均聚合度＞10）。此外，為使混合物的粒度分布更接近于母乳低聚糖的粒度分布，將低分子量的低聚半乳糖和高分子量的多聚果糖之間的比例確定為9∶1。這一組合協(xié)同促進了有益腸道菌的生長，使得最多數(shù)量的不同種類微生物能夠快速生長，尤其是雙歧桿菌和乳酸菌。之前多項人體臨床研究已經(jīng)表明，單獨添加低聚半乳糖和多聚果糖都有益生元效應(yīng)，但以作者所了解到的，當(dāng)時還沒有其他人復(fù)配使用過低聚半乳糖和多聚果糖。他們將濃度為10g/L的低聚半乳糖和多聚果糖的混合物添加到早產(chǎn)兒配方粉，結(jié)果表明該益生元組合刺激了腸道中雙歧桿菌的生長，喂養(yǎng)添加該組合物的配方粉與喂養(yǎng)母乳的早產(chǎn)兒糞便特征相似。該益生元混合物可能有助于改善早產(chǎn)兒對腸道喂養(yǎng)的耐受性[8]。

G. Veereman-Wauters等分別給予110位健康新生兒以下配方奶粉：a.添加具有知識產(chǎn)權(quán)的Orafti?Synergy 1（多聚果糖：FOS=50：50）0.4g/dL或0.8g/dL的配方奶粉；b.添加低聚果糖和多聚果糖（GOS∶FOS=9∶1，0.8g/dL）的配方奶粉；c.標(biāo)準(zhǔn)配方食品；并以母乳為對照，評價了添加這兩個組合的配方奶粉在嬰兒配方食品中的生理和益生作用。這個研究最早將Orafti?Synergy1添加到嬰兒配方奶粉中，并表明Orafti?Synergy1(0.4和0.8g/dL)具有良好的耐受性和益生元效果。喂養(yǎng)SYN1組與對照組嬰兒的攝食量相當(dāng)，且生長正常。在所有研究組中，嬰兒的排便頻率接近，SYN1 (0.4和0.8g/dL)攝入量使嬰兒糞便維持較軟的狀態(tài)，明顯比對照組更軟。此外，在喂養(yǎng)SYN1(0.8g/dL)和GOS∶FOS (0.8g/dL)的嬰兒糞便中，觀察到雙歧桿菌的數(shù)量在2和4周后顯著增加。嬰兒攝入SYN1后雙歧桿菌的水平與母乳喂養(yǎng)嬰兒中雙歧桿菌水平相當(dāng)，表明SYN1在新生兒中具有益生元效果[9]。

Ekhard Ziegler等分別使用添加聚葡萄糖和低聚半乳糖（PDX∶GOS=1∶1）的混合物4g/L的奶液（PG4組），和添加聚葡萄糖、低聚半乳糖GOS和異構(gòu)化乳糖(PDX∶GOS∶LOS=50∶33∶17) 的混合物8g/L的奶液（PGL8組），以及不添加任何益生元的對照組，以評估健康足月嬰兒成長到120d的發(fā)育和耐受性情況。聚葡萄糖和低聚半乳糖1∶1的混合物，三組之間體重增加率或是身高增長率都沒有統(tǒng)計學(xué)上的顯著差異。但在30、60、90日齡檢測糞便黏稠度時，三組之間存在著顯著差異，食用添加有益生元配方奶粉的試驗組嬰兒比對照組嬰兒的糞便更加柔軟。在30日齡時，與PG4組相比，PGL8組排便次數(shù)更多。但在60、90、120日齡時，PG4組與PGL8組具有相似的排便次數(shù)。另外，三組之間在痢疾、濕疹、應(yīng)激性等項目中有統(tǒng)計學(xué)上的顯著差異。以上結(jié)果表明，與食用不添加益生元的配方奶粉的嬰兒相比，食用添加益生元混合物配方奶粉的嬰兒生長發(fā)育正常，并具有與母乳喂養(yǎng)的嬰兒相類似的糞便特征[10]。

Giuseppe Puccio分別使用以下嬰兒配方粉中：a. 空白組不含任何益生菌或益生元；b. 試驗組1：長雙歧桿菌 BL999(BL999)+ 鼠李糖乳酸菌 LPR(LPR)；c. 試驗組2：BL999+LPR+4g/L GOS/SCFOS（90%GOS+10%短鏈FOS）；d. 試驗組3：BL999+副干酪乳桿菌ST11+ 4g/L GOS/SCFOS；以上試驗組益生菌濃度均約為108CFU/mL。試驗結(jié)果表明，試驗組和對照組平均體重增長相同，在體長、頭圍及不良反應(yīng)發(fā)生頻率上沒有統(tǒng)計上的顯著差異。試驗組便秘發(fā)生率低，糞便的特性表明試驗組具有很好的耐受性。此外還顯示出試驗組嬰兒呼吸道感染發(fā)病率低。可以得出結(jié)論，該配方奶粉具有安全性和很好的耐受性[11]。

需要注意的是，益生元具有明顯的量效關(guān)系。G.Moro在嬰兒配方奶粉中分別加入濃度為0.4g/dL或0.8g/dL的低聚糖混合物（低聚半乳糖和多聚果糖的含量分別為90%和10%），以考察低聚半乳糖和低聚果糖在足月嬰兒中的益生作用是否與劑量有關(guān)，結(jié)果表明接受補充益生元的配方粉的兩組中雙岐桿菌的數(shù)量比對照組顯著增加，此效應(yīng)具有劑量依賴性。在喂養(yǎng)補充益生元的配方粉的兩組中乳酸桿菌的數(shù)量也顯著增加，但喂養(yǎng)0.4和0.8g/dL益生元的兩組相比沒有統(tǒng)計上的顯著差異。補充益生元對糞便硬度有顯著劑量依賴的影響，隨著補充劑量的增加糞便更軟[12]。我國有關(guān)管理部門也認識到了這一點?！额A(yù)包裝特殊膳食用食品標(biāo)簽》（GB13432-2013）問答（修訂版）中明確規(guī)定，低聚半乳糖、低聚果糖、多聚果糖、棉子糖的單體或混合物在嬰幼兒配方食品中的含量≥3g/100g（固態(tài)或粉狀）、≥1.5g/100mL（液態(tài)）或≥1.5g/420 kJ，以及聚葡萄糖達到允許強化的最低值才能宣稱“膳食纖維有助于維持正常的腸道功能”和“膳食纖維是低能量物質(zhì)”；酵母β-葡聚糖在幼兒配方粉中達到允許強化的最低值才能作以上宣稱[13]。

對于以上研究中所使用的益生元組合，國外公司已經(jīng)在中國申請多項發(fā)明專利（其申請?zhí)柡蜕暾埲朔謩e為201010586318.4紐迪西亞、200380105558.6雀巢、201210150348.X美國控股有限責(zé)任公司、99809500.1利爾生），這些專利分別涵蓋了低聚半乳糖+多聚果糖（比例范圍95∶5～5∶95），低聚半乳糖+低聚果糖（比例范圍5∶1～1∶5），低聚糖+多聚糖（比例范圍95∶5～5∶95）和低聚半乳糖+聚葡萄糖（比例范圍9∶1～1∶9）這些組合。由此可見，國外公司在該領(lǐng)域先人一步，所申請專利覆蓋了最主要的益生元品種，且其使用組合比例范圍之廣令人震驚[14～17]。

5 展望

綜上所述，國外研究人員開發(fā)了一些益生元組合，并將其添加到嬰幼兒配方奶粉中以部分模擬母乳低聚糖的功能，進行的大量臨床試驗研究取得了良好的益生效果。相比之下，國內(nèi)在這方面開展的研究則很少。

由于東西方膳食結(jié)構(gòu)存在巨大差異，國內(nèi)乳品企業(yè)應(yīng)深入研究中國媽媽的母乳低聚糖。三元食品發(fā)布了中國母乳數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫建立了北京等5個省份的母嬰營養(yǎng)健康研究隊列，首次對我國母乳中的500多種功能成分進行了定量分析。相信以中國母乳數(shù)據(jù)為支撐，定能開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的益生元組合，讓國產(chǎn)嬰幼兒配方奶粉產(chǎn)品更加適合中國寶寶的營養(yǎng)和健康需要。

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Research on the Application of Prebiotics Combinations in Infant Formula

YANG Kai, ZHANG Tian-bo, XUE Jiang-chao, SONG Xiao-qing, JIA Yun-hong
(Hebei Branch of The Technology Center of Beijing Sanyuan Foods Co., Ltd, Shijiazhuang 050000)

As the third largest nutrient only next to lactose and fat in human milk, human milk oligosaccharides can not only resist the infection of intestinal pathogenic microorganisms, but also maintain the micro-ecological balance in the intestinal tract. A large number of foreign clinical trials have shown that the infant formula with different combinations of prebiotics can partially simulate the function of breast oligosaccharides. Domestic enterprises should conduct in-depth study on human milk oligosaccharides, and strive to develop the prebiotic combinations with independent intellectual property rights, so that domestic infant formula can better satisfy the needs of Chinese babies in nutrition and health.

Human milk oligosaccharides; Infant formula; Prebiotics combination

TS252.1

A

1004-4264（2017）12-0046-04

10.19305/j.cnki.11-3009/s.2017.12.012

2017-05-18

石家莊新華區(qū)科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展計劃課題《系列添加益生元組合嬰幼兒配方乳粉的研究與開發(fā)》（2015013）。

楊凱（1976-），男，工程師，碩士，主要從事乳制品開發(fā)與研究工作。