益生元组合在婴幼儿配方奶粉中的应用

杨凯 ，张天博，薛江超，宋晓青，贾云虹

（北京三元食品有限公司技术中心河北分中心，石家庄 050000）

益生元组合在婴幼儿配方奶粉中的应用

杨凯 ，张天博，薛江超，宋晓青，贾云虹

（北京三元食品有限公司技术中心河北分中心，石家庄 050000）

母乳低聚糖是母乳中仅次于乳糖和脂肪的第三大营养素，它不仅能抵抗肠道病原微生物的侵袭，还能维持肠道的微生态平衡。国外大量临床试验表明，在婴儿配方奶粉中添加不同组合的益生元可以部分模拟母乳低聚糖的功能，取得了良好的效果。建议国内企业深入研究母乳低聚糖，努力开发出具有自主知识产权的益生元组合，让国产婴幼儿配方奶粉更加适合中国宝宝的营养和健康需要。

母乳低聚糖；婴幼儿配方奶粉；益生元组合

母乳是新生婴儿最理想的食品，它含有适当比例的蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素和矿物质等营养物质，易于被婴儿所消化和吸收，能满足其生长发育需要；此外，母乳中富含乳铁蛋白、双歧因子等免疫因子，可以防止婴儿发生肠道感染性疾病。其中，母乳低聚糖（Human milk oligosaccharides，HMOs）是母乳中仅次于乳糖和脂肪的第三大营养素，它不仅能抵抗肠道病原微生物的侵袭，还能维持肠道的微生态平衡。

当母乳不足时，婴幼儿配方奶粉是母乳最好的替代品。它以牛乳或羊乳为基础，调整乳清蛋白/酪蛋白比例，添加必需脂肪酸亚油酸和亚麻酸及强化维生素和矿物质，可以满足婴幼儿快速生长发育的需要。但由于牛乳中的低聚糖含量很低，人们结合对母乳低聚糖的认识，将现有的低聚糖添加到婴幼儿配方奶粉中，尽可能模拟母乳低聚糖的功能。

1 低聚糖的益生元作用

人们有一个普遍的共识，即肠道微生物对于宿主起着重要的生理作用。因此，人们努力通过膳食介入的方法以影响肠道微生物。原则上有两种主要策略可以影响肠道微生物：一种策略是在食品中添加益生菌，它通过胃肠道后，在结肠中仍能保持活性[1]；另一种策略是使用益生元，它是一种难消化、能到达结肠可以被有益健康的结肠细菌利用的膳食成分[2]。

Gibson将益生元定义为“人体不消化或难消化的食物成分，它可以通过选择性刺激结肠中的一种或少数几种细菌的生长或活性而对宿主产生有益影响，从而增进宿主健康”[2]。益生元具有调节肠道微生态、改善脂质代谢、促进矿物质吸收、提高免疫力等作用，益生元的这些作用主要是通过促进肠道有益菌的增殖和调整肠道微生态平衡而实现的。此外，益生元还具有调节血脂、促进矿物质吸收等功效。

母乳是婴儿的天然益生元食物。人们已经通过研究识别出母乳中有若干个因素能够影响肠道微生物，而在这些因素中，低聚糖是最相关的成分[3]。

2 母乳低聚糖的结构和组成

研究表明，人初乳中HMOs含量为22～23g/L，成熟乳中为12～13g/L；早产儿母亲的乳汁中HMOs比足月儿的浓度高。不同来源的母乳，低聚糖种类和含量也有很大差异。人乳低聚糖与牛乳低聚糖的数量和种类差异很大（表1）。人乳中含有中性低聚糖和酸性低聚糖。中性低聚糖包含岩藻糖基，占低聚糖含量约70%；酸性低聚糖包含唾液酸及硫酸盐结构，占低聚糖含量约30%。

表1 成熟人乳和牛乳中宏量营养素与HMOs的含量（大约值）[4]

HMOS由3～14个单糖组成，为直链或支链结构，目前已发现超过200种结构，均在核心结构的基础上变换而来。如图1所示，母乳低聚糖的5种基本单体分别为D-葡萄糖(Glc)、D-半乳糖(Gal) 、N-乙酰葡萄糖胺(GlcNAc)、L-岩藻糖(Fuc)和唾液酸 (N-乙酰神经氨酸，Neu5AC) 。通常核心结构的还原端为乳糖基［Gal(β1-4) Glc］，通过β1-3键与GlcNAc连接( I型) 或通过β1-4键与GlcNAc连接(Ⅱ型)至15个N-乙酰氨基乳糖，核心结构进一步通过α2-3或α2-6键与Neu5Ac残基连接和(或)通过α1-2或α1-3或α1-4键与Fuc残基连接[5]。

图1 HMOs的核心结构[4]

3 以现有低聚糖模拟母乳低聚糖的功能

随着新型分析技术的发展，人们对于母乳低聚糖的结构愈加了解。此外，人们研制出的新制备方法纯化低聚糖，以此为基础识别它们的生物作用。然而，关于低聚糖的结构与其生物学功能之间的关系，还有许多问题尚未得到解决。未来很重要的一点是，需要了解母乳低聚糖中哪些结构成分是它们发挥作用的关键因素；这将作为从动物母乳或其他来源选择低聚糖的科学基础。但由于母乳低聚糖的复杂性，不可能找到与母乳低聚糖完全相同的天然低聚糖。因此，必须分析现有的低聚糖以识别那些虽然结构同母乳低聚糖有差异，但功能与其接近的低聚糖。

动物母乳来源的低聚糖可以作为生物功能接近人母乳低聚糖分子的可以接受和可用来源的首选。此外，还应考虑非乳来源的低聚糖。低聚半乳糖（GOS，以乳糖为底物通过酶合成工艺制得）、低聚果糖和多聚果糖（来源于植物）、异构化乳糖等是常见的非乳来源益生元，在成年人和婴儿中已经证明了其益生元作用。GB 14880中规定，在婴幼儿配方奶粉中允许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 益生元组合在婴幼儿配方奶粉中应用的临床研究

益生元不仅选择性刺激大肠中微生物的生长，还通过发酵影响肠功能的很多方面。益生元分解过程中除了产生短链脂肪酸之外，还不可避免地产生一些气体，这是食用益生元的主要障碍。DAVID C. HERNOT等的研究表明，中短链低聚糖产生较多数量的气体和短链脂肪酸意味着发酵速度快，达到最高生产速度需要的时间更短；长链低聚糖产生较少数量的气体和短链脂肪酸意味着发酵速度慢，达到最高生产速度需要的时间更长。此外，将短链低聚糖和长链低聚糖相混合，可降低短链低聚糖的发酵速度和发酵能力[7]。为此，在婴幼儿配方奶粉中经常使用短链低聚糖和长链低聚糖的混合物。

G Boehm等设计了低聚半乳糖和多聚果糖9∶1的益生元组合。他们在设计该组合时，一方面考虑到母乳低聚糖中含有大量半乳糖，故选用了来源于乳糖的低聚半乳糖；另一方面，他们考虑到平均聚合度＞10的多聚果糖比低分子量低聚果糖的发酵速度更低，可能导致较少的腹胀等副反应，于是选用了从菊苣根中提取的高分子量的多聚果糖（平均聚合度＞10）。此外，为使混合物的粒度分布更接近于母乳低聚糖的粒度分布，将低分子量的低聚半乳糖和高分子量的多聚果糖之间的比例确定为9∶1。这一组合协同促进了有益肠道菌的生长，使得最多数量的不同种类微生物能够快速生长，尤其是双歧杆菌和乳酸菌。之前多项人体临床研究已经表明，单独添加低聚半乳糖和多聚果糖都有益生元效应，但以作者所了解到的，当时还没有其他人复配使用过低聚半乳糖和多聚果糖。他们将浓度为10g/L的低聚半乳糖和多聚果糖的混合物添加到早产儿配方粉，结果表明该益生元组合刺激了肠道中双歧杆菌的生长，喂养添加该组合物的配方粉与喂养母乳的早产儿粪便特征相似。该益生元混合物可能有助于改善早产儿对肠道喂养的耐受性[8]。

G. Veereman-Wauters等分别给予110位健康新生儿以下配方奶粉：a.添加具有知识产权的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.标准配方食品；并以母乳为对照，评价了添加这两个组合的配方奶粉在婴儿配方食品中的生理和益生作用。这个研究最早将Orafti®Synergy1添加到婴儿配方奶粉中，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。喂养SYN1组与对照组婴儿的摄食量相当，且生长正常。在所有研究组中，婴儿的排便频率接近，SYN1 (0.4和0.8g/dL)摄入量使婴儿粪便维持较软的状态，明显比对照组更软。此外，在喂养SYN1(0.8g/dL)和GOS∶FOS (0.8g/dL)的婴儿粪便中，观察到双歧杆菌的数量在2和4周后显著增加。婴儿摄入SYN1后双歧杆菌的水平与母乳喂养婴儿中双歧杆菌水平相当，表明SYN1在新生儿中具有益生元效果[9]。

Ekhard Ziegler等分别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组），和添加聚葡萄糖、低聚半乳糖GOS和异构化乳糖(PDX∶GOS∶LOS=50∶33∶17) 的混合物8g/L的奶液（PGL8组），以及不添加任何益生元的对照组，以评估健康足月婴儿成长到120d的发育和耐受性情况。聚葡萄糖和低聚半乳糖1∶1的混合物，三组之间体重增加率或是身高增长率都没有统计学上的显著差异。但在30、60、90日龄检测粪便黏稠度时，三组之间存在着显著差异，食用添加有益生元配方奶粉的试验组婴儿比对照组婴儿的粪便更加柔软。在30日龄时，与PG4组相比，PGL8组排便次数更多。但在60、90、120日龄时，PG4组与PGL8组具有相似的排便次数。另外，三组之间在痢疾、湿疹、应激性等项目中有统计学上的显著差异。以上结果表明，与食用不添加益生元的配方奶粉的婴儿相比，食用添加益生元混合物配方奶粉的婴儿生长发育正常，并具有与母乳喂养的婴儿相类似的粪便特征[10]。

Giuseppe Puccio分别使用以下婴儿配方粉中：a. 空白组不含任何益生菌或益生元；b. 试验组1：长双歧杆菌 BL999(BL999)+ 鼠李糖乳酸菌 LPR(LPR)；c. 试验组2：BL999+LPR+4g/L GOS/SCFOS（90%GOS+10%短链FOS）；d. 试验组3：BL999+副干酪乳杆菌ST11+ 4g/L GOS/SCFOS；以上试验组益生菌浓度均约为108CFU/mL。试验结果表明，试验组和对照组平均体重增长相同，在体长、头围及不良反应发生频率上没有统计上的显著差异。试验组便秘发生率低，粪便的特性表明试验组具有很好的耐受性。此外还显示出试验组婴儿呼吸道感染发病率低。可以得出结论，该配方奶粉具有安全性和很好的耐受性[11]。

需要注意的是，益生元具有明显的量效关系。G.Moro在婴儿配方奶粉中分别加入浓度为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别为90%和10%），以考察低聚半乳糖和低聚果糖在足月婴儿中的益生作用是否与剂量有关，结果表明接受补充益生元的配方粉的两组中双岐杆菌的数量比对照组显著增加，此效应具有剂量依赖性。在喂养补充益生元的配方粉的两组中乳酸杆菌的数量也显著增加，但喂养0.4和0.8g/dL益生元的两组相比没有统计上的显著差异。补充益生元对粪便硬度有显著剂量依赖的影响，随着补充剂量的增加粪便更软[12]。我国有关管理部门也认识到了这一点。《预包装特殊膳食用食品标签》（GB13432-2013）问答（修订版）中明确规定，低聚半乳糖、低聚果糖、多聚果糖、棉子糖的单体或混合物在婴幼儿配方食品中的含量≥3g/100g（固态或粉状）、≥1.5g/100mL（液态）或≥1.5g/420 kJ，以及聚葡萄糖达到允许强化的最低值才能宣称“膳食纤维有助于维持正常的肠道功能”和“膳食纤维是低能量物质”；酵母β-葡聚糖在幼儿配方粉中达到允许强化的最低值才能作以上宣称[13]。

对于以上研究中所使用的益生元组合，国外公司已经在中国申请多项发明专利（其申请号和申请人分别为201010586318.4纽迪西亚、200380105558.6雀巢、201210150348.X美国控股有限责任公司、99809500.1利尔生），这些专利分别涵盖了低聚半乳糖+多聚果糖（比例范围95∶5～5∶95），低聚半乳糖+低聚果糖（比例范围5∶1～1∶5），低聚糖+多聚糖（比例范围95∶5～5∶95）和低聚半乳糖+聚葡萄糖（比例范围9∶1～1∶9）这些组合。由此可见，国外公司在该领域先人一步，所申请专利覆盖了最主要的益生元品种，且其使用组合比例范围之广令人震惊[14～17]。

5 展望

综上所述，国外研究人员开发了一些益生元组合，并将其添加到婴幼儿配方奶粉中以部分模拟母乳低聚糖的功能，进行的大量临床试验研究取得了良好的益生效果。相比之下，国内在这方面开展的研究则很少。

由于东西方膳食结构存在巨大差异，国内乳品企业应深入研究中国妈妈的母乳低聚糖。三元食品发布了中国母乳数据库，该数据库建立了北京等5个省份的母婴营养健康研究队列，首次对我国母乳中的500多种功能成分进行了定量分析。相信以中国母乳数据为支撑，定能开发出具有自主知识产权的益生元组合，让国产婴幼儿配方奶粉产品更加适合中国宝宝的营养和健康需要。

[1] Leahy SC, Higgins DG, Fitzgerald GF, et al. Getting better with bifidobacteria[J]. J Appl Microbiol, 2005, 98:1303-15.

[2] Gibson, G. R. and Roberfroid, M. B. Dietary modulation of the human colonic microbiota: introducing the concept of prebiotics[J]. Journal of Nutrition, 125, 1401-1412.

[3] Gunther Boehm, Bernd Stahl. Oligosaccharides from Milk[J].Journal of Nutrition, 2007, 137:847S-849S.

[4] 魏远安,张丽君,郑惠玲,等. 中国母乳低聚糖的研究进展和现状[J]. 乳业科学与技术, 2016, 39(3):33-38.

[5] Lars Bode. Recent Advances on Structure, Metabolism, and Function of Human Milk Oligosaccharides[J]. Journal of Nutrition, 2006, 136:2127-2130.

[6] GB 14880-2012 食品安全国家标准 食品营养强化剂使用标准[S].

[7] David C. Hernot, Thomas W. Boileau, et al. In Vitro Fermentation Profiles, Gas Production Rates, and Microbiota Modulation as Affected by Certain Fructans,Galactooligosaccharides, and Polydextrose[J]. J. Agric. Food Chem., 2009, 57:1354-1361.

[8] G Boehm, M Lidestri, et al. Supplementation of a bovine milk formula with an oligosaccharide mixture increases counts of faecal bifidobacteria in preterm infants. Arch Dis Child Fetal Neonatal Ed 2002; 86:F178-F181.

[9] Veereman-Wauters G, Staelens S, et al. Physiological and Bifidogenic Effects of Prebiotic Supplements in Infant Formulae[J].J Pediatr Gastroenterol Nutr, 2011, 52(6):763-71.

[10] Ekhard Ziegler, Jon A. Vanderhoof, et al. Term Infants Fed Formula Supplemented With Selected Blends of Prebiotics Grow Normally and Have Soft Stools Similar to Those Reported for Breastfed Infants[J]. J Pediatr Gastroenterol Nutr, 2007,44(3):359-64.

[11] Jean Pierre Chouraqui, Dominik Grathwohl, et al. Assessment of the safety, tolerance, and protective effect against diarrhea of infant formulas containing mixtures of probiotics or probiotics and prebiotics in a randomized controlled trial[J]. Am J Clin Nutr,2008, 87:1365-73.

[12] GE Moro, F Mosca, et al. Effects of a new mixture of prebiotics on faecal flora and stools in term infants[J]. Acta Pædiatr Suppl,2003, 441:77-79.

[13] 《预包装特殊膳食用食品标签》（GB13432-2013）问答（修订版）.

[14] 纽迪西亚公司. GOS和多聚果糖的协同作用:中国,1964638 B[P]. 2010.12.8.

[15] 雀巢产品技术援助有限公司.益生元组合物:中国,1731938 B[P]. 2011.12.28.

[16] 美国控股有限责任公司. 聚葡萄糖在配方奶喂养的婴儿体内模拟人乳低聚糖的功能属性的用途:中国,102657262 B [P].2014.7.23.

[17] 利尔生公司. 碳水化合物混合物:中国,1105506C [P]. 2003.4.16.

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

石家庄新华区科学技术研究与发展计划课题《系列添加益生元组合婴幼儿配方乳粉的研究与开发》（2015013）。

杨凯（1976-），男，工程师，硕士，主要从事乳制品开发与研究工作。