乳脂肪球膜的研究进展

刘婷婷，张国芳，刘丽波*

（东北农业大学食品学院，乳品科学教育部重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150030）

乳脂（milk lipid）作为乳的主要成分之一，不仅是生物活性脂质成分的来源，还是营养素的重要传递介质。乳脂的主要成分是乳脂肪（milk fat），占比高达97%～99%。脂肪球是乳脂肪的主要存在形式，脂肪球的直径为0.2～15.0 μm，其中以4 μm左右的脂肪球居多。脂肪球的表面由一层膜包被，此膜被称为乳脂肪球膜（milk fat globule membrane，MFGM），MFGM使脂肪球保持稳定的乳浊液状态。脂肪球在贮存期间一直在进行不规则的布朗运动，相互碰撞后会形成更大的脂肪球[1]，进而会出现脂肪上浮现象，影响产品的品质和货架期。脂肪上浮与MFGM的稳定性密切相关。MFGM是“天然”的乳化剂，防止乳中脂肪球的混凝和聚集，保护脂肪免受酶的作用。MFGM是一种蛋白质-脂质复合物，具有许多有益健康的功能。MFGM的构成相当复杂，近年来因其营养功能及加工特性在食品领域中的应用而日益受到关注。MFGM具有丰富的开发利用价值，本文综述MFGM的结构、组成成分、分离制备及营养功能的研究进展，介绍MFGM制备脂质体包埋生物活性物质的新技术，为开发利用MFGM提供一定的参考依据。

1 MFGM的结构

MFGM是在乳腺内皮细胞释放乳脂的过程中形成的，由蛋白质和脂类组成（图1）[2]。在乳腺分泌细胞中合成脂肪球所涉及的过程是复杂的，并且尚未完全了解。MFGM还富含唾液酸，是神经节苷脂[3]和糖基化蛋白的一部分。神经节苷脂是糖鞘脂，其由神经酰胺及附着于一种或多种唾液酸和几种糖的寡糖链组成[4]。牛乳中MFGM含量为3.6 g/L，蛋白质组分和脂类组分分别占22.3%和71.8%[5]，蛋白质和脂类2 种组分具有重要的功能[6]。MFGM中的极性脂质是甘油磷脂和糖鞘脂。脂质、蛋白质及其多种糖基化的复杂组成可使MFGM具有许多促进健康的作用[7]：降低癌症风险[8]、抑制细胞生长、抗细菌和抗炎症特性[5,7,9]。由于MFGM的营养和技术价值，MFGM的组成和物理化学性质成为食品胶体领域越来越感兴趣的研究方向。目前，关于MFGM的结构和分子结构的许多研究结果都是通过形态学技术获得的，例如，应用于脂肪球的免疫电子显微镜。MFGM是厚度为10～50 nm的3 层结构，膜的最内层由疏水基吸附高熔点甘油三酯构成，膜的外层被具有强亲水基的蛋白质附着，在其表面形成大量结合水。单层内膜由来源于内质网合成的蛋白质和极性脂质组成，围绕脂肪球外膜的是乳腺上皮细胞的顶端质膜双层[10]。利用显微镜技术，如共焦激光扫描显微镜（confocal laser scanning microscopy，CLSM）和特异性探针技术，能够提高对MFGM结构的认识。Evers等[11]使用MFGM特异性探针进行荧光显微镜观察，结果表明，MFGM存在化学和结构异质性。不同种间的MFGM也存在显著差异。

图1 乳脂球的释放原理图和MFGM的组成Fig. 1 Schematic illustration of release of milk fat droplets and composition of MFGM

2 MFGM中的脂质及其营养功能

MFGM的脂质成分主要由极性脂质（如磷脂）组成，也含有一些中性脂质（如甘油三酯），极性脂质又分为磷脂类和神经鞘脂类。MFGM的极性脂质常被用作乳化剂。研究发现，MFGM中的极性脂质主要包括卵磷脂（phosphatidylcholine，PC）、磷脂酰乙醇胺（phosphatidyl ethanolamines，PE）、神经鞘磷脂（sphingomyelin，SM）、磷脂酰肌醇（phosphatidylinositols，PI）和磷脂酰丝氨酸（phosphatidylserine，PS），其中PC占比最高，PS和PI占比较低[4]。MFGM中的中性脂质主要为甘油三酯，其中一些是由脂肪球膜分离引起的非膜脂质成分。MFGM中性脂质具有高含量的长链饱和脂肪酸，极性脂质中的不饱和脂肪酸比例较高，如亚麻油酸。乳脂肪中脂肪酸组成受饲料、营养和环境等因素的影响[12]。

在MFGM中，SM是主要的鞘脂膜成分，其代谢物具有高度的生理活性，其对小鼠结肠癌具有抑制作用。膳食补充SM可减少结肠炎症和炎症驱动结直肠癌。Zhang Ping等[13]解释了这种SM对结肠癌的积极作用，肠道碱性鞘磷脂酶是一种参与SM消化的关键酶。由SM消化产生的生物活性产物可以调节结直肠癌细胞的生长、分化和凋亡[14]。SM饮食可减轻高脂饮食的负面影响，包括高血脂、肠道生态失调、肠屏障功能障碍等。SM能够降低脂肪肝的形成，降低肝三酰甘油酯和胆固醇的生成速率，经过4 周实验观察，与未进食SM的小鼠相比，富含SM饮食喂养的小鼠体质量减轻并且血清胆固醇水平降低[15]。PC是最丰富的MFGM磷脂之一，对损伤后肝脏恢复[16]、减少住院早产儿坏死性小肠结肠炎的发生有一定积极作用。其他磷脂，如PI或溶血卵磷脂（lysophosphatidylcholine，LPC）可分别促进血浆胆固醇转运和代谢或对胃黏膜具有保护作用[17]。多年来酪乳一直被认为是无价值的，然而，酪乳的MFGM含量较高，现已广泛作为研究MFGM的材料来源[18]，越来越多的研究者致力于酪乳中MFGM脂类的组成和分布研究。

3 MFGM中的蛋白质及其营养功能

MFGM的蛋白质组非常复杂，主要在乳腺分泌细胞内形成，再由乳腺分泌细胞分泌，已有数百种蛋白质被鉴定，包括黏蛋白、嗜酸性蛋白、乳铁蛋白和乳杆菌素。MFGM蛋白仅占总乳蛋白的1%～2%，但占MFGM组合物的25%～70%[19]。MFGM中的蛋白质包含嗜乳脂蛋白（butyrophilin，BTN）、氧化还原酶、黄嘌呤氧化酶（xanthine oxidase，XO）/黄嘌呤脱氢酶（xanthine dehydrogenase，XDH）、大量的糖基化黏液素类（黏蛋白（mucin 1，MUC1）、MUC15和CD36等）及乳凝集素（lactadherin，PAS6/7）（不固定在膜上，而是松散地吸附在表面），还有非糖基化脂肪分化相关蛋白（adipophilin，ADPH）和脂肪酸结合蛋白（fatty acid binding protein，FABP）等。XO在肠道中起到抗菌作用，此外还可促进乳腺发育[20]。已有许多研究表明，MUC1可以防止口腔上皮细胞被大肠杆菌感染，并且抑制幽门螺旋杆菌[21]，此外MUC1还可以抑制艾滋病病毒。MFGM蛋白的组成和性质易受动物生理状态的影响。有研究通过观察MFGM蛋白的状态来反映母牛的乳腺健康[22]。来源于不同大小脂肪球的MFGM蛋白组分也不相同，现在对MFGM蛋白组成知之甚少。近年来，借助蛋白质组学与代谢组学技术的结合，对MFGM蛋白的成分及功能也有了更深入的了解。MFGM蛋白，如黏蛋白和PAS6/7在不同的细胞过程和防御机制中发挥重要作用[4]。

FABP能够通过与分化CD36簇的相互作用在低含量条件下抑制乳腺癌。Vojdani等[23]评估牛乳中乳腺癌易感蛋白1（human breast cancer susceptibility proten 1，BRCA1）和BRCA2）的存在，乳腺癌易感蛋白抑制各种细胞类型的生长，此外这些蛋白还参与DNA修复过程，BRCA2是细胞质分裂的直接调节因子之一。XDH参与活性氧的生成，包括涉及炎症反应和抗微生物活性的超氧化物、过氧化氢、一氧化氮和过氧亚硝酸盐[24]。MUC1由于其抗黏附性可防止病原菌（如大肠杆菌、鼠伤寒沙门氏菌、金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌）与Caco-2细胞结合[25]。BTN和PAS6/7对行为和中枢神经系统疾病均有积极影响，BTN能够抑制多发性硬化并正向调节自身免疫性脑脊髓炎，影响自闭症行为的发病机理。PAS6/7参与上皮细胞分化、运动和重排、神经突生长和中枢神经系统的突触活动[26]。MFG-E8是一种糖蛋白，最初被确定为泌乳期间从乳腺上皮出芽的乳脂肪球组分，它能够加速清除凋亡细胞，如脓毒症中的B细胞[27]。乳凝集素（又称乳脂肪表皮生长因子）主要分布于乳小管顶端的分泌细胞，是具有免疫源性的亲脂性糖蛋白。MFGM中的黏蛋白在抗感染免疫机制中也起到重要作用，黏蛋白可与树突细胞（dendritic cell，DC）特异性结合，阻断DC-SIGN介导的HIV感染，黏蛋白O端糖链在抗HIV感染过程中具有重要作用。

4 MFGM的分离纯化

使用酸化方法从新鲜全乳中分离MFGM[28]。第1步：在分离器中用3 倍体积的蒸馏水或去离子水（38 ℃）洗涤3 次；第2步：洗涤后，在4 ℃条件下结晶4 h，使用混合器进行搅拌，分离酪乳；第3步：使用盐酸（1 mol/L）将酪乳调节至pH 4.8，以使MFGM沉淀出来；第4步：沉淀的MFGM以10 000×g离心，收集MFGM沉淀和上清液；最后，使用氢氧化钠（1 mol/L）将重悬的MFGM沉淀（在水中）和上清液的pH值调节至6.8，将重悬的MFGM沉淀和上清液冷冻干燥，收集MFGM。在工业化方面，许多研究集中于从酪乳中分离MFGM。通过过滤方法来分离具有高蛋白质含量的MFGM，通过微量过滤去除酪乳中残留的乳糖和乳清蛋白，为使形状相似的酪蛋白胶体和脂肪球膜蛋白有效分离[29-30]，可向酪蛋白中添加柠檬酸钠解离酪蛋白粒子，再通过高速离心沉淀MFGM组分。Holzmüller等[31]采用两步法使MFGM从酪乳中分离，首先，天然酪蛋白胶束通过凝乳酶作用凝固后从酪乳中除去，然后使用渗滤消除残留的乳清蛋白，以获得纯化的MFGM，结果表明，此方法能够回收近70%的膜蛋白。

在工业规模上分离纯化MFGM成分时，应考虑非脂肪球膜成分如何去除并有效利用的问题[32]。此外，分离纯化MFGM方法的优化、避免影响因素（pH值、温度和提取原料等）对脂肪球膜成分分离提取的影响仍需要深入研究。影响MFGM的因素主要分为3 类：生理学因素（奶牛品种、脂肪球大小等）、物理及机械因素（搅拌、离心、热处理等）、化学/酶类因素。温度对MFGM的稳定性和完整性具有显著影响，加热至60 ℃以上的牛乳会诱导MFGM蛋白质的变性及其与乳清蛋白的结合。冻结和解冻会对MFGM造成严重损害，并导致脂肪球不稳定。快速加入空气也会破坏MFGM的稳定性，这是生产奶油和黄油的基本机制。然而，分离方法、原料类型和奶油或酪乳的预处理显著影响MFGM分离物的组成，并因此影响它们的乳化性质。Nguyen等[33]研究发现，加热、冷却和均质化可以显著改变MFGM的（表面）组成及性质。总之，牛乳处理和加工条件的变化引起其胶体状态的变化，并影响MFGM的相互作用和乳液性质，如稳定性等。

5 MFGM的特性及应用

5.1 MFGM制备脂质体

球形封闭结构的脂质体是目前应用最广泛的包封体系之一，在生物、药物、医学和营养研究中有良好的应用前景[34]。脂质体主要由磷脂分子组成，其为含有水溶性、亲水性头部和脂类可溶性、疏水性尾部的两亲性分子。大小从20 nm到几微米不等，可由1 个或多个同心圆或非同心圆膜组成，每层膜的厚度约为4 nm。

采用大豆或蛋黄的卵磷脂为原料用于制备脂质体，因其价格昂贵而受到一定限制，MFGM丰富的磷脂含量和低廉的成本使其成为取代传统卵磷脂的理想材料。Thompson等[35]使用MFGM磷脂制备脂质体，其稳定性与用大豆磷脂制备的脂质体有明显差异，由MFGM磷脂制备的脂质体在不同pH值、热处理和贮藏条件下（4～35 ℃）更稳定，这可能是由于MFGM脂质体具有较高的相转变温度、较厚的膜及较低的膜渗透性，对环境胁迫有一定的抵抗力。近年来利用MFGM脂质体作为生物活性物质载体的研究报道如表1所示。Jin Honghao等[36]将姜黄素（一种抗肿瘤、抗氧化剂和抗炎分子）封装在各脂质体中，结果表明，MFGM脂质体呈现更好的包埋效果，粒子相对更小，减缓体外释放。MFGM脂质体的分散性和稳定性也优于卵磷脂制备的脂质体。用MFGM制备的纳米脂质体包埋VC，在4 ℃放置7 周后有效的VC含量仍然保持在70%以上[37]。

表1 MFGM脂质体作为生物活性物质载体[35-38]Table 1 MFGM liposomes as a bioactive vector[35-38]

近年来，海藻酸盐、淀粉、明胶、壳聚糖和乳蛋白等物质均能够作为包埋乳酸菌的材料，但其包埋效果各有差异。相关研究人员一直在寻找新的包埋材料，从而最大程度提高乳酸菌的包埋效果[39]。MFGM具有丰富的营养价值，Spitsberg[7]已经对MFGM成分作为潜在营养品的各种潜在健康益处进行了评述。例如，积极影响神经发育和预防感染、抗癌及预防肥胖等。许多研究表明，乳酸菌和乳基质化合物之间相互作用有利于提高细菌包埋效率并改善其在基质内的位置，以便更有效地在肠内释放。通过与乳酸菌相互作用，MFGM糖蛋白可以改善微粒内的细菌位置。因此，细菌可以更好地抵抗胃部环境，在保持活性的同时到达它们的靶位点。

5.2 MFGM对人体健康的益处

5.2.1 对大脑、认知和行为发育的益处

MFGM支持神经髓鞘的形成和大脑的发育。在中枢神经系统，MFGM的关键成分也是髓鞘的重要成分，它能使神经轴突绝缘，并维持神经信号的有效传导，有助信号传递快速、完整，避免信号损失，让大脑反应灵敏，最快的信息传导速度可超过111 m/s。

5.2.2 改善代谢模式

成年后代谢性疾病的发生与早期婴幼儿营养供给密切相关。研究显示，早期食用配方粉的婴幼儿成年后比食用母乳的婴幼儿更易患有代谢性疾病。食用配方粉的婴幼儿生长速度过快，可能导致成年后出现超重、Ⅱ型糖尿病[40]、高血压和高血脂。比较母乳喂养和配方粉喂养婴幼儿的血浆胆固醇变化发现，母乳喂养组婴幼儿早期血浆总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇（low density lipoprotein chesterol，LDL-C）水平较高，而儿童期的血总胆固醇和LDL-C水平较配方粉喂养组低，推测该胆固醇代谢规律可能与成年期代谢性疾病有关。Timby等[41]开展随机对照双盲实验，评价MFGM对婴儿心血管风险标志物的影响，结果表明，添加MFGM使得婴儿血浆总胆固醇水平更接近母乳。

5.2.3 减少发热天数和减少退烧药使用频率

Veereman-Wauters等[42]对253 名儿童的前瞻性随机双盲对照研究发现，连续6 个星期饮用添加MFGM的配方乳后，儿童发热（＞38.5 ℃）的天数和＜3 d的短期发热次数均少于饮用未添加MFGM配方乳的儿童，结果表明，MFGM可减少儿童发热天数和使用退烧药的频率。

5.2.4 减轻腹泻严重程度

急性胃肠道感染是导致5 岁以下婴幼儿疾病和死亡的重要原因，轮状病毒或其他病原体均可引起急性胃肠道感染，母乳喂养可减少胃肠道感染疾病的发生或减轻症状。近年来发现，MFGM可以减少轮状病毒、幽门螺杆菌和大肠杆菌等在肠道的定植或侵入，被认为可能是母乳的保护机制之一。与乳汁中其他蛋白不同的是，MFGM中含有大量高度糖基化的糖蛋白，具有与母乳中其他蛋白不同的生物活性。秘鲁一项随机对照双盲研究中，校正贫血水平和饮用水卫生等因素后，得出结论，补充MFGM蛋白可降低腹泻的发生率[43]。

6 结 语

MFGM的加工及营养特性与其特定的结构与组成成分密切相关，尤其是对婴儿发育和生长方面的影响。MFGM是一种对肠道健康有较好作用的生物活性分子。研究表明，MFGM具有抗菌和抗炎作用，并且可以改善低体质量新生儿[39]和动物模型[44]中出现的免疫功能受损及生长性能。近年来，借助蛋白质组学技术及其他高新技术对MFGM的成分进行分析，但具体成分的营养功能特性仍然需要深入研究。对于MFGM的分离制备还需要建立更为高效、可行的方法，为开发有关MFGM的乳制品提供基本原料。