第五代婴儿配方奶粉研发及应用展望

张岩春，戴智勇，汪家琦，莫红卫，唐明，董玲

（澳优乳业（中国）有限公司，长沙410200）

0 引 言

据统计，2018 年我国新生人口为1 523 万人，自2016 年“全面二孩”政策实施出生新出生人口累计为5 032 万人，“全面二孩”政策为婴幼儿奶粉行业提供巨大契机。2018 年中国婴幼儿奶粉市场销售额达到2 221.0 亿元，同比增长18.6%。母乳是婴幼儿最理想的食品，但由于工作、健康、母乳不足或无母乳等原因导致无法正常进行母乳喂养时，营养成分及功能更接近母乳的婴儿配方奶粉是一种比较理想的选择。为了能更好地满足婴幼儿生长发育所需的能量及营养需要，开发新一代母乳化婴幼儿配方奶粉势在必行。

已经证明母乳蛋白质主要含有α-乳白蛋白、β-酪蛋白、乳铁蛋白、血清白蛋白和糖蛋白肽酶等成分。母乳中含有的脂类物质包含多种长链不饱和脂肪酸（如亚油酸、α-亚麻酸、花生四烯酸及二十二碳六烯酸）甘油三酯、磷脂、胆固醇、乳脂肪球膜(Milk fat globule membranes； MFGM)、游离脂肪酸、胆固醇、β-胡萝卜素、脂溶性维生素等成分[1]。

母乳低聚糖（human milk oligosaccharides，HMOs）是一类存在于人乳中的复合低聚糖，是母乳中的第三大营养物质，在婴幼儿生长发育中起到重要作用。母乳低聚糖在人乳腺中合成，在不同的哺乳阶段人乳低聚糖的浓度变化很大，在初乳中浓度约25 g/L，在成熟乳汁中下降到10～15 g/L。目前在人乳中已分离出200 多种母乳低聚糖，80%左右以岩藻糖基形式存在，其余主要以唾液酸基形式或其他形式存在[2]。

1 我国婴幼儿配方奶粉母乳化研制发展历程

中国婴幼儿配方奶粉的研制生产，从上世纪七十年代开始，经历了将近有半个世纪。“5410”是卫生部营养与食品卫生研究所在建国初期研究开发的一种婴儿配方食品。因在1954 年10 月提出配方, 故名“5410”。“5410”的原料选用大豆粉、蛋黄粉、大米粉、植物油、维生素、矿物质。1979 年黑龙江乳品研究所和黑龙江轻工业厅模拟人奶的成分, 研制出一种婴儿食品, 以牛奶、豆浆为蛋白质来源, 配以蔗糖、饴糖, 并强化维生素、矿物质, 命名为“婴儿配方乳粉I”。1982年, 黑龙江乳品研究所和内蒙古轻工研究所对上述母乳化奶粉共同研究改进, 用乳清粉调整蛋白质的组成, 使乳清蛋白与酪蛋白的比例为60∶40, 同时提高乳糖的含量, 使乳糖占总糖的90%, 又添加植物油以增加不饱和脂肪酸,添加维生素与矿物质,使这些营养物质更接近人乳的成分, 定名为“婴儿配方乳粉II”。

上世纪九十年代，黑龙江省乳品工业技术开发中心开始研制第三代婴儿配方奶粉。第三代婴儿配方奶粉着重于“微量营养素”模拟母乳阶段，主要是在牛乳中添加乳清粉、植物油、麦芽糊精、白砂糖。调整了牛乳中蛋白质, 增加α-乳白蛋白含量，调节乳清蛋白与酪蛋白比例至6∶4；要求乳糖占碳水化合物量90%以上；强化维生素、矿物质等营养素[3]。

2015 年，婴幼儿配方食品行业进入第四代婴幼儿配方奶粉开发阶段。第四代婴幼儿配方奶粉强调在第三代产品基础上，更深层次的模拟母乳成分及结构。作为第四代配方奶粉的新技术代表——SN-2 结构化脂肪，依据人乳的脂肪结构研发的母乳化配方奶粉，从成分结构上更贴近母乳[4]。

2 第五代婴幼儿配方奶粉的基本定义

应2018 年新婴幼儿配方食品国家标准的修订方向要求，降低婴幼儿配方食品中蛋白质总量和优化氨基酸构成比例，调整脂肪结构及脂肪酸构成比例、优化碳水化合物、矿物质及维生素的构成，增添母乳富含及婴幼儿生长发育所需的生物活性成分，结合产品功能验证，开发更加接近母乳成分及结构的、在智力及视力、免疫调节、肠道微生态、营养吸收及降低肝肾负担等五个维度有明显改善的新一代母乳化婴幼儿配方奶粉。

3 第五代婴幼儿配方奶粉的研发方向

第五代婴幼儿配方奶粉的母乳化主要包括以下五个维度的改善调整。

（1）降低婴幼儿人群的蛋白质摄入总量，提高蛋白质生物利用率。通过添加母乳富含的蛋白质，如增加α-乳白蛋白、β-酪蛋白、乳铁蛋白比例及增添水解蛋白及某些氨基酸含量（如色氨酸、亮氨酸等），优化氨基酸组成接近母乳；（2）优化脂肪酸组成与结构。增加母乳化结构脂OPO、DHA，ARA 的比例，优化脂肪酸组成接近母乳，优化亚麻酸及亚油酸组成比例；（3）优化碳水化合物成分，如人乳寡糖与多种低聚糖复配，改善肠道微生态；（4）优化营养素及矿物盐的比例，使产品渗透压值接近母乳，降低肝肾负荷；（5）优化活性成分：增加母乳富含的磷脂、胆固醇、胆碱、牛磺酸、益生菌等活性成分；同时增添婴幼儿生长发育需要的肌醇、益生元、叶黄素及免疫活性成分等活性成分。使得第五代婴幼儿配方奶粉成为成分及结构更接近母乳的，能帮助婴幼儿的脑部及视力、免疫、肠道微生态、身体发育等五个维度有显著营养改善作用的婴幼儿配方食品。

4 母乳研究成果在第五代婴幼儿配方奶粉中应用

近年来，随着国内外对中国母乳成份研究不断深入，更多的母乳化成分及配料得以分离制备和功能证明，这些为第五代婴儿奶粉研发与应用提供了充分的根据。如氨基酸构成优化、水解蛋白添加、脂肪酸母乳化、脂肪结构母乳化、乳脂肪球膜应用、乳铁蛋白应用、配方渗透压调整及多种低聚糖复配等，均为第五代婴幼儿配方奶粉的技术突破点。

4.1 蛋白质母乳化

基于牛乳与母乳蛋白质的差异比较大，与母乳蛋白质相比，牛乳的乳清蛋白与酪蛋白比例不同，氨基酸组成也不尽相同。

第五代婴幼儿配方奶粉的蛋白质成分优化将通过降低总蛋白摄入量，提高蛋白质吸收率为目标，增添优质蛋白有α- 乳清蛋白、乳铁蛋白、β-酪蛋白、水解蛋白、乳脂肪球膜蛋白等成分[5]，通过增加这些母乳富含蛋白质的比例和含量，优化第五代配方奶粉的氨基酸构成，使其更接近母乳。其中，α- 乳白蛋白在氨基酸构成比例及功能作用都与母乳α- 乳白蛋白非常相似。另外，水解蛋白是通过酶水解技术，将完整大蛋白分子水解成小分子肽，通过分离过程剔除不易消化的蛋白组分，获得的氨基酸比例构成更接近母乳，更容易吸收的蛋白肽。

4.2 脂类母乳化

由于牛乳与母乳脂类结构及构成的差异比较大，与母乳脂肪相比，牛乳的饱和脂肪酸与单不饱和脂肪酸、多不饱和脂肪酸及长链多不饱和脂肪酸的组成比例不同，而且母乳中脂肪约有70%的棕榈酸（C16:0）集中在甘油三酯的2 位结构上，不饱和脂肪酸集中在1,3位上。因此牛乳与母乳脂类在组成及结构上都不尽相同。有研究证明，Sn-2位结构的棕榈酸在婴儿小肠内更易于转化为三酰甘油而被吸收[6]。在人乳乳腺中，由甘油三酯(TAG)组成的脂滴结构(lipid-droplets)被磷脂膜包覆，在分泌过程中，透过乳腺细胞的顶尖膜(apical plasma membrane)将双层脂质膜(polar lipid)包覆于脂肪外层，形成乳脂肪球膜(Milk fat globule membranes； MFGM)。母乳脂肪(HMF)含98%～99% 甘油三酯（TAG）、微量非酯化脂肪酸、单酰甘油，二酰甘油，约0.8%甘油磷脂鞘脂，约0.3%左右类固醇与绝大部分的脂性维生素[7]。有研究表明，MFGM 属于具有免疫等生物活性的功能性营养成分，如促进大脑和神经发育，提高认知能力，抗感染能力及免疫调节功能等。因此，第五代婴幼儿配方奶粉的脂类成分优化将通过复配动植物脂肪，将其脂肪酸构成及结构接近母乳，添加DHA、ARA、磷脂、乳脂肪球膜及胆固醇等成分，使其脂肪及类脂接近母乳。

4.3 碳水化合物母乳化

母乳中乳糖含量高于牛乳，成熟母乳中所含碳水化合物85%左右是乳糖，其余都是低聚糖类，含量大概为10～15 g/L。母乳低聚糖是一类存在于母乳中的复杂混合低聚糖，是母乳中的第三大营养物质，在婴幼儿生长发育中起到重要作用。它由5 种单体组成：D-葡萄糖(D-glucose, Glc)、D-半乳糖(D-galactose,Gal)、N- 乙酰氨基葡萄糖(N-acetylglucosamine,GlcNAc)、L-岩藻糖(L-fucose, Fuc)和N-乙酰神经氨酸(Neu5Ac)（唾液酸(sialic acid, Sia)的主要形式）。它一般具有调节肠道菌群，减少致病菌感染，提高机体免疫力，促进婴儿大脑和神经系统的发育等作用[8]。人乳低聚糖主要由2'-岩藻基乳糖、3'-岩藻基乳糖、3'-唾液乳糖、3'-唾液基-N-乙酰乳糖胺、6'-唾液乳糖、6'-唾液基-N-乙酰化乳糖胺、3'-唾液基-3-岩藻基乳糖、二唾液酰乳糖、单岩藻基,单唾液基乳糖、乳糖-N-三糖、乳糖-N-四糖、乳糖-N-新四糖、唾液基乳糖-N-四糖等多种低聚糖成分混合组成。

有研究表明，2'-岩藻基乳糖对DC 细胞有直接的免疫调节作用，且在GOS/FOS 存在情况下更高效，2'-FL 组合低聚半乳糖（GOS）与 低聚果糖（FOS）降低Th2 类炎症因子IL13 的分泌，而Th1 类炎症因子IFNy没有变，这项研究结果证明了不同低聚糖的功能多样化[9]。

随着母乳低聚糖的新食品原料的审批和新婴幼儿配方食品国家标准修订工作不断推进，除了允许婴幼儿配方奶粉中添加低聚果糖、低聚半乳糖、多聚果糖、聚葡萄糖等益生元之外，未来母乳低聚糖将允许使用于中国婴幼儿配方食品中，这将加快第五代婴幼儿配方奶粉的组成及功能母乳化进程。

4.4 接近母乳渗透压

通过分析母乳渗透压，结果显示，母乳渗透压值大致分布在290-310 mOsm/Kg·H2O 范围内[10]。婴幼儿配方食品的渗透压值与人体的代谢和健康密切相关。如果婴幼儿配方奶粉的渗透压高，将加重机体肝脏转化吸收及肾脏代谢负担，增加患肾结石风险[11]。与母乳相比，牛乳中无机盐种类不均衡且含量过高，不仅影响矿物质营养的吸收利用，还进一步影响其他各种营养素的吸收代谢。婴幼儿配方奶粉的渗透压主要受配方中宏量营养成分素比例及P、Na、K、Cl、Ca、Mg 等无机盐离子浓度的影响，奶粉冲调溶液的单位质量的摩尔分子数越大，渗透压越高[12]。

第五代婴幼儿配方奶粉基于宏量营养素及矿物盐成分调配技术，采用离子交换膜分离技术，降低原辅料中P、Na、K、Cl、Ca、Mg 等矿物元素含量，使得婴幼儿配方奶粉产品渗透压值接近母乳，进而达到减轻肾脏负担的作用。

4.5 成分及功能母乳化

有研究表明，母乳中的蛋白质含量约为0.9～1.3 g/100mL，约为牛奶的1/3，在蛋白质构成上，母乳中以乳清蛋白为主，酪蛋白含量较少，牛乳则恰恰相反。母乳前沿研究表明，母乳可能含有800 种甚至上千种蛋白组分，主要包含母乳特有的乳蛋白、免疫蛋白、各种酶类、功能转运蛋白等，都将是第五代及新一代母乳化婴幼儿配方奶粉蛋白优化和功能改进的目标。

有研究表明母乳中富含磷脂成分，母乳中的脂肪以天然的脂肪球形式稳定存在，其中的磷脂主要以乳脂肪球膜的形式包裹在甘油三酯外，保持乳滴的完整性并维持稳定性。磷脂含量较低，仅占总脂肪的0.4%～1%，母乳中的主要磷脂为鞘磷脂(Sphingomyelin,SM)、磷脂酰胆碱(Phosphatidylcholine,PC)、磷脂酰乙醇胺(Phosphatidylethanolamine,PE)、磷脂酰丝氨酸(Phosphatidylserine,PS)和磷脂酰肌醇(Phosphatidylinositol,PI)。其中SM 含量最高，其次为PE 和PC,PI 和PS含量最低[13]。有研究表明，各泌乳期母乳中胆固醇含量差异显著(P＜0.05)。初乳期胆固醇含量最高,平均含量达到202.81±3.72 mg/L,随着泌乳期的延长,胆固醇含量急速下降,在过渡乳期和成熟乳期人乳中平均含量分别为171.19±3.24 mg/L 和123.95±3.12 mg/L，成熟乳期胆固醇含量基本趋于降低且稳定。母乳中的胆固醇能促进宝宝大脑发育，还能提供组成激素、维生素D 和胆汁的基本成分[14]。胆固醇在母乳中含量较高，但在复合植物油配方食品中几乎没有胆固醇，因此，第五代婴幼儿配方奶粉的脂类成分母乳化营养调配方面，不仅要脂肪酸构成及结构母乳化，还要考虑到磷脂和胆固醇成分的母乳化。

乳脂肪球是牛乳的主要成分之一，它以一种微小的球状物存在于牛乳中，直径约为0.2～15 μm，其表面被一层5～10 μm 的薄膜所包裹，即称为乳脂肪球膜，起着阻止乳脂肪球的聚合和酶退化作用。乳脂肪球膜包含蛋白质、脂质（中性脂和极性脂）、唾液酸、微量元素、氨基酸、以及灰分等成分。由于乳脂肪球膜极性脂和蛋白的起源及特殊结构，以及其特殊的营养功能，它将为新一代婴幼儿配方奶粉开发带来广阔的空间和可能性。

由于组成人乳低聚糖的单糖和糖普键在连接方式上的不同，使得人乳低聚糖在结构和功能复杂多样，目前已经证明人乳中含有200 多种低聚糖；还有研究对112 名妈妈的临床试验表明，并不是所有的母亲都分泌2'-FL,大约有23%的母亲并不分泌2'-FL。这些研究结果提示，人乳低聚糖的多重作用，取决于不同组分低聚糖的协同及组合而形成的综合功能效果。

人源益生菌是一类能够调节人体肠道微生态平衡，对人体健康产生有益影响作用且来源于人体的活性微生物。从上个世纪人们就开始认识到微生物及其代谢产物能够对机体产生影响，并从人体筛选获得许多被认为有益益生菌的微生物，很多已成为非常知名的益生菌，并创造了巨大的经济社会价值。人源益生菌将在婴幼儿肠道微生态调整方面，起到不可替代的重要作用。

第三代和第四代婴儿配方奶粉已将DHA 及ARA应用到产品中，但没有明确DHA 及ARA 起到某些功能作用的起效添加量。目前新修订的国家标准GB 10765、GB10766 及GB10767 征求意见稿规定了DHA及ARA 添加量下限和提高了使用量上限。相对母乳含量，DHA 及ARA 的使用量有较大的提升空间，这也是第五代及更新一代婴幼儿配方奶粉功能改进的又一方向。

5 展望及建议

婴幼儿配方奶粉的营养成分、结构不断接近母乳，在功能作用上更加贴近母乳，将成为第五代及更新一代婴儿配方奶粉发展的方向，也将成为未来国内婴儿食品市场发展、研究及应用技术的主要发展方向。婴配中唾液酸、人乳低聚糖、人源益生菌、免疫球蛋白和乳脂球膜蛋白等配料的开发至关重要，通过模式动物和临床试验验证研究含这些成分的婴幼儿配方奶粉与母乳的喂养效果，从而为开发第五代乃至更新一代婴幼儿配方奶粉提供依据。

展望未来，国家及一些技术先进的企业将进行广泛深入的中国母乳营养调查研究，进一步对我国母乳的营养成分及结构分析，完善母乳数据库，为国家标准修订及婴幼儿人群的某些功能相关的营养素需求提供参考依据。建议婴幼儿配方食品行业同仁们继续开展母乳功能性成分深入研究及分析，并为新一代母乳化婴幼儿配方奶粉在智力及视力、免疫调节、肠道微生态、营养吸收及降低肝肾负担等维度有明显营养改善作用的产品开发提供技术支撑。