南昌大学邓泽元教授等:母乳中主要矿物元素存在形式研究

黄钰淇，李静，邓泽元^*

（南昌大学食品学院 食品科学与资源挖掘重点实验室，南昌，330031）

摘　要：婴幼儿配方奶粉中矿物质含量显著高于母乳中矿物质，但生物利用度却远低于母乳。研究发现，矿物质的存在形态与生物利用度密切相关，而有关母乳中矿物质形态研究很少。文章通过离心、溶剂萃取和酸沉淀等方式，分别获得母乳的脱脂乳、乳清蛋白、酪蛋白、低分子质量组分（Low molecular weight，LMW）（LMW < 10 ku）、脂肪、甘油三酯和磷脂7个部分，用火焰原子吸收法检测母乳中7个部分的锌、铜、铁、锰、钾、钠和镁的含量。结果表明，母乳中大部分矿物质主要分布于脱脂乳中（60%~97%），且在LMW组分中含量较高，特别是锰、钠和镁在LMW中占比达57%~74%，而铜在蛋白组分中分布较高，达到45%。此外，母乳中锌、铁和钾元素在脂质中占比达32.55%~39.37%，3个元素在磷脂中占比分别达到19.15%、20.05%和26.24%。母乳中矿物质形态分布多元化，与婴配奶粉中差异较大，文章初步获得了母乳矿物质分布规律，为后续研究不同形态母乳矿物质生物利用率提供了科学数据。

关键词：母乳；矿物质；矿物质分布；矿物质形态；生物利用度

中图分类号：TS252.1

文献标识码：A

DOI:10.19827/j.issn1001-2230.2026.01.001

0　引　言

母乳作为婴幼儿喂养的金标准，是婴幼儿时期最自然、最完整、最安全的天然食品^[1]。世界卫生组织建议，6个月内的纯母乳喂养是最佳的婴幼儿喂养方式。母乳中营养成分种类丰富，宏量营养素包括蛋白质、脂肪、碳水化合物，微量营养素包括矿物质、维生素等。此外，母乳中的溶菌酶、乳铁蛋白和免疫球蛋白等成分可改善婴幼儿肠道菌群组成，降低胃肠道和呼吸道疾病发病率^[2-3]。矿物质是婴幼儿正常生长发育的必需物质，也是母乳重要组成成分。保持一定比例钾、钠、钙、镁离子是维持神经肌肉兴奋性和正常渗透压的必要条件^[4]，母乳中的微量元素如铁、锌、铜、锰和硒等，虽然仅占人体质量的0.01%，但它们是体内酶、激素、维生素和核酸的重要组成部分，在体内相互协同作用^[5]。锌是参与DNA合成、蛋白质合成、有丝分裂和细胞分裂的蛋白质所需的营养物质，在新生儿快速生长和发育时期，供应充足的锌尤为重要^[6]。铜作为多种酶的辅助因子，在产生细胞能量、交联结缔组织和动员细胞铁方面发挥着重要作用^[7]。摄入充足的铁对于婴儿期生长、造血和认知发育至关重要^[6]。

由于各种原因导致部分乳母无法母乳喂养婴儿，需使用婴幼儿配方奶粉（婴配奶粉）替代母乳喂养。矿物质一般以无机盐形式添加到婴配奶粉中，其添加量因考虑到加工过程中的损失、均匀度和生物利用度等原因，含量要远高于母乳。但研究发现，婴配奶粉中矿物质的生物利用度显著低于母乳，这与母乳和婴配奶粉中的蛋白质模式（母乳和婴配奶粉中酪蛋白与乳清蛋白的比例分别为20∶80和40∶60）有关^[8]。提高婴配奶粉中α-乳白蛋白和β-酪蛋白的强化水平，可通过与矿物质结合改变肽段的空间结构，使矿物质更容易抵达小肠上皮细胞，从而显著提升钙、镁和锌的吸收效率。这说明婴配奶粉中α-乳白蛋白和β-酪蛋白的水平与母乳越接近，钙、镁、锌吸收利用率越高^[9]。

此外，研究表明，矿物质的生物利用度与存在形态有关。母乳中含酪蛋白磷酸肽，研究发现，酪蛋白磷酸肽可通过在小肠的碱性环境中与钙、铁和锌等二价阳离子螯合形成螯合物，阻止矿物质沉淀，从而延长矿物质在胃肠道的消化时间，提高矿物质的生物利用度^[10-11]。生物活性肽也可通过与锌结合形成可溶性复合物，阻止其他矿物质如铁的竞争抑制以及锌与其他抗营养素如植物酸盐结合形成不可溶物，从而使锌-肽复合物在胃肠道中稳定性强于无机锌盐，提高锌的生物利用度^[12-13]。而关于母乳中矿物质存在形式的研究相对甚少，因此，本文通过离心、溶剂萃取和酸沉淀等方式，分别获得母乳的脱脂乳、乳清蛋白、酪蛋白、低分子质量组分（Low molecular weight，LMW）（LMW<10 ku）、脂肪、甘油三酯和磷脂7个部分，用火焰原子吸收法检测母乳中这7个部分的锌、铜、铁、锰、钾、钠、镁含量，获得母乳中矿物质的分布规律，以探究母乳矿物质结合形态，为后续研究不同形态母乳矿物质生物利用度提供科学数据。

1　材料与方法

1.1.1　样品制备

选择20位产后3~6个月来自南昌的健康乳母（均签署知情同意书）作为研究对象，采集其母乳作为样本。所有乳母均无重大疾病和遗传病史且未服用任何药物，婴儿均为足月适龄儿。采集时间为上午8~11点，采用手动采集方法，采集前进行手部清洗消毒，用温水清洗乳头和乳晕，自然晾干后采集约10 mL中段乳汁保存在10 mL离心管中并置于冰箱冰冻，冷藏条件下运输至实验室置于-80 ℃冰箱中保存。

1.1.2　试验试剂

冰乙酸，西陇科学股份公司；正己烷、无水乙醇、丙酮、硝酸，西陇科学股份公司；1 000 μg/mL锌标准溶液、1 000 μg/mL铁标准溶液、1 000 μg/mL铜标准溶液、1 000 μg/mL锰标准溶液、1 000 μg/mL钠标准溶液、1 000 μg/mL钾标准溶液、1 000 μg/mL镁标准溶液，国家有色矿物质及电子材料分析测试中心。

1.2　仪器与设备

台式高速冷冻离心机，香港力康公司；台式高速离心机，湖南可成仪器设备有限公司；恒温水浴锅，加拿大Boekel公司；旋转蒸发仪，日本Yamato公司；真空干燥箱、箱式电阻炉，上海新苗医疗器械制造有限公司；火焰原子吸收光谱仪，美国Perkinelmer有限公司；-80 ℃冰箱，香港力康发展有限公司。

1.3　试验方法

1.3.1　样品处理

取保存在-80 ℃冰箱中的母乳成熟乳样品，常温解冻后将20份母乳样本分别混合均匀，将混匀后母乳分成3份作为3个平行。

根据文献[14]方法，将母乳在4 ℃下，10 000g离心10 min，获得脱脂乳和脂肪并称重。母乳组分分离流程和方法见图1。

1.3.2　乳清蛋白、酪蛋白以及LMW分离

根据文献[15]方法，用10%乙酸溶液将脱脂乳pH值调至4.6，室温下静置30 min至分层，分层后的样品在5 ℃下，6 289g离心12 min，获得沉淀和上清液。沉淀物为酪蛋白，上清液装入3 ku超滤离心管，常温下4 000g离心30 min，分离出的浓缩液体为乳清蛋白，剩余为LMW。

1.3.3　甘油三酯和磷脂分离

根据文献[16]方法，将获得的脂肪与正己烷以1∶8（W/V）比例混合，40 ℃水浴4 h，696g离心30 min，收集上清液和沉淀。其中，上清液在40 ℃下旋蒸除去正己烷，获得甘油三酯；沉淀与无水乙醇以1∶10（W/V）比例混合，40 ℃水浴3 h后，696g离心10 min，收集醇提物，在40 ℃下旋蒸除去无水乙醇，加入丙酮清洗至上清液无色，在真空干燥箱中烘干除去丙酮，获得磷脂。

图1　母乳组分分离流程和方法

1.3.4　锌、铜、铁、锰、钾、钠和镁检测

根据GB 5009.14-2017《食品安全国家标准 食品中锌的测定》、GB 5009.13-2017《食品安全国家标准 食品中铜的测定》、GB 5009.90—2016《食品安全国家标准 食品中铁的测定》、GB 5009.242—2017《食品安全国家标准 食品中锰的测定》、GB 5009.91—2017《食品安全国家标准 食品中钾、钠的测定》、GB 5009.241-2017《食品安全国家标准 食品中镁的测定》，采用火焰原子吸收法，用PerkinElmer PinAAcle 900T火焰原子吸收光谱仪检测锌、铜、铁、锰、钾、钠和镁在全乳、脱脂乳、酪蛋白、乳清蛋白、LMW、脂肪、甘油三酯和磷脂中含量。

1.4　数据分析

采用WPS Office表格录入试验数据，采用WPS表格公式进行计算结果和统计学分析，结果采用平均值±标准差（Mean±SD）表示，百分比结果保留小数点后2位。采用WPS表格的单因素ANOVA进行平均值比较，P＜0.05表示有统计学差异。

2　结果与分析

2.1　母乳中7种矿物质在脱脂乳部分分布规律

锌、铜、铁、锰、钾、钠和镁在全乳、脱脂乳、酪蛋白、乳清蛋白、LMW、脂肪、甘油三酯和磷脂中含量见表1。

表1　主要矿物元素在母乳中各组分含量（mg/100g干重）

由表2可见，母乳中大部分矿物质主要分布在脱脂乳部分（60%~97%），且在LMW部分含量较高，特别是锰、钠、镁在LMW组分中的占比达57%~74%，而铜在蛋白组分中分布较高达45%。母乳中的锌主要分布在脱脂乳组分中，占比为66.90%，其中锌在LMW组分中占比较高为43.78%，其次是乳清蛋白15.33%和酪蛋白7.79%。母乳中的铜约有82.91%存在于脱脂乳组分中，在LMW组分中占比较高为36.80%，其次是乳清蛋白23.20%和酪蛋白22.91%。母乳中的铁约为60.63%存在于脱脂乳组分中，在LMW组分中占比较高34.55%，其次是乳清蛋白13.59%和酪蛋白12.50%。母乳中的锰约为78.52%存在于脱脂乳组分中，尤其在LMW组分中占比较高为57.51%，其次是乳清蛋白9.93%和酪蛋白11.09%。母乳中的钾和钠主要分布在脱脂乳组分中，占比分别为67.45%和97.76%，在LMW组分中，钾和钠的分布分别为34.31%和74.73%。母乳中的镁约有86.67%存在于脱脂乳组分中，且主要分布在LMW组分中为65.23%，其次是乳清蛋白14.88%，而镁与酪蛋白结合较低，占比为6.57%。

表2　主要矿物元素在母乳脱脂乳中分布            %

2.2　母乳中7种矿物质在乳脂部分分布规律

由表3可见，母乳中锌、铁、钾元素在脂质部分占比达32.55%~39.37%，3种元素在磷脂部分占比分别为19.15%、20.05%、26.24%，在甘油三酯部分占比分别为13.96%、13.13%、12.49%。此外，母乳中铜、锰、镁在脂质部分分布较少，占比为13.33%~21.48%，锰除了在磷脂中占比为11.55%外，在甘油三酯中的占比以及铜、镁在甘油三酯和磷脂中的占比均低于10%。钠在乳脂部分分布最少，仅为2.24%，而在甘油三酯和磷脂中占比仅为0.24%和1.99%。结果表明，乳脂不是母乳中7种矿物质的主要分布组分，而锌、铁、钾在脂肪部分的分布可能与乳脂肪球膜、外脂肪球膜上蛋白质和不饱和脂肪酸有关^[17-21]。

          表3　主要矿物元素在母乳脂质中分布          %

3　讨　论

3.1　在低分子质量（LMW）组分中，矿物质含量相对较高，锰、钠、镁占比尤为显著

大部分矿物质在LMW组分中分布比例为34%~75%，其中锰、钠、镁在LMW组分中分布比例分别为57.51%、74.73%、65.23%，这与FRANSSON等^[17]的研究结果相符。研究表明，母乳中矿物质倾向于与小分子配体结合，可能以离子形式或与低分子有机酸（如柠檬酸）、氨基酸等形成可溶性复合物。镁在LMW组分中的高占比（65.23%）与BOCCA等^[22]的研究结果（56%~58%）相符。锰的分布结果（在LMW组分中占57.51%）与CHAN等提出的锰与低分子质量蛋白质（12 ku）结合的观点部分吻合，但也提示可能存在其他结合形式（如与有机酸或氨基酸结合）^[23-24]，其中部分差异可能与母乳样本的泌乳阶段或母体膳食结构有关^[25]。钠和钾在LMW组分中的高分布（分别为74.73%和34.31%）可能与其以游离离子形式存在有关，这种存在形式有利于婴儿快速吸收并维持电解质平衡^[5]。综上，LMW组分中矿物质的高比例分布反映了母乳中矿物质的生物可利用性优势，其小分子结合形式可通过减少沉淀、延长肠道停留时间等方式促进婴儿吸收，从而解释了母乳矿物质相较于婴配奶粉具有更高的生物利用度^[10，12]。

对比婴幼儿配方奶粉与母乳中不同矿物质的分布，FERNÁNDEZ等^[26]研究表明，锌在婴幼儿配方奶粉中大部分（约60%）与LMW结合，极少部分与高分子质量物质（如蛋白质）结合，显著高于本试验中锌在母乳LMW组分中的占比（43.78%）。BERMEJO等^[27]研究表明，铁在婴幼儿配方奶粉中分布分散，且不同品牌婴幼儿配方奶粉中铁分布存在明显差异，这可能与不同品牌配方奶粉中乳清、蛋白质和矿物质比例有关，该结果与本试验中铁在母乳中的分布情况有差异（本试验中铁在母乳LMW组分中占比较高）。由此可见，目前婴幼儿配方奶粉中矿物质分布与母乳存在一定差异。为改善该状况，可调整配方奶粉中矿物质的添加形态以及矿物质与蛋白质的比例，从而使配方奶粉中矿物质分布比例更贴近母乳，进而提升矿物质生物利用度。

3.2　锌、铁、钾在脂质部分的占比较为可观

锌、铁、钾在脂肪部分均占比30%~40%，其余矿物质在脂肪中分布比例较低。研究表明，母乳中铁和锌主要分布在外脂肪球膜上^[17-18]，因此二者在磷脂部分分布较高。部分研究也指出，母乳中脂肪部分的矿物质可能与外脂球膜上黄嘌呤氧化酶或者碱性磷酸酶结合^[17-18]。脂肪球的大小和组成会影响矿物质的分布，较大的脂肪球可能含有更多的矿物质，而脂肪球的组成（如不饱和脂肪酸的比例）也会影响矿物质的溶解度和生物利用度。此外，脂肪酸含量和组成也可能影响矿物质在母乳脂肪中的分布，较高的不饱和脂肪酸比例可能有助于提高矿物质的溶解度和生物利用度。有研究表明，哺乳初期母体的饮食中如果富含钙和镁，可能会导致这些矿物质更多地以可溶性形式存在于脂肪中，从而提高生物利用度。随着哺乳时间延长，母体营养储备和饮食习惯可能会发生变化，进而影响钙和镁在脂肪中的结合形式，这可能导致成熟乳中镁在脂肪中分布减少^[19-21]。

3.3　在低分子质量组分（LMW）中，母乳矿物质的生物利用度高于婴幼儿配方奶粉

婴幼儿配方奶粉主要是由乳清蛋白、乳糖、脂肪、功能性成分添加维生素和矿物质混合而成。矿物质采用无机盐形式添加到产品中，添加量远高于母乳。在母乳LMW中，矿物质主要与低分子质量配体结合形成复合物^[28]，因此，母乳矿物质与婴幼儿配方奶粉矿物质的存在形态有根本差别。矿物质结合形态的不同显著影响其生物利用度。XIONG等^[29]在生长育肥猪饲料中，用18种30%~60%的氨基酸螯合矿物质（包括铁、铜、锌和锰）替代100%硫酸盐矿物质，发现氨基酸螯合矿物质可显著降低生长育肥猪粪便中的铜、锌、锰的含量（P＜0.05），提高矿物质在生长育肥猪体内的利用率。ROSHANZAMIR等^[30]对比荷斯坦奶牛体内甘氨酸或蛋氨酸螯合矿物质（包括锰、锌、铜）与硫酸盐矿物质的生物利用度发现，补充蛋氨酸螯合矿物质的奶牛在产后第一天血清锰浓度显著高于硫酸盐矿物质组（P＜0.05），这表明氨基酸螯合矿物质吸收效率更高，能更有效提高血液中矿物质水平。有研究发现，钙和亚铁离子螯合肽通过与肽中的功能基团（如羧基、氨基等）形成稳定螯合物，可减少矿物质在胃肠道中的沉淀和损失，提高矿物质稳定性和溶解度^[31-32]。此外，富含磷酸丝氨酸的肽（如酪蛋白磷酸肽、卵黄蛋白磷酸肽等）由于其负电荷的磷酸基团能吸引水分子形成水合层，从而防止肽被消化酶水解。这种抗消化性有助于矿物质在胃肠道中保持稳定，提高生物利用度^[32-33]。另外，无机矿物质主要通过被动扩散和主动转运方式被吸收，但这些途径对矿物质的溶解性和离子浓度要求较高，限制了其吸收效率。而钙和亚铁离子螯合肽可通过多种途径被肠道吸收，包括肽转运（如质子耦合小肽转运蛋白1（PepT1）、细胞穿透肽、内吞作用和旁细胞途径。这些途径使得有机矿物质能以复合物的形式被肠道细胞吸收，而无需先解离成游离的金属离子和肽，从而提高矿物质吸收效率^[32，34-35]。综上所述，母乳中矿物质与小分子质量组分（包括甘氨酸、蛋氨酸等氨基酸、酪蛋白磷酸肽、柠檬酸等）螯合形成的螯合物，其消化利用率高于婴幼儿配方奶粉中主要无机盐形态存在的矿物质。

3.4　不同矿物质间相互作用对矿物质生物利用度也存在影响

除了矿物质的结合形态，不同矿物质间的相互作用也会影响矿物质的生物利用度。VENEMA等^[36]研究表明，钙磷比对钙的生物利用度具有显著影响，母乳中钙磷比约为1.2∶1，而婴幼儿配方奶粉中钙磷比通常更高，这可能对钙的生物利用度产生影响^[36]。MORAES和BOHN等^[37-38]研究指出，高含量的钙可能会抑制锌的吸收，尤其婴幼儿配方奶粉中钙含量较高时，锌的生物利用度会降低。这说明婴幼儿配方奶粉应当控制钙含量和钙锌比例，以确保锌的生物利用度。此外，锌和铁的补充可能会相互抑制吸收，特别是在婴幼儿配方奶粉中，锌和铁的高含量会相互影响生物利用度^[37，39-40]。钙磷的适当比例对婴儿骨骼发育至关重要，相比于配方奶粉，母乳中较低的钙磷比更有利于钙的吸收，从而更有利于婴儿骨骼健康^[41-42]。另外，锌和铁对婴儿免疫系统和认知发育具有重要作用，母乳中锌和铁的含量随泌乳期延长而降低，但得益于母乳中锌和铁较高的吸收率，在铁储备较低时，婴儿能够调节锌和铁的吸收^[43]。综上所述，矿物质间相互作用对矿物质的生物利用度具有重要影响，进而影响矿物质生理功能的发挥。婴幼儿配方奶粉在“母乳化”时，除了改变矿物质添加形态，还应使矿物质间比例更接近于母乳，使矿物质生物利用度达到最佳。

4　结　论

本文研究表明，大部分矿物质主要富集于脱脂乳部分，占比范围为60%~97%。特别在低分子质量（LMW）组分中，矿物质含量相对较高，其中锰、钠、镁的占比尤为显著，分别达到57%~74%。铜元素在蛋白质组分中的分布比例相对较高，约为45%。锌、铁、钾在脂质部分的占比也较为可观，分别为32.55%~39.37%。在磷脂部分，这3种元素的占比分别为19.15%、20.05%、26.24%。推测母乳中矿物质在脂肪部分的存在形式可能与外脂球膜上的磷脂、酶或蛋白质发生了结合。这一分布特征对于研究母乳中矿物质的生物可利用性及其在婴儿营养中的作用具有重要意义。

本文主要探究锌、铜、铁、锰、钾、钠、镁7种矿物质在不同母乳组分中的分布情况，尚未涉及这些矿物质在不同组分中的具体结合形态及其对生物利用度的影响，在未来研究中，可进一步探究矿物质在母乳和婴幼儿配方奶粉不同组分中的具体结合形态，以及不同结合形态对矿物质生物利用度的影响，从而更好地指导婴幼儿配方奶粉矿物质的添加形态和比例，推动婴幼儿配方奶粉“母乳化”进程。

（参考文献略）

编辑：王   菲

          马   艳

校对：王   鑫

审核：姜　爽