婴幼儿配方粉蛋白质与脂质消化率：牛乳、羊乳产品与人乳的对比
近日，南昌大学食品学院食品营养与健康创新团队的硕士研究生柳薇、邓泽元教授、李静教授等人在国际期刊Food Bioscience发表了题为“Digestibility of proteins and lipids in infant formulas: A comparison of cow and goat milk-based products with human milk”的文章。鉴于母乳是婴儿营养的金标准，研究采用模拟婴儿胃肠道的动态体外消化模型（DIVHS），结合SDS-PAGE、凯氏定氮及脂质组学技术，分析消化过程中的理化变化。重点探究不同奶源配方粉在模拟消化环境下的营养释放规律，为优化配方粉成分以更接近人乳营养价值提供科学依据。第一作者为2023级硕士研究生柳薇，通讯作者为邓泽元教授。
（原文链接）https://doi.org/10.1016/j.fbio.2025.107363
1、首次在模拟婴儿胃肠道消化过程中，对牛乳、羊乳及母乳中脂质与蛋白质的消化率进行了比较分析。
2、羊乳基婴儿配方粉（GMF）表现出显著高于牛乳基配方粉（CMF）和人乳（HM）的蛋白质与脂质消化率。
3、羊乳基配方粉含有更高比例的短链和中链脂肪酸，以及sn-2位棕榈酸，这共同促成了其优异的脂质消化特性。
人乳（HM）被广泛认为是婴儿的最佳营养来源，也是婴儿配方粉（IF）开发的基准。理想情况下，婴儿配方粉的成分及其支持婴儿生长发育的有效性，应尽可能贴近人乳。要配制出与母乳益处高度相似的婴儿配方粉，关键在于理解人乳和配方粉中的营养物质在婴儿胃肠道系统中的消化和吸收过程。
目前，在无法进行母乳喂养的情况下，源自牛乳的婴儿配方粉（CMF）是市面上最广泛可得且常用的替代品。然而，消费者对于由非牛种动物乳汁制成的婴儿配方粉的兴趣日益浓厚。羊乳基婴儿配方粉（GMF）已成为牛乳基配方粉（CMF）的一种可行且有效的替代品，既能充分支持婴儿生长，又具有良好的耐受性。研究表明，无论是在体外还是通过模拟婴儿条件下的消化实验，羊乳或羊乳基配方粉中的蛋白质比牛乳蛋白更易消化，并表现出更高的氮利用率。当山羊奶和牛奶在模拟婴儿条件下消化时，产生的肽段差异很大，这可能是导致其消化特性不同的原因。
此外，市场上的婴儿配方粉脂质组成主要通过混合植物油来模拟母乳的脂肪酸构成。许多研究表明，1,3-油酸-2-棕榈酸甘油三酯（OPO）在一定程度上有助于改善脂肪的消化率和钙的吸收。在过去的五年中，婴儿配方粉通过添加 OPO 以及山羊或牛乳脂质来模拟母乳脂肪酸和棕榈酸的分布，以提高脂质生物利用度并缓解婴儿便秘。与牛乳脂肪球相比，羊乳脂肪球含有更多的中链甘油三酯（TAG）、更短的脂肪酸链，且在 sn-1 和 sn-3 位置饱和度较低。这减少了脂肪酶的空间位阻，促进了脂肪分解。因此，羊乳脂肪球的消化率高于牛乳脂肪球。
目前已开发出多种静态和动态的体外模型来模拟婴儿的消化过程，婴儿在生理上与成人存在多方面差异。与成人胃肠道系统不同，婴儿的胃部环境酸性较弱，胃蛋白酶分泌水平较低，这两者都会影响蛋白质和脂质的消化效率。当山羊奶和牛奶在模拟婴儿条件下消化时，产生的蛋白质和脂质消化产物差异很大，这可能解释了它们消化特性的不同。本研究将应用近乎真实的动态体外婴儿胃肠模型（infant DIVHS），通过比较牛乳基婴儿配方粉（CMF）、羊乳基婴儿配方粉（GMF）和人乳（HM）中蛋白质和脂质的消化特性，考察 GMF、CMF 和 HM 在婴儿胃肠道系统中的消化行为。
1）、婴儿配方粉与人乳在体外消化过程中的结构变化
通过共聚焦显微镜观察了婴儿配方粉（IFs）和人乳（HM）在胃肠道消化过程中（图1）的微观结构。在未消化样品中，HM显示出显著的蛋白质和脂肪聚集体，而CMF和GMF外观相对均匀，未见明显聚集。在消化过程中，HM中蛋白质和脂肪聚集体的数量和大小随时间逐渐减少。在GMF中，消化30分钟后出现大量絮状蛋白和脂肪结构，但随后逐渐减少。同样，CMF在30分钟时表现出明显的蛋白和脂肪聚集体，随着消化进行，其尺寸和数量逐渐下降。在肠消化阶段，与CMF相比，GMF显示出低密度的蛋白聚集。到肠消化120分钟时，GMF中蛋白质和脂肪聚集体的面积相对小于CMF中观察到的面积。这与之前的研究一致，表明羊乳蛋白在人体胃肠道消化系统中形成小而松散的凝块，这与牛乳产生的更致密的凝乳形成对比。
2）、 婴儿配方粉和人乳在体外动态胃肠消化过程中的蛋白质水解及蛋白质消化率
通过SDS-PAGE监测体外动态胃肠消化过程中的蛋白质水解情况，如图2所示。样品采集自胃腔和肠腔的三个时间点（30、60和120分钟），以便与未消化的HM和婴儿配方粉比较蛋白水解的进展。如图2所示，两种婴儿配方粉（IFs）和人乳（HM）的蛋白质组成存在显著差异。这些源于人和牛乳不同初始蛋白谱的差异，影响了它们随时间的蛋白水解速率。CMF中的酪蛋白比HM和GMF更突出，在0分钟时在CMF中观察到αs1-酪蛋白、αs2-酪蛋白、β-酪蛋白和κ-酪蛋白的强条带。相比之下，GMF显示出较弱的酪蛋白条带，尽管αs2-酪蛋白可见。HM初始时显示出最弱的酪蛋白条带。在胃消化期间，所有样品中的酪蛋白均被迅速水解，到120分钟时，无法检测到酪蛋白条带。相比之下，β-乳球蛋白（β-Lg）和α-乳白蛋白（α-La）对蛋白水解更具抗性。值得注意的是，GMF和HM中的α-La在肠道中的消化程度高于CMF，并在120分钟时几乎完全水解。同样，β-Lg在GMF中的消化比在CMF中更容易，后者在120分钟时肠腔中仍残留大量β-Lg。
基于胃和肠消化物质中蛋白质含量的变化计算蛋白质消化率，如图2所示。在消化过程中，GMF表现出最高的蛋白质消化率，其次是HM，而CMF显示最低的消化率。消化120分钟后，最终蛋白质消化率值如下：GMF (28.3%) > HM (21.9%) > CMF (16.2%)，这符合其他研究的结果。这突出了GMF相比于CMF的优越消化率（p=0.003）。研究结果表明，在动态体外胃条件下，羊乳基婴儿配方粉中的蛋白质比牛乳基配方粉中的蛋白质消化得更快。
3）、婴儿配方粉和人乳的脂质谱
利用Q Exactive Series对CMF、GMF和HM进行脂质组学分析。根据图3，CMF含有较高比例的长链脂肪酸甘油三酯，而GMF含有比较高水平的中短链脂肪酸甘油三酯和sn-2棕榈酸酯（如TG 10:0/10:0/18:3, TG 8:0/10:0/18:3, TG 10:0/16:0/18:2, TG 10:0/16:0/18:1）。结合消化前CMF和GMF与HM的相似度得分，CMF为84.56，GMF为89.56，因此GMF具有更高的相似度（图8）。
4）、消化过程中婴儿配方粉和母乳脂解产物释放的模式
在胃肠消化阶段（图4），随着消化时间的推移，甘油三酯（TAG）含量缓慢下降并部分分解为单甘酯（MAG）、二甘酯（DG）和游离脂肪酸（FA），因此单甘酯（MAG）、二甘酯（DG）和游离脂肪酸（FA）的含量逐渐增加。GMF的游离脂肪酸释放速率高于CMF和HM。
MAG 16:0、DAG 18:1/18:1和DAG 18:1/16:0是胃消化过程中的主要消化产物（图5）。在消化过程中，这三种脂质的含量呈先升高后降低的趋势。随着消化进行，TAG逐渐分解为单甘酯和二甘酯，导致MAG 16:0、DAG 18:1/18:1和DAG 18:1/16:0水平升高。具体而言，GMF组中MAG 16:0的曲线下面积（AUC）为16.68，显著高于CMF和HM（p<0.05）。而CMF中DAG 18:1/18:1的AUC为89.31，显著高于GMF和HM（p<0.05）（图5）。在肠消化阶段，MAG 16:0、DAG 18:1/18:1和DAG 18:1/16:0的含量随消化时间呈现先增后减的趋势，这与胃消化阶段的模式一致。GMF中MAG 16:0的AUC为115.07，显著高于CMF和HM（p<0.05）。CMF中DAG 18:1/18:1的AUC为229.43，显著高于GMF和HM（p<0.05），与胃消化阶段的模式一致。此外，CMF中的DAG 18:1/16:0略高于GMF和HM，CMF的AUC为68.33，GMF为40.26，HM为39.74。
还总结了三个样品中几种常见游离脂肪酸的释放模式（图6）。这些游离脂肪酸在胃消化阶段呈先升高后降低的趋势，其中C18:1含量最高（0.031%-7.745%），其次是C18:2（0.011%-4.171%）、C16:0（0.008%-1.440%）。在肠消化阶段，这些常见脂肪酸的含量始终呈上升趋势，含量最高的仍是C18:1（0.031%-22.630%），其次是C18:2（0.011%-10.693%）、C16:0（0.008%-3.285%）
5）、婴儿配方粉与母乳脂解产物相似性的评估
为了进一步明确CMF、GMF和HM之间的脂质组成差异，对三种奶样的脂质成分进行了正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA），以筛选变量重要性（VIP>1.3）的差异脂质（图7）。图7A显示了CMF和HM在肠消化120分钟时的差异脂质分析图，HM脂质消化产物含有更多游离长链多不饱和脂肪酸（PUFAs），如C22:2、C20:2、C24:2、C20:3和C22:4，而CMF的消化产物含有更多TAGs，如TG 18:1/18:1/24:1、TG 18:1/18:1/18:1、TG 18:1/18:1/24:1、TG 17:0/18:1/18:1、TG 18:0/18:0/18:1、TG 17:1/18:1/18:1和TG 20:0/18:1/18:1。图7B显示了CMF和GMF在肠消化120分钟时的脂质差异分析图，CMF的脂质消化产物显著比GMF含有更多的TAGs和DAGs（p<0.05）。CMF中比GMF更丰富的脂质包括TG 18:1/18:1/24:1、TG 17:0/18:1/18:1、TG 18:0/18:0/18:1、TG 8:0/10:0/18:2、TG 12:0/18:1/22:6、TG 12:0/18:1/20:4、TG 24:0/18:1/18:1、TG 17:1/18:1/18:1、DG 12:0/20:4、DG 18:1/20:5、DG 12:0/22:6、DG 12:0/12:0和DG 12:0/14:0。而对于GMF，它含有更多的C24:1和C12:0。图7C显示了GMF和HM在肠消化120分钟时的差异脂质分析图，GMF中长链饱和脂肪酸（SFAs）高于HM。HM中更丰富的脂质是TG 12:0/18:2/18:2、C22:2、C20:2、C22:4、C20:5和C12:0，而GMF含有更多的C20:0、C22:0、C23:0、C24:0、C25:0、DG 10:0/18:3和DG 18:1/20:4。
本研究利用动态体外消化模型比较了羊乳基婴儿配方粉（GMF）、牛乳基婴儿配方粉（CMF）和人乳（HM）的消化特性。结果表明，GMF表现出显著高于CMF和HM的蛋白质消化率，这归因于其在胃中形成了更小、更软的蛋白质凝块。羊乳蛋白的独特组成——以较低的α-酪蛋白含量（酪蛋白与乳清蛋白比例为65:35）和较大的酪蛋白胶束为特征——增强了酶水解效率。关于脂质消化，GMF显示出更高的脂肪酸释放速率，这可能是由于其富含中链脂肪酸和sn-2棕榈酸结构。研究还揭示了乳蛋白组成对脂质消化的多维影响：乳清蛋白通过乳化作用加速脂质分解，而较高的酪蛋白比例则延迟胃排空。这些发现为改进婴儿配方粉以更好地模拟人乳提供了理论基础，表明优化蛋白质谱和脂质结构可以进一步增强配方产品的营养功效。
柳薇，营养与食品卫生学专业硕士在读。以第一作者发表SCI论文1篇，主要研究方向为母乳结构脂。
李静，博士，教授，博士生导师。江西省杰出人才，南昌大学215人才。中国注册营养师，江西省营养学会常务理事兼副秘书长，江西省营养学会科普分会副主任委员，南昌市营养学会副会长兼秘书长，江西省食品科学技术学会理事，江西省微量元素与健康研究会常务理事，江西省营养学会营养转化分会委员，教育部学位中心学位论文评审专家。近年来获得江西省科技进步奖2项，中国产学研创新成果奖1项，中国食品科学技术学会技术创新一等奖1项，江西省教学成果奖1项，南昌大学教学成果奖2项，南昌大学第五届教师授课比赛二等奖。主持10余项国家自然基金、教育部基金、省科技厅基金、省教育厅基金，食品科学与技术国家重点实验室基金。主持、参与并完成伊利、澳优、益海嘉里、无限极等企业横向课题10余项。在Scientific report, Journal of Agricultural and Food chemistry, Food&Function等杂志上发表论文40余篇。申请专利24项，授权专利10项。参编著作4部。
邓泽元，二级教授，博士生导师。南昌大学食品科学与资源挖掘全国重点实验室固定成员，享受国务院特殊津贴，宝钢优秀教师，江西省最美科技工作者，中国营养学会学科杰出贡献专家，赣鄱英才555工程人才、江西省新世纪百千万人才工程人选，江西省高校中青年学科带头人，首届江西省优秀硕士指导教师，江西省高等学校教学名师，获得教育部优秀中青年教师（支助），江西省主要学科学术与技术带头人，“食品科学”与“营养与食品卫生学”重点学科带头人。现任全国学校食品安全与营养健康工作专家组，国家“三新”食品评委，江西省营养学会理事长，中国农学会微量元素与食物链分会副理事长，中国营养学会营养转化医学分会副主任委员，稻米油产业联盟副理事长，中国营养学会常务理事。《食品科学》、《中国油脂》、《乳业科学与技术》、《食品质量与安全》、J of Agri. Food Chem.、J of Food Biochem.、Euro Lipids Sci & Tech、Inter Food Sci &Nutri编委，入选全球10万名科学家。
