人乳脂肪替代品的消化和吸收特性：体外和体内模型评估
近日，南昌大学食品学院食品营养与健康创新团队的博士研究生贺杨正、孙永教授、邓泽元教授等人在国际期刊 Food Chemistry 发表了题为“Digestive and absorptive properties of human milk fat substitute evaluated by in vitro and in vivo models”的文章。本研究采用体外婴儿消化模拟模型和Sprague Dawley大鼠体内代谢模型进行了研究。在体外模型中，HMFS的消化率优于混合植物油（BVO）或混合植物油加1,3-二油酰-2-棕榈酰甘油（BVO + OPO）。在体内代谢实验中，HMFS组血清中不饱和脂肪酸（C18:1和C18:2）的浓度显著高于BVO组和BVO + OPO组。体内成像分析证实，HMFS从胃肠道排空的速度显著快于BVO组和BVO + OPO组。这些发现表明，在婴儿配方奶粉中添加HMFS可能有助于提高营养吸收，并促进婴儿发育。第一作者为 2022 级博士研究生贺杨正，通讯作者为邓泽元教授和孙永教授。
（原文链接）10.1016/j.foodchem.2025.145409
1. HMFS的消化性能优于BVO和BVO+OPO。
2. HMFS的胃肠道排空速度快于BVO和BVO+OPO。
3. 与BVO和BVO+OPO相比，HMFS可使餐后血清中不饱和脂肪酸（UFA）含量更高。
人乳脂肪具有独特的结构特征：其棕榈酸（≥70%）主要酯化在甘油三酯骨架甘油的 sn-2 位（甘油中央碳），而非外侧的 sn-1/3 位（Li et al., 2010; Mu & Hy, 2004）。这种 sn-2 棕榈酸构型有利于婴儿对脂肪酸和钙的高效吸收。母乳中还含有较高水平的结构甘油三酯，例如 1-油酰-2-棕榈酰-3-油酰甘油（OPO）和 1-油酰-2-棕榈酰-3-亚油酰甘油（OPL），可进一步促进脂质摄取。相比之下，常规植物油和牛乳脂肪中的棕榈酸在 sn-1、sn-2 和 sn-3 位随机分布，导致脂肪和钙的吸收较差，并增加婴儿便秘风险。尽管若干商业化结构脂质（如 Betapol® 和 Infat®）通过酶促转酯化富集 OPO，但它们并不能完全复现人乳中复杂的 sn-2 脂肪酸混合物，且在不同人群间仍存在差异。
人乳脂质的消化遵循特定途径。消化始于胃部，胃脂肪酶开始分解甘油三酯（TAG）。该酶特异性作用于 sn-1 和 sn-3 位，并优先作用于 sn-3 位，生成部分消化的脂肪和游离脂肪酸。胃蛋白酶通过水解约 10%–30% 的甘油三酯参与这一过程，其产物经乳化以利于后续消化。当这些部分消化的脂质进入小肠（十二指肠）后，胰脂肪酶继续分解。与胃脂肪酶类似，胰脂肪酶也特异性作用于 sn-1 和 sn-3 位，将未消化的脂质转化为 2-单甘酯（脂肪酸保留在 sn-2 位）和游离脂肪酸。该过程需要辅酶和胆盐参与。小肠上皮细胞随后吸收这些消化产物。母乳还含有胆盐刺激脂酶，这是一种可将甘油三酯完全分解为甘油和游离脂肪酸的多功能酶，对消化系统尚未发育完善的早产儿尤为有益。整体消化过程产生大量 2-单甘酯和游离脂肪酸，由肠道上皮细胞高效转运和吸收。婴儿配方奶所用植物油脂质与母乳脂质之间存在的显著结构差异，会影响其在婴儿体内的消化与吸收。因此，开发在组成和结构上与母乳脂质高度相似的婴儿配方奶，对于支持婴儿最佳消化和吸收具有重要意义。
人乳脂肪替代品（HMFS）是专为模拟人乳脂肪独特组成与结构而开发的专用脂肪混合物。该术语涵盖多种用于婴儿配方食品的食用脂肪及产品。营养与临床研究表明，在 sn-2 位合成的棕榈酸脂肪对婴儿更为有益，而在 sn-1 和 sn-3 位合成的同类脂肪则相对较差。由此推动了 OPO 结构脂质的开发。Tu 等人的研究表明，中国母乳不仅含有 OPO，还含有更高水平的其他结构甘油三酯，如 OPL 和 LPL。此外，基于 OPO 的婴儿配方奶与中国母乳在脂质组成上存在显著差异。因此，研究者开展了人乳脂肪替代品的合成研究，以期纳入更多母乳中的结构脂质，而不仅限于 OPO。关于人乳脂质替代品的研究大多集中于评估其与母乳脂质的相似性以及优化合成工艺。Wang 等人以植物油和鱼油为基本原料，从脂肪酸结构、sn-2 脂肪酸和甘油三酯等多个维度模拟人乳脂质，获得的人乳相似性评分分别为 89.5、85.95 和 76.30。此外，作者指出金鲳鱼油作为稀缺资源，具有较高的 OPL 和 OPO 含量，其脂质组成与中国母乳高度接近。因此，在制备新型 HMFS 时，他们采用天然或改良的金鲳鱼油作为基础原料，所得脂质结构几乎与人乳脂质完全相同。本实验室采用高油酸葵花籽油、椰子油等常见植物油原料，通过酶促转酯化合成母乳脂质替代品。产品在总脂肪酸和 sn-2 脂肪酸组成方面与母乳的相似度均超过 90%，甘油三酯组成与母乳的相似度超过 80%。尽管多数研究关注与人乳的组成相似性，但较少直接比较其体外或体内的消化与吸收性能，因此对其消化和吸收特性的认识仍存在明显空白。
脂质的消化与吸收是营养与健康研究中的重要课题。研究者采用多种方法探讨脂质消化与吸收，从实验室体外模拟到动物代谢实验均有涉及。体外脂质消化建模是将食物脂质的复杂结构分解为更简单形式的过程，有助于加深对消化酶相互作用的理解。该方法结合胃相和肠相模拟，以复现人体内的消化过程。例如，Liu 等人利用体外婴儿消化模型，研究了婴儿配方奶和母乳中脂肪球粒径分布、脂肪酶作用速率以及不同脂肪来源中脂肪酸的释放。此外，小鼠模型因其生理特征与人类较为接近，可为急性代谢研究提供有价值的数据。研究过程中通常监测小鼠摄食量，并观察摄入特定脂质后的生理变化。Ye 等人结合体外模拟消化与雄性 SD 大鼠代谢实验，探讨了不同食用油对肠道消化和血脂状态的影响。然而，现有体内消化与吸收模型难以直接反映脂质在体内的动态变化过程。小动物活体成像技术可在一定程度上弥补这一不足：将荧光或发光标记连接至脂质分子，再用专用设备追踪和记录标记分子在动物体内的流动，从而在不伤害动物的前提下直观了解脂质在体内的消化与吸收过程。
我们先前研究表明，人乳脂肪替代品（HMFS）可影响小鼠肝脏脂质代谢。然而，目前对 HMFS 在活体中的消化、吸收和代谢过程仍了解有限。本研究通过考察 HMFS 的消化与吸收特征，并应用先进的体内成像技术直接观察大鼠体内脂质转化过程，以填补上述知识空白。研究结果为人乳脂肪替代品纳入婴儿配方奶提供了理论依据，有望最终促进婴儿营养改善。
1）、BVO、BVO +OPO和HMFS的脂质组成分析
三种配方在总脂肪酸、sn-2 脂肪酸及甘油三酯组成上均存在明显差异。BVO 以油酸和亚油酸为主，棕榈酸含量较低；BVO + OPO 与 HMFS 中棕榈酸比例升高。就总脂肪酸而言，HMFS 的油酸与棕榈酸水平与文献报道的母乳范围一致。在 sn-2 位，BVO 与 BVO + OPO 仍以油酸和亚油酸为主，sn-2 棕榈酸显著低于母乳；HMFS 则以 sn-2 棕榈酸为主，与人乳特征相近。甘油三酯层面，BVO 与 BVO + OPO 以 sn-2 位不饱和脂肪酸为主，分别以 OOO、OLL、OLLn、OLO 及 OOO、OLL、OLO、OPO 等为主；HMFS 则富含 sn-2 位含棕榈酸的甘油三酯，以 OPL、OLL、LPL、OPO 为主。与已发表的中国母乳数据对照，HMFS 中上述四种主要甘油三酯的浓度范围与人乳一致，且该四种甘油三酯在初乳中浓度最高。
表 1. BVO、BVO + OPO 和 HMFS 的脂肪酸组成 (%)。
表 2. BVO、BVO + OPO 和 HMFS 的 Sn-2 脂肪酸组成 (%)。
表 3. BVO、BVO + OPO 和 HMFS 的甘油三酯谱 (%)。
2）、 BVO、BVO + OPO和HMFS在模拟体外消化过程中的脂肪酸释放
图1显示了BVO、BVO+OPO和HMFS在体外消化过程中游离脂肪酸（FFA）的释放情况。FFA释放量在胃消化阶段保持较低水平，但在肠道消化阶段显著增加。如图1A所示，HMFS制剂的脂质水解率达到78.514%，显著高于BVO（39.973%）和BVO+OPO（54.565%）（p < 0.05）。图1D、E和F分别显示了各制剂在体外消化过程中FFA释放量的定量分析结果。数据表明，随着消化时间的延长，所有制剂的脂肪酸释放量均呈递增趋势。值得注意的是，与 BVO 和 BVO + OPO 组相比，HMFS 制剂产生了明显更多的 FFA，特别是油酸（0.389 ± 0.022 g/g 油）和亚油酸（0.274 ± 0.012 g/g），如图 1F 所示。
图 1. 混合植物油 (BVO)、添加 1,3-二油酰-2-棕榈酰甘油的 BVO (BVO + OPO) 以及人乳脂肪替代品 (HMFS) 乳液的体外消化曲线。(A) 胃消化 (G0-G60) 和肠消化 (I30-I120) 阶段总游离脂肪酸 (FFA) 的释放量，以水解脂质的百分比表示。(B) 乳液的平均粒径，反映消化过程中液滴尺寸的变化。(C) Zeta 电位，反映乳液在各个消化阶段的稳定性。(D)、(E) 和 (F) 分别为 BVO、BVO + OPO 和 HMFS 的 FFA 释放曲线，显示关键脂肪酸（例如油酸、亚油酸）的释放情况。数据以平均值 ± 标准差 (n = 3) 表示。不同的小写字母表示根据方差分析（ANOVA）和邓肯氏多重比较检验得出的显著差异（p < 0.05）。G0、G30 和 G60 分别代表胃消化 0、30 和 60 分钟。I30、I60 和 I120 分别代表肠道消化 30、60 和 120 分钟。
3）、 体外消化过程中平均粒径和zeta电位的变化
图1B和1C分别展示了BVO、BVO+OPO和HMFS乳液在胃肠道消化不同阶段的平均粒径和表面电位（zeta电位）的变化。在相同条件下，BVO（0.334 ± 0.099 μm）和HMFS（0.314 ± 0.011 μm）乳液的初始（G0）平均粒径显著小于BVO+OPO（0.451 ± 0.006 μm）。乳液的初始粒径会影响后续的消化动力学和生物利用度。较小的脂滴与增强的脂肪分解之间的相关性解释了与BVO和BVO+OPO制剂相比，HMFS乳液观察到的加速脂肪分解现象。在模拟胃消化过程中，三种乳液的粒径均迅速增大（图1B）。胃消化结束时，三种乳液的粒径分别为2.728 ± 0.037 μm、3.326 ± 0.057 μm和2.497 ± 0.118 μm。同时，在胃消化过程中，所有制剂的zeta电位均显著降低（图1C）。这种模式反映了消化过程中乳液的典型行为，即在粒径增大和zeta电位降低的同时发生聚集。在肠道消化过程中，所有制剂的粒径和zeta电位均显著降低，并在肠道处理1小时后趋于稳定（I60）。
4）、BVO、BVO + OPO 和 HMFS 的餐后血脂参数
图 2 显示了大鼠口服这三种脂质后，餐后血脂参数 TG、TC、HDL-C 和 LDL-C 的变化。 TG浓度从基线水平约0.6 mmol/L升高至120分钟内的1.465 ± 0.342 mmol/L、1.642 ± 0.030 mmol/L和1.700 ± 0.083 mmol/L，随后在240分钟时分别下降至0.705 ± 0.220 mmol/L（图2A）、0.687 ± 0.027 mmol/L（图2B）和0.652 ± 0.021 mmol/L（图2C）（对应BVO、BVO + OPO和HMFS组）。所有制剂的TC水平均波动极小，且不同时间点之间无统计学差异（图2D、E和F），表明在实验模型中，餐后血清TC水平受其影响甚微。 HDL-C 浓度模式与 TG 曲线平行（图 2G、H 和 I），而 LDL-C 水平在所有实验组中给药前后均无统计学变化。
图2. 健康雄性SD大鼠灌胃BVO、BVO+OPO和HMFS前后血清甘油三酯（TG）、总胆固醇（TC）、高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）水平的变化。A、B和C：分别为BVO组、BVO+OPO组和HMFS组血清TG水平的变化。D、E和F：分别为BVO组、BVO+OPO组和HMFS组血清TC水平的变化。G、H和I：分别为BVO组、BVO+OPO组和HMFS组血清HDL-C水平的变化。J、K和L：分别为BVO组、BVO+OPO组和HMFS组血清LDL-C水平的变化。数据以平均值±标准误（n=3）的形式呈现。不同的小写字母表示根据方差分析和邓肯氏检验得出的显著差异（p<0.05）。
5）、BVO、BVO + OPO 和 HMFS 对餐后血清脂肪酸组成的影响
消化后的脂质产物经小肠上皮吸收，重新酯化为三酰甘油 (TAG)，然后通过门静脉或淋巴管进入体循环。为了评估这一过程如何影响循环脂肪酸谱，我们分析了给予 BVO、BVO + OPO 或 HMFS 后血清脂肪酸的变化（图 3）。血清脂肪酸水平呈上升趋势，在 120 分钟达到峰值后开始下降。C16:0、C18:1 和 C18:2 的浓度变化显著，而 C12:0 和 C14:0 在给药后变化甚微。各实验组间血清中 C16:0、C18:0、C18:1 和 C18:2 的水平存在显著差异（图 3D）。 HMFS组中C18:1血清浓度-时间曲线下面积（AUC）（0至240分钟）为2.181，显著高于BVO组和BVO+OPO组（分别为1.878和1.886）。相反，HMFS组中C16:0的AUC（1.239）显著低于BVO组（1.450）和BVO+OPO组（1.385）（图3D）。这些结果表明，与替代制剂相比，HMFS给药可提高循环中不饱和脂肪酸（UFA）浓度并降低饱和脂肪酸（SFA）水平，这与体外消化过程中观察到的脂肪酸释放模式一致。
图3. 健康雄性SD大鼠灌胃BVO (A)、BVO + OPO (B) 和HMFS (C) 前后主要脂肪酸的变化。(D)：各脂肪酸曲线下面积。数据以平均值±标准差(n = 3)表示。不同小写字母表示根据ANOVA方差分析和Duncan氏多重比较检验得出的显著性差异(p < 0.05)。
6）、DiR标记的HMFS的体内生物分布
为了观察脂质在体内的消化动力学，我们用荧光DIR染料标记了制剂，并使用IVIS技术监测了实验大鼠体内的分布模式。由于BVO与HMFS在体外消化和体内吸收特性方面均存在显著差异，因此我们选择BVO作为对照。为了模拟婴儿配方奶粉的条件，我们将乳清蛋白、酪蛋白和乳糖添加到BVO和HMFS中，制备了按市售婴儿配方奶粉成分配比的乳液（BVOE和HMFSE）。图4显示，口服给药后，在所有测量时间点（1小时、3小时、6小时和9小时），HMFS组大鼠的总体平均荧光强度均显著低于BVO组（补充图1A）。给药后1小时和6小时，BVOE组和HMFSE组的总体平均荧光强度存在显著差异（补充图1C），而9小时时无显著差异。胃肠道测量结果也呈现类似的荧光强度模式（图5）。在所有时间点（1小时、3小时、6小时和9小时），HMFS组大鼠的胃肠道荧光强度均显著低于BVO组（补充图1B）。仅在给药后1小时和3小时观察到BVOE组和HMFSE组胃肠道荧光强度存在显著差异（补充图1D）。这些结果表明，与BVO/BVOE相比，HMFS/HMFSE的消化率显著提高，这与体外消化结果相符。此外，与各自的基础配方（BVO 和 HMFS）相比，BVOE 和 HMFSE 表现出更高的消化率，这表明婴儿配方奶粉成分有助于甘油三酯的消化。
图 4. 大鼠口服 DiR 标记的 BVO 和 HMFS (A)、DiR 标记的 BVO 乳液 (BVOE) 和 HMFS 乳液 (HMFSE) (B) 后 1、3、6 和 9 小时的荧光图像。
图 5. 大鼠口服 DiR 标记的 BVO 和 HMFS (A) 以及 DiR 标记的 BVOE 和 HMFSE (B) 后 1、3、6 和 9 小时的胃肠道荧光图像。
总之，我们的研究提供了突破性的证据，表明具有独特甘油三酯结构、模拟人乳的HMFS与传统婴儿配方奶粉脂肪混合物相比，具有显著增强的消化和吸收特性。近红外荧光成像技术的创新应用使我们能够直接观察和量化HMFS在体内优异的胃肠道排空率。这些发现显著增进了我们对乳脂替代品结构差异如何转化为婴儿营养功能益处的理解。HMFS在促进有益不饱和脂肪酸吸收并减少饱和脂肪酸摄入方面的优势，对婴儿配方奶粉的研发以及潜在的长期婴儿健康结果具有重要意义。然而，在解读这些结果时，应考虑以下几个局限性。大鼠的消化吸收系统与人类婴儿在多个方面存在显著差异，包括胃排空率、酶谱、肠道传输时间和肠道菌群组成。这些生理差异限制了我们将研究结果直接外推至人类婴儿。未来的研究应该包括对小猪的研究，因为小猪的消化生理与人类婴儿的消化生理更为相似；或者对人类婴儿进行临床试验，以更可靠地验证我们的发现并评估潜在的发育影响。
贺杨正，2022级营养与食品卫生学博士。以第一作者发表SCI论文9篇，主要研究方向为营养与功能食品。
孙永，博士，教授，硕士生导师。江西省优博，赣江青年学者，首届“江西省创新争先奖（集体）”核心成员。中国民族医药学会药用资源分会常务理事/科普分会理事，丽水市“双百人才引领计划”入选者，SCI期刊《Frontiers in Nutrition》、《Foods》专刊编辑、《中国果菜》青年编委。为加拿大农业与农业食品部Guelph食品研究中心联合培养博士和澳优乳业（中国）有限公司联合培养博士后。近5年主持国家自然科学基金1项，中国博士后科学基金1项，江西省博士后基金1项，企业横向课题4项，参与完成国家、省部级项目10余项，以第一或通讯作者在Food Chemistry、Journal of Agricultural and Food Chemistry等期刊上发表论文19篇（含三篇封面文章），EI论文1篇，CSCD论文3篇，参编英文专著1本，教材1部，申请发明专利2项。Food Hydrocolloids、Scientific Reports、Journal of Functional Foods等杂志审稿人。主要从事谷物加工、食品营养与健康等方面的研究。
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。
