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学习母乳的“结构与功能”,促进婴儿配方粉品质提升 ——再论婴幼儿配方食品配方知多少
发布日期:2022-03-09
中国营养保健食品协会婴幼儿配方食品产业委员会主任委员、中国疾病预防控制中心营养与健康所研究员荫士安
 
中国营养保健食品协会婴幼儿配方食品产业委员会副主任委员、北京大学公共卫生学院长聘教授张玉梅
 
中国营养保健食品协会婴幼儿配方食品产业委员会秘书长、中国营养保健食品协会总工程师陈福泉
 
  世界卫生组织推荐婴儿母亲的乳汁作为婴儿最佳营养来源,也是唯一能够满足0~6月龄婴儿营养需求的食物。母乳可为婴儿提供⑴生长发育所需要的“核心”营养素,包括蛋白质、脂质、碳水化合物、矿物质和维生素;⑵提供丰富多样的生物活性因子,尤其是免疫因子,提高免疫力保护婴儿免受微生物侵袭;⑶母乳中含有多种成分有助于喂养儿肠道微生物组的发育、免疫系统功能的启动和发育成熟;⑷母乳中的某些微量成分(如微小核糖核酸)被认为是传递来自母体的信息,影响新生儿的基因表达,从而影响喂养儿的近期健康结局(降低坏死性小肠结肠炎发生率)和远期健康效应(如成年期营养相关慢性病发生轨迹);⑸母乳喂养有助于母子的情感交流和婴儿的情感发育。因此,母乳成分也被认为是研发婴幼儿配方食品(奶粉)的金标准。
 
  前文《配方知多少》从人乳成分的宏观角度和发展的观点,论述了我国婴幼儿配方乳粉配方设计及配方数以及如何体现产品品质提升的初步概念。已知婴幼儿配方食品中的必需成分包括宏量营养素(蛋白质、脂类和碳水化合物)和微量营养素(矿物质和维生素),而“可选择性成分通常限定于那些可以添加到婴幼儿配方食品(奶粉)中的某些“可能”具有“某种生物学功能或作用”的成分。本文基于人体必需营养成分与可选择成分再论婴幼儿配方乳粉的配方知多少以及产品品质的提升的发展方向。
 
  一、人体结构的构成成分
 
  从宏观角度来看,人体是由骨骼,肌肉,脂肪,血液,皮肤,毛发等着这些器官组成的。尽管人体的各种组织器官中约存在60余种元素,总重量的96%以上是氧、碳、氢和氮这四种元素构成(如蛋白质分别含碳50-55%,氢6.7-7.3%,氧19-24%,氮11-19%);从微观角度来看,人体是由碳、氢、氧、氮、磷、硫、钠、钾、钙等元素组成,也可以说我们人体是由水,蛋白质,脂肪,碳水化合物和矿物质组成。例如,根据分析,人体是由元素组成的10万余种化合物,但是主要且重要的化合物是水、脂类、蛋白质和碳水化合物。
 
  1、水分约占体重的60%70%。
 
  2、蛋白质约占体重的15%18%(除水份外,蛋白质占细胞内物质的80%),体内的大多数蛋白质是作为身体组织基本构成成分。
 
  3、脂肪约占体重的10%20%,其中10%为生命活动做必需的脂类,其余部分作为能量储备,其比例根据人体的活动状况而改变。
 
  4、碳水化合物约占体重的4%5%,体内主要以葡萄糖形式存在与血液中,还有少部分以肝糖原和肌糖原的形式存在。
 
  由上述数据可见,除了水分,人体的主要成分是蛋白质、脂类和碳水化合物和无机盐(4.3%);人体脂肪组织中79%为脂肪,3%为蛋白质,18%为水分。例如,一个体重为70kg的正常成年人(年龄<50岁),体内的蛋白质、脂肪和水分含量约分别为12kg、12kg和42kg,而且新生儿和婴儿体内水分的含量更高。
 
  二、宏量营养素的组分结构与生理功能
 
  婴幼儿的机体处于快速发育阶段,通过母乳提供的宏量营养素是满足其机体各系统生长发育所需要的“重要原料”,这些成分是构建快速生长发育期婴儿身体组织/器官和细胞的“建筑材料”和机体功能成熟的重要基础物质(图1),宏量营养素也称为供能营养素,其可以代谢产生能量,有助于保持体温,并为体内的生理生化反应提供能量。
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  图1结构决定功能(宏量营养素与微量营养素的作用)
  (一)蛋白质
 
  蛋白质是生命的物质基础,是组成人体一切细胞和组织的重要成分(基本材料)、构成人体内多种重要生理活性物质、维持机体内环境稳定及多种生命活动、供给能量、提供氨基酸。充足的蛋白质供给对喂养儿的最佳生长发育及其生理功能均非常重要。因此母乳中的蛋白质及其组分和结构是目前人们关注和研究最多的。
 
  蛋白质是一切生命的物质基础,人体蛋白质是由20种氨基酸组成。人体不能合成或者合成量极低,必须从膳食中获得的氨基酸为必需氨基酸。对于成年人来说,必需氨基酸为8种:苯丙氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、色氨酸和缬氨酸,婴儿必需氨基酸为9种,除上述8种外,还包括组氨酸。因此膳食满足必需氨基酸的供给,对婴儿生长发育至关重要。
 
  人乳蛋白质是由乳清蛋白和酪蛋白以及各种肽类组成的混合物。母乳中的乳清蛋白为液态,易于消化;而酪蛋白为胶束,进入喂养儿的胃内以乳凝块或凝乳形式存在,不易溶解;乳清蛋白/酪蛋白的比值随哺乳期延长而变化(初乳中最高,约为90:10),成熟乳降到约60:40。已知人乳中含有2000多种成分,其中1000多种是蛋白质、多肽和游离氨基酸,已证明,人乳中的-乳清蛋白、乳铁蛋白、骨桥蛋白、免疫球蛋白(分泌型免疫球蛋白A尤为重要)、多种活性酶类、激素等具有明确的生理功能(即生物活性蛋白)。
 
  (二)脂类
 
  脂类包括脂肪、磷脂和固醇类等成分。人类母乳中脂肪含量是第二高的宏量营养素,在婴儿营养素供给(提供6月龄以内婴儿总能量近50%)和中枢神经系统发育以及视网膜功能维持中发挥重要作用。脂肪是人体的最重要的体成分,促进脂溶性维生素的吸收,也是能量的主要来源和储存形式,维持体温、保护脏器,提供必需脂肪酸。
 
  初乳中脂肪含量为15-20g/L,然后逐渐升高,成熟乳中含量为40g/L;单次哺乳的前、中、后段分别被成为前乳、中乳及后乳,通常后乳脂肪含量比前乳约高2-3倍。人乳脂肪酸的主要成分是甘油三酯,还含有婴儿所必需的两种脂肪酸(人体不能合成,必须从膳食获得的多不饱和脂肪酸),即亚油酸和α-亚麻酸,这两种脂肪酸分别是花生四烯酸(arachidonic acid,AA)和二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid,EPA)的前体,后者进一步转化为二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid,DHA)。人乳中的脂类是以乳脂肪球形式存在,主要有甘油三酯、胆固醇、磷脂等,长链多不饱和脂肪酸(如AA和DHA)和中链脂肪酸与婴儿营养及生长发育的关系一直是人们关注的热点。
 
  1、类脂:磷脂是细胞膜脂质双层的基本骨架,是维持生物膜的结构完整与功能作用发挥所必需;提供能量,作为乳化剂促使体液中脂肪悬浮在体液中,以利于其吸收、转运和代谢,防治胆固醇在血管内的沉积、降低血液的黏度、促进血液循环、改善脂肪的吸收和利用,母乳中的磷脂包括磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇等,如磷脂酰胆碱可被机体消化吸收后释放出胆碱,进而合成神经递质乙酰胆碱。
 
  2、甘油三酯:是机体的重要构成成分;贮存和提供能量,维持体温正常和对重要脏器的保护作用;帮助机体更有效利用碳水化合物和节约蛋白质作用;食物中的甘油三酯还有增加饱腹感、改善食物的感官性状和提供脂溶性维生素。
 
  3、必需脂肪酸:是磷脂的重要组成成分,合成前列腺的前体,与胆固醇代谢有关参与生物合成类二十烷酸物质。
 
  4、中、短链脂肪酸:提供机体能量,促进细胞膜脂类物质合成,部分短链脂肪酸来自肠道菌群合成,母乳喂养的婴儿随月龄逐渐建立健康的肠道菌群,溃疡性结直肠炎发病率较低;食物中的中、短链脂肪酸可预防结肠肿瘤,对内源性胆固醇的合成有抑制作用。
 
  5、胆固醇:脑和神经系统富含胆固醇,是细胞膜的重要成分,人体内许多重要生物活性物质的合成材料,如胆汁酸、固醇类激素的前体物质、维生素D等;参与钙磷代谢、脂肪的消化吸收以及物质代谢。
 
  (三)碳水化合物
 
  碳水化合物是人乳中含量最丰富的成分。碳水化合物是一个大家族,包括糖、寡糖和多糖,而膳食纤维是碳水化合物的重要组成部分。碳水化合物是构成人体组织的重要成分,主要以糖脂、糖蛋白和蛋白多糖形式参与细胞的组成和多种生理活动,人体的每个细胞都有碳水化合物,分布在细胞膜、细胞器、细胞浆以及细胞间质中,糖脂是细胞与神经组织的结构成分之一,脑和神经组织中含有大量的糖脂。
 
  母乳中的碳水化合物提供和储存能量,是主要的能量营养素,具有节约蛋白质、抗生酮、解毒、增强肠道功能作用。从出生开始,母乳中碳水化合物就对婴儿的营养发挥重要作用,如整个胃肠道生理功能的发育以及肠道菌群组成的维持等。
 
  乳糖是母乳中的主要碳水化合物,除了调节肠道益生菌菌群和免疫调节,还可促进两价矿物质(如钙、铁、锌等)的吸收利用。
 
  母乳低聚糖(寡糖,human milk oligosaccharides,HMOs)类是人乳中的一类重要的碳水化合物,也是人乳中第三丰富的成分,含量约为5-25g/L,初乳中含量最高。哺乳动物的乳汁中,仅有人乳低聚糖的种类繁多、含量较高。人乳低聚糖可分为中性低聚糖和酸性低聚糖两大类,人乳含有近千种低聚糖,已经确定结构的有150余种。利用生物工程菌和化学合成的方法已经生产出2'岩藻糖基乳糖(2'-FL)、乳糖-N-新四糖(LNnT)、3'-唾液酸乳糖(3'-SL)、6'-唾液酸乳糖(6'-SL)等十几种HMOs,欧盟食品安全局(EFSA)及美国食品药品化妆品监督管理局(FDA)已经批准这几种可以加入婴儿配方食品(奶粉)。从母乳喂养的观察性研究、随机对照临床研究及动物实验、体外实验证实人乳低聚糖具有调节肠道菌群、刺激益生菌生长、提高机体免疫力和促进婴儿大脑发育等重要生理功能。
 
  (四)微量营养素
 
  除了前面提及的宏量营养素(蛋白质、脂类和碳水化合物)外,其他对人体必需的营养成分统称为微量营养素,包括矿物质和维生素以及其他微量营养成分。
 
  营养学上将人体必需的矿物元素分成常量元素与微量元素。常量元素包括钙、磷、钾、钠、镁、氯、硫等;微量元素包括碘、铁、锌、硒、铜、钼、铬、钴;对人体可能必需的微量元素有锰、硅、镍、硼、钒等。
 
  维生素可进一步被分成脂溶性维生素和水溶性维生素。脂溶性维生素包括维生素A和类胡萝卜素、维生素D、维生素E和维生素K。脂溶性维生素的共同特点是化学组成主要由碳、氢、氧构成,溶于脂肪及脂溶剂,而不溶于水,需要随脂肪经淋巴系统被吸收;脂溶性维生素不提供能量,一般不能在体内合成(例外的是维生素D和维生素K),必须由食物提供。通常随哺乳进程乳汁中总脂肪含量逐渐增加,而脂溶性维生素(视黄醇和类胡萝卜素以及-生育酚)迅速下降;而且母乳喂养儿需要常规补充维生素D和维生素K。大多数脂溶性维生素若长期大剂摄入易发生中毒;如果存在脂类吸收不良,容易出现缺乏症。
 
  水溶性维生素包括维生素B1(硫胺素)、维生素B2(核黄素)、维生素B6(吡哆醇、吡多胺、吡哆醛)、维生素B12(钴胺素)、叶酸、烟酸、生物素、胆碱、肉碱、维生素C等。以往对于乳母膳食水溶性维生素摄入量(质量)以及对乳汁含量的影响关注很少。近年来由于分析方法学的改进,越来越多的证据表明,如果乳母的营养状况差和/或摄入量低,最有可能降低乳汁中水溶性维生素的含量,易导致喂养儿发生缺乏。
 
  维生素和矿物质中有些除了作为机体构成原料外(如钙磷与骨胳),主要在身体结构完成与功能的维持中发挥重要作用,例如酶原激活剂、数种酶的构成成分或作为辅酶参与化学反应等,对人乳矿物质的分析发现,其中的矿物质钙磷比、钠钾比有一定的规律且可能存在特异性。
 
  三、宏量营养素、微量营养素与可选择成分的作用
 
  宏量营养素、微量营养素与可选择成分的作用以及与人体结构和功能的关系,如图2所示。在同时存在的多种酶和激素的作用下,宏量营养素决定身体的结构和功能基础,微量营养素则对人体结构和功能完整与维持是必需的。
 
  目前,现代营养学中关于大多数“可选择性成分”还没有明确定义和位置。就婴幼儿配方食品而言,可选择成分通常限定于那些国家食品安全标准规定可以添加到婴幼儿配方食品(奶粉)中除了上述人体必需营养成分之外“可能”具有“某些生物学功能”的成分,添加依据通常是基于母乳成分分析(母乳中存在的成分)、动物实验、流行病学调查和/或添加某种或某些可选择成分的临床喂养试验(这样的试验通常以生产企业为主导完成的)结果,提示可能具有改善机体某些功能作用或改善食用后的耐受性,但是对机体的结构和功能的完整性并不一定是必需的。例如,乳铁蛋白、叶黄素、左旋肉碱、肌醇、低聚果糖和低聚半乳糖类、可食用菌等。
 
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图2人体结构中的成分
 
 
  必需成分与可选择性成分的作用,如图3所示。宏量营养素和微量元素统称为人体必需营养素,是人体结构成分和/或参与机体的物质代谢过程。尤其对于婴幼儿,长期缺乏某一种或某些必需营养素将会影响机体结构成分(体成分)、组织结构完整性受到破坏,出现生理功能降低或异常,即营养缺乏病,表现为生理功能受损、生物学反应发生变化、有害代谢产物堆积等,严重时可导致死亡。
 
  目前婴幼儿配方食品中允许添加的可选择性成分并不一定是必需的。大多数情况下是基于人乳中含有或某些临床喂养试验提示添加可能对喂养儿有益。大致存在如下几种情况:
 
  1、有些可选择性成分,通过临床喂养试验,证明对某些婴儿可能具有某些功效作用,因这些婴儿体内缺乏这些成分(如早产儿和低出生体重儿)。例如添加低聚糖类(包括低聚果糖、低聚半乳糖、聚葡萄糖等)的婴幼儿配方食品,有助于调节肠道菌群和软化大便的作用,早产儿的配方食品中添加DHA有助于改善低出生体重儿的神经系统发育等。
 
  2、对于正常生长发育的婴儿可能无作用或作用有限,因为这些儿童机体就不缺乏这些成分,或机体自身有合成的能力。例如DHA,已知母乳中的含量受膳食影响,来自海产品摄入量较高地区的母乳中DHA含量(有些超过食品安全国家标准规定的上限)显著高于山区和半山区的母乳(低于最低检出限);也有观点认为,正常情况下,机体有能力由必需脂肪酸通过碳链延长合成DHA。
 
  3、母乳中存在,但作用仍不清楚:例如,母乳中存在乳铁蛋白,有实验/试验结果证明添加牛乳来源的乳铁蛋白,有助于提高喂养儿的免疫力,降低过敏风险等,然而,最近一项由第三方完成的完全双盲随机对照试验结果证明,与没有补充的对照组相比,给早产儿补充乳铁蛋白并不能增强机体免疫力和降低感染的风险。
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图3必需营养素(宏量与微量)和可选择性成分的作用

  四、如何实现婴幼儿配方食品品质的提升?
 
  多年来婴幼儿配方食品配方的研制和产品品质提升的概念基本上是基于分析母乳成分/化合物的解析,如母乳低聚糖、乳脂肪球膜成分、结构脂肪、蛋白质组分和生物活性肽等成分的存在形式与结构和功能作用,研发适合婴儿生长发育特点的配方食品,但是需要特别指出的是我们对人乳成分、结构与功能的研究还是处于开始阶段,还有很多有待深入研究的课题。因此仅基于产品中蛋白质、脂肪和碳水化合物及其组分的绝对含量难以反应产品的质量和品质提升(图4)。
 
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图4产品中绝对含量不能反应的质量和品质提升
 
  因此,婴幼儿配方食品研发和产品品质提升的重点,应基于母乳中宏量营养素的组分、含量、比例与结构特点方面的研究(如糖、脂、碳水化合物的复合物的组分、结构与功能),开发出适合婴幼儿生长发育特点的配方食品。这样的研究具有广阔无限的发展空间,产品的配方数量可持续增加,品质可持续不断得到提升,没有终点,然而这样的过程研发周期长,投入多,同时也真正能够反映研发的技术实力和水平,但是也伴随较大研发失败的风险。
 
  然而,仅基于可选择性成分研发产品,其终点将是配方数只有一个就够了,即添加了全部可选择性成分,这样研发的成本低,且风险小,但是研发的产品水平低,并不能真正反映企业的技术水平、研发实力和产品的品质提升。
 
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