低聚糖和益生菌在嬰幼兒配方食品中的研究進(jìn)展

石 良

(國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇蘇州 215000)

根據(jù)GB10765－2010的定義，嬰兒是指0～12月齡的人，根據(jù)GB10767－2010的定義，較大嬰兒是指6～12月齡的人，幼兒是指12～36月齡的人。嬰幼兒配方食品包括乳基和豆基配方食品，其中，奶粉是嬰幼兒最重要的食品之一，這是因?yàn)閶胗變旱哪c道微生物群不夠穩(wěn)定，對(duì)病毒和細(xì)菌的抵抗力較差，嬰幼兒需要易于消化吸收、營(yíng)養(yǎng)更豐富的奶制品。由于母乳中的低聚糖可以促進(jìn)嬰幼兒腸道中的益生菌的生長(zhǎng)，因此，母乳要優(yōu)于配方奶喂養(yǎng)，而為了使配方奶更接近母乳，常在其中添加低聚糖和益生菌，可見，低聚糖和益生菌在促進(jìn)嬰幼兒身體健康中扮演重要角色。此外，嬰幼兒配方奶粉具有重要的商業(yè)價(jià)值，因此，相關(guān)研究多集中在企業(yè)方面，而當(dāng)企業(yè)完成相關(guān)的研究后，多會(huì)申請(qǐng)相關(guān)的專利加以保護(hù)其科研成果，因此，專利技術(shù)領(lǐng)域中的低聚糖和益生菌的研究進(jìn)展具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

1 低聚糖和益生菌簡(jiǎn)介

低聚糖，或稱寡糖，是由3～20個(gè)單糖經(jīng)糖苷鍵連接而成的低度聚合糖。低聚糖通常包括低聚異麥芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖、低聚乳果糖、低聚木糖、低聚殼聚糖、低聚龍膽糖、棉子糖、水蘇糖等。除了低聚龍膽糖有苦味外，其余的都帶有程度不同的甜味。由于人體腸胃道內(nèi)沒有水解這些低聚糖的酶系統(tǒng)，因此它們不被消化吸收而直接進(jìn)人大腸內(nèi)，優(yōu)先被雙歧桿菌所利用，是雙歧桿菌的有效增殖因子，從而抑制腸道內(nèi)腐敗菌的生長(zhǎng)，并減少有毒發(fā)酵產(chǎn)物的形成。此外，其還具有可溶性膳食纖維的基本屬性，并可增強(qiáng)免疫功能，不會(huì)引起牙齒齲變。自然界中僅有少數(shù)幾種食物含有天然的功能性低聚糖，如大豆、洋蔥、大蒜、天門冬、菊芭根和伊斯蘭洋薊塊莖等，而從膳食中額外補(bǔ)充低聚糖，對(duì)于嬰幼兒、成年人、老年人、工作壓力大的人和那些希望具有健康消化系統(tǒng)的人非常有益［1］。

目前常用的益生菌菌種有雙歧桿菌、乳酸桿菌和一些鏈球菌，其中雙歧桿菌有青春雙歧桿菌、兩歧雙歧桿菌、嬰兒雙歧桿菌、長(zhǎng)雙歧桿菌、短雙歧桿菌;乳酸桿菌有嗜酸乳桿菌、保加利亞乳桿菌、干酪乳桿菌、發(fā)酵乳桿菌、胚芽乳桿菌、短乳桿菌、纖維二糖乳桿菌和乳酸乳桿菌;其他用作益生菌的鏈球菌有:糞鏈球菌、乳鏈球菌、嗜熱唾液鏈球菌和乙酸乳酸雙鏈球菌;此外，還有明串球菌屬、足球菌屬、丙酸桿菌屬和芽孢桿菌屬的菌種也可用作益生菌。目前研究較深入的益生菌有作用于小腸的鼠李糖乳桿菌GG菌株、嗜酸乳桿菌、干酪乳桿菌和作用于泌尿生殖系統(tǒng)的鼠李糖乳桿菌GR－1、發(fā)酵乳桿菌等。而眾所周知，腸道微生物對(duì)人體健康有很大影響，益生菌可以控制腸道內(nèi)產(chǎn)毒微生物的繁殖，當(dāng)益生菌在消化道內(nèi)生長(zhǎng)、繁殖和活動(dòng)時(shí)，能夠轉(zhuǎn)化形成或直接產(chǎn)生多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)如維生素、氨基酸、短鏈脂肪酸、促生長(zhǎng)因子等。此外，益生菌還能激活巨噬細(xì)胞、增加NK細(xì)胞活性和增強(qiáng)免疫球蛋白特別是IgA的水平，并可改善乳糖不耐癥，促進(jìn)胃腸蠕動(dòng)，消除致癌因子，降低膽固醇［2］。

2 低聚糖和益生菌在嬰幼兒配方食品專利技術(shù)中的整體情況

從專利技術(shù)的分布來看，嬰幼兒配方奶粉經(jīng)歷了3個(gè)發(fā)展歷程:①第1代嬰兒配方奶粉階段:簡(jiǎn)單地向牛乳或煉乳加水稀釋，在牛乳中添加谷物、豆?jié){、蔗糖，以增加熱量。②第2代嬰兒配方奶粉階段(現(xiàn)階段):牛乳中添加乳清粉、麥芽糊精或淀粉糖，調(diào)節(jié)酪蛋白與乳清蛋白比例;牛乳中添加脫鹽乳清粉、淀粉糖、維生素、礦物質(zhì)、植物油、降低牛乳中的礦物質(zhì)，提高不飽和脂肪酸比例;牛乳中添加?；撬?、低聚糖、DHA，提高腸道內(nèi)雙歧桿菌數(shù)量，促進(jìn)嬰幼兒神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育。③第3階段嬰兒配方奶粉(完善階段):以乳清蛋白水解物為基層，經(jīng)抑菌處理添加免疫活性物質(zhì)，保證嬰兒正常生長(zhǎng)發(fā)育的營(yíng)養(yǎng)需要，提高喂養(yǎng)兒機(jī)體免疫力和抗感染力。根據(jù)嬰幼兒配方奶粉發(fā)展階段的不同，在我國(guó)專利數(shù)據(jù)庫中的不同年份的含有低聚糖或益生菌嬰幼兒配方食品的專利申請(qǐng)量也隨之發(fā)生變化(圖1)。在1990～2000年間，該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量較小，這可能和人們對(duì)低聚糖和益生菌的認(rèn)識(shí)程度有關(guān)，隨著低聚糖和益生菌研究越發(fā)成熟，其申請(qǐng)量在2001～2010年呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)。

進(jìn)一步地，在華申請(qǐng)人進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析中發(fā)現(xiàn)(圖2)，絕大部分嬰幼兒配方食品的申請(qǐng)來自企業(yè)，這和該類食品的商業(yè)性密不可分，其中以外企中的雀巢申請(qǐng)量最大，我國(guó)傳統(tǒng)的乳制品企業(yè)如蒙牛、伊利有部分申請(qǐng)，但是數(shù)量較少。從該項(xiàng)數(shù)據(jù)也可以看出，我國(guó)嬰幼兒配方食品行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)十分激烈，該市場(chǎng)長(zhǎng)期被外國(guó)品牌所占據(jù)，國(guó)產(chǎn)品牌受到巨大威脅。

3 低聚糖和益生菌在嬰幼兒配方食品中的專利技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

從歷年專利申請(qǐng)量來看，該領(lǐng)域的研發(fā)人員對(duì)各個(gè)技術(shù)分支都保持了高度的關(guān)注，在很早之前，研發(fā)人員便意識(shí)到了低聚糖、益生菌的作用，但是在研究的起步階段，僅是在奶粉中加入低聚糖和/或益生菌，在1974年申請(qǐng)的專利DE2457733A［3］中，在幼兒食品中加入了低聚麥芽糖;隨后，在1980年的專利JP16775580A［4］中，在嬰兒奶粉中加入了雙歧桿菌，而國(guó)內(nèi)企業(yè)哈爾濱第二乳品廠在1996年公開的專利CN94115544A［5］中，添加了低聚果糖，模擬母乳組成，以達(dá)到促進(jìn)雙歧桿菌增長(zhǎng)的目的。

微生物領(lǐng)域的進(jìn)步在另一個(gè)側(cè)面也促進(jìn)了益生菌在嬰幼兒配方食品中的應(yīng)用，2000年雀巢公司申請(qǐng)的CN00807401A［6］公開了涉及雙歧桿菌屬新的微生物，它能夠防止病原性細(xì)菌引起的腹瀉，而隨著對(duì)低聚糖和益生菌功能認(rèn)識(shí)的深入，嬰幼兒配方食品在加入低聚糖的同時(shí)也加入益生菌，以達(dá)到互相促進(jìn)的作用。這是因?yàn)閶雰涸诔錾鷷r(shí)缺乏腸道菌群，在出生后以及與母親的接觸、母乳或配方奶喂養(yǎng)的結(jié)果，使得腸道菌群快速發(fā)展，但是其仍然不成熟且其平衡是脆弱的，其中，母乳喂養(yǎng)的嬰兒與配方奶喂養(yǎng)的嬰兒相比較少出現(xiàn)感染或疾病，生命后期中出現(xiàn)的疾病，諸如肥胖、糖尿病、哮喘與生命早期階段喂養(yǎng)類型也相關(guān)。母乳喂養(yǎng)的嬰兒具有優(yōu)勢(shì)，通常，母乳喂養(yǎng)的嬰兒的腸道菌群主要由雙歧桿菌屬和乳桿菌屬組成，兩者對(duì)于維持平衡良好的腸道小型生物群中非常重要，可預(yù)防和/或治療腹瀉和腸道感染。母乳含有母乳低聚糖，其是嬰兒腸道中雙歧桿菌的生長(zhǎng)因子，而配方奶喂養(yǎng)的嬰兒具有雙歧桿菌的數(shù)量是母乳喂養(yǎng)的嬰兒所具有的1/10～2/3。青春雙歧桿菌在成人以及過敏性嬰兒的菌群中更加常見，在健康嬰兒的糞便中較少。動(dòng)物雙歧桿菌/乳酸雙歧桿菌并非天然存在人體中。在健康嬰兒中，雙歧桿菌菌群主要由嬰兒雙歧桿菌、短雙歧桿菌和長(zhǎng)雙歧桿菌組成?？梢姡S著研究的深入，研發(fā)人員意識(shí)到低聚糖有促進(jìn)益生菌生長(zhǎng)的作用，例如，在2003年惠氏公司申請(qǐng)的含有共生菌物質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)性配方制劑的CN200380101177A［7］專利申請(qǐng)中，公開了嬰幼兒配方食品中包含低聚果糖、唾液酸乳糖和益生細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)性組合物，其可用于消滅患者胃腸道中的致病微生物。

此外，人們對(duì)雙歧桿菌的研究時(shí)刻保持著高度的熱情，2006年日本明治公司申請(qǐng)的 WO2006JP301661A［8］中，公開了雙歧桿菌具有IgA生產(chǎn)誘導(dǎo)活性，能增加IgA數(shù)量，并選擇了優(yōu)異的雙歧桿菌菌株 NITEBP－30、NITEBP－31，用于嬰幼兒配方食品;而紐崔西亞公司在2008年申請(qǐng)的US20080817102A［9］的具有益生菌的營(yíng)養(yǎng)組合物包含短雙歧桿菌，不可消化的糖A和不可消化的糖B，其可選組合有副干酪乳桿菌，以及所述組合物在治療和/或預(yù)防胃腸疾病、免疫疾病和/內(nèi)分泌疾病中的用途;在低聚糖和益生菌的用途方面，主要集中在維護(hù)腸道健康方面;荷蘭紐迪希亞公司在2009年申請(qǐng)的CN200980104967A［10］中公開了用于預(yù)防嬰兒腸道不適的包含嬰兒雙歧桿菌及低聚果糖和低聚半乳糖的組合物，其支持在食用嬰兒配方奶粉或母乳的嬰兒的飲食中引入固體斷奶食物。另外，益生菌和低聚糖的應(yīng)用也呈現(xiàn)多方面的發(fā)展，已經(jīng)擴(kuò)展至維護(hù)呼吸道健康、降低奶粉致敏性、改善睡眠、降低炎癥和炎性疾病等方面。

隨著時(shí)間的推移，在嬰幼兒配方奶粉中應(yīng)用改性低聚糖的文獻(xiàn)也陸續(xù)出現(xiàn)，例如雀巢公司于2009年申請(qǐng)的CN200980126507［11］中，以含有 N－乙?；墓烟恰肴楣烟呛屯僖核峄墓烟墙M合物，施用于處于生命的最初6個(gè)月的嬰兒以降低其之后的生命中的肥胖風(fēng)險(xiǎn)。由于不同菌群耐受胃酸、膽鹽，在腸道中定植的能力不同，因此，這些直接影響了益生效果，為了達(dá)到更好的效果，研發(fā)人員試圖需求活性更高的益生菌，而雀巢公司在2010年申請(qǐng)的EP09793909A［12］的專利中，則明確了短雙歧桿菌 CNCM I－3865(NCC2950)的組合物和涉及短雙歧桿菌CNCM I－3865(NCC2950)在預(yù)防或治療過敏性腹瀉中有更好的效果。

正常分娩的嬰幼兒的腸道尚且很脆弱，而對(duì)于剖腹產(chǎn)、早產(chǎn)兒而言，腸道更需要保護(hù)，在專利技術(shù)中也出現(xiàn)了專門針對(duì)剖腹產(chǎn)、早產(chǎn)等脆弱嬰幼兒的配方奶粉。在2006年努特里希亞公司申請(qǐng)的CN200680035474A［13］中，其以①至少2種不同的微生物;或②至少1種微生物和至少1種不消化的寡糖;或③至少2種不同的雙歧桿菌種、亞種或菌株對(duì)經(jīng)剖腹生產(chǎn)術(shù)分娩的嬰兒經(jīng)腸施用，刺激嬰兒腸內(nèi)菌群的健康發(fā)展。而雅培制藥則是在2011年申請(qǐng)的CN201180068709A［14］中以促進(jìn)有益細(xì)菌生長(zhǎng)的中性人乳寡糖營(yíng)養(yǎng)組合物，給予包括早產(chǎn)兒、嬰兒、幼兒和兒童的個(gè)體以改善胃腸功能和耐受性以及有益細(xì)菌的生長(zhǎng)，而人乳寡糖被認(rèn)為在感染的初始階段，可通過作為防止病原體與上皮細(xì)胞相互作用的可溶性受體類似物起作用，保護(hù)母乳喂食的嬰兒免受病原性細(xì)菌、病毒、毒素、原生動(dòng)物和真菌的傷害。

此外，唾液酸化低聚糖也是近期研究的熱點(diǎn)，在專利CN201180066140A［15］中，努特里奇亞記載了唾液酸化寡糖在牛乳中的濃度很低，然而在人乳中濃度非常高，唾液酸化低聚糖具有抗粘著效應(yīng)，從而在抑制或預(yù)防由病原體和/或毒素引起的腸道感染中起著重要作用。另外，添加低聚糖和益生菌的嬰幼兒奶粉制品也呈多元化發(fā)展，除了加入牛乳中外，在羊乳、米粉等基質(zhì)中也得到了廣泛的應(yīng)用。

4 結(jié)論

母乳喂養(yǎng)的嬰兒與配方奶喂養(yǎng)的嬰兒相比較少出現(xiàn)感染或疾病，其中一部分原因是母乳含有母乳低聚糖，其是嬰兒腸道中雙歧桿菌的生長(zhǎng)因子，而相關(guān)的益生菌菌群結(jié)構(gòu)直接影響著病原菌的生長(zhǎng)、影響人體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化、代謝和利用，從而進(jìn)一步影響免疫能力，通過上述專利技術(shù)的分析不難發(fā)現(xiàn)，低聚糖和益生菌在嬰幼兒配方食品的添加目的是使其接近于母乳喂養(yǎng)，維護(hù)腸道、免疫系統(tǒng)的健康，正確理解低聚糖、益生菌的相關(guān)技術(shù)則有利于后續(xù)的嬰幼兒配方食品的研究開發(fā)。

［1］王輝.益生元的營(yíng)養(yǎng)及應(yīng)用研究進(jìn)展［J］.廣州食品工業(yè)科技，2003(19):87－89.

［2］張艷杰，徐紅華.益生菌及在食品中的應(yīng)用［J］.中國(guó)乳品工業(yè)，2001，29(5):48－50.

［3］Maizena Gmba，CORP.Maltose contg liq food compsn for newborn babies－ has less side effects when given in temporary overdoses:DE，DE2457733A［P］.1976－09－30.

［4］Rikagaku Kenksusho Mitsui Seitou kk Calpis Food Ind Co.，Ltd.Bifidus Activator Composed of Palatinose:JP，JP16775580A［P］.1982－06－07.

［5］哈爾濱松花江第二乳品廠.嬰幼兒階段奶粉:中國(guó)，CN94115544A［P］.1996－08－28.

［6］雀巢制品公司.預(yù)防腹瀉病原菌的乳桿菌菌株:英國(guó)，CN00807401A［P］.2002－05－22.

［7］惠氏公司.包含共生菌物質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)性配方制劑:美國(guó)，CN200380101177A［P］.2005－11－30.

［8］Meiji Co Ltd，et al.Composition for immunostimulation:JP，WO2006－JP301661［P］.2008 －07 －03.

［9］(Dnon)Nutricia NV.Nutrition Composition with Probiotics:US，US2006－0817102A［P］.2009－01－01.

［10］荷蘭紐迪希亞公司.用于預(yù)防嬰兒腸道不適的包含嬰兒雙歧桿菌及低聚果糖和低聚半乳糖的組合物:荷蘭，CN200980104967A［P］.2011－01－12.

［11］雀巢產(chǎn)品技術(shù)援助有限公司.包含寡糖混合物的營(yíng)養(yǎng)組合物:英國(guó)，CN200980126507A［P］.2013－01－02.

［12］ NESTEC S A.Nutrition Composition Containing Oligosaccharide Mixture?:UK，EP09793909A［P］.2011－04－20.

［13］努特里希亞公司.刺激腸內(nèi)菌群的方法?:荷蘭，CN200680035474A［P］.2008－09－24.

［14］雅培制藥有限公司.促進(jìn)有益細(xì)菌生長(zhǎng)的中性人乳寡糖:美國(guó)，CN201180068709A［P］.2013－11－20.

［15］努特里奇亞.發(fā)酵的嬰兒配方物:荷蘭，CN201180066140A［P］.2013－09－25.