人乳生物化學(xué)組成及其特性分析

文/李四化 潘麗娜 蔣怡樂 楊質(zhì)彬 趙 濤 陳 琴 戴智勇 康文麗

〔澳優(yōu)乳業(yè)（中國）有限公司〕

經(jīng)過長期進化選擇，人乳一直是嬰兒喂養(yǎng)的首選，是嬰兒成長最佳的營養(yǎng)物質(zhì)來源和生存保障。近年來，人乳成為研究熱點，世界各地研究者在人乳的組成、特性、影響因素及功能等方面做了大量研究工作，不僅研究了其化學(xué)組成，也開展了生物組成的探索。本文就相關(guān)研究進展進行了綜述。

1 人乳的化學(xué)組成及其特性

作為嬰兒最佳的營養(yǎng)來源，人乳中包含了嬰兒生長發(fā)育所必須的各種營養(yǎng)物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、礦物質(zhì)及多種生物活性物質(zhì)。

1.1 蛋白質(zhì)

研究發(fā)現(xiàn)，人乳中包含400 多種蛋白質(zhì)，主要由乳腺細(xì)胞產(chǎn)生，平均含量為1.0～1.3 g/100 mL[1]。根據(jù)其可溶性和位置，可以分為酪蛋白、乳清蛋白和粘蛋白[2]。酪蛋白約占人乳蛋白質(zhì)總量的13%，以β-酪蛋白為主[3]；乳清蛋白則分為α-乳白蛋白、乳鐵蛋白、血清蛋白和溶菌酶。

從氨基酸水平來看，人類與靈長類動物及多種非靈長類動物乳汁中蛋白質(zhì)氨基酸組成基本一致，含量由多到少依次是谷氨酸鹽（高達(dá)20%）、脯氨酸（10%）和亮氨酸（10%）。從氨基酸形式來看，基本氨基酸占比高達(dá)40%，支鏈氨基酸占20%，含硫氨基酸占4%[4]。人乳中含量最豐富的3 種游離氨基酸分別是?；撬?、谷氨酸和谷氨酰胺[5]，其中牛磺酸能夠參與嬰兒神經(jīng)發(fā)育，但具體功能及機理尚不清楚[6]。大量研究已經(jīng)證實，人乳中的蛋白質(zhì)具有提供營養(yǎng)、抗菌、調(diào)節(jié)免疫和促進營養(yǎng)物質(zhì)吸收的作用。

1.2 脂類物質(zhì)

人乳中的脂類物質(zhì)有200 多種，主要組成為三?；视王?、二?；视王ァⅤ；视王ァ⒂坞x脂肪酸、磷脂和膽固醇，其中含量最多的是三?；视王ィ扛哌_(dá)98%[7]。大樣本研究發(fā)現(xiàn)，脂肪是人乳成分中變化最大的一類，其平均水平在3.5～4.0 g/100 mL[1]。

光學(xué)顯微鏡分析人乳脂肪結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，人乳脂肪呈大小不一的球狀，中心為三?；视王?，外表為磷脂膜，其他各種脂類物質(zhì)分布于二者之間[8]。其中，人乳脂肪酸在甘油骨架上的位置是特定的[9]，并且其分布會影響脂類物質(zhì)的可用性和嬰兒血脂組成[10]。

作為人乳的主要成分之一，脂類物質(zhì)能夠為嬰兒提供能量，其提供的能量高達(dá)母乳全部能量的40%～55%。此外，有研究證明人乳脂肪能夠抑制大量致病菌生存，從而保護嬰兒腸道健康[11]。

1.3 糖類物質(zhì)

乳糖是人乳中含量最多的糖類物質(zhì)，整個哺乳期的平均含量相對穩(wěn)定，為7.2 g/100 mL[1]。人乳低聚糖是人乳區(qū)別于其他哺乳動物乳汁的最主要成分。已知的人乳低聚糖有100 多種，其組成和含量因人而異，結(jié)構(gòu)主要由5 個基本糖單元組成，即葡萄糖（Glc）、半乳糖（Gal）、N-乙酰葡糖胺（GlcNAc）、巖藻糖（Fuc）和唾液酸（N-乙酰神經(jīng)氨酸-Neu5Ac）。這些低聚糖一般在還原末端有一個乳糖，以巖藻糖基化或唾液酸化結(jié)構(gòu)形成不同的中性低聚糖（占90%，末端為L-巖藻糖）或酸性低聚糖（末端為唾液酸）[12]。

研究發(fā)現(xiàn)，人乳低聚糖的濃度與泌乳期及巖藻糖基轉(zhuǎn)移酶相關(guān)控制基因等有關(guān)[13]。比如，中國人母乳中的中性低聚糖總量在產(chǎn)后13 周內(nèi)保持穩(wěn)定[14]。

人乳低聚糖不能被嬰兒消化吸收，而是作為生物活性物質(zhì)參與特定微生物的代謝，影響嬰兒腸道微生物群落構(gòu)成。比如，作為黏附劑或受體誘餌阻止病原體與上皮細(xì)胞表面的糖結(jié)合，預(yù)防消化及呼吸道感染；改變宿主上皮細(xì)胞和免疫細(xì)胞應(yīng)答，調(diào)節(jié)人體免疫力[15]；彌補新生兒免疫系統(tǒng)缺陷，同時對腸道致病菌感染進行修復(fù)抑制[16]。

1.4 礦物質(zhì)

1986年，中國學(xué)者對杭州市區(qū)乳中無機鹽和維生素進行了研究，發(fā)現(xiàn)乳中含有多種無機鹽和維生素[17]。其中，鈣含量較為豐富，還有一定量的鐵、鋅，少量的鎂，微量的錳和銅[18]。這些礦物質(zhì)離子主要分布于功能蛋白上，與蛋白質(zhì)的激活功能、三/四級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及氧化還原作用緊密相關(guān)。鈣主要與嬰兒骨骼形成、膜穩(wěn)定性、血液凝集和肌肉收縮相關(guān)[19]；鐵是嬰兒生長發(fā)育必需的微量元素中需求量最多的一種，是組成血紅蛋白、肌紅蛋白、細(xì)胞色素、過氧化氫酶等的重要成分。人乳中礦物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及存在形式?jīng)Q定了其消化吸收率較高。有研究證明，配方奶中的鋅含量比母乳高幾倍，但是母乳喂養(yǎng)嬰兒血液中的鋅含量卻較高[20]。人乳中的鐵主要存在于乳鐵蛋白中，雖然含量不高，但是消化吸收率較高，因此市面上乳鐵蛋白營養(yǎng)品非常受歡迎。改進配方乳粉中微量元素的存在形式可能是提高品質(zhì)的一個重要方向。

1.5 其他

人乳中還包含一定量的非蛋白氮化合物，如多肽類、尿素、氨、肌酸酐、肌酸、核苷酸、肉毒堿、氨基糖等[21]，約占人乳全氮量的5%，遠(yuǎn)高于牛奶中的含量[22]。其中，肽類物質(zhì)具有鎮(zhèn)靜劑、抗高血壓、免疫調(diào)節(jié)和抗血栓等功能[23]，如人乳多肽可以選擇性激活雙歧桿菌的生長[24]。核苷酸是嬰兒生長發(fā)育必需的重要化合物，已發(fā)現(xiàn)的有13 種以上，占非蛋白氮總量的2%～5%[25]。此外，人乳中還含有約670 kcal/kg的能量，為嬰兒提供生長發(fā)育所需的能量[1]。

人乳中含有豐富而復(fù)雜的化學(xué)成分，其含量和組成受哺乳階段及母嬰雙方情況等多種因素影響。因此，需要對人乳進行全面細(xì)致的了解和分析，才能開發(fā)出適合特定人群的嬰幼兒配方乳粉。

2 人乳的微生物組成及其特性

大量研究表明，人乳與人體其他部位一樣存在龐大的菌群，以厭氧和兼性厭氧微生物為主，其中一部分微生物己被證實在孕產(chǎn)婦炎癥的抵抗及嬰兒免疫系統(tǒng)的構(gòu)建等方面發(fā)揮著重要的潛在益生作用。這些微生物的來源主要是乳母腸道、外界環(huán)境和嬰兒口腔[26]。宏基因組測序發(fā)現(xiàn)，人乳中存在細(xì)菌、真菌、古細(xì)菌、病毒和原生動物[27]，目前研究較多的為細(xì)菌和真菌。

2.1 細(xì)菌

研究顯示，人乳腺中的微生物群落存在一個演變過程：在懷孕的最后3 個月開始建立，孕期結(jié)束時達(dá)到最高峰，哺乳期保持相對穩(wěn)定，斷奶時開始急劇下降，并在乳汁消失后快速消失[26]。黃衛(wèi)強[28]對部分地區(qū)的人乳進行細(xì)菌多樣性分析，共鑒定出35 個菌門，其中變形菌門（62.79%）、硬壁菌門（26.84%）、放線菌門（5.96%）和擬桿菌門（3.96%）的總含量占測序序列總數(shù)的99.55%。

人乳中的微生物群落組成受到眾多因素影響，包括產(chǎn)后時間、乳母體重、分娩方式、嬰兒性別、地域、乳母職業(yè)等。對美國人乳中細(xì)菌群落組成特性的研究發(fā)現(xiàn)，4 周內(nèi)同一個體人乳的細(xì)菌群落保持相對穩(wěn)定[29]；隨著哺乳時間延長至6個月，人乳的微生物群落發(fā)生了變化，并且與母親體重和分娩方式有關(guān)[30]，肥胖和孕期體重增加過多者的人乳微生物多樣性偏低；與非選擇性剖腹產(chǎn)者與順產(chǎn)者相比，選擇性剖腹產(chǎn)者的人乳微生物群落組成相似度更高，表明生理壓力和荷爾蒙信號影響了微生物向人乳的轉(zhuǎn)移過程，而剖腹產(chǎn)手術(shù)本身并不產(chǎn)生影響。對西班牙人乳的研究發(fā)現(xiàn)，人乳中細(xì)菌平均含量為106cells/mL，推測嬰兒每日消耗細(xì)菌數(shù)為70～80 億CFU[31]。Meehan等[32]研究發(fā)現(xiàn)，人乳微生物多樣性和群落構(gòu)成與母子社交網(wǎng)絡(luò)及孩子得到關(guān)愛的頻率有關(guān)，某些微生物類群構(gòu)成隨著地區(qū)人口數(shù)和季節(jié)發(fā)生顯著變化，但是其多樣性與生活方式和季節(jié)沒有關(guān)系。

不同國家人乳中優(yōu)勢菌群分布存在明顯差異（表1），這可能由于采樣方法及分析方法不同而導(dǎo)致。為更好地說明問題，有必要建立一種相對標(biāo)準(zhǔn)的取樣方法及分析方法。

人乳細(xì)菌的潛在功能包括幫助建立嬰兒腸道微生物群落、抗感染、調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)、抗過敏、抗腫瘤，如人乳細(xì)菌對乳腺炎、艾滋病和癌癥有一定的作用[35]。

2.2 真菌

2017年，西班牙國家研究委員會專門研究了人乳中的真菌，對65 份產(chǎn)后1 個月內(nèi)的人乳樣品進行qPCR（實時熒光定量核酸擴增檢測）分析，結(jié)果顯示，89%的樣品含有可檢測到的真菌DNA，平均值為3.5×105cells/mL。通過不同培養(yǎng)基分離并鑒定了33 株可培養(yǎng)真菌，借助焦磷酸測序發(fā)現(xiàn)，3 個最常見的屬為馬拉色菌（44%）、假絲酵母（19%）和酵母菌（12%）[36]。此后，西班牙、南非、中國和芬蘭4 個國家共同組成團隊對4 個國家共80 份成熟人乳樣品的真菌進行了研究，結(jié)果顯示，擔(dān)子菌門和子囊菌門為優(yōu)勢類群，馬拉色菌、Davidiella、Sistotrema和青霉菌為4 個國家人乳共有，同時出現(xiàn)在嬰兒腸道中[37]。人乳中的真菌研究只有幾年時間，相關(guān)報道還很少，有待加強。

表1 不同國家人乳中優(yōu)勢菌群分布

2.3 益生菌

人乳被認(rèn)為是益生菌的重要來源。21世紀(jì)初，歐洲微生物研究機構(gòu)研究證實母乳中存在大量乳酸菌，其中大部分對母嬰有潛在益生作用[38]。通過對潛在益生特性評價，包括抗生素敏感性、抗菌活性、溶菌酶抗性、腸條件適應(yīng)性、疏水性、抗氧化能力、聚集能力以及對腸細(xì)胞的黏附性，篩選獲得具有益生菌潛力的人乳來源菌株有鼠李糖乳桿菌[39]、植物乳桿菌WLPL 04[40]、發(fā)酵乳桿菌CECT 5716[41]等。其中，只有發(fā)酵乳桿菌CECT 5716已被批準(zhǔn)作為食品益生菌使用。

人乳中包含豐富的細(xì)菌和真菌，而潛在益生菌基本屬于乳酸菌，只是眾多類群中的一種，因此，在人乳益生菌篩選方面還需要大量研究，其應(yīng)用空間也較廣闊。

3 人乳化學(xué)成分與生物成分的關(guān)系

早在20世紀(jì)80年代，就有學(xué)者對人乳pH值、礦物質(zhì)組成、化學(xué)成分及微生物組成的相關(guān)重要影響因素進行了研究[17]。乳汁pH值體現(xiàn)了環(huán)境酸堿性，會對人乳化學(xué)物質(zhì)組成及存在形式、微生物群落構(gòu)成及代謝等產(chǎn)生影響。有研究發(fā)現(xiàn)，人乳低聚糖總量與雙歧桿菌總數(shù)、唾液酸化的人乳低聚糖含量與短雙歧桿菌、非巖藻糖基化及非唾液酸化的人乳低聚糖含量與長雙歧桿菌、巖藻糖基化的人乳低聚糖含量與艾克曼菌、巖藻糖基化及唾液酸化的人乳低聚糖含量與金黃色葡萄球菌之間分別存在顯著的正相關(guān)關(guān)系[42]。與之類似，研究發(fā)現(xiàn)人乳低聚糖含量與嬰兒腸道菌群存在某種確定關(guān)系，根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，一定程度上可以通過母乳低聚糖（HMO）來推測微生物組成[43]。

4 人乳成分相關(guān)研究存在的問題

第一，人乳豐富的組成成分中，低聚糖具有良好的生物活性，但是大部分無法天然獲得，探索天然無害的活性人乳低聚糖的生產(chǎn)方法具有重大意義。第二，文獻對比發(fā)現(xiàn)，各研究中人乳的采樣方法和分析方法不盡相同，導(dǎo)致分析結(jié)果差異較大，有必要綜合各研究的方法，分析其優(yōu)缺點，通過試驗加以驗證，建立一種相對合理的采樣方法，分析人乳的微生物組成。第三，關(guān)于人乳中微生物的研究還有很多空白，如人乳益生菌特定功能相關(guān)的動物試驗非常有限，人乳真菌的研究數(shù)據(jù)欠缺，此外，對于經(jīng)濟欠發(fā)達(dá)地區(qū)人乳微生物群落的研究不足。

5 總結(jié)

人乳的生物化學(xué)組成會隨著各種外因和內(nèi)因的變化而改變，以滿足嬰兒不同時期的需求，因此，人乳的組成特性是針對每一位母親及其嬰兒的需求而個性化定制的，母乳喂養(yǎng)是最佳選擇。但是，當(dāng)今社會很多女性生產(chǎn)后難以全職在家哺乳，因此，發(fā)掘母乳中存在的各種功能性因子，并分析其對嬰兒生長發(fā)育的作用，優(yōu)化配方乳粉配方，對嬰幼兒成長發(fā)育及人類大健康具有重要意義。C