人乳短鏈脂肪酸的組成、檢測方法與消化代謝研究進(jìn)展

戴昕悅，袁婷蘭，金青哲，韋 偉，王興國

(江南大學(xué) 食品學(xué)院，食品科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室，食品安全與營養(yǎng)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 無錫214122)

短鏈脂肪酸是指碳鏈長度在4～8的有機(jī)脂肪酸，通常是飽和脂肪酸，主要包括丁酸、異丁酸、己酸、辛酸等。甘油三酯是乳脂的主要成分，每個甘油三酯分子由1個甘油骨架和3個脂肪酸分子組成[1]。乳脂中的短鏈脂肪酸主要分布在sn-1位和sn-3位上[2]。人乳中的短鏈脂肪酸主要包括丁酸、己酸和辛酸。

與中長鏈脂肪酸相比，短鏈脂肪酸具有更好的水溶解性，對營養(yǎng)、微生物和環(huán)境的研究有重要的意義。短鏈脂肪酸常表現(xiàn)出廣譜的抗菌活性，可以滲透性破壞微生物[3]。有實驗證實，短鏈脂肪酸可以抑制沙門菌感染，有效抑制細(xì)菌生長[4]。此外，短鏈脂肪酸還參與腸上皮細(xì)胞的能量供應(yīng)，可影響腸腔pH和電解質(zhì)平衡，促進(jìn)共生菌的生長，調(diào)節(jié)腸黏膜屏障的通透性和腸道動力，與腸道相關(guān)疾病有一定關(guān)系[5]。人乳中含有的短鏈脂肪酸可調(diào)節(jié)嬰兒脂質(zhì)代謝，降低肥胖風(fēng)險，對于嬰兒的生長發(fā)育具有重要作用[6]。因此，本文就人乳短鏈脂肪酸的組成、檢測方法以及消化代謝進(jìn)行綜述，以期為人乳營養(yǎng)價值的研究和嬰兒配方奶粉的開發(fā)研制提供參考。

1 自然界短鏈脂肪酸的分布

1.1 哺乳動物乳

動物乳脂中短鏈脂肪酸含量普遍較高。哺乳動物乳如牛乳和羊乳中含有部分短鏈脂肪酸，也是其風(fēng)味的來源。不同物種因為自身代謝途徑不同，乳脂中短鏈脂肪酸的含量也不同。在牛乳脂中，短鏈脂肪酸主要包括丁酸(C4∶0)、己酸(C6∶0)和辛酸(C8∶0)，占總脂的5%～7.81%[7-8]。與牛乳脂相比，羊乳脂中的短鏈脂肪酸組成相同，但含量不同。羊乳主要包括綿羊乳和山羊乳。山羊乳脂中的短鏈脂肪酸占總脂的8.2%，而綿羊乳脂中的短鏈脂肪酸占總脂的9.1%，均高于牛乳脂[9]。人類日常飲食的短鏈脂肪酸主要來自于牛羊乳。

1.2 植物油

大多數(shù)天然植物油中短鏈脂肪酸的含量不高，食用植物油中所含的脂肪酸多是由含18～22個碳的長鏈飽和或不飽和直鏈脂肪酸組成。熱帶木本植物油如椰子油和棕櫚仁油含有相對較多的短鏈脂肪酸，主要為C6∶0和C8∶0。王金平[10]測定椰子油和棕櫚仁油中的短鏈脂肪酸含量分別為4.08%和4.27%，以C8∶0為主。

1.3 其他來源

人體內(nèi)90%的短鏈脂肪酸是由腸道菌群發(fā)酵不消化的膳食纖維而產(chǎn)生的。產(chǎn)短鏈脂肪酸的數(shù)量受細(xì)菌數(shù)量、pH及底物等影響，正常的腸道每日可產(chǎn)生50～100 mmol的短鏈脂肪酸[11]。常見產(chǎn)短鏈脂肪酸的細(xì)菌包括擬桿菌屬、雙歧桿菌屬、真桿菌屬、梭菌屬等。

2 人乳短鏈脂肪酸的組成及與配方奶粉的比較

2.1 人乳脂肪酸組成

人乳脂由甘油三酯、磷脂、固醇和其他微量物質(zhì)組成，能夠為嬰幼兒提供40%～50%的能量[12]。目前，人乳中脂肪酸種類較多，約含有200種，根據(jù)碳鏈長度，可分為短鏈脂肪酸(碳原子數(shù)為4～8)、中鏈脂肪酸(碳原子數(shù)10～14)、長鏈脂肪酸(碳原子數(shù)16～20)和超長鏈脂肪酸(碳原子數(shù)≥22)[13]。常量脂肪酸是指人乳總脂肪酸中含量大于1%的脂肪酸，其中含量較高的是油酸、亞油酸和棕櫚酸，這3種脂肪酸的和約占人乳總脂肪酸的70%[14]。微量脂肪酸是指人乳總脂肪酸中含量小于1%的脂肪酸。人乳中的微量脂肪酸包括芥酸、花生四烯酸、二十二碳六烯酸等。人乳中還含有一部分特殊脂肪酸，如支鏈脂肪酸、環(huán)狀脂肪酸和羥基脂肪酸等。

2.2 人乳短鏈脂肪酸的組成

目前，關(guān)于人乳中C4∶0和C6∶0的報道較少，C8∶0的報道較多。Wan等[15]將北京地區(qū)成熟乳脂樣品通過三氟化硼-甲醇溶液進(jìn)行甲酯化，得到C4∶0、C6∶0和C8∶0的含量分別為0.6%、0.07%和0.21%，C4∶0含量較高。不同國家、地區(qū)的飲食習(xí)慣不同，膳食攝入會導(dǎo)致人乳短鏈脂肪酸含量的差異。Kallio等[16]通過UPLC-MS/MS方法對芬蘭和中國人乳樣品的甘油三酯進(jìn)行分析，計算得出短鏈脂肪酸的含量。芬蘭人乳脂中C4∶0、C6∶0、C8∶0含量分別為0.112%、0.207%、0.735%；中國人乳脂中C4∶0、C6∶0、C8∶0含量分別為0.012%、0.185%、0.648%。芬蘭人乳脂和中國人乳脂短鏈脂肪酸的組成相同，含量差距不大，芬蘭人乳脂的短鏈脂肪酸含量較高?？傮w來說，不同的檢測方法和人乳樣品間的個體差異，會影響人乳短鏈脂肪酸含量。

2.3 人乳短鏈脂肪酸與配方奶粉中的比較

本實驗室選取無錫地區(qū)50位產(chǎn)婦共150個樣品，初乳、過渡乳、成熟乳各50例，研究其組成和含量。無錫地區(qū)人乳脂中C6∶0和C8∶0含量均較低，分別為0.03%～0.04%和0.55%～1.52%[17]。C6∶0 含量在過渡乳時期達(dá)到最高，C8∶0含量隨著泌乳期的延長而逐漸增加。人乳短鏈脂肪酸甘油三酯主要為PPBu、OBuP、OPCo、LPCo、OOBu、LPCy(其中Bu為C4∶0，Co為C6∶0，Cy為C8∶0，P為C16∶0，O為C18∶1，L為C18∶2)，其含量范圍為0～0.15%。其中含量較高的甘油三酯為OBuP和OPCo。結(jié)果顯示不同樣本之間短鏈脂肪酸甘油三酯的含量差異較大[18]。

不同配方奶粉中的短鏈脂肪酸含量差異較大，但總體含量比人乳中的短鏈脂肪酸含量高。Sun等[19]選取我國市場上180種不同脂肪來源(植物油、牛乳、羊乳)嬰幼兒配方奶粉，檢測其脂肪酸組成。復(fù)合植物基配方奶粉中C4∶0含量較低，有部分品牌奶粉不含有短鏈脂肪酸。復(fù)合植物基配方奶粉和復(fù)合羊乳/植物基配方奶粉中C8∶0含量較高，不同品牌的復(fù)合牛乳/植物基配方奶粉中的短鏈脂肪酸含量差異較大，沒有特定規(guī)律。復(fù)合基配方奶粉短鏈脂肪酸甘油三酯種類繁多，組成復(fù)雜，與人乳甘油三酯的特點有較大差別。牛乳脂和羊乳脂中含有較多短碳鏈脂肪酸，因此由短碳鏈脂肪酸組成的甘油三酯的含量也較高。

3 人乳中短鏈脂肪酸的測定方法

3.1 甲酯化-氣相色譜法

分析人乳中的短鏈脂肪酸組成首先需要將脂肪酸轉(zhuǎn)化為非極性的衍生物，通常是脂肪酸甲酯化。脂肪酸的甲酯化方法包括酸催化酯交換法、堿催化酯交換法、三氟化硼(BF3)催化酯交換法、簡易堿催化酯交換法等[20]。幾乎所有的甲酯化方法都可以將短鏈脂肪酸或甘油酯制備成脂肪酸甲酯，但是短鏈脂肪酸容易隨有機(jī)溶劑一起被蒸發(fā)，造成選擇性流失。因此，需采用不需要加熱、不采用水相萃取液以及不采用需要去除有機(jī)溶劑的甲酯化方法。普遍認(rèn)為的最簡便、最高定量回收的甲酯化方法是簡易堿催化酯交換法[21]。

氣相色譜分析速度快、選擇性好，分析對象為可揮發(fā)性、熱穩(wěn)定性樣品[20,22]，比較常用的方法有兩種，即GC-FID和GC-MS。Jiang等[23]采用GC-MS法對人乳、嬰幼兒配方奶粉、牛乳以及發(fā)酵乳中的短鏈脂肪酸進(jìn)行了評估。

3.2 其他方法

Kallio等[16]通過UPLC-MS/MS法對芬蘭和中國人乳樣品的甘油三酯進(jìn)行分析，根據(jù)其結(jié)果獲得脂肪酸組成。Ferrand-Calmels等[24]通過比較不同的統(tǒng)計方法和波長，從中紅外光譜中測算牛乳和羊乳中的脂肪酸組成，準(zhǔn)確度較高。

4 短鏈脂肪酸的消化代謝

4.1 甘油三酯的消化代謝

甘油三酯的消化發(fā)生在胃腸道的多個部位中，首先在胃中被十二指腸前脂肪酶水解，然后進(jìn)入十二指腸，最后被多種胰脂酶共同水解并吸收。十二指腸前脂肪酶是指來源和作用于口腔至胃的脂肪酶，主要包括舌部脂肪酶和胃脂肪酶。在正常的生理條件下，膳食脂肪在胃中的水解程度占胃腸道脂肪消化的10%～30%[25]。

在胃中進(jìn)行初步消化后，脂肪球經(jīng)胃排空作用進(jìn)入小腸，未消化的甘油三酯、甘油二酯和游離脂肪酸進(jìn)入十二指腸。由胰腺腺泡細(xì)胞分泌的胰脂酶在十二指腸中將沒有完全消化的脂質(zhì)水解為游離脂肪酸、sn-2位甘油單酯或甘油[25-26]。

脂肪消化產(chǎn)生的大量游離脂肪酸和sn-2位甘油單酯，被轉(zhuǎn)運到小腸黏膜刷狀緣并被小腸上皮細(xì)胞吸收。碳鏈大于12的脂肪酸進(jìn)入腸上皮細(xì)胞后被乙酰輔酶A合成酶轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A，然后被二?；视王；D(zhuǎn)移酶催化并轉(zhuǎn)化為甘油三酯，被轉(zhuǎn)運到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，和其他親脂分子一起形成乳糜微粒[25,27]。乳糜微粒在高爾基體上進(jìn)行裝配，并分泌進(jìn)乳糜管在淋巴系統(tǒng)被轉(zhuǎn)運。中鏈脂肪酸水溶性較高，被吸收后不形成甘油三酯，只有一小部分形成乳糜微粒，大部分直接進(jìn)入門靜脈，與血清白蛋白結(jié)合而被轉(zhuǎn)運，快速進(jìn)入肝進(jìn)行氧化或形成長鏈飽和脂肪酸[27]。

4.2 短鏈脂肪酸的消化代謝

甘油三酯的脂肪酸組成和結(jié)構(gòu)影響其消化代謝速率。由于短鏈脂肪酸水解率高、水溶性高、相對分子質(zhì)量小，因此相比其他脂肪酸更容易在胃中被消化水解。在嬰幼兒消化過程中，胃脂酶和胰脂酶優(yōu)先水解甘油三酯碳骨架的sn-1位和sn-3位上的脂肪酸。由于乳脂中短鏈脂肪酸主要存在于甘油三酯的sn-1位和sn-3位上[2]，因此消化時在胃腸中幾乎被徹底水解為游離脂肪酸和甘油。

脂類的吸收隨脂肪酸鏈長增加而降低，隨雙鍵增加而升高。短鏈脂肪酸主要通過羧酸轉(zhuǎn)運體和鈉偶聯(lián)羧酸轉(zhuǎn)運體被吸收，這些轉(zhuǎn)運體主要分布在結(jié)腸細(xì)胞上，有小部分分布于小腸細(xì)胞[28]。因此，短鏈脂肪酸甘油三酯以游離脂肪酸的形式自由擴(kuò)散進(jìn)入靜脈血液中進(jìn)行吸收，沒有經(jīng)過淋巴循環(huán)，供能速度快。

長鏈脂肪酸在供能時必須首先在細(xì)胞質(zhì)中被激活為?；o酶A形式，然后通過肉毒堿穿梭系統(tǒng)進(jìn)入線粒體，而中短鏈脂肪酸無需激活即可通過非肉毒堿轉(zhuǎn)運的方式進(jìn)入線粒體，然后被氧化供能，其代謝速率高于長鏈脂肪酸[29]。短鏈脂肪酸的能值與長鏈脂肪酸相比較低，有利于降低體脂含量，提高組織胰島素敏感度[6]。

5 結(jié)束語

人乳為嬰幼兒提供了生長發(fā)育階段所需要的各種營養(yǎng)素，大大減少其患病和營養(yǎng)不良的概率。短鏈脂肪酸作為其中不可忽視的脂肪酸，具有調(diào)節(jié)嬰兒脂質(zhì)代謝、降低肥胖風(fēng)險等作用，與嬰幼兒的生長發(fā)育息息相關(guān)。

目前，國內(nèi)外關(guān)于人乳短鏈脂肪酸的研究較少。關(guān)于不同哺乳期、不同胎齡人乳中短鏈脂肪酸甘油三酯組成的報道不多，商品化的嬰幼兒配方奶粉用油與人乳中含有的短鏈脂肪酸甘油三酯差異較大。同時，關(guān)于人乳中的短鏈脂肪酸的準(zhǔn)確定量問題有待解決，短鏈脂肪酸在嬰幼兒體內(nèi)的消化代謝情況還缺乏臨床驗證，短鏈脂肪酸對嬰幼兒脂肪代謝的影響有待進(jìn)一步研究。