功能性乳制品功能特性及潛在機制研究進展

王娜,謝強,陳小紅,宋濤,徐旨潤,嚴(yán)釗,楊光,趙敏

1(無錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院智能餐飲協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇 無錫,214153)2(東北林業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院黑龍江省酶 與類酶工程重點實驗室,黑龍江 哈爾濱,150040)3(天津海河乳品有限公司,天津,300400)

在全球經(jīng)濟及疫情等多重因素的影響下,消費者對功能性食品的需求持續(xù)增長,呈現(xiàn)穩(wěn)健態(tài)勢。功能性食品的概念最初由日本科學(xué)家首次提出[1],近年來,被公認為是能夠在健康促進、福祉維持和疾病預(yù)防方面提供諸多益處的食品。數(shù)據(jù)顯示,2022年中國功能性食品市場規(guī)模超過2 000億元,2025年預(yù)計將以7.8%的復(fù)合年增長率增長至2 857億元人民幣?；谏鲜銮闆r,國家對功能性食品的研究與開發(fā)日益加強關(guān)注。乳制品是目前用于功能性目的的食品之一,它是天然的健康產(chǎn)品,含有均衡飲食的重要作用,迄今為止,一直是功能性食品發(fā)展的主流。隨著技術(shù)的發(fā)展及消費者需求的不斷提高,“功能性乳制品”逐漸引起消費者的關(guān)注。功能性乳制品是在乳制品基礎(chǔ)之上,精確添加一些功能成分或特殊營養(yǎng)物質(zhì)而制得的乳制品[2]。通過對其整體營養(yǎng)成分比例進行合理的調(diào)整,以達到便于人體吸收利用、提升產(chǎn)品整體可接受性的目的。同時,可根據(jù)特定人群的營養(yǎng)健康需求,開發(fā)具有多種特定生理功能的乳制品。據(jù)報道,添加的功能成分或特殊營養(yǎng)物質(zhì)主要包括了益生菌、益生元、礦物質(zhì)、維生素、酶制劑等[3]。功能性乳制品不僅富含一般乳制品所固有的營養(yǎng)成分,還具備對人體健康的顯著益處,這些益處包括抗氧化[4]、抗高血壓[5]、免疫調(diào)節(jié)[6]、抗糖尿病[7]乃至骨骼保護[8]等多重功效,展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿Α；诖?本文主要針對功能性乳制品的分類(益生菌、益生元、維生素和礦物質(zhì)、酶制劑,見圖1),功能特性(調(diào)節(jié)腸道健康、提高認知能力、改善肥胖、降低糖尿病和心血管疾病風(fēng)險、維持骨骼及口腔健康等)及其發(fā)揮重要功效的潛在機制進行簡要概述,為功能性乳制品的未來開發(fā)提供有益參考。

圖1 功能性乳制品的分類Fig.1 Classification of functional dairy products

1 功能性乳制品種類

1.1 添加益生菌開發(fā)功能性乳制品

目前,添加益生菌已成為開發(fā)功能性乳制品的廣受認可的途徑之一。益生菌被定義為一類活的微生物,當(dāng)攝入足夠量時,能夠為宿主帶來健康益處[9]。乳制品被認為是益生菌的理想載體,其有助于益生菌在胃腸道中的定植。常見的發(fā)酵乳制品(如酸奶、奶酪、發(fā)酵酪乳、乳酸菌飲料、開菲爾酸奶酒、酸奶油、乳酒等)是將益生菌應(yīng)用到乳制品的實例。發(fā)酵乳制品是指由乳酸菌發(fā)酵或乳酸菌與酵母菌共同發(fā)酵,在特定微生物作用下,將原料乳制成的一種酸性乳制品。這個發(fā)酵過程可以改變原料的酶活性和微生物的代謝活性,從而影響食品基質(zhì)的營養(yǎng)和生物活性特性,對人類健康產(chǎn)生有益的影響。許多科學(xué)研究證實,發(fā)酵乳制品具有抗高血壓、增強全身免疫力、降低膽固醇和血壓的作用。它們還可以充當(dāng)通過蛋白水解培養(yǎng)物發(fā)酵釋放的生物活性肽的豐富來源,從而對內(nèi)分泌、消化、心血管以及免疫和神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生許多潛在健康益處[10]。近年來,科研工作者不斷挖掘添加益生菌開發(fā)的功能性乳制品對人體健康的益處(圖2)。AGRAWAL等[11]將乳雙歧桿菌DN-173 010添加到牛乳中開發(fā)了一款酸奶,并且對酸奶的功能特性進行了研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn),與非發(fā)酵奶制品相比,食用發(fā)酵酸奶的患者胃脹減輕,結(jié)腸運輸加速,癥狀得以緩解。此外,含有活性培養(yǎng)物的酸奶或開菲爾可顯著增強乳糖消化并減少乳糖消化不良者的不耐受癥狀[12]。另一項臨床試驗證明,乳糖不耐受個體在食用了益生菌發(fā)酵的酸奶后其小腸中的乳糖酶活性顯著增加,極大程度降低了胃腸疾病的風(fēng)險[13]。奶酪的致密結(jié)構(gòu)可以保護細菌免受胃腸道酸性環(huán)境的影響,因此被認為是將益生菌轉(zhuǎn)移到胃腸道的重要基質(zhì)。HU等[14]全面評估了利用益生菌開發(fā)的功能性乳制品-奶酪攝入量與心血管疾病以及心血管生物標(biāo)志物之間的因果關(guān)系,結(jié)果顯示奶酪攝入量與2型糖尿病、心力衰竭、冠心病、高血壓和中風(fēng)呈極顯著負相關(guān)。此外,發(fā)酵乳制品可能激活一系列與調(diào)節(jié)和激活免疫細胞相關(guān)的基因進而發(fā)揮免疫作用。MERENSTEIN等[15]報告說,補充含雙歧桿菌酸奶30 d增加了乳糖代謝和合成氨基酸的能力,同時降低了脂多糖合成的可能性,且與對照組相比,轉(zhuǎn)錄因子GATA3(一種參與早期分化和T 細胞譜系定型的轉(zhuǎn)錄因子)、CD80(一種與抗原識別相關(guān)的跨膜受體)、CXCL10(一種激活和吸引特定免疫細胞的趨化因子)的水平在食用雙歧桿菌酸奶的成人血細胞中至少上調(diào)了5倍。一項人群干預(yù)研究的結(jié)果表明,食用發(fā)酵乳(400 g/d)2周可以改變腸道微生物群的種類及其代謝物,進而改善腸道屏障功能[16]。

圖2 添加益生菌開發(fā)的功能性食品對 人體健康的益處[17]Fig.2 Functional foods developed by adding probiotics on human health benefits

1.2 添加益生元開發(fā)功能性乳制品

益生元(包括乳果糖、低聚半乳糖、低聚果糖以及菊粉等)除了能夠提升產(chǎn)品的感官特征外,還具備調(diào)節(jié)腸道微生物以及腸道環(huán)境的潛能。此外,益生元在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids, SCFAs)能夠促使大腸內(nèi)調(diào)節(jié)性T細胞的增殖,擴展大腸上皮細胞的表面積,并提高鈣、鎂等礦物質(zhì)元素的吸收能力[18-19]。因此,利用益生元開發(fā)功能性乳制品從而達到改善人體健康的目的是十分必要的。有研究指出,在酸奶制作中添加菊粉能夠有效保護嗜熱鏈球菌、乳桿菌或雙歧桿菌等益生菌,同時在酸奶儲存過程中減緩活菌數(shù)的下降、提升黏度、降低酸度以及乳清析出率,從而提升發(fā)酵乳的品質(zhì)[20]。BURITI等[21]利用體外消化模擬試驗研究了菊粉對益生菌-嗜酸乳桿菌的保護機制,發(fā)現(xiàn)菊粉對嗜酸乳桿菌有顯著的保護效應(yīng)。這種效應(yīng)一方面可能歸因于菊粉加強了嗜酸乳桿菌對不良環(huán)境的耐受性,另一方面,則可能源于菊粉所形成的微囊結(jié)構(gòu)直接對益生菌發(fā)揮了保護作用。TIWARI等[22]研究了不同水平的菊粉作為脂肪替代品對冰淇淋品質(zhì)的影響,并將實驗冰淇淋與含有10%(質(zhì)量分數(shù))乳脂的冰淇淋(對照)進行比較,結(jié)果顯示用2%和4%菊粉(均為質(zhì)量分數(shù))替代制備的冰淇淋的總體可接受性與對照相似。?ZER等[23]研究了補充乳果糖和菊粉作為益生元對嗜酸乳桿菌和雙歧桿菌在嗜酸乳桿菌酸奶中生長的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)菊粉和乳果糖在有效促使了雙歧桿菌的生長。ZIELISKA等[24]進行了一項研究,評估了在發(fā)酵乳中添加果糖和低聚果糖(1%和2%均為質(zhì)量分數(shù))對產(chǎn)品的物理化學(xué)、流變性、感官以及微生物質(zhì)量的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),與未添加糖類的對照發(fā)酵乳制品相比,低聚果糖和果糖會導(dǎo)致細菌數(shù)量增加,且不同發(fā)酵乳樣品的酸化程度以及黏度、堅固度、凝固性和顏色屬性在貯藏期間都發(fā)生了變化。其中,添加了低聚果糖的樣品在總體感官評分方面表現(xiàn)最為優(yōu)異。植物甾醇通常指的是植物固醇,它們廣泛存在于各種水果、蔬菜等植物的細胞膜中。這些植物甾醇不僅具備較高的營養(yǎng)價值,還具有降低血液膽固醇、抑制乳腺增生以及調(diào)節(jié)免疫的作用。國家和國際指南推薦添加植物甾醇和甾烷醇的功能性食品可作為促進心血管健康的飲食預(yù)防策略的重要選擇,特別是針對高膽固醇的治療。PARRAGA MARTNEZ等[25]評估了每天攝入 2 g植物甾醇(為期12 個月)對人體健康狀況的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)低密度脂蛋白(low density lipoprotein, LDL)膽固醇水平降低了11%,這對預(yù)防高脂血癥和動脈硬化有良好作用。因此可將植物甾醇和甾烷醇添加到乳制品中來開發(fā)新型的功能性乳制品,從而增加消費者的選擇。

1.3 添加維生素、礦物質(zhì)開發(fā)功能性乳制品

近年來,在乳制品中添加維生素和礦物質(zhì)進而開發(fā)功能性乳制品已被廣泛研究。在生產(chǎn)中通常將含Ca、Fe、Zn等礦物元素或維生素(維生素A、維生素C、維生素D等)的配料制劑加入到原料乳中,經(jīng)過一定的工藝流程制成含相應(yīng)成分的功能性乳制品。如鐵強化乳已被開發(fā)用于解決貧血問題,有效緩解了幼兒和學(xué)齡前兒童微量營養(yǎng)素缺乏的現(xiàn)狀[26]。富硒乳可用于改善人體硒狀態(tài),同時降低患癌癥的風(fēng)險[27]。維生素D是一種必需的脂溶性維生素,對人體健康至關(guān)重要。目前,世界上越來越多的國家開始在乳制品中強化維生素D,美國的乳制品公司在20世紀(jì)30年代初便在牛乳中添加維生素D,從而達到預(yù)防兒童佝僂病的目的。TIPPETTS等[28]和GANESAN等[29]均利用維生素D強化奶酪,以實現(xiàn)奶酪最大強度的營養(yǎng)價值。LI等[30]在妊娠期糖尿病女性食用的原味酸奶中強化了 維生素D3(500 IU),干預(yù)16 周后發(fā)現(xiàn)LDL顯著降低。相同的結(jié)果也被TOXQUI等[31]報道,他們在乳制品(500 mL)中加入了 15 mg Fe和200 UI(5 μg)維生素D3。

1.4 添加酶制劑開發(fā)功能性乳制品

酶通常是存在于所有具有生物催化活性的生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)。在實際加工生產(chǎn)中,酶的作用是精確的,每種酶旨在啟動具有特定結(jié)果的特定反應(yīng)。截至目前,在乳制品技術(shù)中,涵蓋酯酶、乳糖酶、脂肪酶、蛋白酶以及過氧化氫酶等的酶制劑被廣泛應(yīng)用。蛋白酶不僅可加速奶酪老化,作為一種具有功能特性的酶,它還可以降低嬰兒對乳制品的過敏反應(yīng)[32]。脂肪酶則主要用于奶酪的成熟過程,以改善其風(fēng)味。對于乳糖不耐癥患者而言,由于小腸中產(chǎn)生的乳糖酶相對較少,乳糖酶可將乳糖轉(zhuǎn)化為半乳糖和葡萄糖,從而減緩牛奶給人體消化帶來的不適癥狀(如痙攣和脹氣)[33]。據(jù)研究,使用谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶(TGase)在改善由山羊奶制成的酸奶的功能特性方面效果顯著,這體現(xiàn)在酸奶的凝膠稠度提高,乳清分離減少。

2 功能性乳制品的功效及其機制

近年來,功能性乳制品已被報道在調(diào)節(jié)腸道健康、提高認知能力、改善肥胖、降低糖尿病和心血管疾病、維持骨骼及口腔健康等方面效果顯著。接下來,本文針對功能性乳制品的功效及其機制進行深入探討。

2.1 調(diào)節(jié)腸道健康

腸道微生物被譽為人體的“第二大代謝器官” ,在維護人體健康方面承擔(dān)著重要角色。它可參與調(diào)節(jié)人體的基本代謝途徑,其失調(diào)會嚴(yán)重影響健康并造成疾病的困擾[34]。近年來,對于腸道菌群在人體健康中的作用機制不斷被挖掘,涌現(xiàn)出“腸-肌軸”,“腸-脂軸”,“腸-腦軸”等多種理論體系[35]。因此,維持人體腸道微生物的平衡對宿主的健康至關(guān)重要。在此背景下,表1呈現(xiàn)了與功能性乳制品有關(guān)的調(diào)節(jié)腸道健康的相關(guān)研究成果。OKONIEWSKI等[36]綜述了發(fā)酵乳制品對腸道菌群組成的作用。此外,FERNANDEZ-RAUDALES等[37]比較了日常飲食中牛奶與2種類型的豆?jié){(低甘氨酸豆?jié){和傳統(tǒng)豆?jié){)對肥胖參與者腸道微生物群組成的影響,結(jié)果表明,在干預(yù)結(jié)束時,與食用豆?jié){的肥胖參與者相比,食用牛奶的肥胖參與者腸道中的乳酸桿菌顯著增加,厚壁菌與擬桿菌的比例保持不變,而普雷沃氏菌的數(shù)量則呈下降趨勢。YILMAZ等[38]進行的隨機對照試驗研究了開菲爾酸奶對炎癥性腸病患者腸道微生物群的影響,發(fā)現(xiàn)每天食用400 mL開菲爾酸奶可顯著提高乳桿菌的豐度。MERENSTEIN等[15]進行了一項為期30 d的實驗,旨在探究含有BB-12的酸奶對人體腸道健康的影響,志愿者每天食用含動物雙歧桿菌乳酸亞種BB-12的酸奶125 mL(早晚各一次),對照組食用不含BB-12的酸奶(對照組),試驗期結(jié)束后腸道微生物結(jié)果顯示潛在有益細菌在實驗組顯著增加,特別是雙歧桿菌屬,提高了代謝乳糖和合成氨基酸的能力,同時降低了脂多糖合成的潛力。此外,食用含有BB-12的酸奶會激活一系列與調(diào)節(jié)和激活免疫細胞相關(guān)的免疫基因。

表1 功能性乳制品對腸道健康的影響Table 1 Effects of functional dairy products on intestinal health

2.2 提高認知能力

阿爾茨海默病是一種潛在起病隱秘、逐漸惡化的神經(jīng)退行性疾病,其前驅(qū)征兆之一便是認知能力下降。鑒于目前尚缺乏針對阿爾茨海默病的有效治療方法,因此有必要制定預(yù)防或減緩認知能力下降發(fā)展的策略。研究表明,認知功能在一定程度上可以通過飲食進行調(diào)節(jié)[44],并且通過采取適當(dāng)?shù)娘嬍澈蜕罘绞娇梢詼p緩認知功能的衰退[45]。BIRNIE等[46]前瞻性地分析了嬰兒期的牛奶攝入量與認知功能的關(guān)聯(lián)程度。該試驗以1930年代參與過調(diào)查研究的兒童為試驗對象,65年后通過評估405名老年參與者的步行能力判斷牛奶對人認知功能的影響。數(shù)據(jù)顯示,在兒童時期每天至少喝1杯牛奶的人其行走速度和平衡性更好(+5%)。此外,在認知發(fā)展/表現(xiàn)方面,RAHMANI等[47]在469名學(xué)生中也觀察到了牛奶對認知和學(xué)習(xí)成績的有利影響,這些學(xué)生每天攝入250 mL牛奶,并持續(xù)了3個月。研究已經(jīng)證明,乳制品中發(fā)現(xiàn)的營養(yǎng)素可能對認知功能直接或間接產(chǎn)生有益影響,包括乳清蛋白、生物活性肽、α-乳清蛋白、維生素B12和鈣[48],此外發(fā)酵乳制品中所含益生菌調(diào)節(jié)腸道微生物群的作用也可能影響認知功能[49]。RAHMAN等[50]的研究結(jié)果顯示,奶酪消費者的信息處理及故事回憶得分更高。一項隨機、雙盲、對照試驗評估了食用發(fā)酵乳與益生菌混合物12周對60名阿爾茨海默病患者認知功能的影響,結(jié)果顯示,與食用牛奶的對照組相比,接受益生菌治療的患者在簡易智力狀態(tài)檢查量表(mini-mental state examination,MMSE)評分方面出現(xiàn)顯著改善[51]。然而截止到目前,關(guān)于解釋功能性乳制品與認知表現(xiàn)之間潛在機制的研究相對較少。目前的數(shù)據(jù)表明腸道微生物群在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中起著重要作用(圖3),稱為“腸腦軸”[52],更具體地說,臨床研究表明,益生菌可減弱促炎細胞因子,減少氧化應(yīng)激,增加腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子,因此可促進神經(jīng)元生長和存活[53]。此外,益生菌的代謝產(chǎn)物如色氨酸可作為信號分子刺激大腦中血清素的合成,進而提高認知能力[54]?？傮w而言,功能性乳制品介導(dǎo)認知功能的機制還有待深入研究。

2.3 改善肥胖

全球肥胖和超重率正在上升,這對全球的個人和醫(yī)療保健構(gòu)成了重大的挑戰(zhàn)。實際上,大量科研工作者致力于功能性乳制品改善人體肥胖方面的研究。大量研究表明,腸道微生物群是代謝綜合征和肥胖的重要決定因素之一。因此飲食干預(yù)有望成為操控腸道微生物群進而預(yù)防和治療代謝綜合征和肥胖癥的策略。某些乳制品(如酸奶)可能會通過調(diào)節(jié)腸道微生物群的組成從而操控代謝活動介導(dǎo)的抗肥胖作用[56-57]。FATHI等[58]觀察到開菲爾或牛奶可以改善身體成分并減輕體重。WANG等[59]開展了一項3 440的人群實驗,發(fā)現(xiàn)酸奶消費量高的人與消費量低的人相比,體重增加幅度要小50%以上(P=0.03)。在一項為期12周的安慰劑對照雙盲研究中[60],125名超重/肥胖的成年人被隨機分為以下4組接受不同熱量零食棒的攝取:(1)對照;(2)菊粉型果聚糖(inulin-typefructan,ITF);(3)乳清蛋白;(4)ITF+乳清蛋白,隨后,研究評估了食欲、身體成分的變化情況。結(jié)果顯示,在12周時,與對照組相比,乳清蛋白組的體脂顯著減少。此外,ITF、乳清蛋白和ITF +乳清蛋白的饑餓感、進食欲望和預(yù)期食物消費量均較低。近幾年,已經(jīng)發(fā)表了關(guān)于功能性乳制品改善肥胖潛在影響及其機制的研究。其中最常引用的機制與細胞內(nèi)鈣對脂肪細胞代謝的影響有關(guān)[61]。根據(jù)這一理論,膳食鈣的增加通過對循環(huán)鈣化激素的影響(抑制1, 25-羥基維生素D和甲狀旁腺激素濃度)進而降低脂肪細胞中細胞內(nèi)離子鈣的濃度,這將抑制脂肪的從頭合成[62]。還有一些證據(jù)表明,乳制品中的鈣比鈣補充劑發(fā)揮的作用更大,這可能是由于鈣與乳制品中存在的幾種生物活性化合物(例如支鏈氨基酸,即亮氨酸)協(xié)同作用[63-64]。此外,乳制品蛋白特別是乳清蛋白被認為是改善肥胖的有效物質(zhì)[65-66]。乳清蛋白中的肽抑制血管緊張素轉(zhuǎn)換酶被證實具有抑制血管緊張素II激素產(chǎn)生的能力,從而減少了脂肪細胞的生成和脂肪堆積[67-68]。同時,乳制品中的脂肪酸,如中鏈脂肪酸和共軛亞油酸,已被研究證實能夠通過抑制促脂肪細胞信號-過氧化物酶體增殖物激活受體的表達,從而減少脂肪的生成并提升脂肪細胞中的脂肪氧化[69-72]。此外,研究指出,SCFAs能夠與G蛋白偶聯(lián)受體GPR41和GPR43相互作用,從而刺激腸道分泌胰高血糖素樣肽1和其他腸促胰島素的增加,進而增強飽腹感。此外,SCFAs可作為誘導(dǎo)劑激活肌肉中的AMP活化蛋白激酶,增加胰島素敏感性和脂肪酸氧化,減少脂質(zhì)積累[73]。GREEN等[74]認為益生菌類功能性乳制品對抗肥胖除了與SCFAs有關(guān)、還可能通過降低管腔pH值、調(diào)節(jié)細胞因子的產(chǎn)生及腸-腦信號傳導(dǎo)從而促進飽腹感以及增強氧化代謝(圖4)。

圖3 腸道菌群對阿爾茲海默癥的影響[55]Fig.3 Effect of intestinal flora on alzheimer’s disease

圖4 添加益生菌開發(fā)的功能性乳制品對肥胖和代謝綜合癥的影響機制[75]Fig.4 Effect mechanism of functional dairy products developed by adding probiotics on obesity and metabolic syndrome

2.4 降低糖尿病及心腦血管疾病的發(fā)生率

心腦血管疾病是導(dǎo)致全球死亡率增加的主要原因,因此是衛(wèi)生保健系統(tǒng)面臨的主要挑戰(zhàn)。長期以來,飲食模式,尤其是脂肪攝入,與心腦血管疾病風(fēng)險之間存在密切的關(guān)聯(lián)。特別是大量攝入飽和脂肪酸(saturated fatty acid, SFAs)和反式脂肪酸(trans fatty acid, TFAs)被直接關(guān)聯(lián)到心血管疾病風(fēng)險的增加,這種影響主要通過升高血漿LDL水平及促進動脈粥樣硬化形成過程來介導(dǎo)[75]。乳制品在預(yù)防心腦血管疾病方面被認為具有一定的潛力。某些功能性乳制品如酸奶、開菲爾和奶酪,已被報道顯著降低了與心腦血管疾病有關(guān)的風(fēng)險生物標(biāo)志物[76-77]。BAKHSHIMOGHADDAM等[78]設(shè)計了一項實驗,每天食用(1) 300 g含有1.5 g菊粉和動物雙歧桿菌乳酸亞種的合生元酸奶;(2)300 g傳統(tǒng)酸奶;(3)不喝酸奶(對照)。持續(xù)24 周后,合生元酸奶組的血清肝酶得到了極大改善,谷丙轉(zhuǎn)氨酶、谷草轉(zhuǎn)氨酶、γ-谷氨酰轉(zhuǎn)移酶和堿性磷酸酶的水平顯著降低。同時與對照組相比,合生元酸奶組和傳統(tǒng)酸奶組都觀察到甘油三酯(triglyceride, TG)和LDL的降低,但傳統(tǒng)酸奶組的程度低于合生元酸奶。此外,每天攝入200 g酸奶可使總死亡率顯著降低5%,心血管事件總風(fēng)險降低8%[79-80]。糖尿病是一種以高血糖為特征的代謝性疾病,截止到目前,已有較多針對功能性乳制品改善糖尿病的研究(表2)。ROCHA等[81]報道了含有植物甾醇和ω-3的功能性乳制品顯著降低了中度高脂血癥受試者血漿的LDL濃度。先前的一項研究對3 435名巴黎人進行了3年的隨訪,觀察到乳制品攝入量較高與2型糖尿病、血糖耐受性降低和代謝綜合征的發(fā)病率較低相關(guān)[82]。TONG等[83]研究發(fā)現(xiàn)攝入牛奶的量特別是脫脂或半脫脂牛奶與2型糖尿病之間呈負相關(guān)關(guān)系(風(fēng)險降低14%)。最近的一項研究報道了血糖含量的顯著改善(即2型糖尿病患者的空腹血糖和糖化血紅蛋白血濃度,這些患者均食用了添加維生素D的發(fā)酵乳制品和酸奶)[84]。此外,先前針對8個歐洲國家的16 835名健康人群和12 403名糖尿病患者參與研究證實了奶酪和發(fā)酵乳制品與糖尿病發(fā)病率之間的負相關(guān)關(guān)系。其中,每日55 g的奶酪和酸奶可使2型糖尿病的發(fā)病率降低12%[85]。艾麗艷等[86]報道稱服用含植物甾醇酯的乳粉2個月,可以有效降低受試者血清中TG和LDL水平,并提高高密度脂蛋白 (high-density lipoprotein, HDL)水平。SCFAs,尤其是丁酸鹽,可以通過在基因表達水平上起作用或通過激活絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)途徑來降低血漿水平[87]。ZEPEDA-HERNNDEZ等[88]綜述了益生菌和益生元治療2型糖尿病的作用機制,他們認為益生元和益生菌可以通過以下機制發(fā)揮作用:(1)減少氧化應(yīng)激;(2)抑制促炎細胞因子;(3)增強SCFA的產(chǎn)生;(4)控制血糖;(5)調(diào)節(jié)腸道通透性;(6)產(chǎn)生生物活性肽。

表2 功能性乳制品緩解糖尿病病癥的研究Table 2 Study on functional dairy products in relieving diabetes

2.5 維持骨骼健康

骨質(zhì)疏松癥作為一種骨骼疾病,影響著全球2億患者,而隨著全球人口老齡化趨勢的不斷加劇,骨質(zhì)疏松的發(fā)病率也將持續(xù)上升。在這一背景下,預(yù)防骨質(zhì)疏松問題成為公共衛(wèi)生領(lǐng)域亟待解決的問題。近年來,大量學(xué)者關(guān)于功能性乳制品與骨骼健康的關(guān)系展開了深入研究。DALY等[94]發(fā)現(xiàn)強化維生素D的高鈣牛乳能有效緩解老年人的骨流失,補充高鈣牛乳(1 000 mg鈣和800 IU 維生素D)2年后,牛乳攝入組腰椎骨密度顯著增加,并且血清中維生素D含量顯著升高。在針對健康的絕經(jīng)后婦女的研究中發(fā)現(xiàn)發(fā)酵乳增加了血清異黃酮的可獲得性,從而降低了骨量丟失的風(fēng)險[95]。另一項關(guān)于10～12歲女孩的研究結(jié)果顯示,通過食用奶酪增加膳食鈣攝入量比在相同鈣攝入量(1 000 mg/d)下以片劑形式補充鈣更有利于皮質(zhì)骨礦物質(zhì)量的累積[96]。研究表明,在乳制品中添加羅伊氏乳桿菌可減少75～80歲低骨密度女性的骨質(zhì)流失[97]。此外,乳酸桿菌、雙歧桿菌的添加可降低絕經(jīng)后婦女的骨更新[98]。MARKOWIAK等[99]的研究顯示,燕麥奶中的低聚果糖具有很強的益生元特性,食用后會增加SCFAs(丁酸鹽、乙酸鹽、丙酸鹽)的產(chǎn)生,降低結(jié)腸中的pH值,并減少氮終產(chǎn)物和糞便酶的量,從而改善免疫系統(tǒng)功能并增加骨量。也有研究表明低聚半乳糖和低聚果糖可增加雙歧桿菌的百分比,從而抑制骨質(zhì)疏松癥的發(fā)展[100]。胰島素樣生長因子1(insulin-like growth factor 1, IGF-1)是操控骨骼生長的重要因素,有研究顯示健康的絕經(jīng)后婦女食用鈣強化奶酪降低了骨吸收生物標(biāo)志物(抗酒石酸酸性磷酸酶)血清濃度,并增加了血清IGF-I的濃度[101]。多數(shù)人認為乳制品對骨骼健康的有益作用是鈣賦予的,實際上,乳蛋白對骨骼代謝也有著重要作用,并且這可能歸因于乳蛋白及其衍生的生物活性肽,可通過激活Wnt和骨形成蛋白(bone morphogenetic protein, BMP)/轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)信號通路發(fā)揮成骨活性。此外,乳制品中芳香族氨基酸的強化也會增加IGF-I的濃度并刺激腸道對鈣的吸收[102]。隨著研究的不斷深入,功能性乳制品與骨骼健康的具體機制也被大量研究,據(jù)報道,腸道微生物群可能是連接二者的重要“橋梁”[103]。腸道菌群通過產(chǎn)生生物活性化合物(如SCFAs、吲哚衍生物、多胺和膽酸),從而影響腸外細胞并調(diào)節(jié)免疫反應(yīng),而免疫細胞被報道與骨細胞相關(guān)(圖5)。

圖5 腸道菌群對骨代謝的作用機制[104]Fig.5 Mechanism of intestinal flora on bone metabolism

2.6 保持口腔健康

維持口腔健康是保證身體康健的必要條件,而口腔微生物對平衡口腔微生態(tài)至關(guān)重要。目前調(diào)節(jié)口腔微生物的新技術(shù)不勝枚舉(圖6),其中,通過飲食干預(yù)(補充益生菌和益生元)被廣泛接受。因此將益生菌和益生元應(yīng)用到功能性乳制品從而達到緩解口腔疾病的目的具有廣泛的應(yīng)用前景。乳制品衍生的脂質(zhì)可能具有保護作用,通過在牙釉質(zhì)表面形成涂層,從而減少牙釉質(zhì)表面的脫礦質(zhì)。LEMPERT等[105]以3～6歲兒童為實驗對象,探究乳制品攝入量與齲齒發(fā)展之間的關(guān)聯(lián),發(fā)現(xiàn)乳制品以及乳制品成分(如乳清和酪蛋白)的攝入量與未來齲齒發(fā)展的減少有關(guān)。FERRAZZANO等[106]證明酸奶中的酪蛋白磷酸肽能夠抑制脫礦質(zhì)并增強牙釉質(zhì)再礦化。最近的試驗研究表明,乳酸桿菌和雙歧桿菌可能通過抑制口腔中的鏈球菌和念珠菌發(fā)揮有益作用[107]。益生菌可以產(chǎn)生不同的抗菌成分,如有機酸、H2O2、過氧化碳、雙乙酰、低分子質(zhì)量抗菌物質(zhì)、細菌素和黏附抑制劑,這些成分也會影響口腔菌群[108]。PANAHIPOUR等[109]的數(shù)據(jù)表明發(fā)酵乳制品在體外口服成纖維細胞中具有強大的抗炎活性。此外,奶酪還可以通過在牙菌斑中釋放大量的鈣和無機磷酸鹽來降低致齲性,從而減少脫礦量和增強再礦化。目前已經(jīng)提出了奶酪可以降低致齲性的幾種機制:(1)刺激唾液流動,并促進唾液化合物的緩沖作用,中和斑塊酸;(2)抑制牙菌斑細菌,減少細菌負荷,從而減少酸的產(chǎn)生[110]。

3 展望

近年來,我國乳制品行業(yè)的發(fā)展越來越快,行業(yè)結(jié)構(gòu)也在不斷完善,功能性乳制品作為乳制品行業(yè)的主力軍,為改善消費者健康和營養(yǎng)狀況提供了諸多益處,它們潛在的功能屬性也在不斷被挖掘,其在行業(yè)的市場價值將持續(xù)攀升。但不可否認的是,它們的功效和健康促進作用必須在更大規(guī)模的臨床研究中得到證實,這也是學(xué)術(shù)界和工業(yè)界將面對的挑戰(zhàn)。此外,消費者多樣化的需求也不斷推動著該行業(yè)的發(fā)展,這也就需要科研人員深入探討其發(fā)揮功效的潛在作用機制,進而揭示功能性乳制品在食品領(lǐng)域的巨大潛力。

圖6 調(diào)節(jié)口腔微生物的新技術(shù)[111]Fig.6 Current and novel techniques to modulate dysbiotic oralome