異構化乳糖在嬰幼兒配方奶粉中的應用

文/楊 凱 薛江超 張天博 賈云虹 宋曉青 李朝旭

（河北三元食品有限公司技術研發部）

異構化乳糖在嬰幼兒配方奶粉中的應用

文/楊 凱 薛江超 張天博 賈云虹 宋曉青 李朝旭

（河北三元食品有限公司技術研發部）

異構化乳糖是以乳糖為原料通過異構化作用制得的一種半合成雙糖，具有益生元的作用特點。從異構化乳糖在嬰幼兒配方奶粉中應用的臨床研究可以看出，將異構化乳糖單獨或與其它益生元復配用于嬰幼兒配方奶粉中，具有顯著的益生元功效，可促進雙歧桿菌等有益菌的生長繁殖，抑制大腸桿菌增殖，從而改善嬰幼兒腸道健康。

異構化乳糖；嬰幼兒配方奶粉；益生元

異構化乳糖，又稱乳果糖、乳酮糖，是以乳糖為原料通過化學反應制得的一種半合成雙糖。雖然自然界中不存在異構化乳糖，但由于乳糖的無催化劑異構化作用，使其存在于經過熱處理的牛奶制品中。自20世紀50年代以來，異構化乳糖已用于治療人類的特定疾病，還用作益生元（當時名稱為“雙歧因子”），盡管益生菌和益生元的術語使用晚的多。鑒于這個原因，人們最初僅知道異構化乳糖是一種藥品，而非益生元，其使用歷史和半合成特征解釋了異構化乳糖的性質，也與其它益生元有一定差異[1]。

意大利、日本和荷蘭等國家已批準將異構化乳糖用作食品或飲料添加劑[2]。我國GB 2760-2014《食品安全國家標準 食品添加劑使用標準》中規定異構化乳糖液可應用于乳粉（包括加糖乳粉）和奶油粉及其調制產品、餅干、嬰幼兒配方食品和飲料（包裝飲用水除外）。但目前為止，國內市場上尚未見到有嬰幼兒配方奶粉產品中應用異構化乳糖。因此本文介紹了異構化乳糖的理化性質、益生元性質及其在嬰幼兒配方奶粉中的臨床研究情況，以為廣大科研工作者提供參考，為異構化乳糖的應用提供理論指導。

1 異構化乳糖的理化性質

異構化乳糖是乳糖的異構化產物，因此它們具有相同的分子式（C12H22O11）和分子量（Mr=342.3）。堿金屬類氫氧化物和硼酸通常用來催化該異構化反應。異構化乳糖形成的原理圖如圖1所示[3]。

異構化乳糖液是一種淡黃色無嗅透明糖漿，由于其它糖成分的存在使其表現出一定甜味（表1）。異構化乳糖粉末是白色到近白色無味結晶粉末（相對甜度0.6～0.8），可溶于水，微溶于甲醇，不溶于乙醚，熔點介于168.5和170 ℃。在30 ℃時它在水中的溶解度為76.4%（w/w），在90 ℃增加到86%。它的甜度為蔗糖的0.48～0.62，比乳糖的甜度高1.5倍。異構化乳糖經酸水解得到半乳糖和果糖。在低pH值條件下加熱到130 ℃10 min，異構化乳糖能保持穩定，很少被降解。這種相對較高的穩定性使得其能夠滿足正常食品加工的需要[2]。

2 異構化乳糖的益生元性質

圖1 異構化乳糖形成的原理圖

與其它大多數益生元相反，異構化乳糖不存在于自然界中，不會作為低糖水解或酶促合成產物而自然產生。然而，異構化乳糖確實在加熱后的牛奶中以非常小的數量作為非催化異構化的產物存在。與其底物乳糖相比，異構化乳糖中的β-1，4糖苷鍵不能被人腸道消化酶所分解。雖然絕大多數白種人可以消化吸收乳糖，但不能吸收異構化乳糖，主要因為其是通過可分解糖的結腸細菌所代謝。異構化乳糖有益于乳酸菌的生長和代謝，而不利于許多水解蛋白的致病菌的生長，這種特征受生物、醫學等多方面作用，表現出與其它益生元接近的效果。例如，乳糖醇同異構化乳糖具有相同的分子式和分子量，都不在小腸中分解，但二者對細菌代謝、糞便pH值和轉運時間等參數的影響差異顯著[4～6]。已有研究表明乳糖醇在相同劑量下效果明顯較差，且只有其環狀部分才起到益生元作用，而醇基被認為是通過滲透方式發揮作用[6]。

Rycroft等[7]通過試驗比較評價了低聚果糖、異構化乳糖、低聚木糖、低聚半乳糖、大豆低聚糖和低聚異麥芽糖等益生元低聚糖的體外發酵性能，研究發現低聚木糖和乳果糖使雙歧桿菌的數量增長最多，同時低聚果糖產生的乳酸桿菌數量最多。

Watson等[8]測試了68 株菌株（包括29 株乳酸桿菌和39 株雙歧桿菌），對10 種不同碳水化合物〔葡萄糖（作為對照）、乳糖、異構化乳糖、麥芽糊精、聚葡萄糖、低聚果糖、菊粉、低聚果糖/菊粉混合物、低聚半乳糖、低聚半乳糖/菊粉混合物〕的代謝能力進行檢測。研究結果表明，低聚半乳糖和乳果糖最利于乳酸桿菌和雙歧桿菌的生長，而菊粉、麥芽糊精和聚葡萄糖促進有益菌生長的作用相對較差。低聚半乳糖/菊粉（9∶1）和低聚果糖/菊粉混合物支持生長的能力與低聚半乳糖和低聚果糖最接近。

表1 異構化乳糖液和粉末的主要成分[1]

從以上益生元之間的比較可以看出，異構化乳糖具有典型的益生元性質，能夠促進雙歧桿菌和乳酸桿菌的生長。

3 異構化乳糖在嬰幼兒配方奶粉中的應用

目前，僅查閱到國外學者將異構化乳糖應用在嬰幼兒配方奶粉中的臨床研究，尚未檢索到我國在該領域的研究文獻。在這些臨床應用中，部分研究單獨使用了異構化乳糖，部分研究將其與其它益生元復配使用?，F將上述臨床研究匯總如下。

Riskin等[9]將28 名早產兒分為異構化乳糖試驗組15 名、安慰劑對照組13 名，在喂食的母乳或配方奶粉中，給試驗組添加1%的異構化乳糖，給對照組添加1%的葡萄糖。試驗使用前瞻性、雙盲、安慰劑對照組、單中心研究，以評價異構化乳糖對于早產兒的安全性和益生元效果。研究發現，小劑量的異構化乳糖沒有造成早產兒腹瀉，早產兒服用異構化乳糖后，其糞便菌群培養乳酸桿菌呈顯著陽性；且服用異構化乳糖有利于減少腸道內喂養的不耐受，使早產兒盡早達到全口服喂養。試驗組也傾向于更低的晚發型敗血癥發生率、更低的壞死性小腸結腸炎發生率，且營養指標更好，尤其是鈣和總蛋白攝入量更高。以上結果表明，早產兒喂食含有低劑量異構化乳糖的嬰兒食品是安全的，同時也表明異構化乳糖具有顯著的益生元功效。

Nagendra等[10]給1 名缺乏母乳喂養足月正常女嬰喂食I（不含異構化乳糖的對照組）、II（添加0.5%的異構化乳糖的試驗組）、III（添加1%的異構化乳糖的試驗組）三種配方奶粉，依次喂食奶粉II、奶粉I、奶粉III各3 周，以考察異構化乳糖能否作為益生元添加到嬰兒配方奶粉中以影響嬰兒腸道內的菌群構成。在喂食奶粉II期間，雙歧桿菌菌群明顯增加，大腸桿菌菌群明顯減少，糞便pH值也有所下降；在隨后喂食奶粉I期間，雙歧桿菌菌群減少，大腸桿菌菌群增多，糞便pH值有所上升；當喂食奶粉III 1 周之后，糞便pH值明顯降低，喂食3 周后，雙歧桿菌菌群顯著增加，大腸桿菌菌群也有所增加。以上結果表明，作為雙歧桿菌增殖因子，異構化乳糖可以促進雙歧桿菌的增殖，降低腸道內環境pH值。而添加有0.5%異構化乳糖的配方奶粉可以有效刺激雙歧桿菌繁殖，同時避免大腸桿菌的過度增殖。

難波和美等[11]給1～6 月齡食用正常奶粉的嬰兒喂食添加1 種（異構化乳糖）或2 種（異構化乳糖與棉子糖）益生元的嬰幼兒配方奶粉，以觀察嬰兒糞便中菌群比例的變化。研究發現，食用添加有2 種益生元的配方奶粉較食用1 種益生元的嬰兒糞便中雙歧桿菌顯現出更好的增殖效果，表現出明顯優勢，這說明同時添加2 種益生元更有利于促進雙歧桿菌的增殖并抑制其它細菌的繁殖。此外，從嬰兒糞便中分離出的雙歧桿菌對于異構化乳糖與棉子糖的利用效率不同，由此可以調節奶粉中不同種類益生元的添加比例，控制腸道菌群中各種雙歧桿菌數量的比值。

Ziegler等[12]研究評估了益生元（聚葡萄糖、低聚半乳糖、異構化乳糖）的兩兩不同組合及用量對于健康足月嬰兒從出生到120 天的發育和耐受性情況。試驗將226 名嬰兒隨機分為3 組，分別為對照組（76名，使用不添加任何益生元的配方奶粉），PG4組（74 名，對照組中添加4 g/L的聚葡萄糖與低聚半乳糖混合物），PGL8組（76 名，對照組中添加8 g/L的聚葡萄糖、低聚半乳糖及異構化乳糖的混合物）。研究發現3 個試驗組之間體重增加率和身高增長率都無統計學差異。但30、60、90 日齡檢測糞便黏稠度時，發現3 組之間存在著明顯差異，食用添加有益生元配方奶粉的試驗組嬰兒的糞便比對照組嬰兒更加柔軟。在30 日齡時，與PG4組相比，PGL8組具有更多的排便次數，但在60、90、120 日齡時，PG4組與PGL8組具有相似的排便次數。另外，3 個試驗組間，在痢疾、濕疹、應激性等項目差異顯著。以上結果表明，與食用不添加益生元配方奶粉的嬰兒相比，食用添加益生元混合物配方奶粉的嬰兒可以進行正常的生長發育，并與母乳喂養的嬰兒具有相似的大便特性。

Nakamura等[13]通過在嬰兒配方奶粉中添加益生元來模擬人乳的生理功能。試驗中的嬰兒分為喂食基礎配方奶粉的對照組25 名，喂食基礎配方奶粉添加聚葡萄糖和低聚半乳糖的PG4組27 名，喂食基礎配方奶粉添加聚葡萄糖、低聚半乳糖和異構化乳糖的PGL4組（4 g/L，P∶G∶L=3∶2∶1）27 名，喂食基礎配方奶粉添加聚葡萄糖、低聚半乳糖和異構化乳糖的PGL8組（8 g/L，P∶G∶L=3∶2∶1）25 名，同時母乳喂養組30 名。研究發現，嬰兒對配方奶粉的耐受性良好；母乳喂養組的日常糞便性狀較其它配方奶粉組明顯松軟；任何時間點觀察的微生物亞種沒有明顯變化，微生物菌落比較穩定；對于使用母乳以及添加有益生元配方奶粉來喂養的小月齡嬰兒與大月齡嬰兒相比，其腸道內菌群結構表現不夠穩定，而對照組沒有變化。上述結果表明，在嬰兒早期開始喂養含有聚葡萄糖、低聚半乳糖、異構化乳糖的配方奶粉更有可能影響腸道菌群，并證明了與年齡相關的這些益生元組合對糞便菌群的效果需要進一步研究。

綜上所述，異構化乳糖可單獨或與其它益生元復配用于嬰幼兒配方奶粉中，具有顯著的益生元功效，能夠促進乳酸菌、雙歧桿菌的生長和繁殖，并抑制大腸桿菌的生長，從而改善嬰兒的腸道健康。

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楊凱（1976-），男，碩士，研究方向為乳制品開發與研究。

2017-07-31）