水解蛋白在嬰幼兒營養配方食品中應用的研究進展

(國家市場監督管理總局保健食品審評中心，北京 100070)

我國每年新出生嬰兒約1700萬,母乳始終是所有嬰幼兒最理想的營養來源[1],但對于無法滿足純母乳喂養的嬰幼兒而言,以牛乳為原料的營養配方食品成為了首選的替代品。但存在于牛乳中的大量αs-酪蛋白造成酪蛋白膠束粒子顆粒大,在嬰兒胃中形成凝塊,并且嬰兒胃中所含胃蛋白酶活性極低,蛋白質的凝塊會影響其消化吸收。而且牛乳中β-乳球蛋白含量較高,易引起部分嬰兒過敏[2],據統計嬰幼兒中乳蛋白過敏發生率為2%～6%[3]。而水解后的蛋白質能減少過敏原獨特型抗原表位的空間構象和序列,顯著降低抗原性,以此降低嬰幼兒對乳蛋白的過敏性。因此與普通配方乳粉相比,水解蛋白配方乳粉具有易吸收、低致敏等優勢,更適合于消化系統發育不成熟的嬰兒食用,在一定程度上可以降低由于乳蛋白過敏而誘發的患病風險[4]。

水解蛋白是指完整蛋白質經過加熱和(或)酸、酶等物質的作用,分解為小分子蛋白、肽段或氨基酸,以降低大分子蛋白的致敏性。根據蛋白質水解程度的不同,可將其分為部分水解蛋白和深度水解蛋白,但這種分類沒有法規上的標準[5]。水解蛋白多呈淡黃色、具有特殊氣味、能溶于水,其營養成分與未水解的蛋白質相差無幾,一些礦物質元素含量甚至高于后者,并且可以與其他物質共同加工成功能型食品,供乳蛋白過敏人群食用。因具有低致敏、易吸收、提高蛋白質利用率及生物效價等優勢,適合于消化系統發育不成熟及乳蛋白過敏的嬰幼兒食用。本文主要綜述了水解蛋白在以乳粉為代表的嬰幼兒營養配方食品中的應用及其營養特性,并對其生產工藝、質量控制及相應標準進行了介紹。

1 水解蛋白在嬰幼兒營養配方食品中應用

目前水解蛋白在嬰幼兒營養配方食品中的應用主要分兩類:特殊醫學用途嬰兒配方食品和普通嬰幼兒配方食品。根據蛋白質的水解程度,特殊醫學用途嬰兒配方食品又可以分為乳蛋白部分水解配方、乳蛋白深度水解配方和氨基酸配方三類。

1.1 特殊醫學用途嬰兒配方食品

1.1.1 乳蛋白部分水解配方 牛乳蛋白經過加工分解生成易消化的小分子乳蛋白,以此為原料生產的乳粉稱為乳蛋白部分水解配方乳粉,其中蛋白分子質量普遍分布在3000～10000 Da之間[6]。雖然小分子乳蛋白比正常牛乳蛋白分子量小很多,但仍然保留了部分免疫活性肽,因此,乳蛋白部分水解配方乳粉不僅可以降低大分子乳蛋白的致敏性,也可以溫和地訓練免疫系統,提高嬰兒對蛋白的耐受性。有研究證明,與完整牛乳蛋白或大豆蛋白配方乳粉相比,出生后食用乳蛋白部分水解蛋白配方乳粉的高危嬰兒患過敏性疾病的幾率降低了50%左右,并且數據表明,乳蛋白部分水解配方乳粉不僅僅能夠延遲疾病的發生,而且能起到預防作用[7]。歐洲大多數營養方面的專業委員會均推薦非母乳喂養或部分母乳喂養的易患過敏疾病的嬰兒使用乳蛋白部分水解配方乳粉[8]。乳蛋白部分水解配方乳粉既可以用于預防健康嬰幼兒牛奶過敏,也可以作為牛奶過敏嬰幼兒治療期間從深度水解配方轉至普通配方時的過渡飲食干預選擇,營養價值全面,能夠支持嬰幼兒的正常生長發育,并且與深度水解配方相比口感更好,嬰幼兒更容易接受,價格也相對適中[9]。

1.1.2 乳蛋白深度水解配方 在加熱或酶等條件下蛋白質深度水解,使易引起過敏反應的大分子乳蛋白水解成分子質量小于3000 Da的短肽。乳蛋白深度水解配方即是以此為原料的特殊醫學用途配方食品,由于免疫系統不會對這些短肽產生有效的免疫應答,適用于嬰幼兒過敏的治療[10]。歐洲兒科胃腸病、肝病和營養協會(ESPGHAN)文件表明,深度水解配方主要用于牛乳過敏的治療,而部分水解配方則更具有預防功能[11]。美國兒科學會一篇文獻中也報道了高過敏風險的嬰兒可能會受益于深度水解配方乳粉[12]。因此,乳蛋白過敏比較嚴重的新生兒應當選擇深度水解配方乳粉,而過敏癥狀較輕的新生兒選擇部分水解配方即可。一般情況下,若嬰兒在食用深度水解配方乳粉后的6個月內沒有發生任何過敏癥狀,便可以先轉成食用部分水解蛋白配方乳粉,再慢慢轉成食用普通配方乳粉。

1.1.3 氨基酸配方 氨基酸配方是指利用某些單體氨基酸代替蛋白質,成為以氨基酸分子為基礎的脫敏營養食品,可減少對嬰兒胃腸道的刺激,適用于蛋白過敏嬰兒,并且可以根據嬰兒代謝狀況,適當調整某些礦物質和維生素的含量[13]。與其他水解配方乳粉相比,氨基酸配方不含乳蛋白或水解肽,也可以用于新生兒牛乳過敏癥狀的治療,減輕嬰幼兒胃腸道負擔,減緩由于過敏導致的腹瀉等癥狀。一般針對嚴重牛乳過敏導致生長發育障礙的嬰兒才會選用氨基酸配方乳粉[14],但不適合長期食用,隨著年齡的增長,嬰兒的免疫能力、消化能力也有所提高,便可以逐漸進行改變。氨基酸配方除可用于嚴重乳蛋白過敏或對深度水解蛋白配方不耐受的新生兒,也適用于腸道消化功能不全以及一些非IgE介導的胃腸道疾病患兒[15]。對此類特殊醫學用途配方食品的科學使用十分重要,美國波士頓兒童醫院曾報導了氨基酸配方在牛奶過敏兒中的濫用和過度使用問題[16]。特殊醫學狀況嬰兒應在醫生指導下選用,明確使用范圍,正確診斷、準確治療、必要隨訪等措施都十分重要。

1.2 普通嬰幼兒配方食品

以普通嬰幼兒配方乳粉為代表的普通嬰幼兒配方食品是不能母乳喂養或母乳喂養不足的健康足月嬰幼兒主要食物來源。在某些普通嬰幼兒配方乳粉中添加部分水解乳清蛋白和(或)水解酪蛋白制成的乳粉,成品中既含有完整蛋白質,也含有經部分水解的蛋白質。目前我國對此類配方乳粉使用部分水解乳蛋白的種類、質量標準、添加量均沒有明確規定。

據市場調查,以往某些乳品企業在其個別配方中使用了水解蛋白并宣稱這一類配方“更加舒適”、“小分子蛋白質更易被嬰幼兒胃腸道消化吸收”、“有助于減輕腸胃負荷并降低乳蛋白的致敏性”等。但是此類配方乳粉臨床研究數據少,更缺少不同類型配方營養特性對比研究。雖然部分水解蛋白配方乳粉能滿足健康足月嬰兒的營養需求,目前已經獲得的有限的研究數據未表明其對健康足月嬰兒有潛在危害。然而部分水解蛋白配方乳粉對健康足月嬰兒的功效性和安全性方面數據依然缺乏,特別是長期結果(包括免疫、代謝、荷爾蒙作用和認知發育)的數據稀缺或不存在,也沒有證據表明相比于完整蛋白,部分水解蛋白會對嬰兒消化系統的發育完善造成延緩[17]。普通嬰幼兒配方奶粉中添加部分水解蛋白,對健康足月嬰兒的安全性、營養充足性以及臨床功效均需經過大量科學研究數據證實,科學證實不充足條件下,在嬰幼兒配方乳粉添加一部分水解蛋白必要性需要考量。

2 水解蛋白配方乳粉的營養特性

水解蛋白配方乳粉與普通嬰幼兒配方乳粉一樣,能夠提供嬰幼兒生長發育所需的熱量、碳水化合物、脂肪、維生素和礦物質等,只是完整的蛋白質由小分子蛋白或游離氨基酸所替代,在滿足嬰幼兒生長發育營養需求的基礎上降低乳蛋白導致的嬰兒過敏、腹瀉等疾病的發生率。通過蛋白酶水解工藝,將高致敏性的乳蛋白變成低致敏性的小分子蛋白、肽段或氨基酸,不僅可以解決酪蛋白凝塊消化難的問題,也可以降低乳蛋白的抗原性。乳清蛋白經酶水解不僅能顯著改善其應用特性,而且會產生有著特殊生理功能的生物活性肽。正因如此,作為熱點之一,目前關于水解蛋白及其解決嬰幼兒乳蛋白過敏問題的研究與報道也相對較多。

2.1 滿足特殊人群營養需求

相比于普通配方乳粉,水解蛋白配方乳粉不僅能滿足健康嬰幼兒的營養需求,也能更好的滿足早產兒、術后患兒等特殊人群對營養的需求。黃曉虹[18]通過選取41例外科腸道手術新生兒,研究水解蛋白配方乳粉對外科腸道手術后新生兒康復及體重的影響,其中20例對照組喂食普通配方乳粉,21例觀察組嬰兒則食用水解蛋白配方乳粉。結果顯示,觀察組出院時間、喂養不耐受發生率、體重增長分別為(18.4±3.3) d、19.0%、(0.7±0.1) kg,而對照組分別為(23.5±4.9) d、65.0%、(0.4±0.1) kg,并且差異有統計學差異(p<0.05),說明水解蛋白配方乳粉可以改善外科腸道手術后嬰兒的腸道功能,提高營養吸收率。羅智花[19]等探討了深度水解蛋白乳粉對早產兒的影響,觀察組喂養深度水解蛋白配方乳粉,對照組則選擇早產兒配方乳粉。研究結果表明,深度水解配方乳粉可以降低早產兒喂養不耐受發生率,促進胎便的排出,縮短達到全腸道喂養的時間及住院時間,但體重增長以及出院時宮外發育遲緩發生率等問題,有待進一步研究。

2.2 緩解皮膚過敏反應

嬰幼兒乳蛋白過敏的臨床表現涉及多器官多系統,皮膚過敏屬于較為常見的過敏癥狀之一,其常見的反應有濕疹、特應性皮炎、過敏性皮炎等。陳科等[20]在58例患兒的研究中發現,適度水解蛋白配方乳粉能有效改善嬰兒對乳蛋白的不耐受性,并對嬰兒濕疹等過敏癥狀也能起到一定的預防作用。德國的Berg等[21]在一項隨機雙盲試驗中,選取了2252名新生兒進行水解蛋白配方乳粉與普通配方乳粉預防過敏作用的對比研究,跟蹤3年后發現深度水解酪蛋白乳粉可以顯著降低嬰幼兒特應性皮炎的患病率,同時發現水解蛋白配方乳粉并不能降低哮喘的患病率。Bhanegaonkar[22]等在研究中也發現,與喂食普通牛乳配方乳粉的嬰兒相比,出生后4個月內喂食部分水解乳清蛋白配方乳粉的嬰兒患特應性皮炎幾率降低了14%,說明部分水解蛋白配方乳粉對易患過敏疾病的嬰兒具有一定的預防作用。Marini[23]等在一項歷時3年的飲食干預研究中報道,干預組(即喂養適度水解配方乳粉)與非干預組的人體測量數據均正常,但是在第一年、第二年和第三年的訪問中發現,干預組的嬰兒患上過敏性皮炎的累計患病率明顯低于不干預組。由此可見,水解蛋白配方乳粉對預防和治療乳蛋白過敏引起的皮膚病具有一定的療效。

2.3 提高胃腸道耐受性

水解蛋白配方乳粉不僅易于被嬰幼兒胃腸道消化吸收,還可通過提高嬰幼兒胃腸道耐受性來緩解便秘、腹瀉等胃腸道過敏反應。Staelens[24]等通過測定攝入乳粉4 h后胃殘留量來評定普通配方乳粉、部分水解蛋白乳粉和深度水解蛋白乳粉三種不同乳粉對胃排空的作用。結果顯示,三組胃排空時間分別為55、53、46 min,說明水解蛋白在一定程度上對胃排空起到促進作用。Mihatsch等[25]在一項隨機對照試驗中發現,水解蛋白配方乳粉可以提高喂養耐受性、縮短達到全腸道喂養的時間。張少冰等[26]選取了179例身體檢查正常的便秘嬰兒,在所有嬰兒均采用助消化藥物、益生菌、中藥等進行治療的基礎上,對照組不改變喂食配方,研究組喂食部分水解蛋白配方乳粉,結果表明,部分水解蛋白配方乳粉對嬰兒功能性便秘有較好的療效。顏海青[27]等通過觀察發現,利用深度水解蛋白配方乳粉替換普通配方乳粉后,可以有效減緩嬰兒乳蛋白過敏性腹瀉。綜上所述,水解蛋白配方乳粉可以通過促進胃排空,縮短達全腸道喂養時間來顯著改善嬰幼兒的胃腸道耐受性,其中的小分子蛋白更易被嬰幼兒消化吸收,從而減輕了乳蛋白過敏引起的便秘、腹瀉等癥狀,提高蛋白質的消化吸收率并降低致敏性。

3 水解蛋白及其配方食品質量控制

水解蛋白的生產工藝主要分為酸法、堿法和酶法3種[28],由于酶水解具有反應條件溫和,對氨基酸破壞少等優點,近年來被廣泛應用[29]。在酶法水解過程中,酶的種類、水解條件、水解時間、水解產物的測定以及標準要求均會影響水解蛋白的質量水平。

3.1 生產工藝

水解蛋白的生產通常是將初始蛋白質進行分離后,通過加熱、超過濾等生產工藝,在蛋白酶的催化作用下,使得多肽鏈不同位點處的肽鍵被切割,從而形成不同分子質量不同的肽段或氨基酸[30]。目前國內外報道較多的水解蛋白酶主要有胰蛋白酶、胃蛋白酶、堿性蛋白酶、中性蛋白酶、植物蛋白酶、凝乳酶、風味酶等[31]。酶的專一性作用位點使得蛋白質水解后形成的肽分子與氨基酸的種類、數量均有差異,進而影響蛋白的消化吸收率,因此為獲得易吸收、口感佳、營養價值高的水解產物,選擇合適的水解酶是生產水解蛋白重要的步驟之一。也有研究表明,兩種或兩種以上蛋白水解酶的相互作用可以提高單一酶類的水解效率,既增加了作用位點的多樣性,也提高了水解產物的質量[32]。

在酶法水解過程中,除去酶的種類,水解條件、水解時間、pH等因素也會對肽鏈、氨基酸等水解產物造成差異性,因此水解產物性質的測定也是生產水解蛋白的關鍵步驟之一[31]。水解度代表蛋白質在水解過程中肽鍵裂解的程度或百分比,一般來說,水解物的抗原性部分取決于水解后分子質量[31],可以通過檢測牛乳蛋白水解產物的分子量分布,根據分子量的大小,間接判斷水解產物是否具有過敏性的風險[33]。目前通常采用pH-stat法、鄰苯二甲醛法、三硝基苯磺酸法以及反相高效液相色譜、離子色譜等測定方法來檢測蛋白水解度及氨基酸質量分數,采用酶聯免疫吸附法來測定牛乳水解產物抗原性。水解度、分子量分布及抗原性等水解產物測定是水解蛋白質量控制的關鍵,也是其在營養配方乳粉中應用的重要理論基礎。

3.2 水解蛋白及其配方食品質量標準

因水解蛋白特殊工藝和營養特性,目前水解乳清蛋白和水解酪蛋白分別執行《食品安全國家標準 乳清粉和乳清蛋白粉》[34](GB 11674-2010)和《食品安全國家標準 酪蛋白》[35](GB 31638-2016),標準中分別從感官要求、理化指標、微生物限量等方面進行了相關規定,但這兩個質量標準質量仍有待進一步完善。質量控制檢測指標不僅包括營養成分分析、礦物質分析、特征氨基酸組成分析、微生物和污染物等,還需增加蛋白質水解度、水解產物中分子量分布檢測和水解產物抗原性測定,并且成品生產后需檢測殘余水解蛋白酶活性,確保酶制劑徹底滅活,從而不與用于成品生產的其它任何原輔料發生相互作用。

2016年國家食品藥品監督管理總局頒布《特殊醫學用途配方食品注冊管理辦法》[36]和《嬰幼兒配方乳粉產品配方注冊管理辦法》[37],規定這些特殊食品實行注冊管理,截至2018年8月7日,特殊醫學用途配方食品中共有三個乳蛋白部分水解配方產品通過注冊。同時,國家衛生和計劃生育委員會制定的《食品安全國家標準 特殊醫學用途嬰兒配方食品通則》[38](GB 25596-2010)中規定蛋白質含量需控制在0.45～0.70 g/100 kJ(1.88～2.93 g/100 kcal),并將乳蛋白部分水解配方和乳蛋白深度水解配方或氨基酸配方列為常見特殊醫學用途嬰兒配方食品。通過加強水解蛋白配方乳粉監管,提高準入門檻,嚴格水解蛋白配方乳粉原料來源、制備工藝、質量控制審查,鼓勵企業開展水解蛋白嬰幼兒配方乳粉應用基礎研究和臨床研究,特別是營養特性、長期安全性和質量可控性研究,以科學證實數據指導水解蛋白嬰幼兒配方乳粉合理使用,為嬰幼兒健康成長發育提供保障。

4 結語與展望

嬰幼兒屬于極易誘發過敏癥狀的群體,由于其胃腸道發育不成熟,免疫系統不完善,加上外界抗原的刺激,常常會出現濕疹、皮炎、腹瀉、便秘等癥狀。研究表明,水解蛋白配方乳粉不僅能滿足嬰幼兒正常生長發育、對乳蛋白過敏現象也能起到一定預防作用,深度水解配方乳粉與氨基酸配方乳粉針對的是乳蛋白嚴重過敏的病患兒,并應當嚴格遵循醫生指導。為嚴格控制水解蛋白配方乳粉的質量安全,我國也陸續頒布了相應的法規標準,但其中不足之處仍有待進一步修訂完善,涉及配方、工藝和質量標準等方面的技術要求仍有待進一步細化。

目前國內外已開發出了多種水解蛋白營養配方,但相比于國外種類繁多、營養特性各異的水解蛋白配方食品,國內嬰幼兒水解蛋白配方食品起步較晚、發展空間較大,消費者對水解蛋白配方乳粉的認知度也較低。因此,進一步利用創新性工藝和先進的技術開發出多種易吸收、低致敏性、助耐受、具有不同營養特性的水解蛋白配方食品對我國嬰幼兒營養配方食品的發展具有重要意義。