乳鐵蛋白在食品領域的應用專利技術綜述

◎ 楊燕婷

（國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心，江蘇 蘇州 215163）

乳鐵蛋白（Lactoferrin，LF）也稱乳轉鐵蛋白，因其晶體呈紅色早期稱為紅色蛋白，是主要存在于哺乳物動乳清中的球蛋白，1938年由Sorensen M和Sorensen SPL首次從牛乳中分離出來，是一種生物分子量為70～80 kDa的鐵結合性糖蛋白?，F有的乳鐵蛋白產品多來源于不同的原料乳，如牛乳、人乳、山羊乳和駱駝乳等原料乳中，尤其在各種初乳中含量豐富。目前，乳鐵蛋白大部分是從常乳和初乳中分離純化得到的，也可以利用加工奶酪時的副產物乳清分離乳鐵蛋白。

1 乳鐵蛋白功能及應用概述

乳鐵蛋白存在于多種組織中，具有多種多樣的生物學功能，其具有參與鐵代謝、廣譜抗菌、調節機體免疫、抗病毒、抗氧化、避免刺激腸胃、促進腸道益生菌群生長、強化腸道對鐵的吸收、調控細胞增殖、防癌抗癌等生理功效。因此，乳鐵蛋白在臨床衛生、食品保健品、飼料獸藥、化妝品、保鮮和消毒等領域具有廣闊的運用和發展前景[1]。

乳鐵蛋白主要是從牛初乳中提取的一種天然物質，安全可靠，特別是嬰兒食品中添加乳鐵蛋白可增強免疫力，促進生長發育。乳鐵蛋白作為食品成分或食品添加劑的使用在許多國家和地區已經得到法律的承認。美國、日本等許多國家有實驗表明其安全可靠，無毒副作用。乳鐵蛋白在我國是衛生部批準的食品營養強化劑，根據GB 14880-2012《食品營養強化劑使用標準》的要求進行添加。

2 乳鐵蛋白在食品領域應用的專利申請趨勢

2.1 國內外歷年專利申請現狀

全球乳鐵蛋白提取、制備及應用的專利研究起步于1976年，第一篇專利涉及用于幼年哺乳動物的藥品，比如人的缺鐵性貧血口服液[2]，乳鐵蛋白在食品領域的研究則在5年后起步。

全球乳鐵蛋白在食品領域的專利申請量趨勢如圖1所示，表明全球乳鐵蛋白在食品領域的研究大致可以分為1981—1998年的萌芽和緩慢增長期和1999年至今的快速增長期。對比國內外的研究情況，國外對乳鐵蛋白在食品領域的研究較早，1981年開始出現涉及乳鐵蛋白在食品中應用的專利申請，前期技術上突破緩慢，1985年以后才開始出現上升趨勢；1999年后進入快速增長期；2006年國外申請量高達56件，處于國外申請的頂峰；2006年以后，隨著國際經濟的持續低迷，國外的專利申請量有所下滑，近年來國外專利申請量保持平穩。相比較國外，國內乳鐵蛋白在食品應用的專利申請起步稍晚，始于1990年，國內專利申請的走勢大致經歷了1990—2002年的技術萌芽期和2003年至今的增長期，2013年達到頂峰，年申請量68件，隨后略有下降。國內出現快速增長的原因如下：①由于2006年前后，隨著國內外對乳鐵蛋白功能的不斷闡明，其開發利用更具實用價值。②當時我國奶牛產初乳的大部分被作廢料扔掉，造成很大浪費，具有再利用的前景和基礎，隨著乳品業的發展，乳清產量大量增加，因此生產乳鐵蛋白的原料廉價豐富，在我國有生產利用乳鐵蛋白的基礎。因為專利申請的公開需要一定周期。

圖1 全球乳鐵蛋白在食品中應用領域的專利申請量分析圖

2.2 各國專利申請情況

乳鐵蛋白在食品領域應用的專利申請主要集中在8個國家，申請量最大的國家為中國、日本和美國，這3個國家的專利申請量占據了相關領域專利申請量的50%，另外50%則分布在各大乳制品生產和消費國。從圖2可以看出，隨著中國近年來對乳制品產業、健康產業以及母嬰產業的高度重視，以及知識產權保護意識的不斷增強，其有關專利申請量已達到全球申請量的40%，其中，國外申請人按照專利合作條約（即PCT）進入中國國家階段的國際申請占國內申請的37%。凸顯了乳鐵蛋白在食品領域可觀的應用前景以及國外對中國市場的重視。

圖2 全球乳鐵蛋白在食品應用領域的專利申請量國別分析圖

3 乳鐵蛋白在食品領域應用的專利發展方向及熱點

3.1 技術領域分布

從乳鐵蛋白在食品領域的發明重點來看，發明重點在乳鐵蛋白與其他食品組分組合的專利種類占比最大，占75%，進一步與其他功能性成分協同組合發揮作用的占29%，并且發揮協同作用的種類主要分為益生菌與益生，有機酸，活性蛋白、多肽及氨基酸（α-乳清蛋白、免疫球蛋白、谷氨酰胺肽、支配性免疫縮氨酸等），酶（乳過氧化物酶、漆酶等），天然動植物提取物，微生物及礦物質（甘氨酸亞鐵、鈣、維生素C等），見表1。發明重點針對乳鐵蛋白在食品加工過程的改進占8%，這類改進主要為提高乳鐵蛋白的穩定性。5%的專利改進重點在于乳鐵蛋白的制備，主要涉及膜處理手段等提取技術的改進和基因重組技術的介入，用于更高效地分離制備出純度更高、性能更好的乳鐵蛋白；還有專利使用三價鉻與乳鐵蛋白經加熱處理形成三價鉻復合物，并將其添加至乳制品中，供糖尿病患者食用或服用，能夠有效降低患者血糖、血脂、及膽固醇[3]；另有專利通過組合乳鐵蛋白、骨橋蛋白和鐵形成乳鐵蛋白-骨橋蛋白-鐵絡合物，能夠在食品中提供生物利用率良好的鐵，并且避免了令人不快的金屬味或表現出的較差穩定性[4]；5%的專利涉及食品專用乳鐵蛋白的改性，主要涉及酶解技術制得乳鐵蛋白肽、包埋制得緩釋性腸溶薄膜包衣、或者酸凝聚、高溫變性獲得特殊用途，例如向2%～10%乳鐵蛋白溶液中加入豬胃蛋白酶，乳鐵蛋白酶解物與其他輔料組合制得儲藏新鮮馬蘇里拉奶酪的鹵水凝膠[5]。

表1 乳鐵蛋白各專利技術領域及其申請情況表

乳鐵蛋白在食品領域的應用主要分為2個部分，95%的專利涉及乳鐵蛋白以功能性成分的形式添加到食品組合物中；5%的專利涉及將乳鐵蛋白作為保鮮劑運用于食品。各食品種類中，乳制品添加乳鐵蛋白的專利超過一半，其中奶粉，特別是嬰幼兒配方奶粉占比最大。在食品保鮮應用方面，主要利用乳鐵蛋白的抑菌或抗氧化劑作用，其中針對肉類保鮮的專利占絕大多數。應用方式上，乳鐵蛋白主要通過與其他保鮮劑組合共同發揮作用，組合使用最多的成分為乳酸鏈球菌素、乳酸及衍生物、溶菌酶這些肉制品常用的保鮮劑。從乳鐵蛋白在食品領域的適用對象看，嬰幼兒占比最大，其次是病人、老人和孕產婦，表明乳鐵蛋白的應用人群主要集中在需要提高營養水平、增強體質的特殊年齡和類別的人群中。

進一步分析乳鐵蛋白在食品領域專利的技術功效分布情況?；诿庖吖πУ膶＠夹g占24%，這是由于接近母乳是嬰幼兒配方奶粉研發的核心訴求，母乳中乳鐵蛋白含量較高、而配方奶粉中乳鐵蛋白含量不足，添加該活性蛋白可以模擬母乳，發揮其刺激免疫細胞因子產生的作用；抑菌功效的專利占13%，在食品保鮮領域主要發揮其廣譜抑菌作用；參與鐵代謝的專利占12%，主要用作缺鐵性貧血的補鐵劑或者平衡體內鐵的代謝，與常規無機鐵制劑相比，乳鐵蛋白能夠提高鐵的吸收率，降低不良口味，提高服用接受度；促進胃腸道健康的專利占10%，可調節腸道菌群、促進新生兒腸道黏膜免疫功能發育、刺激胃動力等，緩解或者避免腸道菌群失調帶來的便秘或者腹瀉癥狀，該類發明常常與益生菌或益生元組合使用。

3.2 國內外機構在華的專利技術布局和特點

在我國申請食品領域用乳鐵蛋白的專利，數量較多的國外企業有雀巢（32件）、MJN美國控股（17件）、澳優乳業（8件）、獅王株式會社（6件）等，國外企業的專利研究主要集中在乳制品領域中乳鐵蛋白作為特定功能成分單獨或與其他功能性成分或加工方法相結合的研究，乳鐵蛋白在加工和使用過程中的穩定性研究。雀巢公司作為乳鐵蛋白領域中主要的申請人，在該領域中積極進行專利布局，分別提交了40件與乳鐵蛋白相關的同族專利申請，其中32件已在國內申請，主要側重于在奶粉中添加不同種類、含量或用途的乳鐵蛋白，以制備針對嬰幼兒，尤其是初生嬰兒的功能型奶粉的專利申請。MJN美國控股在華申請的專利主要集中于乳制品加工中在低于乳鐵蛋白變性溫度或者避開乳鐵蛋白等電點的條件下采用超濾、膨脹床吸附層析分離等非熱除菌的加工方法、添加穩定性更強的非人乳乳鐵蛋白等手段保護乳鐵蛋白的活性，另外，還研究了乳鐵蛋白作為增強腦部、神經元發育的成分，作為抑制細菌病原體黏附、刺激免疫細胞因子產生的功能性成分單獨或與益生元組合添加于嬰幼兒乳制品中。澳優乳業僅涉及乳鐵蛋白在嬰幼兒配方食品中的一般性添加。獅王株式會社在我國申請的專利數量雖然相對較少，但是結案案件75%授權，發明點涉及技術細節，依托公司在消化系統健康領域的優勢，擴展了乳鐵蛋白在普通食品種類、飲料、口香糖等食品組合物中的應用，并且著重研究乳鐵蛋白與麥芽糖醇、漆酶、短乳桿菌等協同使用發揮特定的作用。

國內申請人的專利研究主要集中在乳鐵蛋白作為功能性成分添加于食品組合物或者食品的保鮮中，另外還涉及乳鐵蛋白在加工和使用過程中的穩定性研究，國內申請數量較多的國內企業和大學有光明乳業（17項）、內蒙古伊利實業（14件）、內蒙古蒙牛乳業（14項）、東北農業大學（10項）等，以上4組申請人的專利主要集中在乳品領域。光明主要關注在不同的細分奶制品中，比如奶粉、發酵乳、奶昔粉、乳酪保鮮中添加；伊利主要關注在液態奶制品中添加，并研究其穩定性的保持；蒙牛則關注于液態奶，以及充氣乳飲料等新型乳飲料中的應用，并探索所發揮的不同功效；東北農業大學針對配方奶粉進一步研究乳鐵蛋白與其他組分復配所發揮的作用。

3.3 重點專利技術分析

乳鐵蛋白其熱穩定性很差，等電點約為8.9，在中性條件下具有熱不穩定，溫度為65～69 ℃即開始失活，因此加熱時間不能過長；在酸性條件下乳鐵蛋白較耐熱，在中性和堿性條件下則改變結構發生渾濁和凝膠化。改變結構的乳鐵蛋白不具有生物活性，因而乳鐵蛋白在食品領域應用時會受到很大限制。為了解決該問題，17%的專利就如何提高乳鐵蛋白的熱穩定性開展研究?？赏ㄟ^改變殺菌方式防止乳鐵蛋白失活，非熱除菌或者短時殺菌，具體為膜過濾、超高壓均質、超聲滅菌和HTST殺菌法等。主要有如下方法，①調整生產流程，將乳鐵蛋白等熱敏感物料和其他物料分開處理，分別采用不同工藝組合，并對熱敏感的水溶性物料采用膜過濾、低熱殺菌等，避免了原料營養成分損失和變性，在最大可能的保存營養成分的前提下除去微生物。②提高添加量，彌補熱加工中的損失量。③改性處理，酶水解或添加碳水化合物穩定劑，酸性條件下借助胃蛋白酶分解得到穩定性更高的去鐵乳鐵蛋白，或者添加陰離子多糖高甲氧基果膠與陽離子的乳鐵蛋白形成親水性復合物，添加微孔淀粉等包埋處理乳鐵蛋白，提高其穩定性[6]。此外，有專利構建了食品級材質的乳鐵蛋白油包水（W/O）型微乳體系，利用微乳體系較低的水活度的特點，實現對提高乳鐵蛋白耐熱性，從而在加熱滅菌處理食品原料的過程中，盡量多地保存原料中乳鐵蛋白的活性含量[7]。

4 結語

乳鐵蛋白具有優異的生物活性，具有廣泛的應用前景和不可估量的營養學價值。隨著嬰幼兒食品越來越趨向于母乳化，模仿母乳中功能性成分的添加已成為現今嬰幼兒食品的整體趨勢。乳鐵蛋白在食品領域的研究主要集中在乳制品，特別是嬰幼兒配方奶粉方面，同時針對其他人群、其他食品種類的研究在不斷增加。改進加工工藝及采用改性辦法保證乳鐵蛋白穩定性，以更好地發揮其生物活性是專利研究的重點和趨勢。此外，由于乳鐵蛋白的已知功能已基本被闡釋，新的研究趨勢將是乳鐵蛋白如何與其他活性物質聯合使用發揮協同效果方面。