牛奶中助眠功能成分研究進展

楊晉輝，王孟輝，李洪亮,3，高飛，錢文濤

（1.蒙牛高科乳制品（北京）有限責任公司，北京101100；2.內蒙古蒙牛乳業（集團）股份有限公司，呼和浩特011500；3.蒙牛乳業（北京）有限責任公司，北京101100）

0 引言

睡眠障礙是世界范圍內較為流行的健康問題。美國國家健康訪談2002年的調查顯示，一年內有17.4% 的成年人存在失眠或睡眠障礙[1]。在法國、芬蘭、韓國和日本分別有29% 、37.6% 、17% 和21.4% 的受試人群被睡眠問題所困擾[2]。失眠經常伴隨著焦慮、抑郁等精神問題，并與高血壓、II型糖尿病、疼痛等健康問題相關[3]。美國一家睡眠組織曾對失眠的經濟損失做出估算，每年美國用于治療失眠的藥物需花費140億美元，而由失眠引起的效率低下和怠工引起的經濟損失為280億美元[4]。

牛奶中α-乳白蛋白的氨基酸序列中含有5.3% 的色氨酸[5]。色氨酸在體內可用于合成5-羥色氨酸，并進一步代謝成為褪黑激素，參與睡眠調節[6]。奶牛體內的褪黑素分泌在夜間達到峰值，所以夜間生產的牛奶中褪黑素濃度較高[7]。此外，向牛奶中添加助睡眠功能成分，如α-乳白蛋白/色氨酸、γ-氨基丁酸、纈草提取物、酪蛋白水解肽等，也可以達到相應功效。

1 褪黑素富集牛奶

動物試驗中，雖然有研究通過靜脈注射、皮下埋植、口服顆粒制劑、灌服等方式提高奶牛的褪黑素攝入量，但實際生產中這些外源添加形式并不符合動物福利的要求。褪黑素也并未出現在農業農村部頒布的《飼料原料目錄》或《飼料添加劑品種目錄》中。因此，牛奶中天然褪黑素的富集只能通過光照調節和飼料配方調整來影響奶牛體內褪黑素的分泌，增加褪黑素由血液向牛奶的轉移量。

1.1 光照調節

芬蘭[8]、英國[9]、德國[10]和我國[11]等已有專利通過光照控制的措施來提高牛奶中的褪黑素含量，也有報道[6]對相應生產技術進行了系統的綜述，具體內容如表1所示。

芬蘭專利建議的早晨擠奶時間為6:30，推薦的光照制度中光照/黑暗時間比為17∶7[8]。英國專利要求暗周期最好與自然節律一致，每天至少兩次擠奶，暗周期結束前有一次擠奶[9]。德國專利要求暗周期光源的波長不得在500 nm以下，理想光源除紅色外還有琥珀色、橙色或黃色，并且發現，光周期的延長有助于提高奶牛的產奶量[10]。與之前的專利方案相比，我國專利延長了暗周期的時間，增加了采奶期，并給動物飼喂紅豆、酵母和小米，有利于乳糖合成，提高產奶量[11]。

表1 不同國家專利中光照條件控制及牛奶中褪黑素濃度[6]

1.2 飼料

褪黑素是由色氨酸在體內經一系列反應合成，改善日糧中色氨酸的供給，可能會在一定程度上提高奶牛褪黑素的分泌。經過文獻整理，發現3篇報道牛奶褪黑素含量的文章，研究中日糧成分如表2所示。

表2 各參考文獻中日糧配方表

基礎日糧的構成會影響奶牛對色氨酸的利用。首先，根據《中國飼料營養成分及營養價值表》（第24版），豆粕、菜籽粕、棉籽粕等蛋白飼料中富含色氨酸（0.43% ～0.65% ），苜蓿草粉中色氨酸含量為0.24% ～0.43% ，而玉米中色氨酸含量較低（0.06% ～0.08% ）。如果飼料中蛋白飼料含量過低，奶牛攝入色氨酸量偏少，褪黑素合成量就會偏低。其次，飼料中纖維可以促進奶牛反芻，但另一方面也會吸附飼料中的營養物質，包括色氨酸，導致飼料中的色氨酸的利用率下降，間接減少褪黑素的分泌。一篇報道[12]中飼料中豆粕比例達到13.6% ，所需纖維全部來自于適口性較好的玉米青貯，其夜間奶褪黑素的含量達到了36 pg/mL。

色氨酸的添加形式會影響褪黑素的分泌量。與未添加的對照組相比，每天每頭添加220g的過瘤胃色氨酸（含量45% ，過瘤胃率85% ）會顯著增加凌晨牛奶中褪黑素的含量（20.10 pg/mL vs.18.84 pg/mL）,而每天每頭添加100 g的色氨酸處理組的牛奶褪黑素含量（17.17 pg/mL）與對照組無顯著差異[13]。

過瘤胃色氨酸的添加量也會影響褪黑素的分泌量。另一項研究中[14]，每兩天給奶牛飼喂一次250 g的過瘤胃色氨酸（含量為25% ），其夜間牛奶在試驗期0、2、5、7天褪黑素的含量分別為8.3±2.0 pg/mL、9.4±2.8 pg/mL、8.9±2.2 pg/mL、10.5±2.5 pg/mL，對應對照組分別為6.3±1.0 pg/mL、6.4±1.2 pg/mL、6.7±0.9 pg/mL、3.9±1.2 pg/mL，統計并無顯著差別。過瘤胃色氨酸在這項研究未提高牛奶中褪黑素的含量，可能是由于過瘤胃色氨酸添加過低，不足以使褪黑素的分泌量增加到顯著差異的水平。

1.3 天然富集褪黑素牛奶的助睡眠功效

迄今為止，關于天然富集褪黑素的牛奶對人體睡眠質量影響的研究較少。一項芬蘭開展研究中[15]，所使用夜間產牛奶中褪黑素的含量為10～40 ng/L，每天飲用量為0.5 L。研究分為兩個部分：第一部分在春天進行，研究對象為患有癡呆的老年人（70歲以上），結果表明，夜間產牛奶中褪黑素對睡眠質量并無顯著影響，反而是季節對于重度癡呆患者的睡眠質量影響顯著；第二部分在冬至前后進行，研究對象為正常的老年人，結果表明，夜間產牛奶并未能改善睡眠質量，只是在季節效應的基礎上，提高了日間老年人的活力。綜上，夜間產牛奶的攝入并未有效改善老年人的睡眠質量，而是一定程度上提高了非睡眠時間的活力。因此，褪黑素富集牛奶對于人體的助睡眠功效還需進一步試驗證明。

2 外源添加

除了牛奶中的固有成分外，許多牛奶生產過程中還會添加其他具有助睡眠功能的活性成分。國內相關專利及其功效成分如表3所示。

2.1 色氨酸和α-乳白蛋白

色氨酸（Trp）在體內可以轉化為5-羥色胺，而5-羥色胺對于睡眠有直接促進作用。相應研究表明，5-羥色胺能激活能促進蘇醒和抑制慢波睡眠或快速動眼睡眠，中縫背核釋放5-羥色胺能遞質的速率在蘇醒期間保持穩定，而在慢波睡眠期間速率下降，快速動眼睡眠期間幾乎停止釋放[16]。與飲用普通牛奶（1.5% Trp）對照組和反向對照組（白天飲用色氨酸強化牛奶（3.4% Trp），晚上飲用普通牛奶）相比，試驗組（夜間飲用色氨酸強化牛奶，白天飲用普通牛奶）的嬰兒有明顯的睡眠參數的改善，包括睡眠時間更長、效率更高、睡眠期間動作和蘇醒次數更少。與對照組相比，試驗組嬰兒5-羥色胺的水平多了一倍，而5-羥色胺的代謝產物5-羥基吲哚乙酸卻多出70% ，剩下30% 的5-羥色胺很可能用于合成褪黑素[17]。母乳中色氨酸分泌的生理節律峰值在凌晨3:00，這使得母乳喂養嬰兒6-羥基硫酸褪黑素生理節律出現在上午6:00，同時也促進了睡眠[18]。

表3 助睡眠功效乳制品的專利及相應的助睡眠成分

與飼喂300 mg乳蛋白飼料的小鼠和對照組（等能量）小鼠相比，補充300 mgα-乳白蛋白強化飼料能夠幫助小鼠在1天內調整由于限飼引起的睡眠紊亂，包括縮短蘇醒時間和增加慢波睡眠時間[19]。人體臨床試驗表明，與對照組（攝入20g酪蛋白酸鈉）相比，當晚餐攝入20gα-乳白蛋白時，受試者入睡前的血液內Trp/LNAA提升了130% ，且次日早晨的睡意明顯減少，注意力更加集中[20]。

2.2 纈草成分

纈草成分來自于纈草屬根部水溶性提取物。臨床試驗表明，在攝400 mg纈草提取物后，試驗組有37% 測試人員認為自己睡眠潛伏期變短，這個比例顯著高于對照組（攝入400 mg紅糖）的23% ，其中有49% 的老人、44% 的男性、43% 的睡眠質量糟糕或睡眠不規律受試人員認為纈草成分降低了他們的入睡時間。與對照組（25% ）相比，試驗組有更高比例（43% ）受試人員認為自己的睡眠質量好于平時，其中，睡眠質量較差的年輕（45% ）和女性（50% ）受試者認為纈草成分能改善睡眠質量的人員比例顯著高于對照組相應成員的比例（16% ，23% ）[21]。另外一項研究中，當纈草成分攝入量達到450 mg和900 mg時，睡眠潛伏期分別為18.5 min和9 min，顯著低于對照組23 min[22]。也有研究顯示，320 mg纈草提取物的攝入平均縮短入睡時間16.7 min[23]。系統性的研究綜述在總結16篇前人研究的基礎上指出，纈草提取物能夠改善睡眠質量，而無任何副作用[24]。美國一家乳品公司在牛奶中加入一定量的纈草提取成分，開發了一款用于促進晚上睡眠的牛奶飲品Sleep Well。

2.3 γ-氨基丁酸

在給小鼠注射30 mg/kg戊巴比妥的亞催眠試驗中，攝入60 mg/kgγ-氨基丁酸的小鼠入睡率為66% ，高于對照組的40% ，入睡時間也要長于對照組（26.5 min vs.21.4 min）；當注射42 mg/kg戊巴比妥的睡眠劑量時，γ-氨基丁酸的攝入顯著縮短了睡眠潛伏期（3.5 min vs.2 min），延長了睡眠時間（100 min vs.75 min）；在重復的三期試驗中，γ-氨基丁酸攝入延長了小鼠的總睡眠時間 (4.5 h vs.6～6.5 h) ，特別是快速動眼睡眠的時間 (1.2 h vs.2.8～3 h) ，雖然也降低了小鼠的蘇醒時間（2.6 h vs.1.5～2 h），但結果并不顯著。進一步的轉錄組學試驗表明，γ-氨基丁酸有可能通過γ-氨基丁酸α型受體來調節睡眠的數量和質量[25]。此外，外源補充的γ-氨基丁酸還可以通過旁路分解代謝為γ-羥基丁酸，是一種可以通過血腦屏障的強效中樞鎮靜劑[26]。相應的臨床試驗表明，γ-羥基丁酸可以增加失眠病人的δ睡眠，改善睡眠質量，幫助致命性家族失眠癥病人恢復3小時慢波睡眠[27]。因此，γ-氨基丁酸也有可能通過代謝為γ-羥基丁酸進一步改善睡眠[28]。

2.4 酪蛋白水解肽

小鼠實驗中，與對照組相比，150 mg/kg酪蛋白水解肽的攝入量延長了戊巴比妥誘導的睡眠時間（第一天3711 s vs.2847 s，第五天3481 s vs.2460 s），促進了慢波δ睡眠 (1556μV2vs.845μV2) ；行為實驗表明，酪蛋白水解肽可以促進睡眠，但很少有鎮靜作用。進一步研究表明，酪蛋白水解肽是通過γ-氨基丁酸α受體和氯離子通道復合物來實現調節作用[29]。環境干擾會對大鼠造成慢性應激，并導致應激期間睡眠時間的顯著減少，第一天和第二天總睡眠時間分別減少了11% 和20% ，其中，慢波睡眠分別減少了10% 和22% ，異相睡眠分別減少了15% 和12% 。酪蛋白水解肽的攝入使得大鼠的總睡眠時間得以維持（兩天減少均小于3% ），慢波睡眠減少約5% ，而異相睡眠時間有些許增加，第一天和第二天分別增加10% 和5%[30]。臨床人體的雙盲隨機交叉試驗中，睡眠日志的監測結果表明，睡眠紊亂期間服用酪蛋白水解肽4周后，總睡眠時間（422.7 min vs.361 min）和睡眠效率 (92.1% vs.79.4% ) 得以改善，而睡眠潛伏期（18.3 min vs.50.5 min）和睡后蘇醒時間 (11.9 min vs.29.6 min) 明顯減少；體動記錄儀的檢測結果還表明，服用4周酪蛋白水解肽對睡眠效率改善作用（86% vs.83% ，差異不顯著）明顯好于服用兩周的改善程度（88% vs.84% ，差異顯著）[31]。

2.5 其他助睡眠成分

酸棗仁湯包括酸棗仁、茯苓、川穹、知母和甘草。其中酸棗仁具有和5羥色胺受體，以及γ-氨基丁酸受體結合的親和力[32]。小鼠臨床實驗表明，與2 g/kg/2 mL的淀粉攝入相比較，同等計量的酸棗仁湯攝取能夠顯著提高非快動眼睡眠的時間比例（33.0% vs.25.1% ），不會影響快動眼睡眠。并且酸棗仁湯的這種調節作用具有劑量依賴作用，對服用后6 h內增加非快動眼睡眠時間、減少蘇醒時間的作用特別明顯，并且不會刺激迷走神經。進一步的試驗研究表明，酸棗仁湯是通過γ-氨基丁酸α-受體調節來增加自發睡眠活動[33]。

茶葉中茶氨酸沒有直接催眠作用，100 mg/kg的灌胃量增加了小鼠在戊巴比妥鈉催眠條件下的睡眠時間（40.3±26.0 min vs.29.5±17.7 min），提高入睡率（33.3% vs.0），并縮短睡眠潛伏期（30.32±4.8 min vs.35.20±3.8 min）[34]。人體研究表明，茶氨酸的攝入通過兩個途徑改善人體放松的感覺，首先茶氨酸直接刺激α腦電波的形成，形成深度放松和精神警覺，其次茶氨酸參與γ-氨基丁酸的合成，從而幫助人體改善睡眠[35]。

給小鼠飼喂1.67～13.33 g/kg蜂蜜60min后，小鼠自主活動次數顯著降低（87.3～92.3次/5 min vs.107.7次/5 min），睡眠時間顯著增加（22.33～28.22 min vs.17.15 min）,但對睡眠潛伏期無顯著影響[36]。對于1歲以上兒童而言，睡前30 min攝入10 g蜂蜜的能有效緩解上呼吸道感染所引起夜間咳嗽和睡眠質量下降，兒童的睡眠得分由3.5～3.7降至1.6～1.8，家長的睡眠得分由3.7～3.8降至1.6～1.8，顯著優于對照組中糖漿提取物的攝入（兒童和家長的睡眠得分分別為3.7降至2.5和3.7降至2.4）[37]。

大鼠腹腔內注射槲皮素試驗表明，6個小時的警覺實驗中，與對照組相比，200 mg/kg槲皮素處理組顯著降低了前3個小時的快速眼動睡眠時間（0～0.5% vs.6% ～12% ），后4個小時內，槲皮素處理組顯著降低了蘇醒時間 (35% ～40% vs.55% ～58% ) ，增加了非快速動眼睡眠時間 (38% ～40% vs.56% ～62% ) ；進一步的實驗證明，槲皮素誘導的快速動眼睡眠時間的減少可能是通過γ氨基丁酸能神經通路實現調節的[38]。

3 結論

通過改變光照和日糧配方，雖然能夠提高牛奶中褪黑素濃度，但每天通過天然牛奶（0.5～1 L）所攝入的褪黑素的量尚不足以達到臨床上的最低起效量（0.1～0.3 mg）[39]，相應的臨床試驗數據也未能有效支持其促進睡眠的論點。向牛奶中添加具有助睡眠功效的活性成分成為助睡眠牛奶開發的主要途徑。在本文所敘述的助睡眠成分中，γ-氨基丁酸、蜂蜜、纈草根提取物可以作為食品添加劑予以添加，α-乳白蛋白可以以乳清蛋白的形式添加，茶氨酸被衛計委2014年第15號公告納入新食品原料，而酪蛋白水解肽和槲皮素的添加尚無相應的法律法規。此外，不同助睡眠功能成分的添加量會受到相應標準和規定的限制，而在牛奶產品中的添加，以及相應的添加量，能否臨床上的起到促睡眠作用，仍需進一步研究證實。