豆基嬰兒配方粉化學與營養特性研究

趙善舶，孫曉萌，班清風，程建軍，郭明若

（東北農業大學食品學院，乳品科學教育部重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150030）

嬰兒為保證自身的正常生長發育和各項生命活動，出生后必須攝取滿足自身生長發育需求的營養物質。母乳正是為滿足新生兒的生長發育而“量身定制”的食物。當前影響母乳喂養能力的因素較多，其中包括生理、文化背景、經濟、醫療以及環境等多種因素。某些情況下會出現母乳喂養不足或不能進行母乳喂養，因此，開發與母乳成分相近的嬰兒配方粉至關重要。世界上約有0.3%～7.5%的嬰兒會出現不同程度的牛奶蛋白過敏現象。同時母乳和乳基嬰兒配方粉中乳糖含量高達40%～50%，以腸道乳糖酶缺乏所導致的乳糖不耐受癥狀是慢性腹瀉病常見的病因，我國患有不同程度乳糖不耐受的嬰兒可達30%。因此研制不含乳糖的豆基嬰兒配方粉對患有牛奶蛋白過敏和乳糖不耐受的嬰兒具有重要意義。

2012年有學者提出“全食物研究”的概念，即整個食物中的植物化學物共同對健康起作用。Nair和Megan等的研究也證明豆類所含有的蛋白質、脂肪和礦物質等成分對人類健康有益。當前豆基嬰兒配方粉是以大豆分離蛋白為主要蛋白源，添加滿足嬰兒所需的脂肪、碳水化合物、維生素、礦物質和其他營養成分生產加工制成的粉狀嬰兒食品，可作為母乳代替產品。通過干/濕法生產的有機大豆粉能保持大豆原有的營養價值，且含有優質植物蛋白、礦物質和微量元素，使營養更加全面，有利于實現人體營養價值的平衡。同時有機大豆粉包含人體自身無法合成的賴氨酸和色氨酸等9種必需氨基酸，屬于全價蛋白，且更容易被嬰兒吸收，是一類潛在的豆基嬰兒配方粉原料成分。

目前，豆基嬰兒配方粉已經被全世界數百萬嬰兒食用，對嬰兒生長發育呈現出和乳基嬰兒配方粉一樣的促進作用，且不含乳蛋白及乳糖，適用于素食家庭和具有乳糖不耐癥、半乳糖血癥和乳蛋白過敏等癥狀的嬰兒。當前針對嬰兒配方粉的營養功能研究主要是通過蛋白質功效比值法來評估。因此本實驗利用以有機大豆粉和大豆分離蛋白為主要原料的豆基嬰兒配方粉代替傳統意義上的豆基嬰兒配方粉，通過蛋白質功效評價來評價該配方粉的營養功能，為豆基嬰兒配方粉的研究提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

龍王有機大豆粉（基本組成含量：蛋白質41 g/100 g、脂肪25 g/100 g、碳水化合物24.5 g/100 g、水4 g/100 g） 黑龍江省農墾龍王食品有限責任公司；大豆分離蛋白（基本組成含量：蛋白質85 g/100 g、碳水化合物3.4 g/100 g） 天津市光復精細化工研究所；OPO結構油脂（主要包括54.98%（質量分數，下同）1,3-二油酸-2-棕櫚酸甘油三酯、25%葵花籽油、15%大豆油、5%椰子油；混合植物油中亞油酸、亞麻酸比例符合GB 10765—2021《食品安全國家標準 嬰兒配方食品》中規定范圍）、宏量礦物質 天津市東麗區天大化學試劑廠；麥芽糊精 天津市耀華化學試劑有限責任公司；低聚果糖 九三糧油工業集團有限公司；維生素混合物北京新光化工試劑廠；微量礦物質 北京益利精細化學品有限公司；檸檬酸鉀、硫酸鉀、濃硫酸、氫氧化鈉天津市富宇精細化工有限公司。

1.2 儀器與設備

T2F固態三維混合機 瑞士Turbula公司；MTC-100D恒溫混勻儀 杭州米歐公司；AVP-2000型高壓均質機 英國Stansted Fluid Power公司；HC103水分測定儀 瑞士梅特勒托利多儀器有限公司；B-90HP噴霧干燥機、K-360凱氏定氮儀 瑞士布奇公司；LGP-5噴霧干燥塔 黑龍江大三源乳品機械有限公司；A388pro全自動氨基酸分析儀 德國曼默博爾公司；H-7650透射電子顯微鏡 日本Hitachi公司；Osmomat030 3000冰點滲透壓儀 德國GONOTEC公司。

1.3 方法

1.3.1 配方設計原則

本配方嚴格按照我國頒布的GB 10765—2021《食品安全國家標準 嬰兒配方食品》中的規定范圍對豆基嬰兒配方粉的能量、能量密度、蛋白質、碳水化合物、脂肪、礦物質和維生素等含量進行設計。

1.3.2 豆基嬰兒配方粉工藝流程

原料嚴格按照GB 10765—2021進行生產及貯藏。主要配料比如下：按物料（蛋白質、油脂、麥芽糊精和低聚果糖、維生素和礦物質總物質）與去離子水的比例為3∶7（/）配料。蛋白質：將6.72 kg有機大豆粉和10.40 kg大豆分離蛋白粉溶于50 ℃的去離子水中緩慢攪拌充分混勻10 min。油脂：將24.09 kg混合油脂水浴加熱至70 ℃，緩慢加入上述溶液并同時緩慢攪拌，混合5 min。碳水化合物：加入47.14 kg麥芽糊精和50.00 g低聚果糖，混合5 min。微量元素：用50 ℃的預留水將60 g復配維生素和170 g復配礦物質分別溶解后加入上述溶液中，混合5 min。

豆基嬰兒配方奶粉的工藝流程如圖1所示。

圖1 豆基嬰兒配方奶粉的工藝流程Fig. 1 Flow chart for the preparation of soybean-based infant formula

1.3.3 基本成分檢測

根據GB 10765—2021和食品安全國家標準中各種營養物質檢測方法對豆基嬰兒配方粉基本化學成分（包括蛋白質、脂肪、碳水化合物、灰分、水分、混合維生素及礦物質等基礎成分）進行檢測。

1.3.4 氨基酸測定

根據GB 5009.124—2016《食品安全國家標準 食品中氨基酸的測定》氨基酸測定法對豆基嬰兒配方粉、市售豆基嬰兒配方粉和母乳進行處理，所得樣品溶液使用氨基酸分析儀進行檢測。

用氨基酸評分（amino acid score，AAS）來分析初級嬰兒配方粉中氨基酸的組成，AAS計算如公式（1）所示。

式中：WHO為世界衛生組織（World Health Organization）；FAO為聯合國糧食及農業組織（Food and Agriculture Organization of the United Nations）。

1.3.5 微觀結構觀察

采用透射電子顯微鏡對樣品的微觀結構進行分析，將樣品稀釋至0.5 mg/mL，在銅制彈網上滴入一滴豆基嬰兒配方粉溶液，多余的液體用濾紙吸走。然后用一滴質量分數2%磷鎢酸溶液進行染色，室溫干燥，將銅網置于透射電子顯微鏡下，在100 kV的加速電壓下進行微觀結構觀察。

1.3.6 滲透壓測定

將豆基嬰兒配方粉溶于50 ℃蒸餾水中，攪拌均勻且充分，用室溫蒸餾水將滲透壓儀進行校零，取50 μL的樣品溶液并確保樣品中沒有氣泡。每個樣品平行測定3 次，取平均值。

1.3.7 蛋白質功效評價

參照孫義玄等的方法進行蛋白質功效比值（protein efficiency ratio，PER）評價實驗。美國食品與藥物管理局（Food and Drug Administration，FDA）要求所有配方粉需要進行初斷乳大鼠生長實驗來評價配方粉中PER。

1.3.7.1 動物分組及飼養

雄性SPF級Wistar大鼠36 只，體質量60～80 g，鼠齡3 周左右。將大鼠按照體質量隨機分為3 組，每組12 只，每籠3 只。第1組為參比組，飼料中蛋白質來源僅為參比酪蛋白；第2組為目標實驗組，飼料中蛋白質來源為僅豆基嬰兒配方粉；第3組為對比實驗組，飼料中蛋白質來源為僅市售豆基嬰兒配方粉。

飼料成分嚴格按照美國公職分析化學家學會（Association of Official Analytical Chemists，AOAC）960.48標準制得。環境：室溫（21±2）℃；室內相對濕度（relative humidity，RH）恒定為（70±5）%。飼養方式：自由進食和飲水。適應期：實驗前，大鼠在不銹鋼籠內單獨飼養，經過7 d的適應環境階段。實驗期為28 d。

1.3.7.2 PER測定

記錄每只大鼠實驗開始時的初始體質量（精確至0.1 g），每天在相同時間記錄大鼠的體質量變化和飼料攝取量，實驗結束記錄大鼠的體質量和飼料量，計算每組大鼠28 d內平均體質量增加量及平均蛋白攝入量計算PER。按公式（2）計算PER。

1.4 數據統計與分析

根據實驗所得數據均進行3 次重復實驗，用Excel 2016、IBM SPSS Statistics、Origin 2017等數據處理軟件進行數據處理。所有實驗結果采用重復測定結果的平均值±標準差表示。使用SPSS 17.0統計軟件進行方差分析，＜0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 配方調整與確定

豆基嬰兒配方奶粉基本化學成分的測定結果與其設計值如表1所示。以豆基嬰兒配方粉設計值為標準，進行預實驗，調整配方中營養物質含量使其接近設計值，最終配方結果如表1所示。通過預實驗結果和GB 10765—2021中嬰兒配方食品中規定的營養素含量對豆基嬰兒配方粉不斷改進，將大豆分離蛋白與有機大豆粉按一定比例（5∶3.21，/）調整并優化其他營養素含量，使其接近設計值。從而確定生產每噸豆基嬰兒配方粉的配料表組成為有機大豆粉67.2 kg、大豆分離蛋白粉104 kg、混合油脂240.9 kg、麥芽糊精471.4 kg、復配維生素和礦物質31.84 kg。

表1 豆基嬰兒配方粉基礎指標結果Table 1 Chemical components of soybean-based infant formula

2.2 營養平衡指標分析結果

2.2.1 氨基酸含量對比分析結果

對豆基嬰兒配方粉、市售豆基嬰兒配方粉和母乳的必需氨基酸含量進行對比。如表2所示，豆基嬰兒配方粉的氨基酸組成與母乳相似，氨基酸含量最豐富的3個氨基酸均為谷氨酸、天冬氨酸和亮氨酸；豆基嬰兒配方粉的氨基酸總量均超過市售豆基嬰兒配方粉和母乳，高達12.69 g/100 g。李娜等對母乳氨基酸含量研究發現，母乳中含量最豐富的氨基酸為谷氨酸，其次為亮氨酸和天冬氨酸，含量最低的為蛋氨酸，其次為色氨酸。除豆基嬰兒配方粉的半胱氨酸僅為0.132 g/100 g外，其他氨基酸含量均高于母乳。結果表明，豆基嬰兒配方粉的必需氨基酸可以滿足正常嬰兒每日所需氨基酸的種類和含量。

表2 豆基嬰兒配方粉氨基酸測定結果Table 2 Amino acid profiles of soy-based infant formula and breastmilk g/100 g

2.2.2 必需氨基酸模式對比分析

AAS是營養學中對食物蛋白質營養評價的一個指標，AAS越高，表明該蛋白質的營養價值越高。本指標氨基酸含量依據GB 10765—2021相應數值計算。由表3中數據可以得出，豆基嬰兒配方粉和市售豆基嬰兒配方粉的AAS，除半胱氨酸（AAS分別為0.260和0.306）略低于母乳，其他必需氨基酸AAS均高于母乳，且豆基嬰兒配方粉與市售豆基嬰兒配方粉AAS相接近。其中，豆基嬰兒配方粉的第一限制性氨基酸為半胱氨酸，第二限制性氨基酸為異亮氨酸，第三限制性氨基酸為纈氨酸。市售豆基嬰兒配方粉第一限制性氨基酸為半胱氨酸，第二限制性氨基酸為蘇氨酸+色氨酸，第三限制性氨基酸為賴氨酸。豆基嬰兒配方粉的限制性氨基酸均為非必需氨基酸，必需氨基酸含量豐富，且對于嬰兒來說，適量地提高蘇氨酸、蛋氨酸、賴氨酸和色氨酸含量可以有效提高蛋白質吸收率，更好地促進嬰兒的生長發育，該結果同宮春穎等研究結果一致。同時對于嬰兒所必需的氨基酸組氨酸，該配方粉組氨酸含量為0.394 g/100 g，AAS為0.518，均高于市售豆基嬰兒配方粉和母乳，蔣立銳的研究也表明強化組氨酸對嬰兒早期發育具有重要作用。本實驗結果表明該豆基配方粉在氨基酸組成和營養上均優于市售豆基嬰兒配方粉，可以滿足嬰兒所需的營養，起到代替母乳的作用。

表3 豆基嬰兒配方粉氨基酸AASTable 3 AAS of soy-based infant formula and breast milk

2.3 豆基嬰兒配方粉的微觀結構

通過透射電子顯微鏡放大20 000 倍和40 000 倍下對豆基嬰兒配方粉和市售豆基嬰兒配方粉進行觀察，其結果如圖2所示。與市售豆基嬰兒配方粉（圖2A、B）相比，豆基嬰兒配方粉（圖2C、D）顆粒形狀較小，粉體顆粒分布較為分散，更加均勻。而市售豆基嬰兒配方粉產生明顯的結聚，有大顆粒呈現且分布不均勻。該結果表明豆基配方粉具有更好的體系穩定性。配方粉顆粒越小，則溶解性越好，該指標也能側面反映豆基嬰兒配方粉具有較好的溶解性。

圖2 豆基嬰兒配方粉透射電子顯微鏡觀察結果Fig. 2 TEM images of soybean-based infant formula

2.4 滲透壓分析結果

嬰兒被喂養高滲透壓的嬰兒配方奶粉會造成腎臟器官的損傷，因此適合于嬰兒滲透壓的配方奶粉尤為重要，母乳滲透壓正常范圍為270～310 mOsm/kg HO，嬰兒配方奶粉的滲透壓最高不應超過400 mmol/L，否則會增加嬰兒腹瀉的風險，因此對豆基嬰兒配方粉和市售豆基嬰兒配方粉進行滲透壓實驗。從表4可以看出，豆基嬰兒配方粉與市售豆基嬰兒配方粉相比具有顯著性差異（＜0.05），滲透壓為281 mOsm/kg HO，相比市售嬰兒配方粉，嬰兒更容易吸收豆基嬰兒配方粉，從而減輕其腎臟負擔。豆基嬰兒配方粉和市售豆基嬰兒配方粉產品的滲透壓均符合GB 10765—2021規定的嬰兒體液平衡的需求。

表4 豆基嬰兒配方粉滲透壓的測定結果Table 4 Osmolarity of soybean-based infant formula

2.5 豆基嬰兒配方粉對幼鼠體質量的影響

圖3分別為酪蛋白參比組、市售豆基嬰兒配方粉組和豆基嬰兒配方粉組3 組大鼠在實驗期間體質量變化及大鼠攝食量的變化。從圖3A可以看出，在實驗期間大鼠體質量隨飼喂時間的增加呈現增加的趨勢。實驗初期，3 組不同飼料喂養的幼鼠體質量無明顯差別，均在120 g左右；實驗前10 d，3 組大鼠體質量無明顯差異，體質量沒有上升，呈波動趨勢，可能是適應期的普通動物飼料與大鼠分組后喂養的特殊動物飼料成分及營養物質不同所導致。實驗10 d后，市售豆基配方粉組和豆基嬰兒配方粉組大鼠體質量迅速增加，且二者之間無明顯差別，表明大鼠對配方粉消化吸收較好，有助于其生長發育；而酪蛋白參比組大鼠體質量增加緩慢；實驗20 d后，酪蛋白參比組大鼠體質量呈平緩趨勢，表明該組大鼠營養不良，影響其生長發育；從圖3B可以看出，實驗前10 d，3 組配方粉對大鼠實驗期間的攝食量無明顯影響；實驗20 d后，豆基配方粉組大鼠攝食量明顯高于酪蛋白參比組，說明該配方粉可提高幼鼠的飲食，使其發育正常；市售豆基嬰兒配方粉與酪蛋白參比組攝食量也有明顯差異。該結果表明，幼鼠對豆基嬰兒配方粉的蛋白質具有較高的利用率，有機大豆粉和大豆分離蛋白配制的蛋白具有較好的蛋白質品質。如表5所示，實驗28 d，豆基嬰兒配方粉組大鼠體質量達177.01 g，總體質量增長率為47.10%。豆基嬰兒配方粉組大鼠體質量日增長率為1.68%，與酪蛋白參比組相比有明顯變化。

圖3 大鼠體質量（A）和攝食量（B）變化結果Fig. 3 Changes in body mass (A) and daily feed intake (B) of rats fed soybean-based infant formula

表5 實驗大鼠體質量增長情況Table 5 Body mass gain of rats fed soybean-based infant formula

2.6 豆基嬰兒配方粉對幼鼠PER的影響

PER是評價蛋白質在生物體內的利用率和蛋白質質量最直觀有效的手段之一。酪蛋白參比組、市售豆基嬰兒配方粉組和豆基嬰兒配方粉組3 組體質量增長量、總攝食量、總攝入蛋白量和PER如表6所示。可以看出市售豆基嬰兒配方粉組和豆基嬰兒配方奶粉組與酪蛋白參比組PER（2.50）有顯著性差異（＜0.05）；與酪蛋白參比組大鼠相比，豆基嬰兒配方粉PER達2.97。根據AOAC標準規定，PER與蛋白質價值呈正相關，實驗結果顯示，與酪蛋白參比組PER相比，市售豆基嬰兒配方粉和豆基嬰兒配方粉組的PER更高，蛋白質具有更好的價值及功效。市售豆基嬰兒配方粉和豆基嬰兒配方粉組PER無顯著性差異，二者蛋白質營養價值、吸收和功效接近。從數據結果分析可以得出，豆基嬰兒配方粉擁有較好的蛋白質價值，對動物生長發育具有良好的促進效果。

表6 豆基嬰兒配方粉對幼鼠PER的影響Table 6 Effect of soybean-based infant formula on PER of young rats

3 結 論

本研究設計并生產了一款豆基嬰兒配方粉，該奶粉的氨基酸組成及AAS較高，可以滿足嬰兒的營養需求；與市售豆基嬰兒配方粉相比，奶粉溶液顆粒分布較均勻，具有更好的體系穩定性。蛋白質功效評價結果表明該豆基嬰兒配方粉具有良好的促進生長的能力。本研究結果表明采用有機大豆粉和大豆分離蛋白作為配方粉蛋白質及其他微量元素來源具有實際應用價值，可適用于乳糖不耐和牛奶蛋白過敏等無法食用乳基嬰兒配方粉的群體。