母乳低聚糖健康功能与应用研究进展
作者: 车佳玲 王帅 赵臻 王青云*摘 要:母乳低聚糖(Human Milk Oligosaccharides,HMOs)组成和结构复杂,无法直接从母乳中分离提取,一般采用化学合成、酶促合成和生物工程合成的方法获得。不同结构特征的HMOs对不同人群健康的影响不同,当前各国对HMOs的认识和法规都在不断完善。本文综述了母乳低聚糖的组成及结构、合成及检测方法、健康功能、法规要求和应用现状等,旨在为HMOs的分离、开发及未来商业化应用提供相关参考。
关键词:母乳低聚糖;健康功能;应用现状
Abstract: Human milk oligosaccharides (HMOs) are complex in composition and structure, which cannot be directly isolated and extracted from breast milk, and are generally obtained by chemical synthesis, enzymatic synthesis, and bioengineering synthesis. HMOs with different structural characteristics have different effects on the health of different populations, and the understanding and regulations of HMOs are constantly improving in various countries. This paper reviews the composition and structure, synthesis and assay methods, health functions, status of regulations and applications of HMOs, aiming to provide relevant references for the isolation, development and future commercialization of HMOs.
Keywords: human milk oligosaccharides; health function; status of applications
母乳是婴儿营养的“黄金标准”,是婴儿出生后的天然食物,支持婴儿的生长和发育[1]。母乳低聚糖(Human Milk Oligosaccharides,HMOs)是母乳中含量仅次于乳糖和脂类的第三大营养成分[2]。HMOs的组成和结构复杂,其分离检测仍存在较大挑战。本文从HMOs的组成及结构、合成及检测方法、健康功能及应用现状等方面进行综述,旨为HMOs在未来产品中的应用提供相关参考。
1 母乳低聚糖概述
1.1 母乳低聚糖组成及结构
HMOs由3~14个单糖单元组成,由5种单糖构成[1]。其分子结构以乳糖为核心,还原端以2种糖苷键进行链接延伸:①以β-1,3糖苷键链接乳糖-N-二糖形成直链结构;②以β-1,6糖苷键链接N-乙酰胺基乳糖形成支链结构[2-3]。在末端进行进一步延伸后形成中性岩藻糖基化、中性非岩藻糖基化和酸性唾液酸化3种类型。母乳中中性HMOs含量占总含量的80%以上,其中2’-岩藻糖基乳糖(2’-Focusllactose,2’-FL)含量最高[2]。造成母乳中HMOs的结构和含量差异的因素众多,例如哺乳期、胎龄、环境条件等[4]。母乳与其他哺乳动物乳汁中HMOs含量和种类也存在区别,ZHU等[1]对母乳和其他哺乳动物乳汁进行了研究,结果显示母乳中不仅低聚糖的浓度远高于其他哺乳动物(100~1 000倍),其种类也多于其他哺乳动物乳汁,母乳中已检测出200多种特定结构的低聚糖,而其他哺乳动物乳汁中仅有几十种。
1.2 母乳低聚糖合成及检测
由于不能从母乳中分离提取HMOs,且不同种类和结构的HMOs具有特定的功能,目前母乳低聚糖一般采用化学合成、酶促合成和生物工程合成的方法获得,其中化学法和酶促合成法应用最为广泛[5]。化学合成法的难度随着低聚糖的链长和分支的增加而增大,目前已化学合成了超过15种HMOs[1]。酶促合成法中常用的酶有糖基转移酶、糖苷水解酶和糖合酶。生物工程合成法的研究特别集中于2’-岩藻糖基乳糖[6]。由于没有微生物可以直接产生HMOs,非致病性的大肠杆菌成为合成HMOs的首选宿主微生物。
目前常用毛细管电泳、高效液相色谱、高效阴离子交换色谱等来检测HMOs[2]。因此,对于HMOs的检测也存在着挑战,未来对检测方法进行相关研究也至关重要。
2 母乳低聚糖健康功能
2.1 母乳低聚糖与婴儿肠道菌群
由于婴儿摄入的HMOs中,有97%~99%无法被胃酸和消化酶分解[4],能够直接到达大肠与肠道菌群相互作用,产生短链脂肪酸和乳酸等代谢产物。HMOs结构复杂,在维持肠道微生物平衡中主要起到直接和间接作用[6]。在生命早期阶段,婴儿肠道微生物中双歧杆菌占主要地位,纯母乳喂养时的HMOs在婴儿肠道菌群中起到调节作用,表现出菌株的特异性[7]。LI等[8]研究婴儿肠道微生物中的10种双歧杆菌对HMOs利用的特异性,结果表明婴儿双歧杆菌和两歧双歧杆菌可以有效利用多种类型的HMOs,且发酵后乙酸含量显著增加,丙酸、丁酸和戊酸含量基本保持不变。HMOs对需氧生物(如大肠杆菌和肠球菌)和厌氧生物的定植作用可促进婴儿肠道微生物组生态的进化[9]。因此,HMOs对婴儿生命早期阶段的肠道健康至关重要。
2.2 母乳低聚糖与特殊人群健康
2023年6月,中国食品科学技术学会发布《母乳低聚糖(HMOs)的科学共识》,建议积极推进和促进我国HMOs的审批以及在我国特殊食品等相关领域的应用。HMOs具有多种生理功能,在一些特殊健康需求的人群中也展现出多种健康益处。①早产与足月分娩女性乳汁的HMOs存在差异。对85名妊娠女性的母乳样本进行分析后发现,早产分娩女性成熟乳的唾液酸化水平降低,而足月分娩女性未有降低的现象[10]。②母乳喂养的早产儿坏死性小肠结肠炎(Necrotizing Enterocolitis,NEC)发生率比配方奶粉低[11]。SODHI等[12]研究表明,2’-FL和6’-FL可以预防小鼠或仔猪模型中的NEC,并减轻回肠中的NEC炎症。③BERGER等[13]相关综述表明,岩藻糖基化和唾液酸化的HMOs有益于婴儿的神经发育。④HMOs还会影响人体的过敏反应,TARRANT等[14]发现,HMOs可以通过多种结构的特异性机制来介导过敏风险。因此,对HMOs与特殊人群健康方面进行相关研究十分有必要。
3 母乳低聚糖应用
3.1 母乳低聚糖法规现状
《母乳低聚糖(HMOs)的科学共识》指出,HMOs已在多个国家和地区批准和/或上市使用[15]。2016年以来,国家卫生健康委员会和国家食品安全风险评估中心也曾多次发布关于2’-FL、乳酰-N-新四糖(Lacto-N-neotetraose,LNnT)作为营养强化剂使用的受理信息和相关征求意见。2023年10月,食品安全标准与监测评估司发布了关于HMOs的公告和相关解读,明确了2’-岩藻糖基乳糖和乳糖-N-新四糖这2种母乳低聚糖作为食品营养强化剂。2’-FL和LNnT使用范围相同,均可以用于调制乳粉(仅限儿童用乳粉)、婴幼儿配方食品和特殊医学用途婴儿配方食品,但使用量不同。可见我国正在从完善HMOs应用方面的相关法律法规角度积极推进HMOs在相关产品中的应用。
3.2 母乳低聚糖应用现状
2’-FL在母乳中含量多且结构简单,被较多应用于配方乳粉中,部分配方乳粉添加3’-唾液乳糖(3’-Sialyllactose,3’-SL)和LNnT[4],还有婴儿配方奶粉中添加了2’-FL和LNnT两种HMOs。MARRIAGE等[16]研究表明,在喂养含有2’-FL的配方奶粉4个月后,人工喂养婴儿的生长发育状况与母乳喂养婴儿相似。PUCCIO等[17]研究表明,向6个月大婴儿喂食含有2’-FL和LNnT的配方乳粉,安全且耐受性良好。以上研究表明,含有HMOs的配方乳粉更加接近母乳的健康功能。
4 结语
近年来,随着部分发达国家对HMOs的批准和使用,我国也批准了2种HMOs可作为营养强化剂可应用于婴配粉和特殊医学用途婴儿配方食品中,因此在此类产品中补充HMOs已成为未来的趋势。而目前HMOs原料的合成和获取方法仍存在方法技术方面的问题,并且HMOs的种类以及结构复杂,其生理功及健康功能存在着结构特异性。因此未来在对于母乳中HMOs的组成、含量和结构等方面进行充分研究的基础上,对其在人体健康作用进行深入研究,有助于未来HMOs在相关产品中的应用。
参考文献
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