钟无限¹，石羽杰²，刘 彪²，毛 帅¹，范煜桢¹，张玉梅¹

北京大学公共卫生学院营养与食品卫生学系，北京 100191;

内蒙古伊利实业集团股份有限公司，呼和浩特 010110)

摘 要: 乳果糖是一种具有益生元样作用的双糖，可促进肠道内双歧杆菌的生长。除了被应用于临床治疗便秘和肝性脑病等疾病外，在食品领域也有着广泛应用。为了更加贴近母乳喂养的效果，在婴幼儿配方奶粉中添加异构化乳糖，异构化乳糖的安全性、是否能发挥一定的健康效能值得关注。

Abstract: Oligosaccharide in breast milk exerts significant influence on health of infants. As one of the most common additives in infant formula，fructo-oligosaccharide ( FOS) can be regarded as imitation oligosaccharide of breast milk，in terms of improving gut microbiota，regulating gastrointestinal functions，preventing from allergies as well as facilitating absorption of minerals for infants. This paper reviewed research advancement on the structure，physiological functions of FOS and its relationships with infantile health to provide scientific evidence for rational application and future studies of FOS.

    异构化乳糖是一种由乳糖通过化学反应制成的半合成双糖，是乳糖的同分异构体。最早是 Montgomery^[1]在1930年由乳糖在石灰碱液中处理而合成。除了广泛应用于便秘和肝性脑病等疾病的临床治疗外，异构化乳糖也是一种食品添加剂，可以添加到面包、牛奶等日常食品中^[2]。由于其具有促双歧杆菌生长的作用，近年来，通过在婴幼儿配方奶粉中添加异构化乳糖来减少便秘的发生和促进婴幼儿健康，也逐渐成为关注的热点。

1 异构化乳糖的生理功能

    异构化乳糖是乳糖在加热条件下经碱或不经碱异构化制得的产物，与乳糖有着相同的分子式^[3]。乳糖是由一分子半乳糖和一分子葡萄糖结合而成的双糖，与之类似，异构化乳糖可以水解为一分子半乳糖和一分子果糖。在人食用乳果糖的研究中，尚没有获得关于其致突变性、遗传毒性或致畸作用的假设或确定证据，在大鼠和兔子的动物研究中也没有发现任何致畸或生殖毒性，毒理学试验结果表明，其毒性与蔗糖相当^[2-3]。在食品加工制造业，生产干酪和炼乳时也会产生一部分异构化乳糖; 作为药品使用时，乳果糖主要起到促双歧杆菌因子的效果，没有副作用和体内蓄积的问题^[4]。商业生产异构化乳糖一般以氢氧化钠为催化剂，此外也可以采用其他的化学物质或者酶制剂、电激活等方法^[5]。而后经过脱盐、脱色、浓缩处理，即可得到市售的异构化乳糖液，如有需要，可进一步加工成异构化乳糖粉^[6]。自20世纪 50 年代以来，异构化乳糖虽然也被用作益生元 (当时称为 “双歧因子”) ，但更多是应用于临床治疗领域，由于这一原因，异构化乳糖最先作为药品，而不是一种具有益生元作用的食品添加剂被人们所知^[3]。经过系统评估，目前在意大利、日本、荷兰^[3]和我国，异构化乳糖已经作为一种食品或饮料添加剂被广泛使用，并添加到婴幼儿配方奶粉或作为纯益生元出售。异构化乳糖最重要的生理功能表现为 “双歧因子”，也有促进钙和镁的吸收、增加骨骼强度、降低血糖等功能^[5]。早在1957 年，Petuely^[7]发现，异构化乳糖对双歧杆菌的生长存在显著的促进作用，随后在1964 年，Hoffman 等研究了异构化乳糖在肠道中的细菌代谢，证明了其是一种双歧杆菌促进因子。2010 年，欧洲食品安全局 ( EFSA) 发布了关于异构化乳糖与减少胃肠道潜在致病性微生物和减少肠道通过时间的科学声明:关于食用异构化乳糖能够减少胃肠道潜在致病性微生物这一因果关联，虽然有一定证据但是尚不足以作为声称; 而关于 “肠通过效应”，基于已有的证据，工作小组认为可以建立起摄入异构化乳糖与减少肠道通过时间的因果关系，对于一般人群，每天摄入至少10g异构化乳糖，即可达到这一效应。

    双歧杆菌是人肠道内重要的益生菌之一，具有促进营养吸收、抑制有害细菌、通便、抗衰老、增强免疫力等多种重要的生理功能^[9]。乳糖不耐受常见的原因是缺乏代谢乳糖相应的酶，双歧杆菌能够利用自身合成的乳糖酶，将乳糖发酵降解为半乳糖和葡萄糖等易于吸收的糖类^[9]。类似地，异构化乳糖中的β-1，4糖苷键不易被人体中的消化酶和胃酸水解，故可以到达肠道，在肠道内异构化乳糖被肠道菌群选择利用，从而促进了诸如双歧杆菌和乳酸杆菌的益生菌大量增殖^[5]。

    异构化乳糖被肠中的益生菌分解并转化为短链脂肪酸、二氧化碳和氢，由于乳酸、短链脂肪酸和二氧化碳的形成，肠道内pH下降，这导致粘膜中氨吸收减少，因此在临床上异构化乳糖也被用来治疗肝性脑病; 与此同时，大量的氢气、氨气和二氧化碳诱导了气体介导的结肠蠕动激活，促使结肠内渗透压增高、水分吸收减少、粪便体积增大变软，并促进肠蠕动及肠道内容物的清除，改善了便秘症状^[5,10]。

    新生儿的肠道菌群存在一个动态变化的过程，在出生后 7 ～ 10d 时，随着需氧菌或兼性厌氧菌首先定植和生长，逐渐消耗氧气，为肠腔创造了一个高度还原状态，有利于厌氧菌的生长，导致专性厌氧菌如类杆菌、梭菌和双歧杆菌增多，并逐渐占据优势，达到细菌总数的 98%。纯母乳喂养的婴儿，肠道菌群中双歧杆菌占优，而配方粉喂养的婴儿，则为类杆菌和梭菌占优^[11]，因此，在婴幼儿配方奶粉中添加异构化乳糖，可以达到促进婴幼儿肠道内双歧杆菌生长，促进营养吸收、减少便秘发生和向母乳喂养靠近的效果。

2 异构化乳糖与婴幼儿健康关系的研究进展

2.1 不同剂量下的作用

    临床上，异构化乳糖适用于10 ～30g 剂量的便秘的对症治疗和60 ～ 100g剂量的门静脉系统脑病的治疗，但是当其作为一种功能性食品的成分时，使用的剂量往往低于10g^[12]。Melanie 等^[12]采用了 2 ～ 5g /d 并持续5d的剂量的异构化乳糖，作用于TIM-2系统，这是一种近端大肠的计算机控制模型，代表人来源的复杂、高密度、代谢活跃的厌氧微生物群，结果发现，虽然 2g 的异构化乳糖已经增加了肠内容物的短链脂肪酸水平，但仍需要 5g 的异构化乳糖，来充分发挥出其益生元效应，即双歧杆菌、乳酸杆菌和厌氧菌的较高细菌计数，乙酸盐、丁酸盐和乳酸盐的增加，以及支链脂肪酸的减少、pH 值的下降和氨气的减少。另一方面，Tsunesuke T 等^[13]研究发现，每天摄入0. 65g 的异构化乳糖，能够起到促进成年人肠道内双歧杆菌的增殖、软化大便和改善肠道菌群的作用。Mizota等^[14]通过临床试验研究了低剂量的异构化乳糖对成人肠道功能的影响，发现正常成人摄入异构化乳糖(3g/d和5g/d) 后排便次数和粪便软化程度增加；还发现服用期间粪便中双歧杆菌的比率由之前的22. 4%增加至50. 5%，且粪便中腐败物的含量显著减少。

2.2 对婴幼儿健康的影响

    目前尚未查询到我国关于将异构化乳糖添加到婴幼儿配方奶粉中的效果研究，多为国外研究。为了评价异构化乳糖对于早产儿的益生元作用和安全性，Ｒiskin等^[15]进行了一项前瞻性研究，并采用了双盲法和安慰剂对照组的设计，将28名23～34周的早产儿分为异构化乳糖试验组和安慰剂对照组。在喂养的母乳或早产儿配方奶粉中，给试验组添加1%（1g/100mL喂养物）的异构化乳糖，对照组则添加1%的葡萄糖，结果发现，小剂量的异构化乳糖补充没有造成早产儿腹泻，早产儿服用异构化乳糖后，其粪便培养乳酸杆菌呈阳性，表现为出现更早且菌群数量更多。此外，服用异构化乳糖有利于减少对肠道内喂养的不耐受，使早产儿能够更早达到全口服喂养并出院回家，试验组也倾向于更低的晚发型败血症发生率、更低的坏死性小肠结肠炎发生率，且营养指标更好，尤其是钙和总蛋白。这提示，对早产儿喂养含有低剂量异构化乳糖的配方奶粉是安全的，并能够发挥益生元作用，改善肠道菌群状态和促进营养吸收。Ziegler等^[16]通过一项多中心的双盲随机对照试验，评估了聚葡萄糖、低聚半乳糖和异构化乳糖的不同组合及用量对健康足月婴儿从出生到 4 个月时的发育情况的影响。该试验将226名婴儿随机分为3组，分别为对照组（76 名，食用不添加任何益生元的配方奶粉) 、PG4组（74名，食用对照组中奶粉加4g/L的聚葡萄糖与低聚半乳糖的混合物，含量为 50∶50）、PGL8组（76名，食用对照组中奶粉加8g /L的聚葡萄糖、低聚半乳糖及异构化乳糖的混合物，含量为 50∶33∶17），结果显示，3个试验组之间婴儿的体重增加率和身高增长率的差异都无统计学意义，但在 30、60、90 日龄检测粪便黏稠度时，3组之间的差异具有统计学意义（P＜0. 001、P=0. 025、P=0. 004），与对照组的婴儿相比，食用添加有益生元的配方奶粉的婴儿，粪便更加柔软。另外在30日龄时，与对照组和PG4组相比，PGL8组的排便次数更多，差异具有统计学意义（P=0. 021、P=0. 017），尽管在60、90、120 日龄时，这一差异不再显著。与普通的配方奶粉相比，喂养添加了益生元混合物配方奶粉的婴儿，在正常生长和粪便性状方面，更接近母乳喂养的婴儿的表现。Nakamura 等^[17]研究了在配方奶粉中添加益生元来模拟人乳的生理功能的效果，同样是一项双盲的随机对照试验，将 13 ～ 92d 的 105 名健康足月儿分为 4 组：对照组（25 名，喂食基础的配方奶粉）、PG4 组（27名，喂食基础配方奶粉加 4g /L 的聚葡萄糖和低聚半乳糖的混合物，比例为1∶1）、PGL4 组（27 名，喂食基础配方奶粉加4g /L 的聚葡萄糖、低聚半乳糖和异构化乳糖混合物，比例为3∶2∶1）、PGL8 组（26 名，喂食基础配方奶粉加8g /L 的聚葡萄糖、低聚半乳糖和异构化乳糖混合物，比例为3∶2∶1），另还有母乳喂养组（30 名）。结果显示，在任何时间点观察到的细菌亚群很少有显著变化，菌群组成比较稳定，而事后分析发现，在母乳组以及其他添加了益生元的配方奶粉组中，更早接触配方奶粉的婴儿，与相对接触更晚的婴儿相比，其菌群构成更不稳定。后两个研究虽然不是单独添加异构化乳糖的临床试验，但其结果也提示，在早期喂养含有聚葡萄糖、低聚半乳糖、异构化乳糖的配方奶粉可能影响肠道菌群。与食用不添加益生元的配方奶粉的婴儿相比，添加益生元的配方奶粉能够改善粪便性状，这与母乳喂养对粪便的影响类似。

3 结论

    通常，包括异构化乳糖在内的乳糖衍生益生元是单独食用，或者与乳制品或果汁一起食用，美国食品药物监督管理局（FDA）已经证实，乳糖衍生的益生元是“安全的”，出于这些原因，它们通常被推荐给儿童、年轻人和老年人甚至孕妇食用^[10]。但是目前，关于添加异构化乳糖的配方奶粉对婴幼儿的健康影响的临床试验较少，相应证据和研究尚不充足。虽然异构化乳糖已有几十年的发现和应用历史，但是关于婴幼儿配方奶粉中的应用，适宜的添加剂量和奶粉的添加时间还需要未来进一步的研究进行探索和证实。

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