《食品科学》：南京师范大学郭宇星教授等：富含乳脂肪球膜乳清分离蛋白粉体外模拟婴幼儿胃肠道消化特性

乳脂肪球膜（MFGM）是母乳中天然存在的复杂膜结构，主要由磷脂、糖蛋白及膜蛋白组成，不仅对乳脂肪球的形成与稳定至关重要，还被证实参与免疫调节、抗炎、抗菌及神经系统发育等生理功能。然而，婴幼儿配方乳粉在生产过程中经历的均质化处理会破坏MFGM的天然3 层结构，改变其脂质和膜蛋白的组成与分布，从而可能影响婴幼儿的脂质消化与膜蛋白的生物利用度。为弥补这一不足，富含MFGM的乳清分离蛋白（WPI）粉（M-WPI）被开发并逐步应用于婴儿配方乳粉中，以部分恢复MFGM的营养与功能特性。相关研究表明，M-WPI凭借其丰富的MFGM，能够在乳液油-水界面形成类似母乳的脂肪膜结构层，从而改善乳液稳定性和脂质消化特性；同时，其所含的磷脂、鞘磷脂及膜蛋白等活性成分也有助于提升配方的营养组成，使其更接近母乳营养模式。目前，市场上的M-WPI通常来源于奶油加工过程中的乳清副产物，在常规乳清蛋白粉膜分离与干燥步骤的制备基础上，引入低温分离、超滤/纳滤和膜富集等温和技术，以实现对MFGM成分（如磷脂、膜蛋白及免疫相关因子）的有效富集，从而使其在营养组成和界面功能上具有独特优势。目前，市售M-WPI主要来源于Hilmar、Friesland、Fonterra等公司，其奶源背景及加工工艺的差异可能导致产品组成、结构及消化行为存在差异。但目前，针对不同来源M-WPI在婴幼儿胃肠条件下的消化动力学及营养释放规律的系统性研究仍较缺乏。因此，南京师范大学食品与制药工程学院的龙田静、王亚格和郭宇星*等人系统比较3 种不同来源M-WPI的氨基酸组成、蛋白质溶解性、磷脂分布、粒径与Zeta电位及在体外婴幼儿模拟消化过程中的微观结构演变与蛋白质水解特征，进一步将其制备成乳液，通过激光扫描共聚焦显微镜（CLSM）和傅里叶变换红外（FTIR）光谱对乳液的仿母乳脂肪球结构形成进行观察与表征。

1 3 种M-WPI的氨基酸组成

如表1所示，三者的氨基酸组成均较为全面，但在总量及分布上存在一定差异，这些差异可能与奶源背景、分离工艺及蛋白质组分比例相关。在必需氨基酸方面，三者均含有赖氨酸、色氨酸和缬氨酸，这3 种氨基酸在骨骼与免疫发育、神经功能调节及蛋白质合成和能量代谢中发挥关键作用。在非必需氨基酸方面，谷氨酸和谷氨酰胺普遍存在，前者在神经发育中十分重要，后者参与肠道屏障维护和免疫成熟。3 种M-WPI中均检出较高含量的亮氨酸和酪氨酸，这2 类氨基酸在蛋白质合成、能量代谢及神经递质相关代谢中发挥重要作用。Fonterra M-WPI具有最高相对含量的疏水性氨基酸，亲水性与疏水性氨基酸含量的差异可能会影响其消化特性。

2 3 种M-WPI的蛋白质溶解性

如图1所示，3 种M-WPI的NSI均表现出典型的pH值依赖性，在酸性条件下，NSI普遍偏低，在等电点（约pH 5.5）时降至最低，随着pH值升高至中性及弱碱性范围（pH 6.0～8.0），NSI逐渐上升，并在pH 7.0～8.0达到峰值（约55%～86%）。Hilmar与Friesland M-WPI的NSI显著高于Fonterra M-WPI（P＜0.05），这可能与3 种M-WPI的磷脂含量、氨基酸组成有关。Hilmar与Friesland M-WPI含磷脂较多、亲水性氨基酸相对含量 较高（表1），可能界面分散性好；而Fonterra M-WPI含磷脂较少、疏水性氨基酸相对含量较高（表1），蛋白质溶解性稍弱。Trevino等发现天冬氨酸、谷氨酸、丝氨酸这3 种亲水性氨基酸显著有利于蛋白质溶解性的提高；吴劲轩等指出，适量磷脂的引入通常有利于提高蛋白的表观溶解性和水相分散性，与本研究结果类似。

3 3 种M-WPI的磷脂分布、粒径与Zeta电位

如图2A～C所示，在3 种M-WPI的CLSM图中，可观察到尼罗红标记的TAG核心呈红色荧光，NBD-PC标记的极性脂质（磷脂）呈绿色荧光，二者叠加区域显示黄色荧光。受到加工工艺的影响，3 种M-WPI的TAG均呈现不规则形态的脂质团，但其分布特征存在差异。Hilmar M-WPI中，TAG主要以块状聚集，磷脂仅部分包裹油滴表面；Friesland M-WPI的TAG分布为相对分散的小颗粒，绿色荧光较均匀，表明TAG破碎且磷脂分布较完整；Fonterra M-WPI局部区域可见磷脂环绕TAG，形成环状荧光结构。这可能是由于M-WPI在加工过程中，MFGM片段部分保持膜结构，磷脂片段可沿残留TAG表面重新排列或吸附，形成环状荧光信号。Lopez、Gallier等的研究亦报道，MFGM脂质片段在干燥或粉末状态下仍可呈现局部包被脂滴的微观结构。

此外，极性磷脂的空间分布和TAG的粒径可能对脂质消化与吸收产生影响。Liu AJie等指出，极性磷脂若真正定位于油滴界面而非自由悬浮，则其对脂质消化吸收具有重要作用。如图2D～F所示，3 种M-WPI粒径、Zeta电位及PDI均存在差异。Hilmar和Friesland M-WPI粒径较小，其中Friesland M-WPI以900～3 000 nm的单峰分布为主，体系稳定性较高；Fonterra M-WPI蛋白质溶解性较差，可能易形成蛋白质不溶性聚集体，其粒径较大，粒径差异可能进一步影响消化行为。Chai等研究发现，较小尺寸脂肪球具有更大比表面积，可提供更多脂肪酶吸附界面，因此消化速率高于大尺寸脂肪球；Singh等指出，减小粒径可增强脂类与蛋白质的酶接触率，从而加速消化。综上所述，不同来源的M-WPI在氨基酸组成、蛋白质溶解性、磷脂分布和粒径等方面表现出差异，这些差异或将影响其消化吸收效率。

4 3 种M-WPI的消化吸收特性

4.1 3 种M-WPI的体外胃肠消化动力学分析

如图3A、B所示，3 种M-WPI在体外模拟婴幼儿胃肠消化过程中均表现出明显的阶段性变化。胃消化阶段（G30～G90），3 种样品均出现不同程度的浑浊与沉淀，这一现象主要与体系pH值接近MFGM蛋白等电点，蛋白发生聚集形成絮状结构有关。进入肠消化阶段后，随着pH值升高至中性偏碱性，在胰酶和胆盐的共同作用下，蛋白逐步被水解为小分子肽和游离氨基酸，消化液逐渐澄清，颗粒数量明显减少。如图3C～E所示，3 种M-WPI的蛋白质水解均呈现出“胃相缓慢、肠相加快”的特征，胃相（0～90 min）水解速率较低，而肠相（120～210 min）水解速率显著增加，且其蛋白质消化率在约210 min达到峰值。这一规律与婴幼儿胃酸分泌不足、胃蛋白酶活性较低而小肠胰酶活性较高的生理特征一致。

此外，不同M-WPI的体外模拟胃肠道消化吸收存在一定差异，其中Fonterra M-WPI在胃相水解最为缓慢，肠相小肽与游离氨基酸的释放亦相对滞后，而Hilmar M-WPI的水解速率最快。这种差异可能与其氨基酸组成及界面性质有关。Fonterra M-WPI疏水氨基酸相对含量较高、蛋白质溶解性较低且粒径较大，在胃相可能更易形成致密絮凝体，从而影响酶与底物的接触；相较之下，Hilmar M-WPI蛋白质溶解性较好、粒径较小、Zeta电位绝对值较高，界面稳定性较优，可能更有利于蛋白的连续水解。本研究结果与Ye等关于乳脂肪球在胃消化阶段发生显著絮凝的观察一致。总体而言，MFGM蛋白主要在小肠阶段完成降解与吸收，其水解效率及小肽和游离氨基酸的释放过程受M-WPI组成与界面结构特性的共同影响。

4.2 3 种M-WPI消化过程中的SDS-PAGE分析

如图4A所示，3 种M-WPI的主要成分包括黏蛋白1（约160～200 kDa）、黄嘌呤脱氢酶/黄嘌呤氧化酶（约146～150 kDa）、分化抗原簇36（约76～78 kDa）、嗜乳脂蛋白（约66～67 kDa）等膜相关蛋白，以及 α-酪蛋白（约23～25 kDa）、κ-酪蛋白（约19 kDa）、β-乳球蛋白（约18 kDa）和α-乳清蛋白（约14 kDa）等典型的乳源蛋白。随着模拟婴幼儿胃肠消化的进行 （图4B～D），MFGM蛋白出现消化差异性，在胃消化阶段仍可观察到嗜乳脂蛋白残留。可能是由于嗜乳脂蛋白作为典型跨膜糖蛋白，其疏水跨膜区深嵌于脂质双层并与磷脂形成稳定复合体，从而限制了消化酶的作用，使其在胃消化过程中仍保持部分残留。Ye等同样发现，不同的MFGM蛋白对胃蛋白酶的水解敏感性差异很大，嗜乳脂蛋白相较于其他膜蛋白显示出较高耐消化性，在胃消化条件下被水解的程度较低。从功能角度看，MFGM蛋白结构稳定性与消化差异可能反映其在肠道中的功能分化，嗜乳脂蛋白等糖基化蛋白或以完整或片段形式参与免疫调节与黏膜屏障维护，而黄嘌呤脱氢酶/黄嘌呤氧化酶、分化抗原簇36等易降解蛋白则提供氨基酸与生物活性肽底物。此外，MFGM界面结构可能通过包埋与酶切竞争调控乳清蛋白消化，从而降低潜在致敏风险。综上，不同膜蛋白的结构稳定性与消化特征揭示了MFGM在婴幼儿胃肠道中的分化功能，并为其在配方乳粉中的功能化应用提供理论依据。

5 3 种M-WPI的乳液形态分析

在乳液或婴儿配方乳中添加MFGM（或富含MFGM的原料）是模拟类母乳脂肪球结构与组成的主要 策略。如图5所示，母乳脂肪球呈现出典型的“TAG核心-磷脂膜包裹”的天然结构特征，相比之下，3 种不同M-WPI乳液均可在不同程度上形成磷脂环状包裹的类母乳脂肪球结构，表明MFGM有助于乳液体系中类母乳脂肪球结构的形成，而程度的不同可能与各M-WPI的组成差异有关。Zhu Bin等通过引入MFGM与外源性磷脂，在配方乳中成功构建类母乳MFGM结构；Sun Yue等 发现，利用MFGM构建类母乳脂肪球结构，可使配方乳在代谢特性上更接近母乳；而王鑫等则指出，界面膜连续性与完整性的差异可能主要受磷脂自组装能力及其与伴随蛋白在界面的竞争吸附行为协同调控，并与原料中磷脂的含量、组成及空间分布特征密切相关。

FTIR光谱分析（图5B）进一步佐证了上述结构特征。3 种不同M-WPI乳液的整体谱型与母乳高度相似，且与相应原料样品存在明显差异，表明所构建乳液较好地模拟了母乳脂肪球结构。在3 300～3 400 cm-1处，M-WPI乳液与母乳均表现出较强且宽化的—OH/—NH伸缩振动吸收峰，较原料样品明显增强；在2 920、2 850 cm-1处，Friesland和Fonterra M-WPI乳液的—CH2伸缩振动峰显著增强，而Hilmar M-WPI乳液的吸收峰波形接近于母乳；1 740 cm-1处酯基C＝O吸收峰在母乳及乳液中清晰可见，而在原料样品中较弱。在蛋白质特征区，酰胺I带（约1 650 cm-1）和酰胺II带（约1 540 cm-1）吸收峰在乳液中较原料样品出现展宽且伴随轻微位移。同时，Friesland和Fonterra M-WPI乳液在1 100～1 000 cm-1区域中的P＝O和P—O—C特征吸收峰增强，进一步体现了界面磷脂特征的突出性。此外，不同来源M-WPI构建的乳液在部分特征峰强度和峰形上仍存在一定差异。综上，M-WPI乳液在界面微观结构与分子特征层面整体实现了对母乳脂肪球结构的有效模拟，为婴幼儿配方乳液脂肪球界面的仿生重构提供了依据。

6 结 论

本研究发现，3 种不同来源的M-WPI因其氨基酸组成、磷脂含量、蛋白质溶解性、粒径及磷脂分布等的差异，在体外模拟婴幼儿胃肠消化过程中表现出显著不同的微观结构演变与水解动力学特征。同时，M‑WPI中MFGM蛋白的消化耐受性存在差异，如其中嗜乳脂蛋白在胃消化阶段保持较高稳定性。此外，由3 种M‑WPI构建的乳液均能形成磷脂环状包裹的类母乳脂肪球界面结构，但其完整性与均匀性可能因来源而异。综上，本研究阐明了M‑WPI组成与结构特征对其消化微观结构及消化行为的调控机制，为富含MFGM的婴幼儿配方乳粉设计与功能优化提供了理论依据。

引文格式：

龙田静, 王亚格, 张依锦, 等. 富含乳脂肪球膜乳清分离蛋白粉体外模拟婴幼儿胃肠道消化特性[J]. 食品科学, 2026, 47(13): 1-8. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251024-171.

LONG Tianjing, WANG Yage, ZHANG Yijin, et al. In vitro infant gastrointestinal digestion characteristics of milk fat globule membrane-enriched whey protein isolates[J]. Food Science, 2026, 47(13): 1-8. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251024-171.

实习编辑：普怡然；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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