《食品科學》：天津科技大學于景華教授等：膽固醇對嬰兒配方奶粉穩定性與脂質消化特性的影響

母乳作為嬰兒生命初期最理想的天然食品，富含蛋白質、脂肪等多種必需營養素。然而，受母體健康狀況、職業環境等客觀因素限制，部分嬰兒無法實現純母乳喂養，此時需借助母乳代用品以滿足新生兒的生長發育需求。隨著營養科學研究的深入，學術界對母乳成分及其營養價值有了更系統的認知。

人乳脂肪球（MFG）的粒徑呈現顯著的多分散性，其分布區間為0.1～15 μm，其中體積加權平均直徑測定值約為4 μm。從化學組成角度分析，MFG的核心結構主要由甘油三酯（TAG）構成，其含量可達到母乳總脂肪的98%以上。MFGM作為包裹MFG的界面活性層，是由多層膜結構及其相關生物分子組成的復雜體系，包括蛋白質、膽固醇、糖蛋白、中性脂質、極性脂質以及多種微量成分。其中，膽固醇作為母乳中含量最豐富的固醇類化合物，在維持MFG的物理化學穩定性及促進嬰幼兒生長發育過程中發揮著關鍵作用。

在食品工業中，尤其在乳制品領域，膽固醇不僅參與MFGM結構的構建，更對嬰兒大腦發育、細胞信號轉導及代謝穩態的維持至關重要。市售添加MFGM的配方奶粉大多僅注重磷脂的補充，卻普遍忽視膽固醇的添加，導致其膽固醇含量極低甚至無法檢出。

前期的工作中已將外源膽固醇與MFGM組分共同組裝，成功構建了與母乳結構相似的乳脂肪球，天津科技大學食品科學與工程學院的李洪波、李旭、于景華*等研究通過噴霧干燥將上述富含營養成分的脂肪球制備成嬰兒配方奶粉，并探究奶粉的物理穩定性和消化特性，以期為開發具有精準營養遞送功能的新一代配方乳粉提供技術路徑。

1 嬰兒配方奶粉配方的確定

嬰兒配方奶粉以母乳成分作為標準調配，為了模擬出母乳中脂肪酸組成，用玉米油、椰子油和菜籽油進行復配，植物油主要的脂肪酸分布如表1所示。為了符合國家對嬰兒配方食品要求，保持蛋白質、脂肪和碳水化合物等物質在GB 10765—2021范圍內。

本研究中不涉及蛋白質、碳水化合物的改變，配方之間主要的變量為膽固醇的添加量。為了更好地模擬現實情況，按13 g粉溶為100 mL乳液計算，每13 g干物質中膽固醇的添加量分別為0、10、20、30 mg，奶粉中總蛋白質量分數約為13%，脂肪質量分數約為27%，碳水化合物質量分數約為58%。嬰兒配方奶粉的具體配方見表2。

2 嬰兒配方奶粉的理化性質

2.1 嬰兒配方奶粉復原乳液物理穩定性分析

本研究采用相對背散射光強度變化值（ΔBS）作為表征指標。如圖1所示，不同膽固醇添加量的復原乳液體系均呈現相似的ΔBS變化趨勢，主要表現出聚集上浮的不穩定特征。當頂部區域ΔBS呈現正值時，表明該區域發生乳滴聚集現象；而底部ΔBS的正值變化則反映沉淀行為的出現。監測數據顯示，隨著當膽固醇添加量的增加，頂部區域ΔBS值隨時間推移分別從0%增至24.1%、22.8%、20.9%和23.1%，當ΔBS值超過8%時，則預示著體系穩定性較差，可能迅速發生相分離。本研究所有樣本的ΔBS最終值均遠超過8%，證實脂肪上浮是復原乳液體系失穩的主要原因。在低膽固醇添加量條件下，由于脂肪球表面膽固醇和磷脂覆蓋不足，新形成的界面膜結構穩定性較差，致使脂滴易于聚集，體系穩定性降低導致ΔBS迅速上升。隨著膽固醇含量的增加，ΔBS上升幅度減緩，表明脂肪聚集上浮現象得到一定程度的抑制，膽固醇與磷脂形成更致密、穩定的Lo相微區，增強了界面機械強度，抑制脂滴聚集。然而，過量的膽固醇可能干擾界面膜重組過程，由于過量膽固醇擾亂界面磷脂分子排列，導致膜重組效率下降，界面覆蓋度降低，削弱了靜電排斥與空間位阻效應使ΔBS再度升高。

2.2 膽固醇對嬰兒配方奶粉脂肪包裹率的影響

噴霧干燥工藝制備嬰兒配方奶粉過程中，乳脂肪球界面膜結構發生顯著改變。此外，奶粉顆粒的物理完整性也是影響脂肪穩定性的關鍵因素，顆粒表面的微觀缺陷（如裂紋、孔隙等）會加速包埋脂肪的遷移和氧化。本研究通過量化分析脂肪包埋率和游離脂肪含量兩個關鍵指標，系統評估奶粉體系的穩定性特征。如圖2所示，隨著膽固醇添加量的增加，不同樣品的脂肪包裹率呈現先上升后下降的趨勢，但均高于未添加膽固醇的對照組樣品。在高溫霧化作用下，原有膜結構被破壞，隨后由蛋白質、磷脂等表面活性物質重新構建新型界面膜。研究表明，適量膽固醇可通過疏水作用與磷脂協同降低膜相變溫度，增強乳脂肪球界面柔韌性，在奶粉加工過程中形成結構更穩定、致密性更高的界面膜。其中磷脂提供界面膜的基本骨架，而膽固醇通過填充磷脂酰鏈間的空隙，減少膜缺陷，防止脂肪滴在加工或儲存過程中發生聚結。磷脂作為天然乳化劑吸附于脂肪-水界面，而膽固醇進一步優化界面膜排列，協同降低界面能，使脂肪液滴在均質過程中更易分散為細小且均勻的微粒，這種復合膜具有較低的表面張力，能夠有效抵御噴霧干燥和均質過程中的機械應力，從而提高脂肪包埋效率，改善產品品質。

當膽固醇添加量較低時，其與蛋白質的競爭吸附作用較弱，需要增加添加量以提升包埋效果。在膽固醇添加量為20 mg/13 g奶粉時，脂肪包裹率為（86.43±2.75）%，達到最大值；然而，當膽固醇添加量進一步增加至30 mg/13 g奶粉時，脂肪包裹率略有下降，為（82.46±3.42）%，這是因為高濃度的膽固醇加強了脂滴的流動性，降低了乳液的穩定性，脂滴之間的碰撞加劇不利于乳脂肪的包埋。另外，過量的膽固醇會導致界面磷脂過度取代界面蛋白，降低界面膜的機械強度。特別是在噴霧干燥過程中，這種結構缺陷會使界面膜的抗壓能力下降，增加膜破裂風險，從而影響脂肪的有效包埋。

2.3 嬰兒配方奶粉沖調性的變化

奶粉的沖調性能是評價其品質的關鍵參數之一。游離脂肪含量過高不僅會導致產品結塊，還會因其疏水特性而影響溶解特性。此外，表面游離脂肪的氧化可能產生不良風味物質，從而降低產品品質。因此，優質奶粉應具備優異的沖調性能和較低的游離脂肪含量。本研究通過測定潤濕時間和分散時間兩個關鍵指標評估沖調性能。如圖3所示，未添加膽固醇的樣品表現出最長的潤濕和分散時間。隨著膽固醇添加量的增加，濕潤性呈現先降低后升高的變化趨勢，分散性呈現一直降低的變化趨勢。這種現象可能與表面游離脂肪的疏水效應有關，其增加了溶解過程中的表面張力，阻礙了顆粒的潤濕和分散。實驗結果進一步證實，奶粉的沖調性能與脂肪包埋效率和脂肪球的界面構成存在顯著相關性。

2.4 體外消化過程中物理性質及微觀結構的變化

如圖4a所示，在胃消化初始階段，乳液的平均粒徑呈現持續上升趨勢，揭示出脂肪顆粒的聚結現象。這是由于消化液內的pH值以及離子強度減弱了脂肪球間的靜電斥力，也有部分原因是膜蛋白被胃蛋白酶水解，這些都會導致脂肪球失去穩定性而發生聚集。值得注意的是，添加10～20 mg膽固醇的組別相較于對照組，粒徑變化幅度較低，這表明膽固醇通過增強MFGM中磷脂-蛋白復合物的交聯密度，部分抵消了胃蛋白酶對界面蛋白的水解破壞。在腸道消化階段，乳液體系的粒徑隨膽固醇添加量的增加呈現先增后減的動態特征。膽固醇參與構建的界面結構為膽鹽和胰脂肪酶提供了更多錨定位點，此時膽鹽與胰脂肪酶在脂滴界面的特異性吸附加速了脂肪酸的釋放過程，由此產生的FFA及甘油酯類物質與膽鹽形成競爭吸附機制，顯著削弱脂滴間的空間穩定效應，脂滴容易發生聚集。從圖5可知，復原乳液在腸消化60 min之前聚集現象明顯，隨著反應的進行，平均粒徑逐漸減小。而前期對乳液體外消化的研究表明，腸消化90 min時聚集現象最為明顯。這可能是由于奶粉復原乳液中的乳糖等物質參與了界面組成，形成了更為復雜的界面結構。該結構抑制了水解產生的脂肪酸等物質對表面活性成分的有效替代，從而減緩了平均粒徑的增長速度。另外，膽固醇通過調節乳糖-脂質界面的分子排布起到乳化作用，將脂肪乳化成細小的微滴，降低了乳糖分子對脂滴表面活性位點的空間位阻效應，使得水解產物（FFA、單脂肪酸甘油酯（MAG））能更高效地置換界面成分，這種界面穩定性的差異最終延緩了粒徑的演變進程。

復原乳液在體外消化過程中的Zeta電位變化如圖4b所示，Zeta電位的絕對值越大，表示粒子間的靜電斥力越大，整個系統就越穩定。在胃消化階段，添加20 mg膽固醇組的Zeta電位絕對值高于對照組，表明膽固醇可能與MFGM源糖蛋白的糖基通過疏水相互作用形成復合物。該復合物可在界面形成一層保護性結構，部分抵消高離子強度環境下的電荷屏蔽效應，有助于在酸性環境中維持界面電荷。進入腸消化階段后，膽固醇通過兩種競爭機制影響電位演變：一方面，膽固醇可與帶負電的膽鹽通過疏水作用結合，減少膽鹽在油-水界面的吸附量，從而降低界面負電荷密度，導致Zeta電位絕對值在腸消化階段初期下降更為明顯；另一方面，膽固醇與磷脂通過形成Lo相微區，增強界面膜的剛性和結構完整性，可延緩胰脂肪酶對膜結構的破壞分解，使得乳液界面崩解過程減緩，Zeta電位的變化幅度降低。這種微區間的電位漲落現象，本質上是界面組成動態平衡的外在表征。

2.5 FFA及釋放動力學

本研究通過體外消化模型監測不同膽固醇配方的乳液體系脂解動力學特征。如圖6所示，FFA釋放曲線揭示了顯著的消化階段差異。本研究的體外消化模型為0～3 個月的新生兒，與較大嬰兒（如6～12 個月）相比具有較高的pH值，會導致胃蛋白酶的活性較低，從而對蛋白質（如酪蛋白膠束和MFGM蛋白）的水解作用減弱。此外，較高的pH值會影響胃脂肪酶的功能，降低其對MFGM結構的破壞能力。所以胃消化階段FFA生成量整體偏低，其中對照組在消化終點呈現最高累積量，這可能與其較低的脂肪包裹效率導致表面游離脂肪暴露度較高相關。

新生兒的腸消化環境與較大嬰兒的并無明顯差異。進入腸消化階段后，FFA釋放速率呈現快速上升的趨勢：30 min開始出現爆發式增長，隨后進入緩釋階段，與之前的研究結果相似。這種動力學轉變主要源于兩方面的競爭機制：一方面，長鏈脂肪酸等疏水性產物的界面沉積會形成空間位阻，抑制脂肪酶的持續作用；另一方面，甘油酯類物質（甘油二酯、MAG）與膽鹽協同構建的膠束體系不僅增強脂質轉運能力，還可通過界面重組維持酶活性位點的可及性。同時，消化過程中形成的混合膠束對疏水產物的增溶作用，與脂滴表面吸附層的動態重構共同構成了自調節機制。這種界面微環境的動態平衡最終導致FFA釋放雖速率趨緩，但總量仍保持穩定增長，完整展現了乳脂消化的多相協同特征。

結論

本研究通過比較不同膽固醇添加量乳液制備的嬰兒配方奶粉的功能特性差異，以確定膽固醇最適添加量，為優化嬰兒配方奶粉生產提供科學依據和技術支撐。結果表明，當膽固醇的添加量為20 mg/13 g奶粉時，嬰兒配方奶粉的游離脂肪量最低，脂肪包裹率最高，為86.43%，且潤濕和分散時間最短，表明該嬰兒配方奶粉具有優異的物理化學特性和優良的沖調性能。添加20 mg膽固醇的嬰兒配方奶粉，在消化過程中脂肪酸釋放更充分，消化特性最好。綜上所述，膽固醇添加量為20 mg/13 g奶粉時在物理化學特性和消化性能方面均表現出最佳狀態，進一步拓展了膽固醇在嬰兒配方奶粉的應用研究。

引文格式：

李洪波, 李旭, 張乃彬, 等. 膽固醇對嬰兒配方奶粉穩定性與脂質消化特性的影響[J]. 食品科學, 2025, 46(23): 112-119. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250609-048.

LI Hongbo, LI Xu, ZHANG Naibin, et al. Effect of cholesterol on the stability and lipid digestion characteristics of infant formula milk[J]. Food Science, 2025, 46(23): 112-119. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250609-048.

實習編輯：閆凱；責任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網

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