乳铁蛋白在食品领域的应用专利技术综述

◎ 杨燕婷

（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏 苏州 215163）

乳铁蛋白（Lactoferrin，LF）也称乳转铁蛋白，因其晶体呈红色早期称为红色蛋白，是主要存在于哺乳物动乳清中的球蛋白，1938年由Sorensen M和Sorensen SPL首次从牛乳中分离出来，是一种生物分子量为70～80 kDa的铁结合性糖蛋白。现有的乳铁蛋白产品多来源于不同的原料乳，如牛乳、人乳、山羊乳和骆驼乳等原料乳中，尤其在各种初乳中含量丰富。目前，乳铁蛋白大部分是从常乳和初乳中分离纯化得到的，也可以利用加工奶酪时的副产物乳清分离乳铁蛋白。

1 乳铁蛋白功能及应用概述

乳铁蛋白存在于多种组织中，具有多种多样的生物学功能，其具有参与铁代谢、广谱抗菌、调节机体免疫、抗病毒、抗氧化、避免刺激肠胃、促进肠道益生菌群生长、强化肠道对铁的吸收、调控细胞增殖、防癌抗癌等生理功效。因此，乳铁蛋白在临床卫生、食品保健品、饲料兽药、化妆品、保鲜和消毒等领域具有广阔的运用和发展前景[1]。

乳铁蛋白主要是从牛初乳中提取的一种天然物质，安全可靠，特别是婴儿食品中添加乳铁蛋白可增强免疫力，促进生长发育。乳铁蛋白作为食品成分或食品添加剂的使用在许多国家和地区已经得到法律的承认。美国、日本等许多国家有实验表明其安全可靠，无毒副作用。乳铁蛋白在我国是卫生部批准的食品营养强化剂，根据GB 14880-2012《食品营养强化剂使用标准》的要求进行添加。

2 乳铁蛋白在食品领域应用的专利申请趋势

2.1 国内外历年专利申请现状

全球乳铁蛋白提取、制备及应用的专利研究起步于1976年，第一篇专利涉及用于幼年哺乳动物的药品，比如人的缺铁性贫血口服液[2]，乳铁蛋白在食品领域的研究则在5年后起步。

全球乳铁蛋白在食品领域的专利申请量趋势如图1所示，表明全球乳铁蛋白在食品领域的研究大致可以分为1981—1998年的萌芽和缓慢增长期和1999年至今的快速增长期。对比国内外的研究情况，国外对乳铁蛋白在食品领域的研究较早，1981年开始出现涉及乳铁蛋白在食品中应用的专利申请，前期技术上突破缓慢，1985年以后才开始出现上升趋势；1999年后进入快速增长期；2006年国外申请量高达56件，处于国外申请的顶峰；2006年以后，随着国际经济的持续低迷，国外的专利申请量有所下滑，近年来国外专利申请量保持平稳。相比较国外，国内乳铁蛋白在食品应用的专利申请起步稍晚，始于1990年，国内专利申请的走势大致经历了1990—2002年的技术萌芽期和2003年至今的增长期，2013年达到顶峰，年申请量68件，随后略有下降。国内出现快速增长的原因如下：①由于2006年前后，随着国内外对乳铁蛋白功能的不断阐明，其开发利用更具实用价值。②当时我国奶牛产初乳的大部分被作废料扔掉，造成很大浪费，具有再利用的前景和基础，随着乳品业的发展，乳清产量大量增加，因此生产乳铁蛋白的原料廉价丰富，在我国有生产利用乳铁蛋白的基础。因为专利申请的公开需要一定周期。

图1 全球乳铁蛋白在食品中应用领域的专利申请量分析图

2.2 各国专利申请情况

乳铁蛋白在食品领域应用的专利申请主要集中在8个国家，申请量最大的国家为中国、日本和美国，这3个国家的专利申请量占据了相关领域专利申请量的50%，另外50%则分布在各大乳制品生产和消费国。从图2可以看出，随着中国近年来对乳制品产业、健康产业以及母婴产业的高度重视，以及知识产权保护意识的不断增强，其有关专利申请量已达到全球申请量的40%，其中，国外申请人按照专利合作条约（即PCT）进入中国国家阶段的国际申请占国内申请的37%。凸显了乳铁蛋白在食品领域可观的应用前景以及国外对中国市场的重视。

图2 全球乳铁蛋白在食品应用领域的专利申请量国别分析图

3 乳铁蛋白在食品领域应用的专利发展方向及热点

3.1 技术领域分布

从乳铁蛋白在食品领域的发明重点来看，发明重点在乳铁蛋白与其他食品组分组合的专利种类占比最大，占75%，进一步与其他功能性成分协同组合发挥作用的占29%，并且发挥协同作用的种类主要分为益生菌与益生，有机酸，活性蛋白、多肽及氨基酸（α-乳清蛋白、免疫球蛋白、谷氨酰胺肽、支配性免疫缩氨酸等），酶（乳过氧化物酶、漆酶等），天然动植物提取物，微生物及矿物质（甘氨酸亚铁、钙、维生素C等），见表1。发明重点针对乳铁蛋白在食品加工过程的改进占8%，这类改进主要为提高乳铁蛋白的稳定性。5%的专利改进重点在于乳铁蛋白的制备，主要涉及膜处理手段等提取技术的改进和基因重组技术的介入，用于更高效地分离制备出纯度更高、性能更好的乳铁蛋白；还有专利使用三价铬与乳铁蛋白经加热处理形成三价铬复合物，并将其添加至乳制品中，供糖尿病患者食用或服用，能够有效降低患者血糖、血脂、及胆固醇[3]；另有专利通过组合乳铁蛋白、骨桥蛋白和铁形成乳铁蛋白-骨桥蛋白-铁络合物，能够在食品中提供生物利用率良好的铁，并且避免了令人不快的金属味或表现出的较差稳定性[4]；5%的专利涉及食品专用乳铁蛋白的改性，主要涉及酶解技术制得乳铁蛋白肽、包埋制得缓释性肠溶薄膜包衣、或者酸凝聚、高温变性获得特殊用途，例如向2%～10%乳铁蛋白溶液中加入猪胃蛋白酶，乳铁蛋白酶解物与其他辅料组合制得储藏新鲜马苏里拉奶酪的卤水凝胶[5]。

表1 乳铁蛋白各专利技术领域及其申请情况表

乳铁蛋白在食品领域的应用主要分为2个部分，95%的专利涉及乳铁蛋白以功能性成分的形式添加到食品组合物中；5%的专利涉及将乳铁蛋白作为保鲜剂运用于食品。各食品种类中，乳制品添加乳铁蛋白的专利超过一半，其中奶粉，特别是婴幼儿配方奶粉占比最大。在食品保鲜应用方面，主要利用乳铁蛋白的抑菌或抗氧化剂作用，其中针对肉类保鲜的专利占绝大多数。应用方式上，乳铁蛋白主要通过与其他保鲜剂组合共同发挥作用，组合使用最多的成分为乳酸链球菌素、乳酸及衍生物、溶菌酶这些肉制品常用的保鲜剂。从乳铁蛋白在食品领域的适用对象看，婴幼儿占比最大，其次是病人、老人和孕产妇，表明乳铁蛋白的应用人群主要集中在需要提高营养水平、增强体质的特殊年龄和类别的人群中。

进一步分析乳铁蛋白在食品领域专利的技术功效分布情况。基于免疫功效的专利技术占24%，这是由于接近母乳是婴幼儿配方奶粉研发的核心诉求，母乳中乳铁蛋白含量较高、而配方奶粉中乳铁蛋白含量不足，添加该活性蛋白可以模拟母乳，发挥其刺激免疫细胞因子产生的作用；抑菌功效的专利占13%，在食品保鲜领域主要发挥其广谱抑菌作用；参与铁代谢的专利占12%，主要用作缺铁性贫血的补铁剂或者平衡体内铁的代谢，与常规无机铁制剂相比，乳铁蛋白能够提高铁的吸收率，降低不良口味，提高服用接受度；促进胃肠道健康的专利占10%，可调节肠道菌群、促进新生儿肠道黏膜免疫功能发育、刺激胃动力等，缓解或者避免肠道菌群失调带来的便秘或者腹泻症状，该类发明常常与益生菌或益生元组合使用。

3.2 国内外机构在华的专利技术布局和特点

在我国申请食品领域用乳铁蛋白的专利，数量较多的国外企业有雀巢（32件）、MJN美国控股（17件）、澳优乳业（8件）、狮王株式会社（6件）等，国外企业的专利研究主要集中在乳制品领域中乳铁蛋白作为特定功能成分单独或与其他功能性成分或加工方法相结合的研究，乳铁蛋白在加工和使用过程中的稳定性研究。雀巢公司作为乳铁蛋白领域中主要的申请人，在该领域中积极进行专利布局，分别提交了40件与乳铁蛋白相关的同族专利申请，其中32件已在国内申请，主要侧重于在奶粉中添加不同种类、含量或用途的乳铁蛋白，以制备针对婴幼儿，尤其是初生婴儿的功能型奶粉的专利申请。MJN美国控股在华申请的专利主要集中于乳制品加工中在低于乳铁蛋白变性温度或者避开乳铁蛋白等电点的条件下采用超滤、膨胀床吸附层析分离等非热除菌的加工方法、添加稳定性更强的非人乳乳铁蛋白等手段保护乳铁蛋白的活性，另外，还研究了乳铁蛋白作为增强脑部、神经元发育的成分，作为抑制细菌病原体黏附、刺激免疫细胞因子产生的功能性成分单独或与益生元组合添加于婴幼儿乳制品中。澳优乳业仅涉及乳铁蛋白在婴幼儿配方食品中的一般性添加。狮王株式会社在我国申请的专利数量虽然相对较少，但是结案案件75%授权，发明点涉及技术细节，依托公司在消化系统健康领域的优势，扩展了乳铁蛋白在普通食品种类、饮料、口香糖等食品组合物中的应用，并且着重研究乳铁蛋白与麦芽糖醇、漆酶、短乳杆菌等协同使用发挥特定的作用。

国内申请人的专利研究主要集中在乳铁蛋白作为功能性成分添加于食品组合物或者食品的保鲜中，另外还涉及乳铁蛋白在加工和使用过程中的稳定性研究，国内申请数量较多的国内企业和大学有光明乳业（17项）、内蒙古伊利实业（14件）、内蒙古蒙牛乳业（14项）、东北农业大学（10项）等，以上4组申请人的专利主要集中在乳品领域。光明主要关注在不同的细分奶制品中，比如奶粉、发酵乳、奶昔粉、乳酪保鲜中添加；伊利主要关注在液态奶制品中添加，并研究其稳定性的保持；蒙牛则关注于液态奶，以及充气乳饮料等新型乳饮料中的应用，并探索所发挥的不同功效；东北农业大学针对配方奶粉进一步研究乳铁蛋白与其他组分复配所发挥的作用。

3.3 重点专利技术分析

乳铁蛋白其热稳定性很差，等电点约为8.9，在中性条件下具有热不稳定，温度为65～69 ℃即开始失活，因此加热时间不能过长；在酸性条件下乳铁蛋白较耐热，在中性和碱性条件下则改变结构发生浑浊和凝胶化。改变结构的乳铁蛋白不具有生物活性，因而乳铁蛋白在食品领域应用时会受到很大限制。为了解决该问题，17%的专利就如何提高乳铁蛋白的热稳定性开展研究。可通过改变杀菌方式防止乳铁蛋白失活，非热除菌或者短时杀菌，具体为膜过滤、超高压均质、超声灭菌和HTST杀菌法等。主要有如下方法，①调整生产流程，将乳铁蛋白等热敏感物料和其他物料分开处理，分别采用不同工艺组合，并对热敏感的水溶性物料采用膜过滤、低热杀菌等，避免了原料营养成分损失和变性，在最大可能的保存营养成分的前提下除去微生物。②提高添加量，弥补热加工中的损失量。③改性处理，酶水解或添加碳水化合物稳定剂，酸性条件下借助胃蛋白酶分解得到稳定性更高的去铁乳铁蛋白，或者添加阴离子多糖高甲氧基果胶与阳离子的乳铁蛋白形成亲水性复合物，添加微孔淀粉等包埋处理乳铁蛋白，提高其稳定性[6]。此外，有专利构建了食品级材质的乳铁蛋白油包水（W/O）型微乳体系，利用微乳体系较低的水活度的特点，实现对提高乳铁蛋白耐热性，从而在加热灭菌处理食品原料的过程中，尽量多地保存原料中乳铁蛋白的活性含量[7]。

4 结语

乳铁蛋白具有优异的生物活性，具有广泛的应用前景和不可估量的营养学价值。随着婴幼儿食品越来越趋向于母乳化，模仿母乳中功能性成分的添加已成为现今婴幼儿食品的整体趋势。乳铁蛋白在食品领域的研究主要集中在乳制品，特别是婴幼儿配方奶粉方面，同时针对其他人群、其他食品种类的研究在不断增加。改进加工工艺及采用改性办法保证乳铁蛋白稳定性，以更好地发挥其生物活性是专利研究的重点和趋势。此外，由于乳铁蛋白的已知功能已基本被阐释，新的研究趋势将是乳铁蛋白如何与其他活性物质联合使用发挥协同效果方面。