豆基婴儿配方粉化学与营养特性研究

赵善舶，孙晓萌，班清风，程建军，郭明若

（东北农业大学食品学院，乳品科学教育部重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150030）

婴儿为保证自身的正常生长发育和各项生命活动，出生后必须摄取满足自身生长发育需求的营养物质。母乳正是为满足新生儿的生长发育而“量身定制”的食物。当前影响母乳喂养能力的因素较多，其中包括生理、文化背景、经济、医疗以及环境等多种因素。某些情况下会出现母乳喂养不足或不能进行母乳喂养，因此，开发与母乳成分相近的婴儿配方粉至关重要。世界上约有0.3%～7.5%的婴儿会出现不同程度的牛奶蛋白过敏现象。同时母乳和乳基婴儿配方粉中乳糖含量高达40%～50%，以肠道乳糖酶缺乏所导致的乳糖不耐受症状是慢性腹泻病常见的病因，我国患有不同程度乳糖不耐受的婴儿可达30%。因此研制不含乳糖的豆基婴儿配方粉对患有牛奶蛋白过敏和乳糖不耐受的婴儿具有重要意义。

2012年有学者提出“全食物研究”的概念，即整个食物中的植物化学物共同对健康起作用。Nair和Megan等的研究也证明豆类所含有的蛋白质、脂肪和矿物质等成分对人类健康有益。当前豆基婴儿配方粉是以大豆分离蛋白为主要蛋白源，添加满足婴儿所需的脂肪、碳水化合物、维生素、矿物质和其他营养成分生产加工制成的粉状婴儿食品，可作为母乳代替产品。通过干/湿法生产的有机大豆粉能保持大豆原有的营养价值，且含有优质植物蛋白、矿物质和微量元素，使营养更加全面，有利于实现人体营养价值的平衡。同时有机大豆粉包含人体自身无法合成的赖氨酸和色氨酸等9种必需氨基酸，属于全价蛋白，且更容易被婴儿吸收，是一类潜在的豆基婴儿配方粉原料成分。

目前，豆基婴儿配方粉已经被全世界数百万婴儿食用，对婴儿生长发育呈现出和乳基婴儿配方粉一样的促进作用，且不含乳蛋白及乳糖，适用于素食家庭和具有乳糖不耐症、半乳糖血症和乳蛋白过敏等症状的婴儿。当前针对婴儿配方粉的营养功能研究主要是通过蛋白质功效比值法来评估。因此本实验利用以有机大豆粉和大豆分离蛋白为主要原料的豆基婴儿配方粉代替传统意义上的豆基婴儿配方粉，通过蛋白质功效评价来评价该配方粉的营养功能，为豆基婴儿配方粉的研究提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

龙王有机大豆粉（基本组成含量：蛋白质41 g/100 g、脂肪25 g/100 g、碳水化合物24.5 g/100 g、水4 g/100 g） 黑龙江省农垦龙王食品有限责任公司；大豆分离蛋白（基本组成含量：蛋白质85 g/100 g、碳水化合物3.4 g/100 g） 天津市光复精细化工研究所；OPO结构油脂（主要包括54.98%（质量分数，下同）1,3-二油酸-2-棕榈酸甘油三酯、25%葵花籽油、15%大豆油、5%椰子油；混合植物油中亚油酸、亚麻酸比例符合GB 10765—2021《食品安全国家标准 婴儿配方食品》中规定范围）、宏量矿物质 天津市东丽区天大化学试剂厂；麦芽糊精 天津市耀华化学试剂有限责任公司；低聚果糖 九三粮油工业集团有限公司；维生素混合物北京新光化工试剂厂；微量矿物质 北京益利精细化学品有限公司；柠檬酸钾、硫酸钾、浓硫酸、氢氧化钠天津市富宇精细化工有限公司。

1.2 仪器与设备

T2F固态三维混合机 瑞士Turbula公司；MTC-100D恒温混匀仪 杭州米欧公司；AVP-2000型高压均质机 英国Stansted Fluid Power公司；HC103水分测定仪 瑞士梅特勒托利多仪器有限公司；B-90HP喷雾干燥机、K-360凯氏定氮仪 瑞士布奇公司；LGP-5喷雾干燥塔 黑龙江大三源乳品机械有限公司；A388pro全自动氨基酸分析仪 德国曼默博尔公司；H-7650透射电子显微镜 日本Hitachi公司；Osmomat030 3000冰点渗透压仪 德国GONOTEC公司。

1.3 方法

1.3.1 配方设计原则

本配方严格按照我国颁布的GB 10765—2021《食品安全国家标准 婴儿配方食品》中的规定范围对豆基婴儿配方粉的能量、能量密度、蛋白质、碳水化合物、脂肪、矿物质和维生素等含量进行设计。

1.3.2 豆基婴儿配方粉工艺流程

原料严格按照GB 10765—2021进行生产及贮藏。主要配料比如下：按物料（蛋白质、油脂、麦芽糊精和低聚果糖、维生素和矿物质总物质）与去离子水的比例为3∶7（/）配料。蛋白质：将6.72 kg有机大豆粉和10.40 kg大豆分离蛋白粉溶于50 ℃的去离子水中缓慢搅拌充分混匀10 min。油脂：将24.09 kg混合油脂水浴加热至70 ℃，缓慢加入上述溶液并同时缓慢搅拌，混合5 min。碳水化合物：加入47.14 kg麦芽糊精和50.00 g低聚果糖，混合5 min。微量元素：用50 ℃的预留水将60 g复配维生素和170 g复配矿物质分别溶解后加入上述溶液中，混合5 min。

豆基婴儿配方奶粉的工艺流程如图1所示。

图1 豆基婴儿配方奶粉的工艺流程Fig. 1 Flow chart for the preparation of soybean-based infant formula

1.3.3 基本成分检测

根据GB 10765—2021和食品安全国家标准中各种营养物质检测方法对豆基婴儿配方粉基本化学成分（包括蛋白质、脂肪、碳水化合物、灰分、水分、混合维生素及矿物质等基础成分）进行检测。

1.3.4 氨基酸测定

根据GB 5009.124—2016《食品安全国家标准 食品中氨基酸的测定》氨基酸测定法对豆基婴儿配方粉、市售豆基婴儿配方粉和母乳进行处理，所得样品溶液使用氨基酸分析仪进行检测。

用氨基酸评分（amino acid score，AAS）来分析初级婴儿配方粉中氨基酸的组成，AAS计算如公式（1）所示。

式中：WHO为世界卫生组织（World Health Organization）；FAO为联合国粮食及农业组织（Food and Agriculture Organization of the United Nations）。

1.3.5 微观结构观察

采用透射电子显微镜对样品的微观结构进行分析，将样品稀释至0.5 mg/mL，在铜制弹网上滴入一滴豆基婴儿配方粉溶液，多余的液体用滤纸吸走。然后用一滴质量分数2%磷钨酸溶液进行染色，室温干燥，将铜网置于透射电子显微镜下，在100 kV的加速电压下进行微观结构观察。

1.3.6 渗透压测定

将豆基婴儿配方粉溶于50 ℃蒸馏水中，搅拌均匀且充分，用室温蒸馏水将渗透压仪进行校零，取50 μL的样品溶液并确保样品中没有气泡。每个样品平行测定3 次，取平均值。

1.3.7 蛋白质功效评价

参照孙义玄等的方法进行蛋白质功效比值（protein efficiency ratio，PER）评价实验。美国食品与药物管理局（Food and Drug Administration，FDA）要求所有配方粉需要进行初断乳大鼠生长实验来评价配方粉中PER。

1.3.7.1 动物分组及饲养

雄性SPF级Wistar大鼠36 只，体质量60～80 g，鼠龄3 周左右。将大鼠按照体质量随机分为3 组，每组12 只，每笼3 只。第1组为参比组，饲料中蛋白质来源仅为参比酪蛋白；第2组为目标实验组，饲料中蛋白质来源为仅豆基婴儿配方粉；第3组为对比实验组，饲料中蛋白质来源为仅市售豆基婴儿配方粉。

饲料成分严格按照美国公职分析化学家学会（Association of Official Analytical Chemists，AOAC）960.48标准制得。环境：室温（21±2）℃；室内相对湿度（relative humidity，RH）恒定为（70±5）%。饲养方式：自由进食和饮水。适应期：实验前，大鼠在不锈钢笼内单独饲养，经过7 d的适应环境阶段。实验期为28 d。

1.3.7.2 PER测定

记录每只大鼠实验开始时的初始体质量（精确至0.1 g），每天在相同时间记录大鼠的体质量变化和饲料摄取量，实验结束记录大鼠的体质量和饲料量，计算每组大鼠28 d内平均体质量增加量及平均蛋白摄入量计算PER。按公式（2）计算PER。

1.4 数据统计与分析

根据实验所得数据均进行3 次重复实验，用Excel 2016、IBM SPSS Statistics、Origin 2017等数据处理软件进行数据处理。所有实验结果采用重复测定结果的平均值±标准差表示。使用SPSS 17.0统计软件进行方差分析，＜0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 配方调整与确定

豆基婴儿配方奶粉基本化学成分的测定结果与其设计值如表1所示。以豆基婴儿配方粉设计值为标准，进行预实验，调整配方中营养物质含量使其接近设计值，最终配方结果如表1所示。通过预实验结果和GB 10765—2021中婴儿配方食品中规定的营养素含量对豆基婴儿配方粉不断改进，将大豆分离蛋白与有机大豆粉按一定比例（5∶3.21，/）调整并优化其他营养素含量，使其接近设计值。从而确定生产每吨豆基婴儿配方粉的配料表组成为有机大豆粉67.2 kg、大豆分离蛋白粉104 kg、混合油脂240.9 kg、麦芽糊精471.4 kg、复配维生素和矿物质31.84 kg。

表1 豆基婴儿配方粉基础指标结果Table 1 Chemical components of soybean-based infant formula

2.2 营养平衡指标分析结果

2.2.1 氨基酸含量对比分析结果

对豆基婴儿配方粉、市售豆基婴儿配方粉和母乳的必需氨基酸含量进行对比。如表2所示，豆基婴儿配方粉的氨基酸组成与母乳相似，氨基酸含量最丰富的3个氨基酸均为谷氨酸、天冬氨酸和亮氨酸；豆基婴儿配方粉的氨基酸总量均超过市售豆基婴儿配方粉和母乳，高达12.69 g/100 g。李娜等对母乳氨基酸含量研究发现，母乳中含量最丰富的氨基酸为谷氨酸，其次为亮氨酸和天冬氨酸，含量最低的为蛋氨酸，其次为色氨酸。除豆基婴儿配方粉的半胱氨酸仅为0.132 g/100 g外，其他氨基酸含量均高于母乳。结果表明，豆基婴儿配方粉的必需氨基酸可以满足正常婴儿每日所需氨基酸的种类和含量。

表2 豆基婴儿配方粉氨基酸测定结果Table 2 Amino acid profiles of soy-based infant formula and breastmilk g/100 g

2.2.2 必需氨基酸模式对比分析

AAS是营养学中对食物蛋白质营养评价的一个指标，AAS越高，表明该蛋白质的营养价值越高。本指标氨基酸含量依据GB 10765—2021相应数值计算。由表3中数据可以得出，豆基婴儿配方粉和市售豆基婴儿配方粉的AAS，除半胱氨酸（AAS分别为0.260和0.306）略低于母乳，其他必需氨基酸AAS均高于母乳，且豆基婴儿配方粉与市售豆基婴儿配方粉AAS相接近。其中，豆基婴儿配方粉的第一限制性氨基酸为半胱氨酸，第二限制性氨基酸为异亮氨酸，第三限制性氨基酸为缬氨酸。市售豆基婴儿配方粉第一限制性氨基酸为半胱氨酸，第二限制性氨基酸为苏氨酸+色氨酸，第三限制性氨基酸为赖氨酸。豆基婴儿配方粉的限制性氨基酸均为非必需氨基酸，必需氨基酸含量丰富，且对于婴儿来说，适量地提高苏氨酸、蛋氨酸、赖氨酸和色氨酸含量可以有效提高蛋白质吸收率，更好地促进婴儿的生长发育，该结果同宫春颖等研究结果一致。同时对于婴儿所必需的氨基酸组氨酸，该配方粉组氨酸含量为0.394 g/100 g，AAS为0.518，均高于市售豆基婴儿配方粉和母乳，蒋立锐的研究也表明强化组氨酸对婴儿早期发育具有重要作用。本实验结果表明该豆基配方粉在氨基酸组成和营养上均优于市售豆基婴儿配方粉，可以满足婴儿所需的营养，起到代替母乳的作用。

表3 豆基婴儿配方粉氨基酸AASTable 3 AAS of soy-based infant formula and breast milk

2.3 豆基婴儿配方粉的微观结构

通过透射电子显微镜放大20 000 倍和40 000 倍下对豆基婴儿配方粉和市售豆基婴儿配方粉进行观察，其结果如图2所示。与市售豆基婴儿配方粉（图2A、B）相比，豆基婴儿配方粉（图2C、D）颗粒形状较小，粉体颗粒分布较为分散，更加均匀。而市售豆基婴儿配方粉产生明显的结聚，有大颗粒呈现且分布不均匀。该结果表明豆基配方粉具有更好的体系稳定性。配方粉颗粒越小，则溶解性越好，该指标也能侧面反映豆基婴儿配方粉具有较好的溶解性。

图2 豆基婴儿配方粉透射电子显微镜观察结果Fig. 2 TEM images of soybean-based infant formula

2.4 渗透压分析结果

婴儿被喂养高渗透压的婴儿配方奶粉会造成肾脏器官的损伤，因此适合于婴儿渗透压的配方奶粉尤为重要，母乳渗透压正常范围为270～310 mOsm/kg HO，婴儿配方奶粉的渗透压最高不应超过400 mmol/L，否则会增加婴儿腹泻的风险，因此对豆基婴儿配方粉和市售豆基婴儿配方粉进行渗透压实验。从表4可以看出，豆基婴儿配方粉与市售豆基婴儿配方粉相比具有显著性差异（＜0.05），渗透压为281 mOsm/kg HO，相比市售婴儿配方粉，婴儿更容易吸收豆基婴儿配方粉，从而减轻其肾脏负担。豆基婴儿配方粉和市售豆基婴儿配方粉产品的渗透压均符合GB 10765—2021规定的婴儿体液平衡的需求。

表4 豆基婴儿配方粉渗透压的测定结果Table 4 Osmolarity of soybean-based infant formula

2.5 豆基婴儿配方粉对幼鼠体质量的影响

图3分别为酪蛋白参比组、市售豆基婴儿配方粉组和豆基婴儿配方粉组3 组大鼠在实验期间体质量变化及大鼠摄食量的变化。从图3A可以看出，在实验期间大鼠体质量随饲喂时间的增加呈现增加的趋势。实验初期，3 组不同饲料喂养的幼鼠体质量无明显差别，均在120 g左右；实验前10 d，3 组大鼠体质量无明显差异，体质量没有上升，呈波动趋势，可能是适应期的普通动物饲料与大鼠分组后喂养的特殊动物饲料成分及营养物质不同所导致。实验10 d后，市售豆基配方粉组和豆基婴儿配方粉组大鼠体质量迅速增加，且二者之间无明显差别，表明大鼠对配方粉消化吸收较好，有助于其生长发育；而酪蛋白参比组大鼠体质量增加缓慢；实验20 d后，酪蛋白参比组大鼠体质量呈平缓趋势，表明该组大鼠营养不良，影响其生长发育；从图3B可以看出，实验前10 d，3 组配方粉对大鼠实验期间的摄食量无明显影响；实验20 d后，豆基配方粉组大鼠摄食量明显高于酪蛋白参比组，说明该配方粉可提高幼鼠的饮食，使其发育正常；市售豆基婴儿配方粉与酪蛋白参比组摄食量也有明显差异。该结果表明，幼鼠对豆基婴儿配方粉的蛋白质具有较高的利用率，有机大豆粉和大豆分离蛋白配制的蛋白具有较好的蛋白质品质。如表5所示，实验28 d，豆基婴儿配方粉组大鼠体质量达177.01 g，总体质量增长率为47.10%。豆基婴儿配方粉组大鼠体质量日增长率为1.68%，与酪蛋白参比组相比有明显变化。

图3 大鼠体质量（A）和摄食量（B）变化结果Fig. 3 Changes in body mass (A) and daily feed intake (B) of rats fed soybean-based infant formula

表5 实验大鼠体质量增长情况Table 5 Body mass gain of rats fed soybean-based infant formula

2.6 豆基婴儿配方粉对幼鼠PER的影响

PER是评价蛋白质在生物体内的利用率和蛋白质质量最直观有效的手段之一。酪蛋白参比组、市售豆基婴儿配方粉组和豆基婴儿配方粉组3 组体质量增长量、总摄食量、总摄入蛋白量和PER如表6所示。可以看出市售豆基婴儿配方粉组和豆基婴儿配方奶粉组与酪蛋白参比组PER（2.50）有显著性差异（＜0.05）；与酪蛋白参比组大鼠相比，豆基婴儿配方粉PER达2.97。根据AOAC标准规定，PER与蛋白质价值呈正相关，实验结果显示，与酪蛋白参比组PER相比，市售豆基婴儿配方粉和豆基婴儿配方粉组的PER更高，蛋白质具有更好的价值及功效。市售豆基婴儿配方粉和豆基婴儿配方粉组PER无显著性差异，二者蛋白质营养价值、吸收和功效接近。从数据结果分析可以得出，豆基婴儿配方粉拥有较好的蛋白质价值，对动物生长发育具有良好的促进效果。

表6 豆基婴儿配方粉对幼鼠PER的影响Table 6 Effect of soybean-based infant formula on PER of young rats

3 结 论

本研究设计并生产了一款豆基婴儿配方粉，该奶粉的氨基酸组成及AAS较高，可以满足婴儿的营养需求；与市售豆基婴儿配方粉相比，奶粉溶液颗粒分布较均匀，具有更好的体系稳定性。蛋白质功效评价结果表明该豆基婴儿配方粉具有良好的促进生长的能力。本研究结果表明采用有机大豆粉和大豆分离蛋白作为配方粉蛋白质及其他微量元素来源具有实际应用价值，可适用于乳糖不耐和牛奶蛋白过敏等无法食用乳基婴儿配方粉的群体。