乳脂肪球膜的研究進展

劉婷婷，張國芳，劉麗波*

（東北農業大學食品學院，乳品科學教育部重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150030）

乳脂（milk lipid）作為乳的主要成分之一，不僅是生物活性脂質成分的來源，還是營養素的重要傳遞介質。乳脂的主要成分是乳脂肪（milk fat），占比高達97%～99%。脂肪球是乳脂肪的主要存在形式，脂肪球的直徑為0.2～15.0 μm，其中以4 μm左右的脂肪球居多。脂肪球的表面由一層膜包被，此膜被稱為乳脂肪球膜（milk fat globule membrane，MFGM），MFGM使脂肪球保持穩定的乳濁液狀態。脂肪球在貯存期間一直在進行不規則的布朗運動，相互碰撞后會形成更大的脂肪球[1]，進而會出現脂肪上浮現象，影響產品的品質和貨架期。脂肪上浮與MFGM的穩定性密切相關。MFGM是“天然”的乳化劑，防止乳中脂肪球的混凝和聚集，保護脂肪免受酶的作用。MFGM是一種蛋白質-脂質復合物，具有許多有益健康的功能。MFGM的構成相當復雜，近年來因其營養功能及加工特性在食品領域中的應用而日益受到關注。MFGM具有豐富的開發利用價值，本文綜述MFGM的結構、組成成分、分離制備及營養功能的研究進展，介紹MFGM制備脂質體包埋生物活性物質的新技術，為開發利用MFGM提供一定的參考依據。

1 MFGM的結構

MFGM是在乳腺內皮細胞釋放乳脂的過程中形成的，由蛋白質和脂類組成（圖1）[2]。在乳腺分泌細胞中合成脂肪球所涉及的過程是復雜的，并且尚未完全了解。MFGM還富含唾液酸，是神經節苷脂[3]和糖基化蛋白的一部分。神經節苷脂是糖鞘脂，其由神經酰胺及附著于一種或多種唾液酸和幾種糖的寡糖鏈組成[4]。牛乳中MFGM含量為3.6 g/L，蛋白質組分和脂類組分分別占22.3%和71.8%[5]，蛋白質和脂類2 種組分具有重要的功能[6]。MFGM中的極性脂質是甘油磷脂和糖鞘脂。脂質、蛋白質及其多種糖基化的復雜組成可使MFGM具有許多促進健康的作用[7]：降低癌癥風險[8]、抑制細胞生長、抗細菌和抗炎癥特性[5,7,9]。由于MFGM的營養和技術價值，MFGM的組成和物理化學性質成為食品膠體領域越來越感興趣的研究方向。目前，關于MFGM的結構和分子結構的許多研究結果都是通過形態學技術獲得的，例如，應用于脂肪球的免疫電子顯微鏡。MFGM是厚度為10～50 nm的3 層結構，膜的最內層由疏水基吸附高熔點甘油三酯構成，膜的外層被具有強親水基的蛋白質附著，在其表面形成大量結合水。單層內膜由來源于內質網合成的蛋白質和極性脂質組成，圍繞脂肪球外膜的是乳腺上皮細胞的頂端質膜雙層[10]。利用顯微鏡技術，如共焦激光掃描顯微鏡（confocal laser scanning microscopy，CLSM）和特異性探針技術，能夠提高對MFGM結構的認識。Evers等[11]使用MFGM特異性探針進行熒光顯微鏡觀察，結果表明，MFGM存在化學和結構異質性。不同種間的MFGM也存在顯著差異。

圖1 乳脂球的釋放原理圖和MFGM的組成Fig. 1 Schematic illustration of release of milk fat droplets and composition of MFGM

2 MFGM中的脂質及其營養功能

MFGM的脂質成分主要由極性脂質（如磷脂）組成，也含有一些中性脂質（如甘油三酯），極性脂質又分為磷脂類和神經鞘脂類。MFGM的極性脂質常被用作乳化劑。研究發現，MFGM中的極性脂質主要包括卵磷脂（phosphatidylcholine，PC）、磷脂酰乙醇胺（phosphatidyl ethanolamines，PE）、神經鞘磷脂（sphingomyelin，SM）、磷脂酰肌醇（phosphatidylinositols，PI）和磷脂酰絲氨酸（phosphatidylserine，PS），其中PC占比最高，PS和PI占比較低[4]。MFGM中的中性脂質主要為甘油三酯，其中一些是由脂肪球膜分離引起的非膜脂質成分。MFGM中性脂質具有高含量的長鏈飽和脂肪酸，極性脂質中的不飽和脂肪酸比例較高，如亞麻油酸。乳脂肪中脂肪酸組成受飼料、營養和環境等因素的影響[12]。

在MFGM中，SM是主要的鞘脂膜成分，其代謝物具有高度的生理活性，其對小鼠結腸癌具有抑制作用。膳食補充SM可減少結腸炎癥和炎癥驅動結直腸癌。Zhang Ping等[13]解釋了這種SM對結腸癌的積極作用，腸道堿性鞘磷脂酶是一種參與SM消化的關鍵酶。由SM消化產生的生物活性產物可以調節結直腸癌細胞的生長、分化和凋亡[14]。SM飲食可減輕高脂飲食的負面影響，包括高血脂、腸道生態失調、腸屏障功能障礙等。SM能夠降低脂肪肝的形成，降低肝三酰甘油酯和膽固醇的生成速率，經過4 周實驗觀察，與未進食SM的小鼠相比，富含SM飲食喂養的小鼠體質量減輕并且血清膽固醇水平降低[15]。PC是最豐富的MFGM磷脂之一，對損傷后肝臟恢復[16]、減少住院早產兒壞死性小腸結腸炎的發生有一定積極作用。其他磷脂，如PI或溶血卵磷脂（lysophosphatidylcholine，LPC）可分別促進血漿膽固醇轉運和代謝或對胃黏膜具有保護作用[17]。多年來酪乳一直被認為是無價值的，然而，酪乳的MFGM含量較高，現已廣泛作為研究MFGM的材料來源[18]，越來越多的研究者致力于酪乳中MFGM脂類的組成和分布研究。

3 MFGM中的蛋白質及其營養功能

MFGM的蛋白質組非常復雜，主要在乳腺分泌細胞內形成，再由乳腺分泌細胞分泌，已有數百種蛋白質被鑒定，包括黏蛋白、嗜酸性蛋白、乳鐵蛋白和乳桿菌素。MFGM蛋白僅占總乳蛋白的1%～2%，但占MFGM組合物的25%～70%[19]。MFGM中的蛋白質包含嗜乳脂蛋白（butyrophilin，BTN）、氧化還原酶、黃嘌呤氧化酶（xanthine oxidase，XO）/黃嘌呤脫氫酶（xanthine dehydrogenase，XDH）、大量的糖基化黏液素類（黏蛋白（mucin 1，MUC1）、MUC15和CD36等）及乳凝集素（lactadherin，PAS6/7）（不固定在膜上，而是松散地吸附在表面），還有非糖基化脂肪分化相關蛋白（adipophilin，ADPH）和脂肪酸結合蛋白（fatty acid binding protein，FABP）等。XO在腸道中起到抗菌作用，此外還可促進乳腺發育[20]。已有許多研究表明，MUC1可以防止口腔上皮細胞被大腸桿菌感染，并且抑制幽門螺旋桿菌[21]，此外MUC1還可以抑制艾滋病病毒。MFGM蛋白的組成和性質易受動物生理狀態的影響。有研究通過觀察MFGM蛋白的狀態來反映母牛的乳腺健康[22]。來源于不同大小脂肪球的MFGM蛋白組分也不相同，現在對MFGM蛋白組成知之甚少。近年來，借助蛋白質組學與代謝組學技術的結合，對MFGM蛋白的成分及功能也有了更深入的了解。MFGM蛋白，如黏蛋白和PAS6/7在不同的細胞過程和防御機制中發揮重要作用[4]。

FABP能夠通過與分化CD36簇的相互作用在低含量條件下抑制乳腺癌。Vojdani等[23]評估牛乳中乳腺癌易感蛋白1（human breast cancer susceptibility proten 1，BRCA1）和BRCA2）的存在，乳腺癌易感蛋白抑制各種細胞類型的生長，此外這些蛋白還參與DNA修復過程，BRCA2是細胞質分裂的直接調節因子之一。XDH參與活性氧的生成，包括涉及炎癥反應和抗微生物活性的超氧化物、過氧化氫、一氧化氮和過氧亞硝酸鹽[24]。MUC1由于其抗黏附性可防止病原菌（如大腸桿菌、鼠傷寒沙門氏菌、金黃色葡萄球菌和枯草芽孢桿菌）與Caco-2細胞結合[25]。BTN和PAS6/7對行為和中樞神經系統疾病均有積極影響，BTN能夠抑制多發性硬化并正向調節自身免疫性腦脊髓炎，影響自閉癥行為的發病機理。PAS6/7參與上皮細胞分化、運動和重排、神經突生長和中樞神經系統的突觸活動[26]。MFG-E8是一種糖蛋白，最初被確定為泌乳期間從乳腺上皮出芽的乳脂肪球組分，它能夠加速清除凋亡細胞，如膿毒癥中的B細胞[27]。乳凝集素（又稱乳脂肪表皮生長因子）主要分布于乳小管頂端的分泌細胞，是具有免疫源性的親脂性糖蛋白。MFGM中的黏蛋白在抗感染免疫機制中也起到重要作用，黏蛋白可與樹突細胞（dendritic cell，DC）特異性結合，阻斷DC-SIGN介導的HIV感染，黏蛋白O端糖鏈在抗HIV感染過程中具有重要作用。

4 MFGM的分離純化

使用酸化方法從新鮮全乳中分離MFGM[28]。第1步：在分離器中用3 倍體積的蒸餾水或去離子水（38 ℃）洗滌3 次；第2步：洗滌后，在4 ℃條件下結晶4 h，使用混合器進行攪拌，分離酪乳；第3步：使用鹽酸（1 mol/L）將酪乳調節至pH 4.8，以使MFGM沉淀出來；第4步：沉淀的MFGM以10 000×g離心，收集MFGM沉淀和上清液；最后，使用氫氧化鈉（1 mol/L）將重懸的MFGM沉淀（在水中）和上清液的pH值調節至6.8，將重懸的MFGM沉淀和上清液冷凍干燥，收集MFGM。在工業化方面，許多研究集中于從酪乳中分離MFGM。通過過濾方法來分離具有高蛋白質含量的MFGM，通過微量過濾去除酪乳中殘留的乳糖和乳清蛋白，為使形狀相似的酪蛋白膠體和脂肪球膜蛋白有效分離[29-30]，可向酪蛋白中添加檸檬酸鈉解離酪蛋白粒子，再通過高速離心沉淀MFGM組分。Holzmüller等[31]采用兩步法使MFGM從酪乳中分離，首先，天然酪蛋白膠束通過凝乳酶作用凝固后從酪乳中除去，然后使用滲濾消除殘留的乳清蛋白，以獲得純化的MFGM，結果表明，此方法能夠回收近70%的膜蛋白。

在工業規模上分離純化MFGM成分時，應考慮非脂肪球膜成分如何去除并有效利用的問題[32]。此外，分離純化MFGM方法的優化、避免影響因素（pH值、溫度和提取原料等）對脂肪球膜成分分離提取的影響仍需要深入研究。影響MFGM的因素主要分為3 類：生理學因素（奶牛品種、脂肪球大小等）、物理及機械因素（攪拌、離心、熱處理等）、化學/酶類因素。溫度對MFGM的穩定性和完整性具有顯著影響，加熱至60 ℃以上的牛乳會誘導MFGM蛋白質的變性及其與乳清蛋白的結合。凍結和解凍會對MFGM造成嚴重損害，并導致脂肪球不穩定?？焖偌尤肟諝庖矔茐腗FGM的穩定性，這是生產奶油和黃油的基本機制。然而，分離方法、原料類型和奶油或酪乳的預處理顯著影響MFGM分離物的組成，并因此影響它們的乳化性質。Nguyen等[33]研究發現，加熱、冷卻和均質化可以顯著改變MFGM的（表面）組成及性質?？傊?，牛乳處理和加工條件的變化引起其膠體狀態的變化，并影響MFGM的相互作用和乳液性質，如穩定性等。

5 MFGM的特性及應用

5.1 MFGM制備脂質體

球形封閉結構的脂質體是目前應用最廣泛的包封體系之一，在生物、藥物、醫學和營養研究中有良好的應用前景[34]。脂質體主要由磷脂分子組成，其為含有水溶性、親水性頭部和脂類可溶性、疏水性尾部的兩親性分子。大小從20 nm到幾微米不等，可由1 個或多個同心圓或非同心圓膜組成，每層膜的厚度約為4 nm。

采用大豆或蛋黃的卵磷脂為原料用于制備脂質體，因其價格昂貴而受到一定限制，MFGM豐富的磷脂含量和低廉的成本使其成為取代傳統卵磷脂的理想材料。Thompson等[35]使用MFGM磷脂制備脂質體，其穩定性與用大豆磷脂制備的脂質體有明顯差異，由MFGM磷脂制備的脂質體在不同pH值、熱處理和貯藏條件下（4～35 ℃）更穩定，這可能是由于MFGM脂質體具有較高的相轉變溫度、較厚的膜及較低的膜滲透性，對環境脅迫有一定的抵抗力。近年來利用MFGM脂質體作為生物活性物質載體的研究報道如表1所示。Jin Honghao等[36]將姜黃素（一種抗腫瘤、抗氧化劑和抗炎分子）封裝在各脂質體中，結果表明，MFGM脂質體呈現更好的包埋效果，粒子相對更小，減緩體外釋放。MFGM脂質體的分散性和穩定性也優于卵磷脂制備的脂質體。用MFGM制備的納米脂質體包埋VC，在4 ℃放置7 周后有效的VC含量仍然保持在70%以上[37]。

表1 MFGM脂質體作為生物活性物質載體[35-38]Table 1 MFGM liposomes as a bioactive vector[35-38]

近年來，海藻酸鹽、淀粉、明膠、殼聚糖和乳蛋白等物質均能夠作為包埋乳酸菌的材料，但其包埋效果各有差異。相關研究人員一直在尋找新的包埋材料，從而最大程度提高乳酸菌的包埋效果[39]。MFGM具有豐富的營養價值，Spitsberg[7]已經對MFGM成分作為潛在營養品的各種潛在健康益處進行了評述。例如，積極影響神經發育和預防感染、抗癌及預防肥胖等。許多研究表明，乳酸菌和乳基質化合物之間相互作用有利于提高細菌包埋效率并改善其在基質內的位置，以便更有效地在腸內釋放。通過與乳酸菌相互作用，MFGM糖蛋白可以改善微粒內的細菌位置。因此，細菌可以更好地抵抗胃部環境，在保持活性的同時到達它們的靶位點。

5.2 MFGM對人體健康的益處

5.2.1 對大腦、認知和行為發育的益處

MFGM支持神經髓鞘的形成和大腦的發育。在中樞神經系統，MFGM的關鍵成分也是髓鞘的重要成分，它能使神經軸突絕緣，并維持神經信號的有效傳導，有助信號傳遞快速、完整，避免信號損失，讓大腦反應靈敏，最快的信息傳導速度可超過111 m/s。

5.2.2 改善代謝模式

成年后代謝性疾病的發生與早期嬰幼兒營養供給密切相關。研究顯示，早期食用配方粉的嬰幼兒成年后比食用母乳的嬰幼兒更易患有代謝性疾病。食用配方粉的嬰幼兒生長速度過快，可能導致成年后出現超重、Ⅱ型糖尿病[40]、高血壓和高血脂。比較母乳喂養和配方粉喂養嬰幼兒的血漿膽固醇變化發現，母乳喂養組嬰幼兒早期血漿總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇（low density lipoprotein chesterol，LDL-C）水平較高，而兒童期的血總膽固醇和LDL-C水平較配方粉喂養組低，推測該膽固醇代謝規律可能與成年期代謝性疾病有關。Timby等[41]開展隨機對照雙盲實驗，評價MFGM對嬰兒心血管風險標志物的影響，結果表明，添加MFGM使得嬰兒血漿總膽固醇水平更接近母乳。

5.2.3 減少發熱天數和減少退燒藥使用頻率

Veereman-Wauters等[42]對253 名兒童的前瞻性隨機雙盲對照研究發現，連續6 個星期飲用添加MFGM的配方乳后，兒童發熱（＞38.5 ℃）的天數和＜3 d的短期發熱次數均少于飲用未添加MFGM配方乳的兒童，結果表明，MFGM可減少兒童發熱天數和使用退燒藥的頻率。

5.2.4 減輕腹瀉嚴重程度

急性胃腸道感染是導致5 歲以下嬰幼兒疾病和死亡的重要原因，輪狀病毒或其他病原體均可引起急性胃腸道感染，母乳喂養可減少胃腸道感染疾病的發生或減輕癥狀。近年來發現，MFGM可以減少輪狀病毒、幽門螺桿菌和大腸桿菌等在腸道的定植或侵入，被認為可能是母乳的保護機制之一。與乳汁中其他蛋白不同的是，MFGM中含有大量高度糖基化的糖蛋白，具有與母乳中其他蛋白不同的生物活性。秘魯一項隨機對照雙盲研究中，校正貧血水平和飲用水衛生等因素后，得出結論，補充MFGM蛋白可降低腹瀉的發生率[43]。

6 結 語

MFGM的加工及營養特性與其特定的結構與組成成分密切相關，尤其是對嬰兒發育和生長方面的影響。MFGM是一種對腸道健康有較好作用的生物活性分子。研究表明，MFGM具有抗菌和抗炎作用，并且可以改善低體質量新生兒[39]和動物模型[44]中出現的免疫功能受損及生長性能。近年來，借助蛋白質組學技術及其他高新技術對MFGM的成分進行分析，但具體成分的營養功能特性仍然需要深入研究。對于MFGM的分離制備還需要建立更為高效、可行的方法，為開發有關MFGM的乳制品提供基本原料。