探究尿素在婴儿配方奶粉蛋白质模型体系中的技术功能特性

《International Dairy Journal》：Exploring the techno-functional properties of urea in a model infant formula protein system

模型婴儿配方蛋白系统（MIFPSs）中不同尿素浓度对 techno-functional properties 的影响研究表明，尿素浓度升高（0.9-12 mM）显著提升泡沫性、热稳定性和缓冲容量，但对溶解度和 zeta 电位影响有限，且未观察到不可逆蛋白质聚集。研究揭示了尿素在配方系统中的关键 techno 功能作用，为优化产品稳定性与功能性提供依据。

　　

Niamh Gowen | Aoife Dunne | Hannah Donlan | David A. Goulding | Jonathan O’Regan | James A. O’Mahony

爱尔兰科克大学学院食品与营养科学学院

摘要

本研究开发了由低尿素含量的乳制品成分组成的模拟婴儿配方奶粉蛋白系统（MIFPSs），以模拟0-6个月龄阶段的婴儿配方奶粉。通过添加不同浓度的尿素（0.9 mM、1.7 mM和3.7 mM），研究了尿素对MIFPSs技术性能的影响，这些浓度涵盖了人乳和婴儿配方奶粉中通常检测到的尿素范围（2-6 mM）。此外，还研究了较高浓度尿素（约12 mM）的影响。所有数据都与未添加尿素的对照组进行了比较。技术性能分析包括动态泡沫分析、热稳定性、热处理过程中的粘度、缓冲能力、ζ电位以及各系统在pH 6.4-7.4范围内的溶解度，并对热处理后的样品进行了蛋白质分析。尿素浓度的增加提高了泡沫形成能力、热稳定性和缓冲能力。相反，所有系统的溶解度指数均较低（在pH 6.4–7.4范围内，沉淀体积通常≤0.20 mL），表明尿素对蛋白质溶解度的影响很小。ζ电位值在各处理组间仅有微小变化，始终保持在大约-14至-18 mV的狭窄范围内。SDS-PAGE分析未发现热处理后蛋白质发生不可逆聚集的证据。本研究的结果加深了人们对尿素在这些技术性能中作用的理解，因此如果去除或改变尿素含量，可以预测其对产品物理稳定性和功能性的影响。

引言

非蛋白氮（NPN）是指用12%三氯乙酸（TCA）沉淀蛋白质后上清液中剩余的可溶性氮（Rowland, 1938）。NPN成分包括尿素、游离氨基酸和乳源肽等多种含氮非蛋白质物质。人乳中的NPN占比通常为总氮的20-25%（Donovan et al., 1991; Lonnerdal, 1994），而牛乳中的NPN占比仅为3-5%（Lawrence & Lawrence, 2011）。据报道，婴儿配方奶粉中的NPN含量差异较大，占总氮的5-16%，具体浓度受所用成分和生产工艺的影响（Donovan & Lonnerdal, 1989b）。历史上，由于NPN不直接参与蛋白质质量，其商业价值较低（Fox et al., 2015, Tsermoula et al., 2023）。然而，近三十年来，越来越多的研究表明NPN及其成分在支持婴儿健康方面具有潜在的生物学作用。

尿素是NPN的主要成分，在人乳和牛乳中分别占NPN的约50%和35-48%（Donovan & Lonnerdal, 1989a, 1989b; Depeters & Ferguson, 1992; Fox, 2003）。尿素具有多种生物学功能，例如作为肠道微生物群中共生细菌的氮源，从而促进婴儿肠道微生物群的氮循环（Schimmel et al., 2021; You et al., 2023）。尿素也是一种变性剂，在高浓度（如6 M）下可破坏蛋白质结构，导致蛋白质 unfolding和变性（Sch?gger, 2006; Sharma et al., 2021）。尽管婴儿配方奶粉中的尿素浓度不高，但这仍可能影响蛋白质的溶解度和功能性。

最新研究表明，现代乳制品生产中常用的浓缩和分离技术会导致NPN（包括尿素）含量的显著差异（Gowen et al., 2025），从而产生尿素浓度不同的婴儿配方奶粉。虽然尿素作为NPN成分的生理作用已有文献记载，但关于尿素浓度对婴儿配方奶粉技术性能影响的研究仍存在不足。

为填补这一研究空白，本研究使用了先前确定的低尿素含量乳制品成分开发了模拟婴儿配方奶粉蛋白系统（MIFPSs），并研究了不同尿素浓度对这些系统技术性能的影响。研究目的是探讨尿素是否对这些系统的稳定性和功能性有影响。研究结果为优化婴儿配方奶粉的营养和功能特性提供了宝贵见解。

材料

从欧盟供应商处购买了含85.3%（w/w）蛋白质的乳蛋白分离物（MPI）和乳糖。从美国供应商处购买了含93.9%（w/w）蛋白质的乳清蛋白分离物（WPI）。蛋白质含量根据供应商提供的分析证书确定。尿素（≥98%，Thermo Scientific, 11469493）由Fisher Scientific（爱尔兰都柏林）提供。

实验概述

实验设计的示意图见图1。简要来说，本研究使用了两种粉末...

尿素对模拟婴儿配方奶粉蛋白系统溶解度指数的影响

表2展示了MIFPSs（蛋白质含量为1.3% w/v）在pH 6.4-7.4范围内的溶解度指数结果。所有系统的溶解度均处于可接受的低水平（≤0.2 mL）（IDF, 1988）。未添加尿素的C-MIFPS在pH 7.2时溶解度最高；而LU-MIFPS在pH 6.4和pH 6.6时溶解度也较高；然而，这些配方奶粉的溶解度总体较低...

结论

婴儿配方奶粉中含有尿素，其含量因所用成分的不同而有所差异。本研究评估了尿素对模拟婴儿配方奶粉蛋白系统技术性能的影响。结果表明，尿素会降低系统的热稳定性和缓冲能力。

CRediT作者贡献声明

Hannah Donlan：方法学研究、数据分析、正式分析。 Aoife Dunne：方法学研究、数据分析、正式分析。 Niamh Gowen：初稿撰写、方法学研究、数据分析、数据整理、概念构思。 Seamus (James) A O’Mahony：审稿与编辑、项目监督、资源协调、方法学研究、资金筹集、概念构思。 Jonathan O’Regan：审稿与编辑、项目监督、资源协调

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢雀巢产品公司（Société des Produits Nestlé S.A.）对这项研究的财政支持。