婴幼儿配方奶粉中高级糖基化终产物的形成：对宏量营养素组成、相互作用及加工方法的系统研究

《Food Chemistry》：Formation of advanced glycation end-products in powdered infant formula: A systematic investigation of macronutrient composition, interactions, and processing methods

婴儿配方奶粉中AGEs形成受复杂成分交互调控，干混合技术显著抑制其生成。乳清蛋白比例升高加速反应动力学，碳水化合物类型调控反应路径，油脂氧化产物通过自由基途径影响反应网络。研究发现，加工技术是主要控制因素，干混合通过物理隔离有效降低反应物接触，而湿混合因共热导致中间产物累积。同时，乳清蛋白/酪蛋白比值和碳水化合物类型与油脂抗氧化成分的协同作用对AGEs谱系有显著影响，为开发低AGEs配方提供了多维度优化策略。

　　

魏晓晓|朱露露|宋子雄|景颖|李海珍|谢建华|沈明月

中国南昌大学食品科学与资源国家重点实验室，南昌330047

摘要

婴儿配方奶粉中晚期糖基化终产物（AGEs）的形成是一个关键的安全问题，受复杂宏量营养素相互作用的影响。本研究系统地阐明了这一反应网络，以确定关键控制点。研究发现，脂质表现出依赖情境的双重功能：在低蛋白、以酪蛋白为主的体系中作为促氧化剂，在高蛋白体系中则起到抑制作用。增加乳清蛋白的比例会加速反应动力学，增加中间产物和CML（N^ε-(carboxymethyl)lysine）的水平。碳水化合物的类型会选择性引导反应路径。植物油的影响取决于其脂肪酸组成和次要抗氧化成分的特性之间的复杂相互作用。最重要的是，加工技术是主导控制因素；与湿混合法相比，干混合法通过限制反应物接触显著减少了AGEs的积累。这些发现为通过策略性地调控成分与加工之间的复杂非线性相互作用来设计更安全的婴儿配方奶粉提供了机制框架。

引言

婴儿配方奶粉是一种化学成分最复杂、工程化程度最高的食品，旨在模拟人乳的营养成分。然而，对其微生物安全至关重要的热处理过程（如喷雾干燥）不可避免地会引发一系列非酶促反应，其中最显著的是美拉德反应，其结果会显著影响产品的质量和安全性（Pischetsrieder等人，2012年；Wei等人，2024年）。

美拉德反应由还原糖与氨基的缩合引发，经过多个阶段发展。首先形成可逆的席夫碱和更稳定的阿马多里化合物，这代表了反应的早期、相对良性的阶段（Erbersdobler等人，2007年）。这些化合物随后通过复杂的烯醇化和断裂途径降解为多种高反应性的中间羰基化合物，如α-二羰基化合物（如乙二醛（GO）和甲基乙二醛（MGO），以及脱水产物如5-羟甲基呋喃（5-HMF）（Degen等人，2012年）。这种反应的负面影响首先体现在营养价值的下降，主要是必需氨基酸赖氨酸的损失；然而，更严重的是这些中间产物与蛋白质发生不可逆反应，形成一类称为晚期糖基化终产物（AGEs）的异质性物质（Xie等人，2023年）。目前已鉴定出40多种不同的AGEs类型，其中N^ε-(carboxymethyl)lysine（CML）和N^ε-(carboxyethyl)lysine（CEL）由于在婴儿配方奶粉中的普遍存在而被广泛研究（Wang等人，2025年；Zhang等人，2020年）。来自临床前和临床研究的证据表明，高摄入AGEs可能导致低度炎症和氧化应激状态，这与多种代谢性和退行性疾病的发病机制有关（Chaudhuri等人，2018年）。对于婴儿来说，这个问题尤为严重，因为他们相对于体重摄入的配方奶粉量较大，加上其不成熟的消化、代谢和免疫系统，可能使他们更容易受到高AGEs负荷的潜在长期不良影响（Chen等人，2019年）。

美拉德反应的进程受多种相互作用因素的调控。从成分角度来看，反应由碳水化合物和蛋白质的可用性驱动。乳糖是牛奶中的主要糖分，是还原羰基的主要来源，但用益生元（如低聚果糖（FOS）或低聚半乳糖（GOS）部分或完全替代乳糖可以改变形成的反应物种类型和局部水活性，这是一个关键的动力学参数（Nomi等人，2022年）。牛奶中的酪蛋白和乳清提供了亲核氨基；它们不同的结构和组成，尤其是乳清与酪蛋白的比例，影响了赖氨酸残基的易接近性，从而影响其整体的糖基化敏感性（Prosser等人，2018年）。重要的是，脂质虽然不是初始反应的直接参与者，但起着重要且复杂的调节作用。不饱和脂肪酸在加热过程中容易氧化，产生大量高反应性的脂质衍生的羰基和自由基（Custodio-Mendoza等人，2024a）。这些氧化产物可以通过两种方式与美拉德反应网络相互作用：提供另一种非碳水化合物来源的反应性羰基，以及产生自由基，加速美拉德中间体的降解，从而影响最终AGEs的组成和数量（Custodio-Mendoza等人，2024b；Mastrocola等人，2000年）。最后，加工方法也有直接影响。湿混合法在喷雾干燥前的强烈加热之前将所有反应物置于同一溶液中，而干混法则将它们物理分离，这一因素已知会影响反应的严重程度（Nunes等人，2019年）。尽管这些因素已经分别进行了研究，但它们在复杂体系中的综合效应仍不甚清楚。这是一个关键的知识空白，因为单一因素分析无法捕捉到决定最终AGEs组成的复杂非线性网络效应。

这些多重因素的叠加可能产生一个复杂的、非线性的相互作用网络，对最终AGEs的组成产生独特且反直觉的影响。为了验证这一假设，本研究系统地研究了以下因素的影响：1）不同的碳水化合物和益生元；2）不同的乳清与酪蛋白比例；3）不同的加工方法（湿混法与干混法）；4）各种植物油及其抗氧化成分的贡献。这项综合分析的结果为减少AGEs的形成提供了关键控制点的见解，并有助于开发低AGEs配方奶粉的多维度优化策略。

化学物质和材料

分析标准品CML、d₄-CML、CEL和d₄-CEL从Toronto Research Chemicals（TRC，加拿大多伦多）购买。其他标准品，包括呋喃糖、5-HMF、3-DG、乙二醛、甲基乙二醛、二乙酰和o-苯二胺（OPD），从Sigma-Aldrich（美国圣路易斯）购买。实验中使用的HPLC级溶剂，即乙腈、正庚烷、甲醇和甲酸，来自Merck（德国达姆施塔特）。其他溶剂，包括乙醇和氨溶液

阿马多里化合物

与仅含生牛奶的对照组（M-C组，呋喃糖含量约为441 mg/100 g蛋白质）相比，单独添加乳糖（M-L组）或WPI（M-P组）都导致呋喃糖含量显著增加（图1），分别达到约1822.91 mg/100 g蛋白质和1546.61 mg/100 g蛋白质，表明作为美拉德反应的关键底物，它们浓度的增加直接促进了阿马多里化合物的形成

结论

本研究系统地研究了宏量营养素组成、它们之间的相互作用以及加工技术对婴儿配方奶粉中AGEs形成的影响。通过超越孤立因素的分析，这项研究揭示了成分与加工之间的相互作用如何决定最终的AGEs组成。结果指出，加工技术是AGEs水平的主要决定因素。通过干混法实现的反应物物理分离

CRediT作者贡献声明

魏晓晓：撰写——原始草稿、方法学、调查、数据分析、概念化。朱露露：撰写——审阅与编辑、软件操作。宋子雄：撰写——原始草稿、资源准备。景颖：撰写——审阅与编辑、软件操作。李海珍：撰写——审阅与编辑、调查、数据分析。谢建华：撰写——审阅与编辑、验证、监督、资源准备。沈明月：撰写——审阅与编辑、监督、概念化。

未引用的参考文献

Apetrei和Apetrei，2015

Custodio-Mendoza, Blanco, Ares-Fuentes和Díaz，2024

Custodio-Mendoza等人，2024

Erbersdobler和Somoza，2007

F?ldt和Bergenst?hl，1994

Li等人，2023

Li等人，2023

Li等人，2022

Li等人，2022

Pischetsrieder和Henle，2012

Zhou和Langrish，2021

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢国家自然科学基金（编号32272440）和江西省自然科学基金（编号20224ACB215007）的财政支持。