奶的功能认知进展：免疫作用、营养作用、活性作用、水合作用

张养东，郑楠，赵圣国，刘慧敏，孟璐，王加启*

中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，

农业农村部奶及奶制品质量安全控制重点实验室；

国家市场监督管理总局重点实验室（乳品质量数智监控技术）

哺乳动物为适应自然环境，经过亿万年的优胜劣汰，逐渐进化成了利用自身分泌的乳汁满足初生哺乳动物生命活动需要的策略——哺乳。乳是由母体产生、供后代直接饮用的复杂液体，具有免疫、营养、活性和水合作用。研究发现，乳铁蛋白（Lactoferrin）、分泌型免疫球蛋白A（Secretory Immunoglobulin A，sIgA）和乳低聚糖（Milk Oligosaccharides）等多种免疫活性物质能够增强其先天性和获得性免疫系统，促进肠道黏膜屏障和免疫功能的发育，抗菌抗病毒、消炎、抗肿瘤；酪蛋白等蛋白营养丰富，易于人体消化吸收；乳脂肪、乳糖能够为机体提供健康能量；维生素能够维持机体物质代谢和合成；矿物质丰富、易吸收；胰岛素样生长因子（Insulin-like Growth Factors，IGF）和酪蛋白源肽等生物活性物质能够调控生长发育、促进胃肠道的发育和功能、调节肠道菌群平衡、降低三高指标等；占奶质量87%以上的水能够为幼龄哺乳动物快速补充水分，承载和维持奶中蛋白质、脂肪等营养物质的形态，是奶发挥水合作用的基础底物，参与协同消化酪蛋白等营养物质（图1）。本文综述了近5年来奶在免疫、营养、活性和水合领域方面的研究进展，以期为更好认识和利用奶，进一步开发优质的活性奶制品以及奶制品衍生品，提供参考。

1 奶的免疫作用

初生哺乳动物肠道黏膜免疫发育不成熟，肠道屏障通透性高，天 然免疫系统中潘氏细胞（Paneth Cell）功能受限、肠道菌群不平衡等，获得性免疫系统中IgA分泌不足、T细胞发育不成熟等。母乳喂养能够降低婴儿早期病毒感染或慢性炎症发生率。乳中乳铁蛋白、免疫球蛋白、T细胞、二十二碳六烯酸（Docosa hexaenoic Acid，DHA）等免疫活性物质能够弥补其免疫功能的不足，有效促进初生哺乳动物免疫系统的发育，提高其健康水平。

1.1 奶中免疫活性物质的来源、种类

奶中免疫活性物质主要来自母体的先天性免疫系统（例如乳铁蛋白、溶菌酶等）和获得性免疫系统（例如sIgA、T细胞等），此外还有乳低聚糖、长链脂肪酸等营养性免疫活性物质。乳铁蛋白、溶菌酶、乳过氧化物酶、抗炎细胞因子——白细胞介素-10（Interleukin 10，IL-10）等由母体乳腺细胞分泌，补体（Complement）来源于母体肝脏，免疫细胞来源于母体血液等，乳抗菌肽来自乳蛋白水解衍生肽，奶中还存在间充质干细胞和胚胎干细胞样细胞，以上免疫活性物质是母体黏膜先天免疫系统的一部分。免疫球蛋白、活化的T细胞和B细胞、微RNA（microRNA，miRNA）、无细胞DNA（Cell-free DNA，cfDNA）、细胞外囊泡（Extracellular Vesicles）等来自母体黏膜的获得性免疫系统；初生哺乳动物饮用母乳后，可直接利用来自母体已经激活的获得性免疫活性物质有效抵抗感染，而不需要经历7~10 d的免疫空白期。乳低聚糖、DHA、花生四烯酸（Arachidonic Acid， ARA）、乳糖、甘油单月桂酸酯（Glycerol Monolaurate，GML）、牛乳极性脂质等营养性免疫活性物质，也能增强初生哺乳动物的免疫功能（图2）。

1.2 奶中免疫活性物质的作用机制

奶中免疫活性物质能够协同作用，促进初生哺乳动物黏膜屏障和免疫功能的发育，抗菌抗病毒、缓解炎症、抗肿瘤。淋巴细胞具有归巢特性，使得母体肠道、呼吸道、生殖道黏膜的免疫特性通过淋巴细胞传递到乳腺黏膜上皮中，影响母体乳腺的黏膜免疫功能；奶中的免疫活性物质也是母体黏膜免疫水平的体现。

1.2.1 促进肠道黏膜屏障和免疫功能的发育

奶中免疫活性物质能够降低肠道屏障通透性，促进T细胞和B细胞成熟，提高IgA分泌水平，甚至还能增强初生哺乳动物整体的免疫功能。母乳有利于婴幼儿免疫系统的发育和先天免疫的建立。奶中β-酪蛋白水解肽——EMPFPK能够增加黏蛋白分泌；人乳低聚糖——乳糖-N-四糖（Lacto-N-tetraose，LNT）、乳糖-N-三糖II（Lacto-N-trioseII，LNT2）能够显著降低肿瘤坏死因子α（theTumorNecrosisFactor-alpha，TNF-α)和干扰素γ（Interferon-gamma，IFN-γ)诱导的单层人结直肠腺癌细胞caco-2细胞旁路通透性；神经节苷脂能够显著降低健康志愿者肠道通透性。人乳能够增强婴儿血液中先天性免疫细胞——NK细胞、单核细胞和DC细胞，获得性免疫细胞——CD45+细胞、CD8+T细胞、CD4+T细胞和B细胞数量；人乳中富集的CD8+记忆T细胞（Memory CD8+ Tcell），即使在婴儿肠道中裂解后，编码抗原特异性的部分T细胞受体仍能够刺激抗原匹配的树突状细胞（dendritic cell）；人乳中miRNA能够调节婴儿6个月和24个月时活跃和静止调节性T细胞（Regulatory T cell）的比例；乳铁蛋白通过释放趋化因子配体12（CXCchemokineligand 12），调节骨髓基质微环境，促进C57BL/6小鼠B细胞的早期发育，还通过减少树突状细胞诱导的Th2辅助细胞（T helper 2 cell）反应改善卵清蛋白诱导的小鼠哮喘。猪乳中小细胞外囊泡通过向受体传递环状RNAs（circRNAs），调节受体的原始miRNA，促进肠道sIgA的产生；神经节苷脂能够增加断奶小鼠肠道分泌IgA的细胞数量，提高肠道sIgA的水平。人乳低聚糖——2'-岩藻糖基乳糖（2'-fucosyl lactose）、乳糖基-N-新四糖（lactose-n-neotetrasaccharide）、6'-唾液乳糖（6'-sialyllactose）能够增加金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）诱导的单核细胞衍生的巨噬细胞增加相关表面蛋白——CD18、CD80和CD137L的表达，促进巨噬细胞向M1表型极化，增强巨噬细胞的吞噬能力，但是在没有金黄色葡萄球菌暴露的情况下，人乳低聚糖对巨噬细胞的激活和分化没有显著影响。3'-唾液乳糖和6'-唾液乳糖能够显著促进HT29细胞分泌肠道趋化因子——CXCL10、CCL20和CXCL8的表达；显著增加脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）诱导的人单核细胞来源的树突状细胞和经典M1 MØs中促炎和抗炎细胞因子的产生，增强Th1和Th17反应，降低Th2反应；αs1-酪蛋白通过诱导toll样受体4（Toll-likeReceptor 4，TLR4），刺激IL-8的分泌；白细胞能从婴儿胃肠道转移到血液，以及淋巴结、脾脏和肝脏等远端的部位；此外，在营养和疾病压力下，乳糖可以防止感染或缓解感染。

1.2.2 抗菌

奶及奶中免疫活性物质能够通过减少细菌定植、分泌抗体、抑制细菌生长、降解毒力因子、白细胞归巢等方式，发挥抗菌活性。人乳能够限制婴儿口腔中变形链球菌（Streptococcus mutans）的定植，有利于婴儿的牙齿健康；人乳sIgA能够选择性的结合婴儿肠道细菌，使未结合的细菌更有效地定植和增殖；在人喉表皮样癌细胞HEp-2中，人乳sIgA能够与肠致病性大肠杆菌（Enteropathogenic Escherichia coli）细胞质和细胞膜组分中的Toll/白细胞介素-1受体（Toll/interlukin-1 Receptor，Tir）、大肠杆菌分泌蛋白B（Escherichia coli secreted protein A，EspB）、内膜素（Intimin）反应。牛乳乳铁蛋白能够清除大肠杆菌（Escherichia coli）O157：H7在犊牛体内定植，诱导直肠黏膜产生EspA、EspB特异性IgA。人乳乳铁蛋白能够与肠道中Fe3+结合，抑制需铁细菌的生长；人乳中的补体（Complement）能够通过C1依赖级联途径而非抗体依赖途径被激活，使膜攻击复合物（Membrane Attack Complex）——C5b-9附着到细胞膜上，从而杀死缓慢葡萄球菌B3（Staphylococcus lentus B3）。人乳乳铁蛋白能够降解产肠毒素大肠杆菌（Enterotoxigenic Escherichia coli）产生的F4菌毛、F18菌毛和鞭毛蛋白等多种毒力因子。怀孕母亲口服特定的大肠杆菌，会导致初乳中迅速出现分泌针对致敏大肠杆菌IgA的白细胞，原因可能是来自母亲肠道的致敏淋巴细胞归巢到乳腺产生IgA；哺乳婴儿呼吸道感染可增加母乳中CCL20、CXCL10、白细胞介素6（Interleukin-6，IL-6）、IL-8、总IgA和IgG等细胞因子和趋化因子水平，促进CCR5、CCR6和CXCR3+CD4T细胞、CCR6和CXCR3+CD8 T细胞、CCR6+B细胞等淋巴细胞的募集和激活。此外，乳铁蛋白、乳过氧化物酶等在奶中就能直接抑制大肠杆菌（Escherichia coli）等生长；细胞外囊泡对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）具有较强的抑制性；酪蛋白水解物——αs1-酪蛋白等对坏死性肠炎常见致病菌——克雷伯氏伯菌（Klebsiella aerogenes）、弗氏柠檬酸杆菌（Citrobacter freundii）和黏质沙雷氏菌（Serratia marcescens）均有抑制作用；奶中噬菌体能够减少牛奶、脱脂牛奶和全脂牛奶中的活菌计数。

1.2.3 抗病毒

奶中免疫活性物质通过阻断病毒与宿主细胞结合、分泌抗体和增强免疫应答等方式，发挥抗病毒活性。奶中2'-岩藻糖基乳糖能够弱抑制GI.1、GII.10和GII.17型诺如病毒颗粒附着到组织血型抗原（Histo-blood Group Antigens，HBGAs）上；人乳通过阻断钠/钾转运ATP酶亚基α -1（the Na+/K+ ATPaseα1，ATP1A1）介导的病毒内吞过程，抑制中东呼吸综合征冠状病毒（Middle East Respiratory Syndrome Coronavirus）等包膜病毒的活性；人乳低聚糖能够降低呼吸道合胞病毒（Respiratory Syncytial Virus）感染婴儿呼吸道中的病毒载量和炎症信号；人乳IgA还能够阻止诺如病毒（Norovirus）、轮状病毒（Rotavirus）与受体结合。感染HIV-1母亲的母乳中存在针对HIV-1抗原的B细胞，能够分泌特异性抗体；肠道病毒能够回流婴儿唾液中，哺乳期间婴儿通过唾液将肠道病毒感染母亲的乳腺，导致母乳中分泌的IgA迅速激增。接种流感疫苗能够上调母乳中T细胞表面标志物——CD44等基因水平，提高T细胞的免疫功能；人乳中含有抗严重急性呼吸综合征（Severe Acute Respiratory Syndrome，SARS）IgG，能够激活补体，增强婴儿的先天免疫应答。

1.2.4 消炎

奶中免疫活性物质能够通过免疫预刺激、降低促炎因子水平、清除毒素、调整免疫细胞活性、保护肠道上皮屏障和肝脏等途径，缓解炎症。人乳中cfDNA与新生儿肠上皮细胞顶端表面的TLR9相互作用，在共生菌建立之前起到初始抗炎刺激作用。乳铁蛋白能够降低血清中IL-1β、IL-6、TNF-α和IFN-γ的水平，其中高不饱和铁含量的乳铁蛋白活性较强；sIgA通过与肠道中高亲和力微生物的结合，减少IL-8的促炎反应；β -酪蛋白衍生肽——CASB能够靶向肠道巨噬细胞，快速抑制核因子-κB（Nuclear Factor- κB，NF- κB）信号通路，减轻大鼠坏死性小肠结肠炎反应。乳神经节苷脂GM1能够抑制婴儿肠道中霍乱弧菌肠毒素和大肠杆菌热不稳定肠毒素；富含神经节苷脂GM1的脂质双分子层能够与霍乱毒素B亚基结合。乳外泌体能够将低聚糖转移到巨噬细胞，调整巨噬细胞活性，减轻黏附-侵袭性大肠杆菌（Adherent-invasive Escherichia coli）感染；人乳3'-唾液乳糖通过抑制LPS诱导巨噬细胞中组蛋白H3K27乙酰化，减少动脉粥样硬化的发展；人乳中甘油单月桂酸酯通过抑制Th17细胞、中性粒细胞和巨噬细胞的浸润、保护肠黏膜屏障和改变共生菌的丰度来改善葡聚糖硫酸钠（Dextran Sulphate Sodium，DSS）诱导的结肠炎。2'-岩藻糖基乳糖能够调节肠道微生物产生有益的代谢物，保护肠道屏障；奶中吲哚-3-乳酸（Indole-3-acetic Acid）能够以芳香烃受体（the Arylhydrocarbon Receptor）依赖的方式降低TNF- α诱导的caco2细胞和人类胎儿类器官（Human Retal organoids，HFOs）中IL8的表达，显著降低了TNF-α诱导的HFOs屏障破坏；人乳来源的外泌体能够增强肠道屏障功能，保护肠上皮细胞免受氧化应激，促进肠上皮细胞的增殖和迁移，缓解坏死性结肠炎；乳铁蛋白通过调节胚胎致死性视样蛋白1（Embryonic lethal Vision-like Protein 1）信号通路减轻LPS诱导的幼龄小鼠肠道免疫屏障损伤；人乳能够增强LPS诱导的TLR4信号通路以及LPS诱导的促炎细胞因子和NF-κB负调节因子的肠上皮细胞基因——NFKBIA、TNFAIP3表达。牛乳极性脂质日粮能够降低大肠杆菌LPS引起全身炎症的C57BL/6J小鼠肝脏质量和乙酰辅酶a羧化酶2和3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶a还原酶的肝脏基因表达；乳脂球表皮生长因子8（Milk Fat Globule-epidermal Growth Factor 8，MFGE8）在严重急性胰腺炎诱导的肝损伤中起内源性保护介质的作用；MFGE8还通过与整合素αVβ3/5结合，减轻肝细胞过度自噬，抑制铁死亡。此外，人乳中的干细胞的多谱系分化潜力能够治疗新生儿肠道坏死等多种疾病。

1.2.5 抗肿瘤

奶中免疫活性物质能够通过多种途径发挥抗肿瘤活性。乳铁蛋白-油酸通过死亡受体和线粒体介导的途径诱导肿瘤细胞凋亡。反式异油酸（Trans- vaccenic acid，TVA）通过抑制G蛋白偶联受体43（the G-protein-coupled Receptor 43，GPR43），激活环状腺苷酸单磷酸（Cyclic Adenosine Monophosphate，cAMP）信号通路，增强CD8+T细胞抗肿瘤功能。乳外泌体能够通过其包裹的miRNA，抑制癌细胞的增殖。此外，奶中的α-乳白蛋白(α-Lactalbumin）与油酸的配合物——哈姆雷特（Hamlet）、糖肽（Glycomacropeptide）也具有抗肿瘤活性。

1.3 小结

综上所述，奶中含有的免疫球蛋白、乳铁蛋白、低聚糖等众多天然免疫、获得性免疫和营养性免疫活性物质，组成了一个强大且相互关联的免疫网络，能够有效保护初生哺乳动物不受致细菌、病毒等病性微生物的侵害，保障初生哺乳动物的健康。由于奶中的免疫活性物质众多、结构灵活多变、作用机制复杂，奶中的免疫活性物质抑制和清除病原微生物的主要作用机制、与黏膜免疫之间的协调作用机制，以及提高奶和奶制品中免疫活性物质的方法，这些都是需要深入研究的问题。

2 奶的营养作用

初生哺乳动物身体生长发育迅速，每日需要补充大量蛋白质、脂肪等优质易消化的营养物质。奶中含有的乳蛋白、乳脂肪、乳糖等营养物质能够有效地满足初生哺乳动物的需求，为其快速生长提供物质保障（图3）。

2.1 奶的物理性质和化学组成

奶是乳浊液（乳脂肪等）、悬浊液（乳蛋白等）、溶液（乳糖等）3种体系构成的白色胶体性液体。通常说的牛奶是指常乳（有别于初乳），相对密度为1.03，pH6.7，水分87%，乳蛋白3%，乳脂肪3%~4%，乳糖4%~5%；矿物质（粗灰分）0.7%~0.8%，以及多种脂溶性和水溶性维生素等。

2.2 奶成分的营养作用

2.2.1 营养丰富、易于消化的蛋白质

奶中含有营养丰富、易于消化的蛋白质。奶中乳蛋白分为乳清蛋白（Whey Proteins）和酪蛋白（Casein），其中酪蛋白占比为85%左右，乳清蛋白为15%左右。亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸是人和动物体内需求量最大的必需氨基酸，赖氨酸是人类谷物饮食的第一限制性氨基酸，谷氨酸和谷氨酰胺是肠上皮细胞和免疫细胞快速生长时期的重要能量底物；乳蛋白中的氨基酸能够有效匹配人体的需要，其中酪蛋白中必需氨基酸含量前3位的依次是亮氨酸、赖氨酸、异亮氨酸，乳清蛋白中含量前3位的依次是亮氨酸、赖氨酸、缬氨酸，奶中还含有大量的谷氨酸和谷氨酰胺。乳蛋白消化率（86.1%~90.8%）显著高于植物类（65.1%~85.1%）和昆虫类蛋白（63.6%~69.5%）；乳蛋白体外可消化必需氨基酸评分（in Vitro Digestible Indispensable Amino Acid Score）平均值（105.0~137.5）也高于植物蛋白和昆虫蛋白（1.9~91.0）。

2.2.2 健康供能的乳脂肪

乳脂肪是初生哺乳动物的主要能量来源，乳脂肪球的特殊结构使得脂肪酸能够健康释放，促进维生素A（Vitamin A，VA）等脂溶性维生素的吸收。乳脂肪所含能量占奶的36%~91%。奶中98%的乳脂肪以甘油三酯形式储存于乳脂肪球（Milk Fat Globules）内，乳脂肪球由三层膜包裹，膜上含有极性脂质、糖蛋白和胆固醇等，内部为甘油三酯核心。乳脂肪球膜蛋白能够提高油水界面区域的稳定性，使乳脂肪球在消化过程中释放更多的非饱和脂肪酸和更少的饱和脂肪酸，有助于更健康的脂质代谢，有利于降低体重和脂肪组织，降低血浆胰岛素。VA等脂溶性维生素存在于乳脂球膜中，乳脂球膜能够促进脂溶性维生素的消化吸收。体外模拟婴儿胃肠消化模型肠道消化末期发现，人乳、绵羊乳、山羊乳、牛乳的脂肪分解度依次为88.47%、83.92%、57.00%、40.98%。此外，人乳中的丁酸水平与血浆中相比增加了约100倍，丁酸可为婴儿胃肠道上皮提供能量。

2.2.3 主要的碳水化合物——乳糖

乳糖能够提供能量，促进钙的吸收，改善口感。乳糖是哺乳动物乳中的主要碳水化合物，乳糖能够被小肠刷状缘的β-半乳糖苷酶水解为葡萄糖和半乳糖，提供能量；在出生后的前3个月，乳糖和24h人乳摄入量的增加与婴儿体重增加和健康脂肪沉积有关。乳糖水解时产生的有机酸能够降低胃肠道的pH，增强钙离子（葡萄糖酸钙）在肠道中的运输和吸收，从而提高了骨骼质量。此外，乳糖作为二糖能够使乳呈现甜味的口感。

2.2.4 维生素

奶中含有多种维生素，能够促进钙吸收，调节体内物质代谢和合成，维持DNA完整和功能，恢复视力等。奶中含有VD、VB6、VA等多种维生素。VD是最佳生长和磷酸钙平衡的关键成分，能够促进钙的吸收；奶中VD的形式为25羟基VD3（25-hydroxyvitamin D3），能够不经肝脏而在肾脏中直接转化为VD最重要的的活性形式1,25二羟基VD3（1,25-dihydroxyvitamin D3）；人奶中VD含量低还可能是婴儿特应性皮炎发作的一个危险因素。VB6是一种辅酶，催化150多种酶，调节蛋白质、碳水化合物、脂质、血红素和重要生物活性代谢物的代谢和合成；叶酸（VB9）是DNA合成、修复和甲基化反应所必需的；VB12在叶酸代谢和DNA合成所必需的两个关键酶反应中起辅助作用，对胎儿和儿童的正常生长发育至关重要。VA涉及多种生理过程，包括视网膜视觉、基因表达、免疫、生殖、胚胎发育和生长。

2.2.5 丰富、易吸收的常量和微量元素

奶中的钙磷等矿物元素易吸收，并且奶能够调控矿物元素的吸收。牛乳中含有丰富的矿物质和微量元素，其中钙1050~1190 mg/kg，磷870~980mg/kg，钾1580~1650mg/kg，钠370~390mg/kg，锌3.37~3.48 mg/kg；牛乳酪蛋白胶束中的丝氨酸残基通过与68%钙和47%磷酸盐离子络合形成稳定的复合物，使得钙、磷更易于吸收。奶中的骨桥蛋白（Osteopontin）是一种酸性、高度磷酸化的整合素结合蛋白（Integrin-binding Protein），通过与铁结合，促进肠细胞对铁的吸收；牛乳中高钙含量会抑制铁的吸收，而大多数纯母乳喂养婴儿（6~8周龄）的钙摄入量不足以满足推荐的每日摄入量，因此在配制婴儿奶制品时，需要同时考虑增加钙、铁的含量。

2.3 小结

综上所述，奶中的乳蛋白、乳脂肪、乳糖等，是奶发挥营养作用的物质基础，极易消化吸收，几乎可以全部满足初生哺乳动物和婴儿（1~12月龄）的营养需求。随着营养的精细化，需要进一步研究如何对牛乳中的营养物质进行调整组合，满足婴儿或需要补充奶类物质人群的营养需要。

3 奶的生物活性作用
（免疫活性除外）

初生哺乳动物生长发育迅速，体内代谢反应高效运转，自身产生的生物活性物质不足以满足机体需要，需要额外补充充足的生物活性物质，有效维持机体高强度的新陈代谢活动（图4）。

3.1 奶中生物活性物质种类、来源

奶中生物活性物质包括母体产生的胰岛素、瘦素等激素，游离氨基酸、丁酸、长链不饱和脂肪酸、乳低聚糖、神经营养因子（Neurotrophic Factors）等，以及有益菌，它们能够调控初生哺乳动物的生长发育，调节胃肠道菌群平衡，促进胃肠道的发育和功能，降低中老年人“三高”指标等。

3.2 奶的生物活性

3.2.1 调控生长发育

奶中生物活性物质能够调控婴儿的生长速度和体重，促进骨骼、血细胞发育，改善认知和神经发育，提高叶酸利用率。人乳中IGF-1水平与极早产儿的出生后早期生长呈正相关；在哺乳期间摄入足够的瘦素能控制能量平衡，防止婴儿体重快速增加；丁酸也能通过调节食欲和人乳摄取量，降低婴儿生长速度。富含牛乳外泌体的乳清蛋白浓缩物通过哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（Mammalian Target of Rapamycin，mTOR）/蛋白激酶B（Protein Kinase B，Akt）信号通路促进C28/I2人软骨细胞增殖，改善发育迟缓大鼠胫骨骨密度、小梁微观结构和空间，使生长板更活跃；人乳来源的长双歧杆菌亚种（ Bifidobacterium longum subsp）通过磷脂酰肌醇激酶（Phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）/AKT-生长激素（Growth Hormone，GH）/IGF轴调控婴儿骨形成；人乳喂养1月龄婴儿红细胞数量、血红蛋白的平均浓度和堆积细胞体积显著高于配方奶粉。在配方奶中补充牛乳脂肪球膜与改善婴儿认知发育显著相关；2'-岩藻糖基乳糖、3'-唾液乳糖、二唾液酸乳-N-四糖（disialyllacto-N- tetraose）能够改善婴儿神经发育，头围z评分（Head Circumference Z-score，ΔHCZ）与唾液酸乳糖-N-四糖b（Lactosialyltetrasaccharide b）和2'-岩藻糖基乳糖水平呈正相关，而神经发育评分与三种乳糖水平都呈正相关 。牛奶叶酸结合蛋白能够与食物中通常存在的两种最不稳定的叶酸衍生物——5-ch3-h4叶酸和h4叶酸结合，起到稳定叶酸的作用，还能够提高叶酸在大鼠体内的生物利用度。

3.2.2 调节肠道菌群平衡

奶中生物活性物质能够通过促进新生儿肠道菌群定植、改善菌群代谢、调控肠道菌群，促进菌群宿主间的通信。细菌通过母乳喂养垂直传播，在1~4月龄婴儿中充当益生菌剂，促进婴儿的健康发育。牛乳中含有乳酸菌（Lactobacillus）、双歧杆菌（Bifido bacteria ）等有益菌；与粪肠球菌（Enterococcus faecalis）相比，长双歧杆菌（Bifidobacterium longum）、短双歧杆菌（Bifidobacterium brevis）在新生儿早期的微生物定植中表现出病原体抗性。牛乳小细胞外囊泡能够优化小鼠盲肠细菌混合培养中基因组变异和群体结构的选择，改变细菌糖、氨基酸和嘌呤的代谢。骆驼乳极性脂质（主要是磷脂酰乙醇胺、鞘磷脂和磷脂酰胆碱）能够增加益生菌的丰度，减少有害菌的丰度，部分缓解小鼠肠道菌群失调；人乳中胰岛素能够显著改善婴儿肠道中的双歧杆菌（Bifidobacterium）群落；双歧杆菌能够有效代谢婴儿不易消化的人乳低聚糖，混合人乳低聚糖能够促进超过100种非双歧杆菌生长。此外，乳中小细胞外囊泡通过传递其包裹的RNA等，促进哺乳动物、革兰氏阴性、阳性细菌的细胞间通信、细胞与环境通信；人乳中35 种miRNA与15 d婴儿肠道内厚壁菌门、放线菌门和变形菌门呈正相关。

3.2.3 促进胃肠道的发育和功能

奶及奶中生物活性物质能够有效促进肠道生长，促进淀粉、脂肪等营养物质的消化。人乳低聚糖中的2'-岩藻糖基乳糖能够调控小鼠肠道中黏蛋白的种类，促进黏蛋白的分泌，并显著增加盲肠及其内容物重量，显著增加空肠长度；人乳中较高水平的游离氨基酸有利于胃肠道和免疫发育，促进婴儿的合成代谢；IGF能够促进肠道细胞增殖和分化；核苷酸能够促进肠道的生长、分化和修复；奶中β-酪蛋白水解肽——EMPFPK能够增加黏蛋白分泌。人乳能够促进肠道细胞转运营养物质和分泌消化酶；人乳中淀粉酶能够帮助婴儿消化乳糖和短链葡萄糖聚合物，依赖胆汁盐的脂肪酶能够促进脂肪消化。

3.2.4 降低三高指标

奶中生物活性物质具有降血压、降血糖、降胆固醇等多种生理作用。牛乳中矿物质的摄入与血压呈反比关系，牛乳蛋白消化过程中形成的多肽也具有降低血压的作用；用分离自乳中的具有高血管紧张素转换酶抑制活性的植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum ）发酵水牛乳能够降低高血压大鼠血压。牛乳蛋白通过降低空腹胰岛素、空腹血糖和胰岛素抵抗的稳态模型评估值，改善成人血糖；脱脂羊奶的木瓜蛋白酶水解产物（Papain Hydrolysate）具有较强的抗糖尿病活性；牛奶、黄油、总奶制品与较低的II型糖尿病风险相关；骆驼乳对葡萄糖转运代谢、胰腺β细胞结构和功能特性及胰岛素分泌等相关参数均有积极影响。牛乳酪蛋白源肽通过抑制胶束胆固醇溶解度，影响肠上皮细胞中胆固醇吸收相关蛋白和酶的表达，降低胆固醇水平。

3.2.5 其他

此外奶中还有多种生物活性因子能够调节昼夜节律、预防骨骼肌萎缩、缓解过敏、改善肥胖等作用。人乳是婴儿最初几个月褪黑素的重要来源，母乳中褪黑激素水平的昼夜波动（白天低，晚上高）有助于维持新生儿的昼夜节律性；褪黑激素在夜间降低皮质醇水平，降低体温和血压，调节免疫系统，提供神经保护作用，并通过清除自由基和减少奶牛的氧化应激来支持胃肠道健康。乳脂肪球膜中提取的MFGE8通过激活丝裂原活化蛋白激酶（Mitogen-activated Protein Kinases，MAPK）/细胞外信号调节激酶（the Extracellular Signal Regulated Kinases，ERK）信号通路改善衰老大鼠线粒体损伤引起的骨骼肌萎缩；也能够预防肠纤维化。人乳中的IgA通过调节肠道菌群来预防哮喘；人乳中的己酸水平与血浆中相比增加了约100倍，并且与婴儿致敏性之间存在显著负相关。乳蛋白还能够改善快餐引起的肥胖。

3.3 小结

综上所述，奶中含有激素、微量元素、维生素、游离氨基酸、丁酸、长链不饱和脂肪酸、有益菌、乳低聚糖等多种生物活性物质，能够调控初生哺乳动物的生长发育，促进胃肠道的发育和功能等。随着对奶中生物活性物质认识的深入，还需要深入研究奶中的生物活性物质对不同年龄段人群的健康作用。

4 奶的水合作用

水合作用指水分子与奶中其他成分（如蛋白质、乳糖、脂肪）的相互作用，影响奶中营养物质消化、吸收、转运和代谢。同时，水作为奶中的主要成分，还能够满足初生哺乳动物对水分的需求（图5）。

4.1 水的结构及奶中水的作用力

每个水分子能够分别接受2个氢键（分子间氢键）和提供2个氢键（共价键），形成水分子的四面体结构。当水分子间氢键相互结合时，会形成五元环和其他可以聚集形成三维结构的环。不过这种结构是动态的，水分子间通过分子弛豫，可以快速变换与其形成氢键的分子，此外，还有游离H2O、H3O+、OH-存在。

奶中水的作用力有分子间氢键、静电吸引力和疏水力。分子间氢键是指水分子中的氢原子与吸引电子的氧或氮原子之间形成的氢键，例如酪蛋白与其表面的水合水、乳糖-水结晶。静电吸引力是指溶液中的Na+与水分子中的氧原子、Cl-与水分子中的氢原子形成离子氢键，奶及液态奶制品中Na+、Cl-等阴阳离子与水分子也存在相似的静电吸引力。疏水力是指水促使疏水基团聚在一起，将疏水基团对氢键连接而成的水分子网络的破坏效应降至最低限度，例如奶中悬浮的乳脂肪球、β-乳球蛋白与维生素A的结合。

4.2 奶的水合作用

水是奶中的主要物质，具有补充水分、承载和维持营养物质形态、稀释营养物质、参与奶中生化反应，协同消化等作用。

4.2.1 补充水分

水分占奶质量的80%以上，其中占牛奶的87.8%；奶中的水分作为初生哺乳动物主要的水分来源，能够快速补充水分，满足机体各种生理活动的需要。

4.2.2 承载和维持营养物质形态

奶中的水能够承载和维持营养物质形态，稀释营养物质，参与乳蛋白结构，通过疏水作用形成乳脂肪球，形成乳糖-水合物等。奶中水能够承载初生哺乳动物生长所必需的乳蛋白、乳脂肪、乳糖、矿物质，以及sIgA、乳铁蛋白等物质。奶中水与亲水化合物通过偶极-偶极（例如乳蛋白、乳糖等）或离子-偶极（例如Na+等）相互作用。酪蛋白胶束具有三层海绵状结构，最里层由作为锚点的磷酸钙纳米团簇组成，10~40nm中间层是由蛋白质和磷酸钙组成的坚硬区域，形成连续的多孔材料，最外层结构是酪蛋白胶束本身，平均大小为100nm；随着温度的变化（10~40℃),酪蛋白胶束的大小不变，但空隙的半径由11 nm扩大到16nm，酪蛋白胶束内自由水的含量增加用以维持酪蛋白胶束的基本结构。VC具有四个羟基，B族维生素（硫胺素、核黄素、烟酸、吡哆醇和叶酸）一般具有羧基或两个以上的羟基，羟基、羧基都具有亲水性，因此，VC和B族维生素均是水溶性维生素；VA、VE、VD结构中羟基等极性基团较少，不易溶于水，属于脂溶性维生素，一般存在于奶的脂肪球膜中。奶中钙、镁、钠、钾为主要阳离子，以无机磷酸盐、柠檬酸盐和氯化物为主要阴离子；其中钠、钾和氯化物属于可扩散的，钙、镁、磷酸盐和柠檬酸盐部分与酪蛋白分子结合，形成酪蛋白胶束。水有助于稀释奶中的营养物质，使营养物质更容易被初生动物消化。水能够参与乳蛋白的组成，维持酪蛋白的三层海绵状结构。在β-乳球蛋白二聚体接触面有水分子参与二聚体的形成。乳脂肪在奶中呈球状，外被一层乳脂肪球膜，其最外层是磷脂双分子层，外层磷酸“头”部亲水，脂肪酸“尾”部疏水，因此，乳脂肪球在奶中悬浮，不容易相互融合；乳脂球膜蛋白在模拟体外婴儿胃肠道消化过程中对调节脂质消化至关重要。乳糖分子具有8个极性基团——羟基，使得水分子能够与乳糖分子发生强烈的相互作用，形成水簇状结构，并且极易溶于水；乳糖的水合作用是影响奶介电性能的重要因素。

4.2.3 参与化学反应

水参与奶酪制作过程的生化反应，有利于奶制品杀菌、提高品质，以及加工成奶制品衍生品。奶酪的生产主要分为3 个步骤：奶中乳酸菌发酵、凝乳酶凝乳和奶酪发酵成熟；奶中乳糖水解生成乳酸，乳蛋白水解生成多肽、氨基酸，乳脂水解生成脂肪酸都需要水的参与才能完成。水活度增加有助于杀灭奶粉和乳蛋白粉中的有害菌，增加抗氧化性；还有助于形成乳糖晶体，阻止水扩散，但是也容易导致褐变。水参与构成奶制品衍生品——纤维化模型牛奶浓缩蛋白（the Fibrillated Model Milk Protein Concentrate，FMMPC）、纳米水凝胶等。

4.2.4 协同消化

在有水参与的条件下，奶中的酪蛋白等能够在胃凝乳酶的作用下水解，形成凝乳块，减缓酪蛋白在胃内的消化吸收，而剩下的乳清则快速进入十二指肠消化吸收。

4.3 小结

综上所述，水对奶中营养物质形态和功能的维持，奶制品加工、储存、灭菌，高端奶制品、奶制品衍生品制造等都有重要的作用。关于水在奶中的水合作用，目前研究较少，深入研究水在奶储存、奶制品加工等方面的作用具有重要的意义。

展望

奶中含有种类多样的蛋白质、脂肪、乳糖、低聚糖、多肽、核苷酸、免疫细胞和干细胞等物质，它们能够增强初生哺乳动物的免疫功能，快速补充机体所需的能量、蛋白等营养物质，促进生长和降低中老年人“三高”指标，为机体的生化反应提供水合底物等。近年来的研究还发现，奶中的多种物质还具有较高的药用价值，例如人乳干细胞具有治疗新生儿小肠坏死性肠炎的潜力，乳外泌体能够作为小分子药物递送的过胃载体，酪蛋白水解肽具备抗菌活性等。未来，提高奶牛所产奶中免疫和生物活性物质的含量、最大限度的保留奶和奶制品的生物活性、深入研究和利用奶中免疫和生物活性物质及其衍生物的功能将是我国奶业发展的重要方向。

参考文献略。点击文末“阅读原文”可下载PDF版全文。

引用本文：张养东，郑楠，赵圣国等.奶的功能认知进展：免疫作用、营养作用、活性作用、水合作用[J].中国乳业.2025(11):22-41.