精品通过饮奶进行乳糖不耐受人群筛查及干预对策研究课件

通过饮奶进行乳糖不耐受人 群的筛查及干预对策的研究 内蒙古伊利实业集团股份有限公司 2008.9 云战友 目录 v研究背景 v研究目的 v研究内容 我国乳糖不耐受人群的调查 高水解率低乳糖牛奶的开发 高水解率低乳糖牛奶对乳糖不耐受的干预试验 v该项研究得到的支持和相关评价 研究背景 很多人由于小肠上皮细胞乳糖酶缺乏，饮用牛奶后乳糖 不能被分解吸收，乳糖进入结肠后被肠道细菌分解，产生 大量乳酸、甲酸等短链脂肪酸和氢气，造成渗透压升高， 使肠腔中的水分增多，引起腹胀、肠鸣、肠绞痛直至发生 腹泻等症状，这种现象在医学上称为乳糖不耐受症。除表 现为乳糖不耐症者外，还存在乳糖代谢不良但不表现为症 状的人群，本研究中称之为乳糖吸收不良者。 乳糖不耐受症与乳糖吸收不良（不表现为症状但乳糖代 谢不良）合称为乳糖酶缺乏。 研究背景 乳糖酶缺乏在欧洲北部后代中占15 % ,黑人及拉丁人群占80 % ,而美国印第安人和亚洲人可高达100 % -Swagerty DL Jr. , Walling AD , Klein RM. Lactose intolerance J . Am Fam Physician , 2002 , 65(9) :1855 - 1856. 6-10岁亚洲儿童的乳糖不耐受85-100% - Quak SH. Lactose intolerance in Asian children. J Paediatr Child Health 1994;30:912. 杨月欣教授研究了中国儿童乳糖不耐受症的发生率，结果表明 3-5岁、7-8岁、11-13岁组儿童中，乳糖不耐受发生率分别为 12.2%、32.2%、和29.0%，乳糖酶缺乏发生率分别为38.5%、 87.6%、87.8% -卫生研究，Vol.28,No.1,1999。 肖玉桦等人的调查结果表明我国健康成人的乳糖酶缺乏率高 达92% - 现代预防医学，Vol.26, No.1,1999; 有如此高的比例吗？ 研究背景 分别给成人受试者50、25、12.5g 乳糖，乳糖酶缺乏率分别为 100%、86.4%、59.1% -新医学，1988，Vol.19：512； 分别给成人受试者25、12.5、6.25 g 乳糖，乳糖酶缺乏率分别 为85%、48.9%、2%; -中国药学杂志，1998，Vol.33，No.5 分别给受试者（7-18岁）25、12.5、6.25 g 乳糖，乳糖酶缺 乏率分别为79.3%、19.7%、7.2%; -中国学校卫生，2002，Vol.23，No.2 乳糖酶缺乏率、不耐受症状发生率受乳糖摄入量的影响 研究目的 有必要根据年龄，设计每次摄入牛奶的适 宜量，通过饮用适宜量的牛奶，筛查得到 乳糖酶缺乏数据和乳糖不耐受数据。这一 数据对于生活习惯和健康的关系最大； 在此基础上，研究如何满足乳糖酶缺乏和 乳糖不耐受消费者饮用牛奶的需要。 研究内容 我国乳糖不耐受人群的调查 高水解率低乳糖牛奶的开发 高水解率低乳糖牛奶对乳糖不耐受的干预 试验 我国乳糖不耐受人群的调查 伊利集团联合中科院生物物理所中生金域 诊断技术有限公司、哈尔滨医科大学、西 安交通大学医学院少儿卫生教研室、中国 优生科学协会钙工程专业委员会对北京、 哈尔滨、西安三大城市3-70岁的人群通过饮 奶，进行乳糖不耐受调查。 我国乳糖不耐受人群的调查 试验方法： 测试前两天至测试结束前，受试者禁止饮奶及奶制品； 测试前一天至测试结束前，受试者禁食大量水果（一天250 克以上）； 测试当天早晨，要求受试者不进食、不饮水，空腹到测试现 场参加测试。 将1490名志愿者按年龄段分为6组，每组饮用不同数量的纯 牛奶（乳糖含量为4.8 % ） 。受试者一次饮完液态纯牛奶， 同时吃完现场配送的面包，饮奶后至测试结束前，不得再饮 水、进食，饮奶后1小时排空尿液，饮奶后2小时收集尿液， 然后用中生金域诊断技术有限公司的尿半乳糖试剂盒测定被 调查人群的乳糖耐受情况。 我国乳糖不耐受人群的调 查 分组情况和饮奶量 3-4岁 125ml 5-6岁 250ml 7-9岁 300ml 10-12岁 350ml 13-17岁 400ml 18岁 450ml 我国乳糖不耐受人群的 调查 乳糖耐受能力的评价标准 测定结果 饮奶后的症状 乳糖耐受能力 阴 性 无消化道症状 乳糖耐受 阳 性 无消化道症状 乳糖吸收不良 阳 性 有腹痛、腹部 不适、恶心、 腹胀、腹泻一项 乳糖不耐受症 阳性（乳糖吸收不良、乳糖不耐受症）统称 为乳糖酶缺乏 我国乳糖不耐受人群的 调查 年龄（岁 ） 例数正常 乳糖酶缺乏 例数（发生率）乳糖吸收不良乳糖不耐受症 X2P 3-417312152（30.0%） 45 （26.0%）7 (4.0%） 561509060（40.0%）42（28.0%）18 (12.0%） 0.774 71022415173（32.6%）58（25.9%）15 (6.7%） 0.131 11141448460（41.6%）42（29.2%）18 (12.5%） 2.138 1517793247（59.5%）39（49.4%）8 (10.1%） 6.4950.01 1840399156 243（60.9%）174（43.6%）69 (17.3%） 0.076 4170321107214（66.7%）143（44.5%）71 (22.1%） 2.336 3-701490701749(50.2%)543(36.4%)206(13.8%) 不同年龄组牛奶乳糖不耐受的检出情况 饮奶状况 例数 乳糖酶缺乏 例数（发生率 ） 乳糖吸收不良 乳糖不耐受症 经常饮奶573291（50.8%）223（38.9）68（11.9） 不常饮奶740391（52.8%）270（36.5）121（16.4） 我国乳糖不耐受人群的调查 经常饮奶诱导不了乳糖酶活性，症状可弱化 -卫生研究，Vol.28,No.1,1999。 乳糖酶为非诱导酶 -Newcomer AD , McGill DB. Gastroenterology ,1967 ,53 (6) :881 - 889. 乳糖酶缺乏受遗传影响 ？ 乳糖酶基因位于2 号染色体长臂(2q21) ，酶蛋白先是由小肠上 皮细胞合成一个220KD的前体物,然后再继续加工剪切成180KD 的成熟酶蛋白。多数研究认为：断奶后乳糖酶活性的下降不依 赖于膳食中乳糖的存在,多项研究均证明乳糖的摄入并不能维持 或增强乳糖酶的活性,因此进食乳糖并不能抑制基因决定的乳糖 酶的表达 。 芬兰儿童对牛奶过敏与其基因型为C/ C - 13910 相关,其成人型 乳糖酶活性低下也与该基因型相关 。有研究表明我国北方5个 少数民族的乳糖不耐受和该基因在该处的变异关系不大。 还有一种乳糖不耐受也可由腹泻导致。但一般可以在腹泻症治 愈后恢复。 研究内容 我国乳糖不耐受人群的调查 高水解率低乳糖牛奶的开发 高水解率低乳糖牛奶对乳糖不耐受的干预 试验 高水解率低乳糖牛奶的 开发 乳糖酶的选择 乳糖水解率快速方法的开发 低乳糖牛奶生产工艺的确定 低乳糖牛奶在货架期内的褐变情况 乳糖酶的选择 目前仅来源于微生物的半乳糖苷酶有工 业应用价值 ，不同微生物来源的半乳糖 苷酶的性质有所不同。 考虑安全性、经济性以及适应性，最终选择 来源于乳酸克鲁维酵母产生的半乳糖苷 酶。 乳糖酶的选择 随着反应温度的升高，乳糖酶催化乳糖的水解率增加。当达到一定温度随着反应温度的升高，乳糖酶催化乳糖的水解率增加。当达到一定温度 时，温度再升高，乳糖酶催化乳糖的水解率就开始降低。时，温度再升高，乳糖酶催化乳糖的水解率就开始降低。 从图中可以得到，该酶的最适反应温度为从图中可以得到，该酶的最适反应温度为39-4139-41。 乳糖酶最适反应温度的确定 乳糖酶的选择 pHpH值低于值低于6.56.5时，酶活力随着时，酶活力随着pHpH值的下降迅速降低，值的下降迅速降低，pHpH值在值在6.5-7.06.5-7.0时活时活 性达到最大值。性达到最大值。 该酶的最适反应该酶的最适反应pHpH值为值为6.5-7.06.5-7.0，该酶最适，该酶最适pHpH值恰好在鲜乳的天然值恰好在鲜乳的天然pH pH 值之间，因此适合鲜奶的水解。值之间，因此适合鲜奶的水解。 乳糖酶最适反应pH值的确定 冰点法 低乳糖牛奶产品的水解率是衡量其乳糖水解程度的一项重 要的生产指标。用HPLC法测定乳糖需要昂贵的仪器，不 便于工厂使用。为了探寻一种适合于低乳糖牛奶生产中检 测分析需要的简便快捷的新方法，开发了冰点法，利用冰 点降低幅度可以测定牛奶乳糖水解率。得出较准确的冰点 公式为 X=(+0.5601)/-0.2907 方法特点：节省检测时间，节约检测成本。HLPC每测 定一个样子，费用在200元。而冰点仪每开一次机进行校 正的费用仅为12元，可以测定几十个样品。 乳糖水解率快速方法的开发 乳糖水解率快速方法的 开发 葡萄糖氧化酶分光光度法 牛奶中1分子的乳糖水解成1分子的葡萄糖和1分子的半乳糖 ，通过测定葡萄糖的量就可以得到已水解的乳糖量。测定 原理如下： -D葡萄糖 + O2 + H2O D-葡萄糖酸 +H2O2 H2O2 + 4-AAP + 苯酚 红色醌化物 + H2O 1ml 乳糖水解牛奶稀释到10ml ，取20L到葡萄糖酶试剂与 苯酚试剂等体积混合液，加好试剂后置37恒温水浴反应 20min，在505nm波长处测定吸光度值并计算葡萄糖浓度。 POD GOD 乳糖水解率快速方法的 开发 将低乳糖牛奶分两份，一份直接测葡萄糖，另一份加 入10000NLU/L 的乳糖酶置于39的环境中反应2小时 充分水解牛奶重残余乳糖，然后测定葡萄糖的浓度。 乳糖水解率的计算公式 乳糖水解率= 100% 葡萄糖氧化酶分光光度法 乳糖水解率快速方法的开发 12345 样品吸光度值0.2470.3630.5080.6200.736 实际加入量（ g/L） 1.0181.5042.0212.5073.016 试验中测得的 量(g/L) 0.9881.4252.0322.4802.944 回收率(%)97.0596.54100.5498.9297.61 葡萄糖氧化酶法准确度试验 乳糖水解率快速方法的开发 葡萄糖氧化酶法精密度试验 123456 平均 值 标准 偏差 变异 系数 水解的样品 吸光度值0.3340.3390.3440.3510.3460.342 牛奶中水解了的乳糖含 量（g/100mL）2.6722.7122.7522.8082.7682.7362.7410.0471.7% 完全水解样 品吸光度值0.6180.6510.6470.6450.6540.654 牛奶中乳糖完全水解的含 量即牛奶水解前乳糖的含 量(g/100mL) 4.9445.2085.1765.1605.2325.2325.1590.1092.1% 乳糖水解率 （%）53.13 低乳糖牛奶生产工艺的确定 流程1：原料奶 杀菌 冷却到最适温 度 加酶搅拌 水解 UHT 冷却 包装 低乳糖牛奶生产工艺的确定 随着反应时间的延长，添加不同浓度乳糖酶的牛奶的水解率在增加，当水解率超过80%以上， 乳糖的水解率趋于平缓。 乳糖水解率达到70%就可以解决乳糖不耐受的症状，综合考虑，在最适反应温度下水解牛奶中 乳糖的最佳工艺条件是酶的添加量为1500NLU/L，水解时间2小时。 最适温度（39）下乳糖水解率随时间的变化 低乳糖牛奶生产工艺的确定 流程2：原料奶 巴氏杀菌（85，15S ） 冷却到（4） 加酶搅拌 水 解 UHT 冷却 包装 低乳糖牛奶生产工艺的确定 经过经过1212小时，添加小时，添加2000NLU/L2000NLU/L乳糖酶的巴氏杀菌牛奶的水解率达到乳糖酶的巴氏杀菌牛奶的水解率达到70%70%以上。以上。 在低温下水解牛奶中的乳糖的最佳工艺条件为添加在低温下水解牛奶中的乳糖的最佳工艺条件为添加2000NLU/L2000NLU/L的乳糖酶放置一的乳糖酶放置一 个班次的时间。个班次的时间。 低温下乳糖水解率随时间的变化 低乳糖牛奶生产工艺的确定 流程3：原料乳 杀菌(UHT) 冷却 到15 灌装 包装 水解 无菌添加乳糖酶 无菌乳糖酶的制备 采用膜过滤技术进行原料除菌，使产品在 无菌添加时不会受到二次污染。采用膜过 滤可以使酶活力损失降低至最小，最大限 度地保持酶制剂活力，同时能保证乳糖酶 的颜色呈现透明色。首先将乳糖酶通过无 菌膜除去杂质和微生物，加工成无菌包装 的乳糖酶，然后通过无菌在线添加设备将 无菌袋包装的乳糖酶直接添加到无菌罐或 者无菌灌装机中。 低乳糖牛奶生产工艺的确定 在线无菌添加的实现 无菌添加工艺采用高温高压蒸汽作为产品的 保护屏障，在无菌酶制剂添加到产品的过 程中始终保持一个双向无菌的环境状态， 从而保证产品、酶制剂的无菌性，防止产 品免受二次污染。在整个无菌酶制剂的添 加过程中，产品和酶制剂的温度保持在20 25的温度下。 低乳糖牛奶生产工艺的确定 低乳糖牛奶生产工艺的确定 添加添加250,500,750NLU/L250,500,750NLU/L的乳糖酶，经一周后乳糖水解率均达到的乳糖酶，经一周后乳糖水解率均达到90%90%以上。以上。 一般一般UHTUHT奶经一周检验合格后才投放市场，当产品到达消费者手中时，乳糖可奶经一周检验合格后才投放市场，当产品到达消费者手中时，乳糖可 以完全水解，无菌添加的最佳工艺为添加以完全水解，无菌添加的最佳工艺为添加250NLU/L250NLU/L，贮存一周。，贮存一周。 无菌添加乳糖水解率随时间的变化 低乳糖牛奶生产工艺的确定 三种工艺的比较 分别对三种工艺流程进行试验，发现使用流程1时，乳糖水解 率达到70%时所需的时间短，但牛奶容易遭受微生物的污染 ，而且水解出的牛奶经过超高温灭菌后，有明显的褐变； 流程2虽然可以减少微生物的污染，但所需的酶的用量大，水 解出的牛奶经过超高温灭菌后，也容易褐变； 流程3是在牛奶超高温灭菌后罐装的同时加入乳糖酶，该工艺 不会引起低乳糖牛奶的微生物污染和褐变，并且所需酶的用 量少，可生产出乳糖水解率90%的低乳糖牛奶，能降低低乳 糖牛奶的生产成本； 最终选择工艺流程3来生产高水解率的低乳糖牛奶。 低乳糖牛奶生产工艺的确定 工艺流程3优点 普通工艺添加乳糖酶不仅需要大量添加乳糖酶，同时还需要 很长的工艺时间来水解乳糖，耗时耗电，水解的产品经加工 后容易发生褐变，缩短产品货架期。 利用无菌在线添加技术极大地降低了乳糖酶的使用成本， 同 时防止产品在货架期内发生褐变，延长了产品的货架期，货 架期可以达到7个月。 用此工艺巧妙地利用了待检时间完成水解，使工艺操作中省 去了水解时间，对于90的乳糖水解率，酶用量减少为原来 的四分之一，极大地提高了工厂的利用率，降低了生产成本 和管理费用。 低乳糖牛奶在货架期内的褐变情况 牛奶中含有丰富的蛋白质和还原糖，在热处理过程中易发生美拉德反应。 美拉德反应是氨基化合物（胺、氨基酸、肽和蛋白质）和羰基化合物（糖 类）自然发生的反应，也称之为非酶褐变。 在牛奶中主要是还原糖的羰基和乳蛋白质中赖氨酸的-氨基结合，发生美 拉德反应，并最终生成褐色物质。 低乳糖牛奶的生产过程中，乳糖被分解成为葡萄糖和半乳糖。由于褐变反 应速度与糖的种类有关，六碳糖比双糖更容易发生反应，再加上低乳糖牛 奶中还原糖数量的增加，所以低乳糖牛奶比普通牛奶更容易发生褐变。 本实验以初级美拉德反应中3-脱氧葡糖醛酮的降解产物HMF（羟甲基呋喃 ）作为褐变标志物，测定无菌添加乳糖酶的低乳糖牛奶在室温贮存期内的 褐变情况。 UHT奶在25经5个月的贮存HMF几乎没有增加，无菌添加乳糖 酶的UHT乳 在同样条件下贮存，虽然HMF从43.16mol/L增加到 73.09mol/L，但用肉眼观察不出它的颜色变化，经过7个月的贮 存在颜色上仍与UHT乳无差别。 而先水解后超高温灭菌的低乳糖牛奶（水解率70%）在生产出 来时HMF就达到了120.26mol/L，用肉眼已经观察到它的颜色发 生变化。 所以选择无菌后添加乳糖酶的工艺生产低乳糖牛奶可解决褐变问 题，并延长货价期。 低乳糖牛奶在货架期内的褐变情况 低乳糖牛奶在货架期内的褐变情况 贮存一个月颜色的变化贮存七个月颜色的变化 研究内容 我国乳糖不耐受人群的调查 高水解率低乳糖牛奶的开发 高水解率低乳糖牛奶对乳糖不耐受的干预 试验 乳糖不耐受的干预试验 伊利集团联合北京中生金域诊断技术有限 公司、哈尔滨医科大学、西安交通大学医 学院少儿卫生教研室、中国优生科学协会 钙工程专业委员会进行了乳糖不耐受的干 预试验。 乳糖不耐受的干预试验 经乳糖耐受试验筛查出的乳糖吸收不良者 和乳糖不耐受者作干预试验。 受试者饮用低乳糖牛奶，试验方法、不同 年龄组饮奶量同耐受试验。 试验方法： 乳糖不耐受的干预试验 干预效果评价标准 显效： 消化道症状消失、尿半乳糖试验转 为正常。 有效： 消化道症状减轻、尿半乳糖试验转 为正常或单项尿半乳糖试验转为正常。 乳糖不耐受的干预试验 本次研究采用内蒙古伊利实业集团股份有限公司研 制的高水解率低乳糖牛奶（乳糖水解率90%），对 468例乳糖吸收不良和152例乳糖不耐受症者进行干预 。 乳糖不耐受的干预试验 乳糖吸收不良乳糖不耐受症 年龄例数 有效例数 有效 显效 7106102（95.3%）2927（93.1%） 27（93.1%） 717122119（97.6%）3938（97.4%） 34（87.2%） 1840145139（95.1%）5250（96.0%） 48（82.7%） 41709592（96.7%）3231（96.8%） 28（87.5%） 合 计468452（96.6%）152146 (96%) 137(90.1%) 腹胀多屁腹部不适腹 痛腹 泻 例数 6254673544 有效 60（96.8%）52（96.3%）50（74.6%） 33（94.3%）43（97.7%） 表2 低乳糖牛奶对乳糖不耐受的改善结果 表3 低乳糖牛奶对乳糖不耐受临床症状的改善效果 研究发现和创新 本项目在国内第一次通过给受试者根据年龄确定饮奶量，在北方3大 城市进行了2000多例乳糖不耐受筛查试验，得到了50.6%的国人乳糖 酶缺乏的结果； 本项目开发了乳糖水解率大于90%的UHT低乳糖液态奶-营养舒化奶 系列产品。产品技术特点：1）该产品水解率大于90%，国内首创；2 ）解决了低乳糖牛奶生产过程容易发生褐变的问题，国内首创；3） 第一次在乳品行业采用无菌添加酶工艺，国内首创；4）采用UHT技 术，保质期7个月，国内首创；5）酶解过程无污染，用酶省，工艺技 术经济性好；6）该项目已顺利的完成大规模、流水线的产业化生产 。7）舒化奶配方中合理的添加膳食纤维和胶原蛋白，更贴近中国人 膳食营养需求。 本项目在国内第一次采用高水解率低乳糖牛奶-营养舒化奶，在多个 城市进行了乳糖吸收不良人群饮用低乳糖牛奶的干预试验，结果表明 ，本项目开发的产品营养舒化奶改善乳糖吸收不良的有效率为96.6% ，对乳糖不耐受症改善的有效率和显效率分别为96%和90.1%。 本项目研究过程中还开发了2种乳糖水解率快速检测方法。 相关资料 产品相关标准的编写 标准名称标准编号 灭菌低乳糖奶（包括全脂和低脂）Q/NYLA 44-2006 该项研究完成后，伊利集团申请了低乳糖奶国家标准的立项，并且已经 纳入国标委2007年第四批国家标准制修订计划。伊利集团作为起草单位， 承担了该项目，项目编号为：20071103-T-469。 创新型企业2007年申报材料第二轮申报 国家标准化管理委会批准的第四批标准.xls 专利和文章 申请的专利： 发明名称申请号 一种测定低乳糖牛奶中乳糖水解率的方法200710007145.4 一种低乳糖奶的制备方法200710000802.2 发表的文章： 1 卜建斌, 云战友, 邢黎明. -半乳糖苷酶的应用及固定化J. 农产品加工（学刊） ,2006,(2): 4-6. 2 卜建斌, 云战友. 低乳糖牛奶生产工艺研究C.中国奶业协会年会论文集 (2007),148-150. 3 Jianbin Bu, Zhanyou Yun, Cuizhi Li