研究背景

每位為寶寶準(zhǔn)備母乳的母親都希望了解乳汁的營養(yǎng)狀況，尤其是那些住在新生兒監(jiān)護室的早產(chǎn)兒父母。過去，要分析母乳里的α?乳白蛋白、乳鐵蛋白等成分，要么需要把樣本送到實驗室做復(fù)雜生化檢測，要么只能得到總蛋白的大致數(shù)值。有沒有可能，用一種類似“掃碼"的方式，在床邊就快速知道答案？

一項發(fā)表于《Current Research in Food Science》的研究，利用外腔量子級聯(lián)激光器（EC?QCL）中紅外光譜技術(shù)，成功實現(xiàn)了對人乳及捐贈人乳中四種蛋白的同步快速定量。該方法無需復(fù)雜前處理，單次分析僅需數(shù)分鐘，為母乳庫的質(zhì)量控制與個性化營養(yǎng)支持提供了新工具。

研究方法

這篇研究展示了一個正在接近這一目標(biāo)的方案：用一束特殊的中紅外激光照射母乳。EC?QCL激光器發(fā)出的光在1350–1770?cm?1之間精確調(diào)節(jié)，這個波段剛好對應(yīng)蛋白質(zhì)分子骨架中碳氧雙鍵和氮氫鍵的振動能量。簡單來說，不同的蛋白因為氨基酸組成和折疊方式不同，會在這個波段留下各自獨特的吸收“指紋"——科學(xué)上叫做酰胺I帶和酰胺II帶（圖1）。

 圖1：(A) 2?g·L?1 α?乳白蛋白、乳鐵蛋白和酪蛋白的激光紅外光譜。(B) 不同稀釋度（即 20%、50% 和 80% 人乳）的人乳中分別加入 α?乳白蛋白（0.9?g·L?1）、乳鐵蛋白（1.0?g·L?1）和酪蛋白（1.0?g·L?1）后測得的激光紅外光譜。

檢測時，母乳在比頭發(fā)絲還薄的透射池中流過，激光穿透樣品后，儀器記錄下每一個波長上的吸收強度，得到一條光譜曲線。接下來，預(yù)先訓(xùn)練好的數(shù)學(xué)模型（偏最小二乘回歸模型）就像一位翻譯官，把這些光譜信息解譯成α?乳白蛋白、乳鐵蛋白、酪蛋白和總蛋白各自的實際濃度。

成果說明

研究驗證表明，這種“照一照"得到的數(shù)字，與實驗室里用高效液相色譜或凱氏定氮法做出來的結(jié)果幾乎一致（圖2）。

 圖2：α?乳白蛋白（A）、乳鐵蛋白（B）、酪蛋白（C）和總蛋白（D）的回歸分析（上）與 Bland?Altman 圖（下），比較參比方法（α?乳白蛋白和乳鐵蛋白采用 HPLC?UV 分析，酪蛋白和總蛋白采用凱氏定氮分析）與 EC?QCL 光譜所得濃度。注：CI，95% 置信區(qū)間；LLA，一致性下限；ULA，一致性上限。

整個過程不添加任何化學(xué)試劑，也不需要復(fù)雜的前處理，乳汁樣本測完還能繼續(xù)使用。單次光譜掃描只需約45秒，加上計算時間，幾分鐘就能出結(jié)果。用這個技術(shù)對數(shù)百份臨床樣本進行測試，不僅成功描繪了產(chǎn)后六個月母乳蛋白的自然變化，還精確算出了巴氏消毒讓免疫蛋白損失了多少（圖3、圖4）。

 圖3：早產(chǎn)兒母親（藍(lán)色）與足月兒母親（黑色）母乳在產(chǎn)后前六個月的 α?乳白蛋白（左上）、乳鐵蛋白（右上）、酪蛋白（左下）和總蛋白（右下）含量。注：CEN 指早產(chǎn)兒達(dá)到全腸內(nèi)營養(yǎng)（>150?mL/kg/天）的時間點；RBW 指足月兒恢復(fù)出生體重的時間點。紅色叉號表示均值。，p?<?0.001；*，p?<?0.05，Wilcoxon 秩和檢驗。

圖4：（A）配對生乳（DHM?Pre）與巴氏消毒乳（DHM?Post）樣品基于激光紅外光譜的均值與標(biāo)準(zhǔn)差（每組 N=34）；（B）基于激光紅外光譜的 DHM?Pre 與 DHM?Post 樣品 PLS?DA 得分圖（二階導(dǎo)數(shù) + 均值中心化，2 個潛變量）；（C）基于 EC?QCL 紅外光譜的 DHM?Pre 與 DHM?Post 樣品交叉驗證（CV）預(yù)測結(jié)果（p<0.01，Wilcoxon 秩和檢驗）；（D）基于 EC?QCL 紅外光譜的 PLS 模型所預(yù)測的 DHM?Pre 與 DHM?Post 樣品中 α?乳白蛋白、乳鐵蛋白、酪蛋白和總蛋白的濃度。注：紅色虛線表示判別閾值；AUROCCV，交叉驗證受試者工作特征曲線下面積。

結(jié)論

雖然目前這臺設(shè)備還主要在實驗室中使用，成本和體積有待進一步降低，但EC?QCL中紅外光譜已經(jīng)證明，快速、無害地“讀取"母乳中多種蛋白質(zhì)的濃度是可行的。未來，隨著儀器小型化，這種光學(xué)檢測方法或許能走進母乳庫和醫(yī)院，幫助家長和醫(yī)護人員更透明地了解母乳營養(yǎng)，真正為早到的小生命把好喂養(yǎng)關(guān)。

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參考文獻(xiàn)：

Ten-Doménech I, Vijayakumar S, Schwaighofer A, et al. Laser-based mid-IR spectroscopy as a rapid analytical technique for the quantification of human milk proteins. Current Research in Food Science, 2026, 13: 101492.