Proceedings

Towards infant formula biomimetic of human milk structure and digestive behaviour

Vers des formules infantiles mimant la structure et le profil de digestion du lait maternel

¹ INRA-Agrocampus Ouest, UMR 1253 STLO, Rennes, France
² INRA-CIRAD-SupAGRO-UM UMR IATE, Montpellier, France
³ CNRS-UMR 7282 EIPL, Marseille, France

^⁎ Correspondence: claire.bourlieu-lacanal@inra.fr

Received: 11 January 2017
Accepted: 6 March 2017

Abstract

Lipids of human milk or infant formula convey most of the energy necessary to support the newborn growth. Until recently, infant formula chemical composition had been optimized but not their structure. And yet, more and more proofs of evidence have shown that lipids structure in human milk modulates digestion kinetics and is involved in metabolic programming. Indeed there is a striking difference of structure between human milk which is an emulsion based on dispersed milk fat globules (4 μm) secreted by the mammary gland and submicronic neoformed lipid droplets (0.5 μm) found in infant formula. These droplets result from a series of operation units. This difference of structure modifies digestion kinetics and emulsion disintegration in the intestinal tract of the newborn. This difference persists along gastric phase which is mainly dominated by acid and enzyme-induced aggregation. Lipid droplets size is thus the key parameter to control gastric lipolysis and emptying and intestinal lipolysis. This parameter also controls proteolysis since adsorbed proteins are more rapidly hydrolyzed than when in solution. In animal models, these differences of lipid structure would also impact digestive and immune systems' maturation and microbiota. Lipid structure during neonatal period would also be involved in the early programming of adipose tissues and metabolism. The supplementation of infant formulas with bovine milk fractions (milk fat globule membrane extracts, triacylglycerol) or recent development of large droplets infant formula, along with new fields of innovation in neonatal nutrition, are here reviewed.

Résumé

Les lipides laitiers du lait maternel ou de formules infantiles fournissent la plupart de l'énergie disponible pour la croissance du nouveau-né. Jusqu'alors, la composition chimique des formules infantiles a été optimisée mais pas leur structure. Or il est de plus en plus démontré que la structure des lipides dans le lait maternel module les cinétiques de digestion et participe à la pré-programmation métabolique. Il existe en effet une différence majeure entre les émulsions natives de globules gras laitiers (4 μm) sécrétées par la glande mammaire et la structure des lipides dans les formules infantiles qui résultent d'une succession d'opérations unitaires de transformation et sont constituées de gouttelettes submicroniques (0.5 μm) avec des interfaces néoformées. Cette différence de structure modifie les cinétiques de digestion et de déstructuration des émulsions dans le tractus digestif des nouveau-nés. De façon générale, la différence de structure initiale entre lait maternel et formules infantiles se maintient pendant toute la phase gastrique, qui est surtout dominée par des mécanismes d'agrégation acide et enzymatique. La taille des gouttelettes est le paramètre clé pour contrôler les lipolyses gastrique et intestinale et module également la vitesse de vidange gastrique néonatale. Ce paramètre contrôle également les cinétiques de protéolyse puisque les protéines adsorbées sont hydrolysées plus rapidement que les protéines solubilisées. Ces différences de structure impacteraient également chez l'animal le développement des systèmes digestif, immunitaire et la mise en place du microbiote. La structure des lipides ingérés pendant la période néonatale pourrait également participer à la pré-programmation des tissus adipeux et du métabolisme chez l'adulte. La réintroduction d'extraits membranaires et de triacylglycérols issus de lait bovin dans les formules, le développement de formules nouvelles basées sur des émulsions moins fines ainsi que les dernières tendances de développement de formules infantiles biomimétiques sont reportées et discutées dans cette synthèse.