母乳低聚糖（英文名：human 鲜奶 oligosaccharides，HMOs），别名人乳低聚糖，是母乳中天然存在的一类营养物质，也是母乳中第三大固体成分。其在初乳中的含量约为20~25g/L，在成熟乳中的含量约为5~20g/L，仅次于乳糖和脂肪。
1886年，有人发现肠道细菌能影响婴儿肠道的消化过程以及消化相关生理功能。1900年，小儿科和微生物学家Tissier及Moro发现母乳与奶粉喂养婴儿的肠道菌群组成不同。1926年，Schönfeld等报道了人乳中存在“双歧因子”；1954年，György和Kuhn等提出母乳中“双歧因子”由低聚糖组成。母乳低聚糖由葡萄糖、半乳糖、N-乙酰葡萄糖胺、岩藻糖和唾液酸五种单糖通过不同方式链接而成，包含3~14个单糖，通常为直链或支链结构。根据结构类型不同，母乳低聚糖主要分为中性岩藻糖基化HMOs、中性非岩藻糖基化HMOs和酸性唾液酸化HMOs。母乳低聚糖的含量和组成会因母乳的基因型、地域、泌乳期的不同而产生差异，生成方法包括天然提取和人工合成两种。
母乳低聚糖的主要功能包括调节肠道菌群、促进免疫系统发育、促进大脑发育、抗病毒及抗菌等。首款添加母乳低聚糖的婴幼儿配方食品于2015年在美国上市。此后，添加母乳低聚糖的商业化产品陆续登陆欧美、中东、亚太和拉丁美洲地区等全球160多个国家和地区，产品类型涵盖婴幼儿配方食品、成人营养品、乳及乳制品、功能性饮料、消化健康相关的膳食补充剂与功能性食品。2023年10月，中国食品安全标准与监测评估司发布了关于母乳低聚糖的公告和相关解读，明确了2’-岩藻糖基乳糖和乳酰-N-新四糖这2种母乳低聚糖作为食品营养强化剂。
1886年，小儿科和微生物学家Escherich等发现肠道细菌能影响婴儿肠道的消化过程以及消化相关生理功能。1888年，埃施巴赫（Eschbach）指出，人乳中含有一种与牛乳“不同类型的乳糖”。不久之后，德尼热斯（Deniges）发现，人乳和牛乳中的乳糖虽然相同，但人乳中还含有一种额外的未知糖类成分。1900年，儿科学和微生物学家Tissier及Moro发现母乳与奶粉喂养婴儿的肠道菌群组成不同。1926年，Schönfeld等报道了人乳中的乳清成分中含有一种能促进双歧乳杆菌生长的因子，即“双歧因子”。1930年，Lespagnol和Polonowski将人乳中发现的其他碳水化合物组分命名为乳寡糖（Gynolactose）。1954年，György和Kuhn等提出母乳中“双歧因子”确实由“Gynolactose”，即低聚糖组成。
母乳低聚糖是母乳中天然存在的聚合度不高于3的低聚糖的统称，由3~14个单糖组成。HMOs的基本结构主要是以乳糖为核心，通过重复的乳糖胺单元以直链或支链结构延长，通过岩藻糖基转移酶和唾液酸转移酶的作用，被不同数目的岩藻糖和唾液酸所修饰。HMOs以游离、糖蛋白或糖脂等形式出现，是一类由D-半乳糖（D-galactose，Gal）、D-葡萄糖（D-glucose，Glc）、N-乙酰氨基葡萄糖（Nacetyl-D-glucosamine，GlcNAc）、L-岩藻糖（L-fucose，Fuc）和唾液酸（主要形式为N-乙酰神经氨酸，N-acetylneuraminic acid，Neu5Ac））五种单糖单元通过多种糖苷键连接而成的非缀合型复杂聚糖分子。截至2025年已发现200种HMOs，已经分离和鉴定了至少157种不同的HMOs结构。
根据结构类型不同，母乳低聚糖主要分为中性岩藻糖基化HMOs、中性非岩藻糖基化HMOs和酸性唾液酸化HMOs。其主要包括2-岩藻糖基乳糖（2’-Fucosyllactose，2'-FL）、3-岩藻糖基乳糖（3-Fucosyllactose，3-FL）、乳酰-N-岩藻五糖-Ⅰ（Lacto-N-fucopentaoseⅠ，LNFP-Ⅰ）、乳糖-N-四糖（Lacto-N-tetraose，LNT）、乳糖-N-新四糖（Lacto-N-tetraose，LNnT）、3-唾液酸乳糖（3’-Sialyllactose，3'-SL）和6-唾液酸乳糖（6’-Sialyllactose，6'-SL）等。
母乳低聚糖的含量在母乳的不同时期存在差异，初乳、过渡乳和成熟乳中HMOs的平均含量分别为17.7、13.3和11.3g/L。其中初乳中最高，约为20~25g/L，是母乳中第三大固体成分，其含量仅次于乳糖和脂肪。随着哺乳的进程，HMOs浓度从过渡乳（平均8~19g/L）、成熟乳（约为5~20g/L）依次逐渐下降，从出生一个月内母乳中HMOs浓度6~15g/L下降至6个月后的4~6g/L 。大多数HMOs随着哺乳进程而逐渐下降，而3'-FL随哺乳进程呈上升趋势。母乳中岩藻糖基化中性HMOs占总HMOs的75%以上，其中最丰富的是2’-FL，约占分泌型母乳中HMOs的30%；非岩藻糖基化中性母乳低聚糖乳糖-N-四糖（Lacto-N-tetraose，LNT）是第二丰富的HMOs，其次是乳糖-N-新四糖（Lacto-N-neotetraose，LNnT）。
遗传
母乳中母乳低聚糖的成分和含量受遗传影响，主要与母亲的Secretor基因（Se）和Lewis基因（Le）有关，Se基因编码α-1，2-FUT（FUT2），FUT2将岩藻糖连接到乳糖或乳糖-N-四糖，分别合成2'-岩藻糖基乳糖（2'-fucosyllactose，2'-FL）和乳糖-N-岩藻五糖Ⅰ。Le基因编码α-1，3/4-FUT（FUT3），FUT3将岩藻糖添加到乳糖-N-岩藻五糖Ⅰ和2'-FL，分别形成乳糖-N-二岩藻六糖Ⅰ和乳糖二岩藻四糖，也可将岩藻糖直接转移到乳糖-N-四糖、乳糖和乳糖-N-新四糖，分别形成乳糖-N-岩藻五糖Ⅱ、3'-岩藻糖基乳糖（3'-fucosyllactose，3'-FL）和乳糖-N-岩藻五糖Ⅲ。
不同个体母乳中HMOs含量有较大差异，这种个体差异的因素之一是岩藻糖基转移酶的遗传倾向，即编码α1-2岩藻糖基转移酶（fucosyltransferase 2，FUT2）的分泌基因（secretor，Se）和编码α1-3/4岩藻糖基转移酶（fucosyltransferase 3，FUT3）的路易斯基因（Lewis，Le）的不同表达。Se基因表达的母亲被称为“分泌型”母亲（Se＋），其乳汁富含α1-2 NFHMOs，如2’-FL和LNFPⅠ；而Se基因低表达或不表达的母亲被称为“非分泌型”母亲（Se-），其乳汁中不含或仅含微量的α1-2 NFHMOs。而3’-SL和6’-SL等酸性低聚糖受遗传表型影响较小，在大多数母乳样本中均可检出。
由于FUT2和FUT3酶的相互作用，哺乳期母亲的HMOs被分为4种乳汁表型组：Ⅰ组：分泌型和路易斯型阳性组（Se＋Le＋）、Ⅱ组：非分泌型路易斯阳性组（Se-Le＋）、Ⅲ组：分泌型路易斯阴性组（Se＋Le-）和Ⅳ组：非分泌型路易斯阴性组（Se-Le-）。不同地区4种乳组的占比情况不同，肯尼亚地区的I组占比明显低于欧洲、南美洲地区，这可能是非洲与欧洲、美洲等地区人种基因型差异造成的。中国的4种乳组占比也有一定差异，这可能是样本数量和采样地区的差异造成。
哺乳期
哺乳期是影响母乳低聚糖含量的主要因素。Mainardi等发现在泌乳期前3个月，HMOs的总质量浓度从2~5周的（9182±2013）mg/L下降到6周的（7887±1813）mg/L和3个月时的（6248±1322）mg/L。此外HMOs单体的浓度也会随哺乳期变化。大多数HMOs单体如2’-FL、6’-SL、LNT、LNnT、LNFP Ⅰ、LNFP Ⅱ、LSTc等的含量会随哺乳期下降，而3-FL、3’-SL和LNFP Ⅲ的含量则会随哺乳期上升。
地理位置
地理位置也会影响母乳低聚糖的浓度和分布。Vinjamuri等分析了来自阿根廷、美国、印度、波兰和菲律宾等国家的15个城市共1090位母亲的HMOs，发现尼泊尔Se＋母乳中2’-FL的含量显著低于其他国家，冈比亚和波士顿母乳中LNFP Ⅰ和LNFP Ⅲ的相对丰度较高。与其他国家相同，中国母乳HMOs的含量也会受地理位置的影响。Liu Shuang等对长春市、兰州市、成都市、天津市、广州市和上海市这6个城市共1758名母亲母乳的HMOs进行了检测分析，发现产后40～45天时，兰州市母乳的2’-FL含量比成都市高1.3倍，长春市母乳的3-FL浓度显著高于上海市。Zhang Wenyuan等研究发现，6’-SL质量浓度在成都母乳中最高，为（5.34±7.68）g/L，兰州最低，为（0.89±1.09）g/L，且存在显著差异（所有地区总样本量为203）。Li Jiaqi等定量检测了来自中国不同地区5个不同民族（汉族、藏族、回族、壮族和蒙古族）的251名母母亲乳HMOs，结果显示藏族母乳HMOs的质量浓度（7.0g/L）比壮族（4.5g/L）高56%，汉族（6.3g/L）则接近所有样品的平均值（5.6g/L）。另外与其他国家相比，中国母乳3-FL的水平在产后4~8个月高于欧洲，而LNT和LNnT含量低于欧洲和巴西。Wu Jiayi等通过比较中国广州（n＝222）和其他地区母乳中2’-FL的含量，发现包括中国在内的亚洲母亲初乳的2’-FL浓度低于欧洲母亲，但高于非洲母亲。母亲的饮食习惯、地理环境和生活文化也可能会影响HMOs的分泌。
其他因素
其他可能影响母乳低聚糖含量的因素与母体特征有关，如体质指数（超重肥胖）、年龄、膳食、胎次、分娩方式和胎龄（足月或早产）等。Siziba等发现早产儿母乳中的HMOs质量浓度（约15g/L）低于足月婴儿母乳中HMOs的质量浓度（约17g/L），且2’-FL和LNFP Ⅰ在早产母亲的乳汁中含量略低。Samuel等发现，剖腹产母乳中2’-FL和3’-SL浓度低于阴道分娩的母亲。
母乳低聚糖的主要功能包括调节肠道菌群、促进免疫系统发育、促进大脑发育、抗病毒及抗菌等。
母乳中HMOs是影响婴儿肠道菌群组成和稳定的重要因素。健康肠道菌群结构的建立对婴儿的生长发育至关重要，婴儿在生命前期肠道内微生物状态是逐渐向着双歧杆菌占主导地位过渡的。早期经母乳喂养的婴儿主要表现出双歧杆菌科丰度较高，而放线菌门和拟杆菌纲可以从母亲垂直传递给婴儿。由于绝大多数HMOs既不被胃酸和消化酶破坏，也不被胃肠道吸收，因此在放射性肠炎内浓度较高。HMOs是双歧杆菌的选择性生长底物，在促进双歧杆菌生长的同时通过竞争营养物质抑制有害菌生长。一方面，HMOs能够作为婴儿肠道中有益细菌的代谢基质，有助于塑造婴儿肠道微生物群；另一方面，HMOs经肠道益生菌代谢后产生多种人体可吸收利用的短链脂肪酸和乳酸盐，并使肠道的pH值呈酸性，从而抑制过度繁殖的有害菌，阻断病毒、细菌、寄生昆虫等病原体与上皮细胞表面多聚糖的黏附，阻止病原体的定植和入侵，不仅可以预防肠道感染，也能减少婴儿呼吸道及耳部感染。
一项荷兰的研究纳入了121名纯母乳喂养的1月龄婴儿，研究分析了HMOs与婴儿肠菌之间的关系，发现影响婴儿的粪便菌群结构的因素包括性别、出生方式和HMOs的种类及水平，尤其是LNFP Ⅰ和2’-FL。剖宫产会影响肠道菌群发育，尤其是出生后前3个月的双歧杆菌定植的延迟，而母乳中的岩藻糖基HMOs可减轻剖宫产对婴儿肠道微生物群的影响。研究表明，经母乳喂养的早产的NEC发病率显著低于人工配方奶粉喂养的早产儿，NEC患儿的母乳中，一种特定的HMO—二唾液酸化乳-N-四糖（disialyllacto-N-tetraose，DSLNT）水平低于对照组。DSLNT可能通过促进短双歧杆菌等益生菌的生长或促进肠道微血管循环减少肠道损伤和NEC的发生。
HMOs在婴儿免疫系统的发育中发挥着特殊的作用。HMOs的丰富多样性具有调节婴儿先天性免疫和适应性免疫的潜力。母乳中的HMOs可以通过促进肠黏膜免疫系统的成熟以及维持新生儿胃肠道上皮屏障的完整性来起保护作用。研究发现HMOs可以增强树突状细胞的功能，进而通过招募调节型T细胞在新生儿免疫系统发育中扮演重要角色。如母乳中的HMOs可以阻止婴儿肠内炎症基因的表达，提高婴儿的免疫力。
许多研究证实半乳糖基乳糖（galactosyllactoses，GL）具有调节免疫的能力，如3’-GL、4’-GL、6’-GL通过抑制IL-8的产生，进而抑制多胞二酸（polycytodilic acid，PIC）诱导的肠上皮细胞的炎症。糖类的结合物是HMOs在免疫系统中发挥作用的潜在机制，一些凝集素已被证明参与调节免疫系统功能，如C型凝集素、类动物凝集素和半乳糖凝集素。一方面，HMOs可能影响凝集素功能，从而有助于细胞信号传导。大多数凝集素受体在与多价碳水化合物配体交联后通过其多聚体诱导信号通路。另一方面，HMOs可以作为抑制性配体，唾液酸化HMOs能够抑制选择素介导的白细胞黏附内皮细胞。同样，已有研究表明，一些HMOs能够调节在启动细胞免疫反应中起着中心作用的Toll样受体（toll-like receptor，TLR）的表达和信号转导途径。体外实验表明，添加LNFP Ⅰ和6’-GL可促进TLR4的mRNA表达，而3’-SL、6’-SL和6’-GL可增强TLR4和TLR2的表达。
一项多中心的临床实验比较了接受普通配方粉和含两种HMOs的配方粉对婴儿生长发育（0~14天入组）的影响，随访12个月的结果显示，接受含HMOs配方的婴儿发生支气管炎、退烧药和抗生素的用药频率更低。牛奶蛋白过敏（CMPA）是一岁婴幼儿最常见的食物过敏之一，由于婴儿的免疫系统对牛奶中的蛋白质产生异常反应而发生。HMOs对婴儿的免疫系统发育和成熟具有良好的促进作用，包括患CMPA的婴儿。一项基于266个母乳样本的研究检测了母乳中的低聚糖成分，发现对于有家族过敏史的剖宫产婴儿在接受了FUT2-依赖性HMOs的母乳以后，发生IgE介导的过敏性疾病比例显著降低，提示其可能通过调节免疫功能和肠道菌群改善过敏。
HMOs具有很强的抗病毒、抗菌潜力。可以抵御多种病毒病原体，如诺若病毒、轮状病毒、流感病毒科、HIV。病毒附着于宿主表面是建立病毒感染的关键，通过特定的糖类黏附于宿主上皮细胞，许多参与这一过程的细胞表面聚糖表位已经被鉴定，如人类血型抗原（human blood group antigens，HBGAs），根据糖基转移酶的活性，将HBGAs分为4种不同类型，即血型A、B、H和Lewis。HMOs抗病毒最可能的机制是通过减少病毒对靶细胞的黏附，HMOs类似于各种细胞表面糖基化结构如糖脂或糖蛋白结构，能够充当病毒的可溶性受体。一些具有抗病毒作用的HMOs单体已经被证明。
HMOs还可以像其抗病毒作用一样，作为细菌特别是致病菌与宿主相互作用界面上的抗黏接剂，HMOs可以显著减少大肠杆菌对培养的上皮细胞的附着，阻止微生物病原体进入，如导致大多数细菌性腹泻的空肠弯曲菌和肠致病性大肠杆菌。此外，HMOs可能有一种更直接的方法来控制病原体。HMOs可以不依赖于宿主免疫，直接抑制无乳链球菌（链球菌 agalactiae，GB）的生长，GB是婴儿侵袭性细菌感染的主要原因，通常是在分娩时垂直获得，与婴儿患肺炎、败血症和脑膜炎密切相关。研究发现，当存在HMOs时，GB不再增殖。体外研究表明，HMOs具有类似于一些抗生素的作用，GB利用一种糖基转移酶将特定的HMOs结合到细胞膜中，进而阻止GB增殖。进一步研究分离不同的HMOs组分，发现其抑制GB活性仅限于特定的非唾液酸化HMOs，这些非唾液酸化HMOs与多种常规抗生素具有协同作用。
营养是脑部发育不可或缺的条件，而母乳喂养给婴幼儿提供了充分的营养支持。越来越多的证据表明，母乳中的HMOs在大脑的生长发育以及认知能力的建立中起着关键作用。髓鞘化、突触的形成以及神经递质的释放都受到受体糖基化的调节。在大脑中，SA是脑神经节苷脂和修饰神经细胞黏附分子的poly-SA链的重要组成部分。SA在中枢神经系统中与神经元细胞间的通讯有关。母乳中的SA主要以唾液酸化的HMOs形式存在。这些唾液酸化神经节苷脂在突触形成、轴突生长、树突再生和神经传递中起着重要作用。动物研究表明，学习能力的提高与脑神经节苷脂和糖蛋白中SA的浓度有关。
研究发现饮食中添加3’-SL或6’-SL会增加大脑不同区域的总SA和神经节苷脂结合SA的浓度。大量体内外研究表明，母乳HMOs与早产脑发育相关。此外，研究表明，脑炎症性损伤是早产儿的常见感染性疾病，HMOs可模拟黏膜表面的糖苷受体与病原体结合，阻断病毒和细菌的定殖。中性HMOs可以在体外抑制B组链球菌（group B streptococcus，GBS）增殖，提示HMOs可能作为GBS的抑菌剂，减少新生儿脑膜炎的发生。HMOs中典型代表成分2'-岩藻糖基乳糖（2’-FL）在HMOs中约占31%，是人乳中相对丰度最高的低聚糖。动物研究表明，哺乳期补充2’-FL的幼鼠在幼年期和成年期的认知功能相较对照组显著升高，此效应可能与脑-肠轴有关。一项为期两年的临床研究表明，在婴儿1个月接受更高频率的母乳喂养有助于长期认知发育，其中母乳中的2’-FL相较于其他HMO成分发挥更为重要的作用。
Jin Yujin等发现3’-SL和6’-SL可通过信号转导因子和转录激活因子1（STAT1）和NF-κB信号通路保护脂多糖诱导的巨噬细胞活化和急性肺损伤。
Kim等发现，高剂量的2’-FL和6’-SL混合物可有效改善脂多糖诱导的小鼠炎症，如体质量减轻、放射性肠炎长度减少、组织学结构损伤以及与炎症反应相关的肠道基因表达。
母乳低聚糖被认为是人类第一益生元，在婴儿胃肠道的上端不能被消化，这是由于婴儿胃肠道上端缺乏糖苷水解酶和肠膜转运蛋白，所以大多数HMOs能直接到达胃肠道远端，作为特定微生物的底物影响胃肠道微生物群的组成和活性。研究发现，摄入HMOs后，约有0.05%的HMOs进入血液，其余绝大部分HMOs进入大肠。
婴儿代谢不同母乳低聚糖的能力与微生物群密切相关，是通过特定的细菌组合进行的，特别是双歧杆菌属、拟杆菌属和乳酸杆菌属。HMOs与利用它的细菌具有特异性，HMOs能够特异性地刺激肠道内微生物的活性，而这些微生物又能够特异性地表达唾液酸酶或者岩藻糖苷酶来切割唾液酸化和岩藻糖基化的HMOs。所以肠道内多种双歧杆菌和类杆菌可以对不同种类HMOs加以利用，而肠杆菌等条件致病菌对HMOs的利用能力相对较差，一些有害细菌如致泻性大肠杆菌、梭状芽孢杆菌等几乎不能利用HMOs。
双歧杆菌代谢HMOs的途径
在生命早期，双歧杆菌是母乳喂养婴儿肠道的优势菌群，这些细菌具备专用的糖苷水解酶、转运体和其他有助于利用HMOs的分子，所以是HMOs的主要消耗者。研究发现了两种长双歧杆菌亚种代谢HMOs的途径。其一，两歧双歧杆菌（Bifidobacterium bifidum）通过半乳糖-N-二糖/乳糖-N-二糖（galacto-N-biose/lactose-N-biose，GNB/LNB）途径代谢HMOs。两歧双歧杆菌具有细胞膜结合的LNB糖苷酶，能在细胞外解聚HMOs，并产生LNB水解产物，LNB通过ABC转运体导入，并在GNB/LNB途径中被LNB磷酸化酶进一步水解。其二，长双歧杆菌（Bifidobacterium longum subsp. infantis）与两歧双歧杆菌不同，其没有胞外将HMOs裂解为LNB的乳糖-N-生物糖苷酶同系物，但是婴儿双歧有一个独特的43 kb基因簇，负责编码一系列糖苷酶、ABC转运体和细胞外低聚糖溶质结合蛋白。所以HMOs能够通过ABC转运体完整地运输到胞内，由各种胞浆糖苷酶进行水解。如：岩藻糖苷酶、β-半乳糖苷酶、唾液酸酶。
罗氏菌属代谢HMOs的途径
Pichler等通过基因组分析，发现在罗氏菌属（Roseburia）中，母乳低聚糖利用位点具有多样性并普遍存在，并提出了Roseburia代谢HMOs的全新途径，途径涉及Roseburia两个亚种R. homis和R. inulinivorans。在R. homis中，LNT、LNB和黏蛋白衍生的GNB被LNB转运体捕获并进入细胞质随后水解为LNB，然后被磷酸化酶（RhGLnbp112）进一步磷酸化为1-磷酸-α-D-半乳糖和相应的N-乙酰己糖胺。乳糖则被β-半乳糖苷酶水解。在R.inulinivorans中，HMOs在细胞外表面先进行初步水解，由相应的酶（RiLea/b136）催化发生，初步水解的HMOs通过相应的转运体（RiLea/bBP）进入到细胞内，通过岩藻糖苷酶（RiFuc29和RiFuc95）的协同作用去除Fuc，然后与在R. homis中一样，被磷酸化酶进一步分解。同时，SA单糖也可以通过相应的转运体进入到R. inulinivorans进行分解。分解产生的半乳糖和1-磷酸半乳糖通过Leloir途径转化为6-磷酸葡萄糖，N-乙酰己糖胺在进入糖酵解前转化为6-磷酸-N-乙酰葡萄糖胺。部分经过糖酵解产生的丙酮酸可以转化为丁酸盐。
极少量被胃肠道吸收的HMOs的代谢途径
母乳低聚糖在吸收后先进入婴儿的血液循环中，然后通过尿液排出。HMOs进入婴儿的血液，高达1%的HMOs被胃肠道吸收，在全身循环中可以被利用。研究人员对16例健康母乳喂养婴儿的尿液和血浆研究发现，一些小分子质量的HMOs能被完整地吸收到血液循环中，如2’-FL、3’-FL、LNnT。
母乳构成复杂，研究人员一般通过离心或溶剂萃取去除脂肪，再用有机溶剂如乙腈沉淀蛋白质或采用膜过滤技术去除蛋白质，最后结合多孔石墨碳色谱和液相色谱进行纯化。尽管该方法不会破坏HMOs的天然结构，但由于成本高昂且缺少足够的捐赠母乳，从母乳中提取的HMOs无法满足临床试验的需要和产业化发展，因此需要替代母乳来源以便生产HMOs作为人们的膳食或药物成分。
除了从乳源制品进行HMOs的提取，还可以通过化学合成、酶法合成、化学酶合成、生物发酵合成得到与天然HMOs化学结构相同的低聚糖。
化学合成
HMOs的化学合成主要是通过寡糖的糖基化反应，涉及两个单糖之间糖苷键的形成，但由于纯化过程复杂且需要使用一定剂量的有毒试剂等因素，该方法更适合于功能与结构关系的研究。
酶法合成
HMOs的酶法合成主要通过糖基转移酶和糖苷水解酶合成寡糖，该方法虽可有效制备结构更复杂的HMOs，但受底物特异性和糖苷酶可用性的限制，酶法合成的成本较高。
化学酶法合成
化学酶法合成是一个以化学方法合成底物，再通过酶促反应进行延伸和修饰从而得到HMOs的过程，该方法可用来开发HMOs更多复杂结构的数据库。化学合成方法能够合成所需要的特定结构的HMOs，特别是在合成结构复杂、分支多的HMOs时具有优越性。但是，HMOs的化学合成过程存在许多问题，如糖苷形成的立体和区域选择性控制的不准确，多个活化、保护和脱保护步骤的复杂性使工业化生产具有诸多挑战，同时，其HMOs得率却难以提升。并且随着链长或分支模式的增加将使其合成更为复杂。
微生物发酵合成
微生物发酵合成是母乳低聚糖商业化生产的主要方法，此方法的重点是选择安全性高、生长速度快和成本低的宿主菌株。研究人员主要选用大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、酿酒酵母和谷氨酸棒杆菌等菌株作为宿主生物。Wang Luyao等在利用大肠杆菌合成2’-FL的过程中，通过优化岩藻糖基转移酶的溶解度以及减少副产物冰醋的形成，提高了2’-FL的产量。研究人员利用微生物发酵合成已制备出42种HMOs单体，且2’-FL的产量最高可到180g/L。即使微生物发酵技术已成为生产HMOs的主要技术，但许多菌株并不适合工业生产或不具有工业生产竞争力，在大规模发酵的过程中会遇到工程菌株遗传不稳定性等挑战，且高性能生产菌株可能会因代谢负担和产物毒性而丧失生产能力，转变成低产或不生产的变种。另一方面，微生物发酵技术的首选宿主生物大肠杆菌并不是公认的可食用安全菌株，工程大肠杆菌在大规模发酵过程中会受到噬菌体的阻碍并产生感染风险和潜在的内毒素污染。
在对母乳低聚糖进行分析测定之前，需要对样本进行前处理，即将母乳低聚糖与母乳中的脂质、蛋白质等其他成分进行分离。脂质可以通过低温高速离心的方式除去，除蛋白的方法包括有机溶剂沉淀法和超滤法。有机溶剂可以使蛋白质变性沉淀，进而去除蛋白获得低聚糖，但易造成母乳低聚糖的损失。超滤法是将较高分子量的成分保留在膜的一侧，从而将所需成分从液体中分离出来，是膜分离的方法之一。超滤操作简单，且不需要任何的化学试剂。对母乳低聚糖进行检测的同时，乳糖会影响HMOs的分析结果，实验室通常采用C18固相萃取没药树和多孔石墨化碳（PGC）来对HMOs和乳糖进行分离，两者均利用了糖类的亲水性。
母乳低聚糖的检测可以通过毛细管电泳、高效液相色谱、高效阴离子交换色谱、亲水相互作用液相色谱、液相色谱-质谱联用和核磁共振等技术来实现。
毛细管电泳
毛细管电泳（Capillary electrophoresis，CE）在外加电场的作用下分离样品，首先被分离洗脱出来的是带正电荷的物质，然后是中性物质，最后是带负电的物质。毛细管电泳时同分异构体共同洗脱的情况比较常见，因此分离样品时可以通过使用较长的毛细管色谱柱或者在合理的时间范围内使用不同的分离缓冲液和凝胶来提高分析物各组分之间的分离度。Albrecht S等人首次使用毛细管电泳与电喷雾质谱（Electrospray ionization 质量 spectrometry，ESI-MS）联用的方法，对母乳和婴儿粪便中的低聚糖进行分离和测定，得出HMO经在肠胃道的消化后的转化产物。
高效液相色谱法
高效液相色谱法（High-performance 羧基液体丁腈橡胶 chromatography，HPLC）可用于对于母乳低聚糖的定量检测和结构表征。但由于母乳低聚糖的紫外线吸收能力差，缺乏荧光特性，因此高效液相色谱法在搭配荧光探测器时，需要对其进行衍生化，增加检测的灵敏度。常用的衍生试剂有：2-苯胺甲酰胺（2-Aminobenzamide，2-AB），2-氨基苯甲酸（2-Aminobenzoic acid，2-AA）和2-氨基吖啶酮（2-Aminoacridone，2-AMAC）等。但该方法需要通过萃取或离子交换色谱等方法来去除多余的衍生试剂，以避免其对于分析的干扰。Christensen等人开发了一种高效液相色谱-折射率检测的（HPLC-RI）方法，可以快速地在19min内对全脂奶粉、婴幼儿配方乳粉和谷物棒中的2′-FL和3′-FL的定性定量的检测。
高效阴离子交换色谱
高效阴离子交换色谱（High-pH anion-exchange chromatography，HPAEC）可以用于对HMO进行分离，常与脉冲安培检测器（Pulsed amperometric dector，PAD）进行联用。PAD检测灵敏度较高，但它只能在碱性条件下使用，因此通常情况下，离子色谱检测时流动相是氢氧化钠和NaOAc。1996年Thurl等人首次用HPAEC-PAD对14种中性HMO和6种酸性HMO进行定量加检测。Coppa G V等人则用该检测方法定量测定18位母亲在哺乳期三个月内21种母乳低聚糖在不同阶段的动态变化，发现所有的HMO在产后第4天的含量最高，而到了第30天时则减少了20%。
亲水相互作用液相色谱法
亲水相互作用液相色谱法（Hydrophilic interaction chromatography，HILIC）的保留分配机制与氢键作用、偶极作用和静电作用等多种效应密切相关。HILIC是分析HMO常用的分析方法之一，有时也会被称为正相色谱法。该方法非常适合分离较大质量的HMO和HMO的异构体，但对相似的质量较小的糖类分析效果不佳。Sean等通过亲水相互作用液相色谱与荧光检测(HILIC-FLD)将2′-FL和乳糖基-N-新四糖（Lacto-N-neotetraose，LNnT）分离开来，对这两种低聚糖进行定性定量的检测。随后将该方法与HPAEC-PAD进行比较，应用到商业工厂样品中，发现FLD在分离低聚糖时，破坏了产品配方基质间的相互作用，使其分离效果好于HPEAC-PAD。
液相色谱-质谱联用法
液相色谱可以与检测结构信息的MS检测系统联用，其原理是当样品通过色谱柱后，各组分之间实现分离，待分离组分到达离子源时，将待测组分进行分子离子破碎，产生大量碎片并对其进行分析。该方法不仅可以通过峰面积对其进行定量分析，还可以通过质谱碎片进行结构的分析以及定性的检测。Wu等人通过液相色谱-飞行时间质谱法产生的诊断峰和特征碎片来区分同分异构体，建立了一个30个SHMO的数据库和一个含有45个中性HMO的数据库。张文源等人用液相色谱-质谱法成功分离出LNFPⅠ和LNFPⅢ；LSTa、LSTb和LSTc；2′-FL和3′-FL；3′-SL和6′-SL等4对同分异构体，并成功定量测量了12种HMO。
核磁共振技术
核磁共振技术（NMR）的原理是低能态的原子核磁矩在恒定场强和交变场强的相互作用下吸收了由交变场强提供的能量后，跃迁至高能态的原子核磁矩，从而产生核磁共振信号。NMR技术常应用在HMO结构的分析，研究应用比较广泛的是1H NMR。Van等人提出了一种1H NMR快速分析的方法，该方法可识别α1-2、α1-3和α1-4糖苷连接的岩藻糖残基在HMO样品中是否存在，并用该方法对36种HMO样本进行分析，成功将36个样本分成Lewis阳性分泌型；Lewis阳性非分泌型；Lewis阴性分泌型和Lewis阴性非分泌型四组。1H NMR也可用于检测尿液和粪便样品中的HMO，来分析婴儿肠道中HMO的代谢特征，而且现在也可以运用多维核磁共振光谱对HMO进行分析。
母乳低聚糖主要应用于婴儿配方食品中。此外，添加母乳低聚糖的商业化产品还涉及成人营养品、乳及乳制品、功能性饮料、消化健康相关的膳食补充剂与功能性食品等。
国际
首款添加母乳低聚糖的婴幼儿配方食品于2015年在美国上市。此后，添加HMOs的商业化产品陆续登录欧美、中东、亚太和拉丁美洲地区等全球160多个国家和地区。美国将HMOs作为一般认为安全（Generally Recognized as Safe，GRAS）物质管理，欧洲食品安全局（以下简称“欧盟”）、澳大利亚和新西兰食品标准局（以下简称“澳新银行”）将HMOs作为新食品原料（novel food）管理。截至2023年6月1日，美国和欧盟已批准2'-FL、3-FL、LNT、LNnT、3'-SL、6'-SL及混合成分2'-FL/二岩藻糖基乳糖（difucosyllactose，DFL）等7种HMOs的应用。美国还批准了混合成分乳糖-N-岩藻五糖Ⅰ（lacto-N-fucopentaose Ⅰ，LNFP-Ⅰ）/2'-FL的应用。
中国
2016年以来，中国国家卫生健康委员会和国家食品安全风险评估中心也曾多次发布关于2’-FL、乳酰-N-新四糖（Lacto-N-neotetraose，LNnT）作为营养强化剂使用的受理信息和相关征求意见。2023年10月，中国食品安全标准与监测评估司发布了关于HMOs的公告和相关解读，明确了2'-FL和LNnT这2种母乳低聚糖作为食品营养强化剂。2’-FL和LNnT使用范围相同，均可以用于调味乳粉（仅限儿童用乳粉）、婴幼儿配方食品和特殊医学用途婴儿配方食品，但使用量不同。2’-FL在母乳中含量多且结构简单，被较多应用于配方乳粉中，部分配方乳粉添加3’-唾液乳糖（3’-Sialyllactose，3’-SL）和LNnT，还有婴儿配方奶粉中添加了2’-FL和LNnT两种HMOs。
据世界卫生组织婴幼儿喂养全球策略，推荐的婴儿喂养标准是婴儿出生后的前6个月纯母乳喂养，并继续母乳喂养1~2年。母乳是婴儿最佳的天然食品，可提供婴儿正常生长发育所需的全部营养成分和大量生物活性物质。在因为种种原因不能进行母乳喂养的孩子中，只能通过婴幼儿配方乳等进行人工喂养。但人工喂养与母乳喂养相比，存在很多不足。母乳喂养的许多有益效果可能都与特定HMOs有关。
市售的奶粉主要是利用益生元（将低聚半乳糖（galactooligosaccharides，GOS）与低聚果糖（fructooligosaccharides，FOS）按照质量比9∶1添加）来代替HMOs，虽然益生元有一定的作用，但其取代不了HMOs。越来越多的临床实验表明，添加了人工合成的HMOs的配方奶粉不仅在成分上更接近母乳，而且在功能上也更接近母乳，用该配方奶粉喂养的婴儿在生长发育、耐受性、吸收和排泄效率、免疫发育等方面与母乳喂养的足月婴儿相似。
人类母乳中所含HMOS的量比其他哺乳动物乳汁高10~100倍。牛乳中低聚糖含量很少（＜1g/L），唯一例外是大象，大象乳汁中低聚糖浓度是人类母乳的3倍，但其化学结构及中性或酸性成分的比例与人类母乳不同。山羊乳低聚糖（GMOs）的含量为成熟乳（60~350mg/L）和初乳（2.4g/L）。这些水平明显低于HMOs，但高于其他家养乳制品动物，如牛（30~60mg/L）和绵羊（20~40mg/L）。
参考资料 >
母乳低聚糖（HMOs）的科学共识.中国食品科学技术学会.2026-07-08
母乳低聚糖介绍.营养保健食品协会.2026-07-08
母乳低聚糖与婴儿健康的研究进展.中华医学会围产医学分会.2026-07-08
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