中国荷斯坦牛原料乳脂肪酸组成及变化规律的研究

郁校静,常玲玲,张亚琴,朱平华,李云龙,杨章平,毛永江

(扬州大学动物科学与技术学院,江苏扬州 225009)

牛奶含有人体所需要的全部营养物质,是全营养食物。随着社会的进步和人们生活水平的提高,牛奶已成为人类重要的营养食品之一。影响牛奶质量的主要因素是乳成分,而脂肪酸是影响乳成分的因素之一。大量研究证明:食物中脂肪酸的种类、比例与人体的营养需求密切相关。目前世界上公认的推荐值是:脂肪所供能量应不超过总供能量的30%,其中饱和脂肪酸(saturated fatty acid,SFA)、单不饱和脂肪酸(monounsaturated fatty acid,MUFA)及多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid,PUFA)所供能量各占10%左右,即三者的比例为1∶1∶1。

脂肪酸(fatty acid,FA)指一端含有一个羧基的长的脂肪族碳氢链,是有机物。脂肪酸是由碳、氢、氧三种元素组成的一类化合物,是中性脂肪、磷脂和糖脂的主要成分。脂肪酸对人体有至关重要的作用,是人体膳食七大营养物质中重要的一类。脂肪酸是维护细胞膜完整性及化学物质传递的重要物质,有促进中枢神经发育、产生能量、氧气传递及调节发炎机制等功能。

脂肪酸根据饱和程度分为饱和脂肪酸(SFA)、单不饱和脂肪酸(MUFA)、多不饱和脂肪酸(PUFA)。原料乳脂肪酸中的SFA大约占70%,它是由以豆蔻酸(C14∶0)和软脂酸(C16∶0)居多 ,还包括硬脂酸(C18∶0)和一些中短链SFA;原料乳脂肪酸中的MUFA大约占25%,主要由油酸(C18∶1)组成;原料乳脂肪酸中的PUFA大约占5%,它包括亚油酸(C18∶2),亚麻酸(C18∶3),花生四烯酸(C20∶4)和二十二碳六烯酸(C22∶6,简称DHA)等。

牛奶脂肪酸组成受很多因素的影响,通常将这些因素归为两类:环境因素和内在因素。环境因素主要有季节、营养等。内在因素主要有基因型、泌乳阶段以及胎次和乳房炎的影响[1,2]。其中乳房炎会导致乳脂率降低并含有大量游离脂肪酸,导致乳品质降低且产生脂肪氧化味、涩味、苦味等不良气味[3],影响牛奶的品质。本研究采用气相色谱仪对扬州大学农牧场147头中国荷斯坦牛原料乳脂肪酸进行测定,并采用最小二乘法,分析测定季节、泌乳阶段、胎次及乳房炎对脂肪酸含量的影响,以揭示中国荷斯坦牛原料乳脂肪酸的组成及变化规律,为提高乳品质提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 乳样采集

于2009年7月到2010年4月分别采集待测中国荷斯坦牛全天混合奶样共147头(早∶中∶晚=4∶3∶3),每次采样 100 mL,冷冻待测,并收集采样牛只相关信息。另外,采样时用北京乳房炎试剂(BMT)进行隐性乳房炎检查。牛场饲养管理基本情况如下:散放饲养,采用全混合日粮(TMR)饲喂,鱼骨式挤奶大厅挤奶。每日三次挤奶,每次开始时间为8:00,14:30,22:00,喂料与挤奶同步,饲养管理合理。

1.2 脂肪酸检测方法

参照GB/T21676-2008《乳与乳制品脂肪酸的测定气相色谱法》并加以改进[4]。待测液上机检测前使用有机相针式过滤器进行过滤。气相色谱仪使用程序升温进行检测[5]。气相色谱仪测定条件如下:

进样器:250℃;检测器:300℃;载气(氮气)流速:1 mL/min;色谱柱条件:起始温度40℃,保留5 min;然后以15℃/min升至150 ℃,保留5 min;再以2℃/min升至205℃。选择Sigma公司的37种脂肪酸甲酯的混标作为标准品,对原料乳中各种脂肪酸进行定性和定量测定[6]。

1.3 统计方法

根据下列模型,使用SPSS软件分析各因素对原料乳脂肪酸的影响:

式中:Yijklm为原料乳脂肪酸的测定值;μ为总体均值;Mi为测定季节固定效应(i=1-4);Sj为乳房炎固定效应(j=0-2);MMk为泌乳阶段固定效应(k=1-2);Pl为胎次固定效应(l=1-4);eijklm为随机残差。其中产犊季节根据当时气候特点,定义3～5月为春季,6～8为夏季,9～11为秋季,12月到下一年2月为冬季。泌乳阶段划分为:产犊到80 d属于泌乳前期,81 d到200 d算泌乳中期,201 d后算泌乳后期。

2 结果与分析

根据乳脂肪酸标准品,本试验原料乳中检测到21种脂肪酸,各种脂肪酸含量见图1。从图1可知:乳中脂肪酸含量较高的为C16∶0和C18∶1两种脂肪酸,均在5 mg/mL以上。其次为C14∶0,C18∶0和C18∶2(为3 mg/mL左右),其余脂肪酸含量均在1 mg/mL以下。三种不同饱和度脂肪酸比例组成见图2。由图2可知:SFA所占比例最多,达到64%,其次是MUFA,而PUFA所占比例最少,仅为9%。

2.1 测定季节对脂肪酸的影响

由表1看出,测定季节对原料乳脂肪酸总量及3大类脂肪酸的绝对含量有极显著影响(P<0.01)。冬季原料乳的脂肪酸总量及3大类脂肪酸的绝对含量显著高于其他三个季节,夏秋季间没有显著差异,但显著低于春季和冬季。除M UFA的相对含量外,测定季节对原料乳的SFA和PUFA的相对含量有极显著影响(P<0.01)。春季原料SFA相对含量显著高于其它季节,而PUFA相对含量显著低于其它季节。

图1 原料乳脂肪酸的组成

图2 三类脂肪酸的比例

2.2 泌乳阶段对脂肪酸的影响

由于泌乳前期的样本数太少,分析时未考虑。由表1可以看出:泌乳阶段仅对SFA和PUFA的相对含量有极显著影响(P<0.01),而对MUFA相对含量和SFA、MUFA和PUFA的绝对含量及FA的总含量均无显著影响(P>0.05)。泌乳后期乳中PUFA相对含量显著高于中期,而中期SFA相对含量显著高于后期。

2.3 胎次对脂肪酸的影响

由表1可以看出,胎次对总FA和PUFA绝对含量有显著影响(P<0.05),对SFA绝对含量和相对含量有极显著影响(P<0.01),对 MUFA和PUFA相对含量无显著影响(P>0.05)。第一胎和第四胎奶牛乳中脂肪酸总量和SFA、MUFA绝对含量显著高于其它胎次,第4胎奶牛PUFA绝对含量极显著高于其它胎次,同时第一胎奶牛PUFA绝对含量极显著高于第二、三胎奶牛,第二胎和第三胎的乳中总FA和各类FA的相对含量和绝对含量都没有显著差异。

2.4 乳房炎对脂肪酸的影响

乳房炎对乳中脂肪酸总量和SFA、MUFA绝对含量有显著影响(P<0.05),对PUFA绝对含量和三大类脂肪酸相对含量无显著影响(P>0.05)。临床乳房炎奶脂肪酸总量和SFA、MUFA绝对含量均显著低于正常奶和隐性乳房炎奶,而正常奶和隐性乳房炎奶在所有检测乳脂肪酸含量和组成上均无显著差异。

表1 不同因素对脂肪酸的影响

3 讨论

3.1 测定季节对脂肪酸的影响

在本研究中,测定季节对脂肪酸含量影响较大。双金等[7]的研究表明,季节影响脂肪酸的组成,枯草期和返青期乳中C14∶0和C16∶0含量显著高于盛草期和枯草前期(P<0.05),但枯草期与返青期、盛草期与枯草前期无明显差异(P>0.05)。另外乳中C8∶0、C10∶0、C12∶0及C18∶0等其他SFA含量没有显示明显的季节变化(P>0.05)。乳中UFA含量明显显示出季节变化,乳中PUFA含量呈现与UFA含量一致的季节变化,与本研究的结论相符。

Barbano(1990)研究了美国十个地方及不同月份牛乳中脂肪酸的含量,发现在较暖的月份里,乳牛摄入的脂肪量较高,因而其中短链脂肪酸的比例较低而长链脂肪酸的比较高,这可能是本地区冬春气温较低,奶牛饮水量减少,牛奶中脂肪含量提高;夏秋气温较高时,奶牛饮水量增加,加之饲喂青草等因素,也就是说,季节的变化会影响奶牛的采食情况,使牛乳中脂肪含量发生变化。

3.2 泌乳阶段对脂肪酸的影响

奶牛产犊后要连续产奶10个月左右,牛乳中的乳脂率呈曲线型变化。乳中乳脂率与产奶量呈负相关,即产奶量越高,乳脂率越低。而奶牛的泌乳高峰在产犊3周后至100 d左右,此后,随着泌乳月份的持续奶产量逐渐下降,所以奶牛脂肪酸的总量逐渐下降,组成比例更加优化,与本研究的结论相同。这种情况是由于泌乳早期的奶牛在生理上不能消耗足够的干物质来满足对能量得需求。

3.3 胎次对脂肪酸的影响

马剑波[8]的试验结果表明:不同胎次乳脂肪酸构成与含量基本一致,胎次对乳脂肪酸的组成与含量没有产生显著影响。而从本研究结果来看,乳牛胎次与乳脂肪酸的含量及组成存在一定的影响。除第4胎外(样本量较少),其它胎次随着奶牛年龄和胎次的增长,乳中的脂肪含量呈现略降低的趋势,但是比例逐渐优化,这与马剑波的研究相反。产生这种结果的原因可能是因为随着胎次的增加,机体免疫机能下降以及乳腺损伤等有关,从而使得脂肪酸的总量,三类脂肪酸的比例发生变化。

3.4 乳房炎对脂肪酸的影响

杨德英[9]等研究表明,隐性乳房炎会导致乳汁中各种成分发生改变,使牛乳的风味变差、保质期缩短和营养价值下降。随着乳汁中体细胞数的升高,特别是当发生隐性乳房炎(SCC>50×104个·mL-1)时,乳汁中的乳脂含量显著降低(P<0.05)。乳脂的98.3%由甘油三酯组成,而甘油三酯又是由脂肪酸构成。所以乳脂肪酸含量与乳脂率有直接的相关性。本研究得出隐性乳房炎降低了总脂肪酸的含量,与杨德英等的研究相符。这主要是因为乳脂肪是在乳腺泡的上皮细胞内合成,而隐性乳房炎降低了乳腺的合成能力,引起乳中脂肪含量下降,从而导致乳中脂肪酸的含量降低。

PUFA有防止血栓、降血脂、抗癌的作用,同时,它还是细胞膜磷脂的主要成分并能影响机体的免疫机能等功能,所以乳中PUFA的含量决定了牛奶品质的优劣[10]。该研究表明,阳性、隐性乳房炎提高了SFA和MUFA的比例,降低了PUFA的比例。产生这种变化的原因主要是隐性乳房炎乳中含有较多的脂肪氧化酶,使牛奶中脂肪水解作用增强,PUFA被氧化,牛奶的饱和度提高,这种变化使得牛奶对人体的保健作用有所下降。

综上所述,乳房炎降低了牛奶脂肪酸的含量,同时改变了脂肪酸的组成,这些变化降低了牛奶的营养价值,降低了牛奶的品质。因此,在实际的牧场生产中,在加强饲养管理的基础上,应该严格控制乳房炎的发生率,减少乳房炎带来的危害和损失,从而提高牛奶品质和增加生产效益。

4 结论

测定季节、泌乳阶段、胎次以及乳房炎对脂肪酸总量和绝对含量存在显著性差异,测定季节、泌乳阶段、胎次对SFA、MUFA和PUFA相对含量也存在着极显著性差异或显著性差异,而乳房炎对SFA、MUFA和PUFA相对含量影响未达到显著性水平。因此在实际的牧场生产中,为了能提高乳品品质和增加生产效益,除了加强饲养管理之外,还应结合这几个因素的作用,通过控制好季节、泌乳阶段、胎次以及乳房炎的发生率等因素,减少各因素带来的不利影响。

[1] 胡宝森,影响奶牛乳脂合成的因素分析[J].行业论坛,2010,12:71-72.

[2] 孙攀峰,肖 杰,王荷香.粗饲料对乳中脂肪酸组成的影响[J].畜牧与饲料科学,2009,30(10):27-29.

[3] Halasa T M,De R A.P roduction loss due to new subclinical mastitis in Dutch dairy cows estimated with a test-day model[J].Journal of Dairy Science,2009,92:599-606.

[4] GB/21676-2008,乳用乳制品脂肪酸的测定——气相色谱法.标准[S].

[5] 林秋萍,李 瑾,冯书惠.气相色谱法快速测定牛奶中脂肪酸[J].农业工程技术,2005,26(8):346-348.

[6] 陈 炜,龚卫华,郑玉才,等,德昌水牛乳脂肪酸组成的气相色谱-质谱分析[J].食品研 究与开发,2008,29(1):123-125.

[7] 双 金,金曙光,马剑波,等.内蒙古呼伦贝尔地区荷斯坦牛乳中常规营养成分及脂肪酸组成季节变化的研究[J].中国奶牛,2009,11:23-25.

[8] 马剑波.内蒙古地区牛乳营养成分及脂肪酸的研究[D].呼和浩特:内蒙古农业大学,2008.

[9] 杨德英,曹随忠,余树民,等.奶牛隐性乳房炎对牛奶品质的影响[J].湖北农业科学,2009,48(1):132-134.

[10] 黄宝玺,王大为,王金凤.多不饱和脂肪酸的研究进展[J].农业工程技术,2009,8:26-30.