牦牛骨资源综合利用的研究现状与展望

倪蕴琪，唐静仪，刘怀高，罗永康， 洪 惠

（1. 中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京 100083；2. 人民国肽集团有限公司，北京 100016）

0 引言

牦牛主要生活在我国青藏高原等空气稀薄的高海拔地区，是一种耐低温、耐力强的珍稀牛种。牦牛是唯一能在青藏高原及其毗邻的高寒牧区繁衍的牛亚科动物，有 “高原之舟” 和 “全能家畜” 的美誉[1-2]。我国是世界上牦牛饲养最多的国家，据统计，2017 年我国牦牛饲养总量约991 万头，其中青海约452 万头、四川约271 万头、西藏约160 万头、甘肃约104 万头、新疆约4 万头[3]。牦牛骨作为牦牛肉加工过程中产生的主要副产物，营养丰富，但我国还未大规模加工利用牦牛骨，目前牦牛骨主要用于直接煲汤食用、生产牦牛骨粉和制造相机明胶等[4-5]，牦牛骨的利用率和附加值较低[6]。因此，结合国内外牦牛骨利用的研究现状，综述了牦牛骨的特性、牦牛骨的综合利用的研究进展，并对牦牛骨的利用发展方向进行探讨，旨在为牦牛骨后期的资源综合利用技术提升提供参考，增加牦牛骨的利用率。

1 牦牛和牦牛骨的特性

1.1 牦牛的分布与特性

牦牛在动物分类学上属牛科、牛亚科、牛属，是我国青藏高原高寒地带及毗邻地区的特有畜种。我国是拥有牦牛数量最多的国家，主要分布于青海、西藏、四川、甘肃、新疆、云南。我国有12 个地方品种和1 个培育品种：青海高原牦牛、西藏高山牦牛、娘亚牦牛、帕里牦牛、西藏斯布牦牛、四川九龙牦牛、麦洼牦牛、木里牦牛、甘肃天祝白牦牛、甘南牦牛、巴州牦牛和云南中旬牦牛及培育的大通牦牛。2019 年牦牛养殖向南部、西部、北部继续转移，并且存栏量增加。其中，发展速度较快的省（区） 有南部产区的四川、广西、贵州、云南、江西、湖南、湖北，西部产区的甘肃、青海、新疆；北部产区的内蒙古、吉林、黑龙江，南部产区最具发展潜力。

我国牦牛主要产区和产地分布见图1。

经过长期的自然选择和人工选择，牦牛在形态特征、生理特性等方面形成了一系列对严寒贫瘠、复杂多变生态环境的适应性[7-8]。牦牛全身被毛，皮肤粗厚且皮下脂肪沉积多，可适应低温环境；牦牛气管短而粗大、胸腔发达、血液中血红细胞和血红蛋白含量高，能适合海拔高、气压低和氧气少的高寒地区[9]。

1.2 牦牛骨的特性

牦牛骨占牦牛体重的20%～30%[10]，牦牛骨髓是藏族人传统的名贵食物，牦牛骨中含有丰富的骨胶原、脂肪、软骨素、维A、维B1、维B2、维K、Ca、Fe、Zn 等人体必需的有益矿物元素同时，牦牛骨还是理想的天然钙源，其中2∶1 的钙磷比非常接近人体钙吸收的最佳比例[11]。

索有瑞[12]使用220FS 原子吸收光谱仪测定了牦牛的头骨、助骨、肢骨、脊椎骨等骨头的矿物质组成及其含量。结果表明，牦牛骨中含有K，Na，Ca，Mg，P，Cu，Zn，Fe，Mn，Ni，Pb，Cd 等12 种矿物质，其中常量元素以矿物质钙含量为最高，其次为磷、钠、钾，微量元素有锌、铁、铜、锰等。不同部位牦牛的骨头矿物质含量有所不同但差别不大，其中头骨中钙与磷的含量最高且比例适合人体吸收。同时，补充牦牛骨中的这些营养成分有助于老年人预防骨质疏松症，也有助于儿童和青少年的骨骼健康生长发育[13]。

2 牦牛骨的综合利用

近年来，牦牛骨资源利用主要有骨粉、明胶、蛋白胨、牦牛软骨素等一些基础生化原料和牦牛骨壮骨粉等保健食品，同时牦牛骨食品开发也有一定的发展，如牦牛骨汤、牦牛骨粉、牦牛骨发酵食品等。

牦牛骨的主要应用见图2。

2.1 牦牛骨食用产品

目前，使用牦牛骨开发的食品主要有牦牛骨汤，或将牦牛骨粉作为辅料添加至其他食品中，但总体开发的食品品种单一。牦牛骨食品主要在西部牦牛产地附近销售，由于牦牛骨加工方式及运输成本问题，在离牦牛产地较远的地区牦牛骨产品市场占有率低，因此开发多样性的牦牛骨食品具有广阔的前景。

2.1.1 牦牛骨汤

牦牛骨汤是指主料为牦牛骨，加入适量姜丝、香葱、料酒等辅料，熬制数小时得到的高汤食品。汤羹是我国大众喜欢的传统菜肴。牦牛骨汤的煮制方式对其营养成与风味有一定的影响[14]，目前一般采用常压煮制、高压煮制或者先高压再常压这3 种方式煮制。相对肉类产品而言，骨汤营养价值丰富，含有容易被人体吸收利用的短肽游离氨基酸、维生素和矿物质元素等营养成分[15]，是优质蛋白质营养资源[16]，含有磷蛋白、软骨素等生理活性物质，开发潜力巨大。用骨熬汤是传统习惯，民间也有流传骨汤补钙之说[17]。制作经过原料处理与清洗、蒸煮、添加辅料、去除油脂、去除骨渣、浓缩这几个步骤[18]。

现在对于牦牛骨汤的品质评价标准主要分为2 种：一种是以某一种营养物质的含量作为评价标准，另一种是以汤的风味作为评价标准。

黄一平等人[19]通过炮制方法测定牦牛骨水溶性浸出物及钙的含量，得出最佳的炮制方法：先将牦牛骨200 g 用武火砂锅炒7 min 至黄棕色→迅速筛去沙子→趁热放入醋中浸泡3 min→鼓风机于120 ℃下干燥4 h，通过该工艺炮制后钙的含量达到1.75 mg/g。

魏秋霞等人[20]研究发现，牦牛的腿骨是制作牦牛骨浓缩汤的最佳原料，在制作过程中添加鸡肉、鸭肉、猪肚3 种配料能够增加汤的香味并且能遮盖牦牛骨腥味。另外，加入醋能够调节骨汤风味，也能一定程度上提高骨汤中钙含量，但醋量不能过大，否则牦牛骨浓缩汤感官评价急剧下降，超过口感可耐受极限。最佳的配料比例为：每500 g 牦牛腿骨添加3 种配料各60～80 g，同时添加1.5～6.0 mL 醋有助于提高汤中的含钙量，通过该配料煮制浓缩后得到的钙含量为3.25 mg/g。

魏秋霞等人[14]对骨汤制作工艺进行研究，发现高压煮制牦牛骨汤的固形物含量、粗蛋白含量略高于常压处理，而其他理化指标，如氨基酸态氮、蛋白质水解指数、游离氨基酸含量、胶原蛋白含量等，常压煮制均显著高于高压煮制，常压比高压煮制骨汤挥发性成分更多，感官评价结果更好。郑娅等人[18]在得到较高蛋白质含量的骨头汤后，使用GC/MS 对浓缩牦牛骨汤风味的成分进行测量。结果表明，经过真空蒸发浓缩后牦牛骨汤香味成分比未经浓缩的牦牛骨汤多。张玉斌等人[21]对冷冻干燥工艺条件进行研究，将牦牛骨汤真空冷冻干燥成便携、营养美味的速食产品，发现最佳条件为物料厚度3 mm，真空度20 Pa，冷冻干燥时间6 h，预冻温度-40 ℃，此条件下所得冻干浓缩牛骨汤料溶解性良好，符合速溶的标准，且能在一定程度上保证骨汤的品质。

牦牛骨汤冷冻干燥后可解决牦牛骨汤不易贮存、运输的问题，在非牦牛骨产地，消费者也可便捷食用牦牛骨汤。有关冷冻与解冻时间间隔对牦牛骨汤品质是否有影响还需进一步研究；在牦牛骨汤煮制工艺研究中，既得到较高的多种营养物质含量又获得良好口感风味的煲汤工艺也有待进一步的研究。

2.1.2 牦牛骨粉

牦牛骨粉是将干净的鲜牦牛骨通过清洗、预煮、冷却、脱脂、粗研磨、细研磨等工艺加工而制成。赵勇等人[22]在不同条件下对各种牦牛骨进行处理后制得骨粉样品。采用原子吸收光谱法火焰法测定骨粉中各种元素的含量，发现不同加工方法对于牦牛骨骼中各元素含量影响较大。目前，牦牛骨粉的制备一般分为浸没煮骨法、高温蒸骨法、低温冷冻制骨法[23]等方法。利用以上方法制牦牛骨粉虽然简单且能保留牦牛骨中大部分的营养物质，但蒸煮过程中不能充分脱去牦牛骨中的油脂，易引起牦牛骨粉的变质[24]。为解决蒸煮对牦牛骨脱脂率低的问题，秦晓洁等人[25]研究使用超声辅助有机溶剂脱脂，牦牛骨粉与脱脂剂比例1∶6，在超声功率500 W 下脱脂30 min 后，脱脂率可达到92%，且超声波脱脂法造成的矿物质流失率低于蒸煮脱脂法。该工艺脱脂率高、操作方便，在对牦牛骨脱脂要求高的生产中可推广使用。

牦牛骨粉是一种优质的有机钙源，还含有骨胶、氨基酸等营养物质，食用牦牛骨粉在相同计量条件下比食用碳酸钙有更高的钙吸收率，并可以增加骨密度[26]。牦牛骨粉可作为营养强化剂添加到其他食品中以提高该食品的营养成分。陈文华等人[27]将超细牦牛骨粉添加到火腿肠中，火腿中钙含量提高了20 倍。胡迤萧[28]研究了在小麦粉中添加超微牦牛骨粉制备牦牛骨面条，综合面条营养价值、质构特性、贮藏时间等方面，得出添加牦牛骨粉含量最佳比例为4%，添加后面条的钙含量由124.32 mg/kg 提升到1 666.48 mg/kg，有效提高了面条的含钙量且对面条的风味影响较小。

2.1.3 牦牛骨发酵类食品

牦牛骨在发酵产品中也有广泛的应用。马国福等人[29]研究了植物乳酸菌对牦牛骨乳酱发酵的影响，植物乳酸菌不仅能有效抑制各种杂菌的生长，而且通过控制植物乳酸菌的发酵底物量、发酵时间、发酵温度还可以控制牦牛乳酱品的品质，最佳的生产条件为在牦牛骨粉（粒度100 目） 中添加105CFU/g 接种量的植物乳酸菌发酵剂，1.0%葡萄糖，50 mg/kg脂肪酶，在35 ℃条件下发酵24 h。植物乳酸菌还有助于人体肠道的消化吸收、提高人体的免疫力。

陈丹等人[30]研究得出，乳酸菌会将牦牛骨中的羟磷灰石晶体和无定型磷酸氢钙以乳酸钙、氨基酸钙的形式游离出来，游离形式的钙更有利于人体吸收。牦牛骨泥经过乳酸菌发酵还可以制成营养丰富、风味独特的香肠[31]。高昆[32]使用牦牛骨髓制备牦牛骨髓酱，检测出牦牛骨髓酱中蛋白质、脂肪、钙、磷等营养物质含量远高于猪肉和牛奶中的营养物质含量，计算牦牛骨髓酱成品单价比牦牛骨单价高出10 倍有余，扣除所有生产牦牛骨髓酱的成本仍然有较大的利润空间，是提高牦牛骨利用价值的好案例。

2.2 牦牛骨中胶原蛋白（多肽） 提取与利用

胶原多肽是胶原经蛋白酶降解后得到的相对分子质量为3～20 kU 的具有特殊生理活性的生物活性肽[33]，是动物体内最丰富的蛋白类型，广泛应用在化妆、医疗、新型生物材料[34]等领域。牦牛骨中胶原蛋白占总蛋白质量的35%～40%[35]。目前，牦牛骨胶原蛋白的提取一般采用酶法提取、酸法提取、碱法提取或综合提取等方法，其中酶解法中常用的酶有中性蛋白酶、菠萝蛋白酶和木瓜蛋白酶等。使用上述提取法只是胶原蛋白的粗提取。李帆等人[36]使用木瓜蛋白酶制备牦牛骨蛋白多肽，水解度可达到8.53%。胶原蛋白粗提取后还可以通过盐析、透析、离心、电泳、色谱、膜分离技术等纯化处理[37]。王晓军[38]分别制出酸法提取并透析提纯的牦牛骨胶原蛋白、酶法提取并透析提纯的牦牛骨胶原蛋白，得出酶法胶原蛋白得率3.32%高于酸法胶原蛋白得率2.24%。

骨胶原多肽营养价值丰富，且易于被人体吸收，牦牛骨经过酶解工艺可获得牦牛骨多肽。刘静等人[39]以水解度和可溶性多肽得率为标准，通过正交试验得出最适用酶为碱性蛋白酶。瞿瑗等人[40]研究表明，酶解牦牛骨制得的免疫活性肽对小白鼠脾淋巴细胞增殖有良好的效果。Li F 等人[41]研究表明，牦牛骨制备的胶原蛋多肽组成与性能，得出具有很强的吸水、吸油、蓄水、乳化等特性，牦牛骨多肽在食品、化妆行业前景广阔。叶孟亮等人[42]使用胰蛋白酶、碱性蛋白酶、风味蛋白酶、复合蛋白酶、中性蛋白酶和木瓜蛋白酶6 种商业酶对牦牛骨胶原蛋白进行了酶解，并对其蛋白酶解液促进成骨细胞增殖效果进行比较，得出中性蛋白酶的蛋白酶解液对促进成骨细胞增殖的效果最佳。Ye M L 等人[43]从牛骨胶原中分离和鉴定成骨生物活性肽。通过对GP-16 和GD-18的分子对接研究，揭示激活成骨细胞增殖的主要原因是多肽与表皮生长因子受体形成氢键。贾伟[44]发现，甘南牦牛肋骨碱性蛋白酶制备多肽（YBCP） 比CaCl2和葡萄糖酸钙对人成骨细胞模型有更强的促增长趋势。姜海洋[45]分离纯化并鉴定了牦牛骨胶原多肽，得到了具有DPPH 自由基清除率的抗氧化肽并验证了其对DPPH 自由基的清除率，说明了牦牛骨粉可用于抗氧化活性肽的制备。于小栋[46]采用超高压耦合酸酶法提取牦牛骨胶原蛋白，以DPPH·和OH·清除率为指标制备牦牛骨胶原抗氧化肽，以ACE 酶活性抑制率为指标制备ACE 抑制肽。Song Gao 等人[47]研究表明，口服YBHs （牦牛骨木瓜蛋白酶水解产物） 对环磷酰胺诱导的免疫抑制BALB/c 小鼠的先天性和适应性的免疫功能具有调节作用，摄入YBHs可能会对预防由人体衰老或免疫抑制剂引起的免疫抑制有一定的有益作用。此外，由于YBHs 中含有大量低分子量肽，YBHs 也可能对肠道微生物群具有潜在的抑菌作用。Ye M L 等人[48]对牦牛骨胶原蛋白水解物进行了连续纯化，采用MTT 法检测多肽对MC3T3-E1 成骨细胞增殖的影响，并通过分子对接模拟，选择了最有效的肽，对其潜在的分子机制进行了研究，说明了牦牛骨源性肽有作为功能性食品的成骨成分的可能性。

2.3 牦牛骨在医疗上的应用

秦晓洁[49]用牦牛骨粉饲喂骨质疏松模型大鼠，发现大鼠血清中骨钙素、碱性磷酸酶和抗酒石酸酸性磷酸酶的含量显著增加，表明牦牛骨粉一定程度上表现出抗骨质疏松活性。使用牦牛骨粉制成的药丸可驱寒去湿通气血、治疗骨关节病，关节病患者通过4 个月治疗能减轻关节疼痛、改善膝关节功能[50]。文鹏程[51]利用超微粉碎技术将牦牛骨粉碎至0.20～0.45 μm 制成平均粒径为16 μm 的微胶囊，患者服用后利于牦牛骨营养元素在人体的缓慢释放、也有利于肠道吸收。Y Jianmin 等人[52]从牦牛胸骨上提取到纯度为92.5%硫酸软骨素，使用硫酸软骨素成分药物可以缓解关节疼痛、防止冠心病发作。

2.4 牦牛骨在感光材料上的应用

粉碎后的牦牛骨经洗涤脱脂，加酸去杂，浸泡熬煮后浓缩成胶冻状即为骨胶。优质的骨胶称作明胶，医药上用明胶来制丸剂、胶囊，食品工业上用明胶来制肉冻、酱类及软糖等，明胶还可用作微生物的培养基及照相用明胶[11]。

明胶是制备感光材料用量最大、性能最复杂的一种原料，在感光材料中发挥着重要作用。国外彩色感光材料用的照相明胶主要以新鲜牛骨料为原料。多年来，我国照相明胶长期以来依赖进口。为促进民族感光材料工业的发展，利用牦牛骨制作彩色感光材料用于照相明胶的研制是目前的一种趋势。

卤化银具有感光的性能，在受光照射后，可以形成银的影像。照相明胶能使感光银盐悬浮，并控制卤剂的成熟，等到乳剂层被曝光和冲洗后，会形成由金属银组成的黑白影像，再用底片印制拷贝后得到影像（图3）。在胶片上最后形成的影像，对黑白片来说影像是由金属银构成的，而彩色片的彩色影像则是由染料组成的。李荣等人[53]在综合制作工序中各种影响因素后，利用特种树脂除铁后将明胶中铁含量控制在10 μg/g 之内，并改良过滤条件，严控工艺流程，研究出了一套生产中可行的用牦牛骨制彩色感光材料用照相明胶的生产工艺。

一种典型的Ag+明胶纤维相纸的具体构成见图3。

图3 一种典型的Ag+ 明胶纤维相纸的具体构成

2.5 牦牛骨制作的工艺品

牦牛骨自身含油量丰富、硬度较高，用其加工成工艺品后，工艺品色泽光滑且在盘完过程中不容易开裂，所以牦牛骨是制作工艺品的优质选材。藏族的宗教文化对其配饰的艺术形态具有重大的影响[54]。用牦牛骨或牦牛角制作的具有藏民族特色的装饰、工艺品，因其精美的外观和优良的制作工艺，以及包含良好的祝福和宗教寓意，深受消费者喜爱。利用牦牛骨制作的工艺品逐渐成为藏族的代表物。牦牛骨经商家打磨，制成圆状或片状珠子，串编而成手链、项链、小挂饰等[55]。

3 结语

随着我国畜牧业及相关加工产业的发展，牦牛及牦牛骨的产量在不断增长。牦牛骨中各种元素含量比其他动物骨较高，并且牦牛骨骨密度大、骨质优良，是目前市面上最优质的小分子骨胶原肽提取源。但牦牛骨相对于牦牛肉、奶和皮毛，其综合利用率低，所以牦牛骨骼的技术开发和综合利用仍有很大的潜力。

随着对牦牛骨资源的综合利用的重视，该领域近年来取得了一定的研究成果，主要表现在以下几个方面。①牦牛骨已经由原来单纯的骨粗粉制造发展到目前的骨成分提纯和应用；②牦牛骨的开发和利用从最初的大锅熬煮提取、蒸发、浓缩到目前利用高压技术、离心分离技术、生物工程技术、喷雾干燥技术和超微粉碎技术等，在一定程度上提高了劳动生产率、产品质量和经济效益；③在现代生物分离技术、产品检测技术等支撑下，牦牛骨的开发利用领域取得了一定的社会效益和经济效益，但是目前牦牛骨的研究主要为骨的超细粉碎和骨蛋白开发等基础研究，牦牛骨资源的高附加值产品不多。

从产品的角度出发，可以考虑从以下几个方面来提高牦牛骨资源的利用率。①在食品方面，可考虑将骨汤混合其他食材进行冷冻干燥研制浓缩牦牛骨汤、火锅底料等浓缩骨汤类产品，研制新型牦牛骨发酵食品，作为增加食品钙含量的添加剂等；②在医药方面，可利用牦牛骨各种微量元素含量高的特点，研制生产高矿物质元素含量的营养保健产品，可利用超微粉碎技术制作补钙制剂治疗骨关节病，可制成复合人工骨，以及提取硫酸软骨素制作缓解关节疼痛、防止冠心病发作等药物；③在化工方面，可利用牦牛骨中含有丰富胶原蛋白的优点，采用酶法提取、酸法提取、碱法提取或综合提取等方法对牦牛骨中的胶原蛋白进行提取，可优化牦牛骨肽提取工艺，最大程度地获取优质肽资源，并研究牦牛骨肽的具体组成，可利用牦牛骨制备的胶原蛋白多肽具有很强的吸水、吸油、蓄水、乳化等特性，研制新型化妆用品。

多方面开发牦牛骨资源具有广阔的市场前景，研究新的牦牛骨利用技术、方法，可使牦牛骨在食品、医药、工业等领域发挥出更大的价值。此外，牦牛骨的深加工带来的高附加值有利于提高产地的GDP，同时有助于解决就业及扶贫问题。