牦牛乳营养组分及功能特性研究进展

高 宇，汪家琦，戴智勇，潘丽娜，彭小雨，马 莺，顾瑞霞

（1.澳优乳业（中国）有限公司，湖南 长沙 410200；2.扬州大学食品科学与工程学院，江苏 扬州 225127；3.湖南澳优食品与营养研究院，湖南 长沙 410200；4.哈尔滨工业大学化工与化学学院，黑龙江 哈尔滨 150001）

牦牛（Bos grunniens）主要分布在中国、蒙古、尼泊尔、印度、不丹、阿富汗等国家和地区。截止到2019年，全球牦牛数量约为1 700 万头，我国是牦牛主产国，拥有牦牛1 621 万头，占全球牦牛总数的95%以上[1]。牦牛生长于高寒、缺氧、枯草期和冰封期长达半年左右的严峻自然条件下，经过长期自然选择和自身对环境的适应，具有一些独特的特性，如耐寒、耐低压、耐缺氧、耐光照辐射等[2]。牦牛乳是一种优质乳，除了直接食用，藏民们还用传统方法将牦牛乳加工成奶茶、生黄油、干酪、酸乳、曲拉等不同形式的食品，便于牦牛乳的保存[3]。近年来，随着人们对牦牛的关注，牦牛乳的资源调查、理化成分及生理功能相关报道越来越多。本文对牦牛的产奶性能、牦牛乳的营养成分及功能特性的研究现状进行总结和分析，为我国牦牛乳的进一步开发利用提供参考。

1 牦牛品种及其产奶性能

我国的牦牛主要分布在西部地区，东起雪域岷山，西至帕米尔高原，南从喜马拉雅山脉的南坡至北端阿尔泰山山麓的海拔2 500 m以上的高原、高山、亚高山的半湿润寒冷气候区域，在河北省北部寒冷山区和北京西山寒冷山区也有少量分布[4]。根据地理气候环境、生态条件、草地类型、饲牧水平、选育程度、社会经济结构等区别，目前我国的牦牛形成了12 个主要品种，分别为青海高原牦牛，甘肃甘南牦牛、天祝白牦牛，新疆巴州牦牛，云南中甸牦牛，四川九龙牦牛、木里牦牛、麦洼牦牛，西藏娘亚牦牛、帕里牦牛、高山牦牛和斯布牦牛[5]。其中，天祝白牦牛是由于当地的高原辐射较强等因素导致基因突变产生，是我国稀有的牦牛品种。此外，在牦牛群体中存在显著的遗传分化，使得地区内，特别是在西藏地区，形成了分化后的不同品种。

《2020—2026年中国牦牛奶行业市场营销模式及投资规划分析报告》显示，2019年我国牦牛乳年产量为84.5 万t，近6 年以来产量复合增长率为3.07%[6]。受自然生态和放牧等条件的制约以及各品种在进化过程中的特性发生改变，造成不同牦牛品种的产奶量有较大差别。部分地区的牦牛产奶性能如表1所示。

表1 我国部分地区牦牛产奶性能[7-8]Table 1 Lactation performance of yaks from different regions of China[7-8]

牦牛产奶量远低于其他牛种，这与牦牛生活在高海拔、高寒草原恶劣的环境下，草饲时间比温带短有关。每年6—9月气温偏高，此时青草丰盛，充足的草饲让牦牛体内营养丰富，产奶量高。到10月后，气温逐渐转凉，牧草变得枯黄，牦牛开始缺乏营养，产奶量急剧下降。第2年开春，气温慢慢转暖，牧草重新萌生，这时牦牛的产奶量逐渐上升。

2 牦牛乳的主要营养组分

人们常用“浓郁”形容牦牛乳，这是因为相比于荷斯坦牛乳，牦牛乳含有更丰富的蛋白质、必需氨基酸、脂肪、乳糖和矿物质等营养素，极具开发利用价值和潜力[9]。

2.1 蛋白质组成及含量

乳蛋白的含量受品种、季节、温度、健康状况、泌乳阶段、胎次和营养等多种因素的影响[10]。牦牛乳蛋白含量为3.7%～6.5%，高于荷斯坦牛乳、驼乳和山羊乳，与水牛乳蛋白含量相近[11-12]。

2.1.1 氮分布特征

表2 不同品种牦牛乳的氮分布特征[13]Table 2 Nitrogen distribution in milks from different yak breeds[13] %

乳中TN由CN、WPN和NPN组成。品种、饲料、生长季节等因素影响牦牛乳蛋白的组成和氮分布。由表2可知，牦牛乳中CN、WPN含量高于荷斯坦牛乳，NPN含量略高于荷斯坦牛乳。

牦牛以自然放牧为主，产奶性能受牧草质量的影响。高原气候按照暖季（5—9月）和冷季（10—3月）划分[14]，牦牛的产奶季节一般在5—11月。泌乳期中，由于牧草质量的差异，牦牛乳蛋白含量和氮分布也不同（表3）。5—9月气候变暖，牧草生长旺盛，饲料充足；10—11月，高原气候寒冷，饲草开始枯萎，牦牛从高海拔牧场迁移到相对低海拔的冷季牧场，采食量下降。因此，暖季牦牛乳蛋白总量和酪蛋白含量显著高于冷季。

表3 不同季节麦洼牦牛乳的氮分布特征[13]Table 3 Nitrogen distribution in Maiwa yak milk from different seasons[13] %

NPN由尿素、肌酐、肌酸、游离氨基酸等低分子质量化合物中的氮组成。其中尿素是含量最高的成分，主要来源为乳被消化后的最终产物和氨基酸的分解代谢[15]。不同乳之间的NPN含量差异较大，相同乳、不同品种间的含量差异较小。但是，牦牛乳NPN含量为3.6%～10.3%，品种间的差异性大[13]。牦牛乳中WPN含量占TN的19%～20%，与绵羊乳相似，高于荷斯坦牛乳的17%[13]。乳清蛋白是膳食氮和必需氨基酸的主要来源。目前已有的研究表明，乳清蛋白及其相关肽显示出重要的功能性食品成分潜力。牦牛乳中酪蛋白含量为71%～75%，低于荷斯坦牛乳，其含量变化和TN含量呈正相关，暖季含量高于冷季，与北美山羊乳的变化规律一致[16]。

2.1.2 蛋白质组成

表4 牦牛乳、荷斯坦牛乳及人乳中主要蛋白质组成[13,17]Table 4 Contents of main proteins in yak, Holstein and human milks[13,17]

由表4可知，与其他大多数哺乳动物乳一样，牦牛乳中的蛋白质主要由酪蛋白（αs1-酪蛋白、αs2-酪蛋白、β-酪蛋白和κ-酪蛋白）和乳清蛋白组成。乳清蛋白中含量较高的蛋白有α-乳白蛋白、β-乳球蛋白、血清白蛋白等。

牦牛乳总酪蛋白含量（约39 g/L）是牛乳的1.5 倍，是人乳的10 倍[18]。除总含量不同外，4 种酪蛋白组成比例也有差异。牦牛乳αs-酪蛋白、β-酪蛋白、κ-酪蛋白含量比值为42∶46∶12，而牛乳和人乳分别为50∶35∶15和12∶65∶23。牦牛乳中较高含量的β-酪蛋白能使胃内凝块更柔软，容易被肠道中的酶消化，所以生活在高原上的少数民族家庭中，牦牛乳常被稀释后用于代替人乳喂养婴儿[13]。乳清蛋白中，血清白蛋白平均含量高于牛乳，但不同品种间的含量差异较大（表4）。β-乳球蛋白（A＋B型）的含量远高于荷斯坦牛乳，但α-乳白蛋白含量远低于荷斯坦牛乳和人乳。α-乳白蛋白是乳糖酶的重要组成成分，其含量随乳糖含量增加而增加[17]。牦牛乳中乳糖含量高于荷斯坦牛乳，α-乳白蛋白含量却低于荷斯坦牛乳，这与牛乳及其他乳的特点相反，未来还需进一步研究牦牛乳中α-乳白蛋白、乳糖酶和乳糖之间的相关性。

乳清蛋白中包含众多微量蛋白，如乳铁蛋白、免疫球蛋白（immunoglobulin，Ig）、β-生长因子、乳过氧化物酶等。牦牛乳中乳铁蛋白含量为0.50～11.92 μg/mL，IgG含量为0.06～0.36 mg/mL，2 种蛋白含量受季节的影响较大[19]。相比于人乳，牦牛乳中IgG的含量更高，这对婴儿提高免疫力有非常重要的意义。同样，麦洼牦牛乳中转化生长因子β2的含量（76.41 ng/mL）显著高于荷斯坦牛乳（3～17 ng/mL）和人乳（0.8～3.1 ng/mL）[19]。牦牛乳中大部分微量蛋白具有重要的生物学功能，但由于丰度较低，难以分离检测，未来还需要借助更先进的分离和检测技术来了解其活性和相互作用，并使其能够被充分与安全利用。

2.1.3 乳脂肪球膜（milk fat globule membrane，MFGM）蛋白质组成

哺乳动物乳中的乳脂肪被一层MFGM包围。MFGM主要由蛋白质、磷脂等组成，其中蛋白质含量占MFGM总质量的30%～43%，不同动物乳差异较大[20]。牦牛乳的MFGM蛋白质含量为40.5%，与水牛乳相似，显著高于荷斯坦牛乳、山羊乳和骆驼乳[21]。通过十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳分析出黏蛋白1、嗜乳脂蛋白、黄嘌呤脱氢酶/氧化酶、分化抗原簇36、脂肪分化相关蛋白、高碘酸雪夫Ⅲ/Ⅳ、PAS Ⅵ/Ⅶ和脂肪酸结合蛋白等主要的MFGM蛋白质；通过同位素相对标记和绝对定量蛋白组学技术进一步分析，共鉴定出336 个蛋白，包括荷斯坦牛乳中未检测出的MFGM蛋白，如抗菌肽-3.4等[21]。目前已发现MFGM蛋白有一定的免疫保护作用，能抑制致病菌生长，如黏蛋白1能防止大肠杆菌在肠道上皮细胞表面附着和繁殖，黄嘌呤氧化酶能抑制金黄色葡萄球菌和大肠杆菌等的生长[13]。

2.1.4 氨基酸组成

除了含量，氨基酸构成也是影响乳蛋白营养品质的重要因素。由于牦牛乳中蛋白质含量高于荷斯坦牛乳、羊乳和人乳，牦牛乳中总氨基酸和大部分氨基酸含量均高于牛乳、羊乳和人乳。氨基酸含量受季节影响较大。5—10月牦牛乳中总氨基酸和各氨基酸含量差异不显著，但12月牦牛乳中各氨基酸含量较5—10月牦牛乳偏低，这与不同月份总蛋白质含量的变化一致[13]。对于婴儿来说，组氨酸因无法在体内合成，也被视为必需氨基酸（essential amino acid，EAA）。联合国粮农组织和世界卫生组织共同发布了理想食物蛋白质模式，其中EAA总量（total EAA，TEAA）在氨基酸总量（total amino acids，TAA）中的占比以及TEAA和非必需氨基酸总量（total non-EAA，TNEAA）的比值推荐值分别为60%和40%[22]。牦牛乳中TEAA/TNEAA和TEAA/TAA比值分别为73%和42%[13]，表明牦牛乳的氨基酸组成合理，具有较高的营养价值。

2.2 乳脂肪组成及含量

脂类是乳中最重要的组成部分之一，影响乳和乳制品的营养、物理及感官等特性。与其他乳脂组成类似，牦牛乳脂组成包含单纯脂类（甘油三酯、甘油二酯、甘油单酯和胆固醇）、复合脂类（磷脂）和脂溶性化合物（固醇、胆固醇酯）等成分。牦牛乳中的脂类含量为5.3%～8.8%，高出荷斯坦牛乳近1 倍[11]。乳脂肪以微球的形式分散于乳中，但不同乳脂肪球的粒径大小不一。相比于荷斯坦牛乳脂肪球（～3.87 μm），牦牛乳脂肪球的平均直径更大（～4.39 μm）[23]。较高含量和较大的乳脂肪球使牦牛乳脂成为加工成黄油、酥油等产品的理想原料。乳脂肪球周围包裹着膜物质，其结构由3 层磷脂膜组成，上面分布有甘油三酯、高度结构化的极性脂类（磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、鞘磷脂、磷脂酰肌醇和磷脂酰丝氨酸）、固醇、糖蛋白和糖脂等，其中甘油三酯是含量最高的脂类成分[23]。极性脂类中，磷脂酰乙醇胺、磷脂酰胆碱和鞘磷脂为最主要成分，这与牛乳组成类似；除此之外，经过分析，MFGM上还含有神经节苷脂GA1、GD1a、GD1b、GD3、GM1、GM2、GM3、GT2、岩藻糖化神经节苷脂和脱氨基神经氨酸低聚糖等成分[24]。

表5 牦牛乳和其他乳的脂肪酸组成[13,25]Table 5 Fatty acid composition of yak and human milks and milks of other domesticated mammals[13,25] g/100 g总脂肪酸

脂肪酸组成是乳脂营养特性的重要影响因素。由表5可知，从脂肪酸碳链长度来看，与荷斯坦牛乳、山羊乳和绵羊乳相比，牦牛乳的SCFAs（碳原子数2～6 个）和MCFAs（碳原子数8～12 个）含量更低，LCFAs（碳原子数14 个以上）含量更高。但与人乳相比，SCFAs和LCFAs含量较高，MCFAs含量较低。

从脂肪酸不饱和度来分类，牦牛乳中SFAs占总脂肪酸的63.35%～64.49%，其中含量最高的是棕榈酸（C16:0），其次是硬脂酸（C18:0）和肉豆蔻酸（C14:0）[13]。SFAs中含有较低比例的肉豆蔻酸对人体健康更有利，因为肉豆蔻酸的摄入会促使人体内动脉粥样硬化的形成[26]。通过IA可评估食物中脂肪酸组成对心脑血管疾病的潜在风险，其计算公式如下[27]。

式中：C12:0为月桂酸含量/%；C14:0为肉豆蔻酸含量/%；C16:0为棕榈酸含量/%；MUFA为单不饱和脂肪酸含量/%；PUFA为多不饱和脂肪酸含量/%。

IA与动脉粥样硬化、冠心病发病高度相关，IA越低说明该食物中脂肪酸组成对心脑血管相关疾病发病影响越小。牦牛乳IA比荷斯坦牛乳、山羊乳和绵羊乳更低（表5），表明其对人体预防心脑血管疾病方面有更积极的影响。牦牛乳IA更低，除了SFAs含量低之外，更主要的原因是牦牛乳中总不饱和脂肪酸含量更高。相比于月桂酸（C12:0）、肉豆蔻酸（C14:0）和棕榈酸（C16:0）等SFAs容易诱发冠心病的潜在风险，部分MUFAs和PUFAs在预防心血管疾病、高血压、糖尿病、关节炎和其他炎症或自身免疫性疾病以及癌症方面发挥着重要作用[28-29]。牦牛乳的MUFAs中，含量最高的是油酸（C18:1），约占MUFAs总含量的70%，是绝对优势脂肪酸[13]。PUFAs中，α-亚麻酸（C18:3n-3）含量高于荷斯坦牛乳、山羊乳和绵羊乳，可能是由于牦牛长期处于放牧饲养，从而使得α-亚麻酸含量较高[30]。富含此n-3必需脂肪酸，使牦牛乳可能在控制高血压等方面具有较好的效果[31]。另外，牦牛乳的共轭亚油酸含量也超过荷斯坦牛乳、山羊乳和绵羊乳中含量1 倍以上，意味着牦牛乳在人体减少脂肪增生、抗糖尿病、减少动脉粥样硬化、增加骨密度、抗癌、抗氧化、促生长和调节免疫力等多方面具有潜在的生理功能特性[32]。

除了以上常规脂肪酸外，乳脂还含有特殊脂肪酸，如奇数和支链脂肪酸（odd and branched chain fatty acid，OBCFA），由动物瘤胃中的微生物合成后分泌到动物乳中。相比于荷斯坦牛乳、娟珊牛乳和水牛乳，牦牛乳中OBCFA含量最高，占乳脂总含量的15%以上[25]，其中包括异构十四烷酸（iso-C14:0）、十五烷酸（C15:0）、异构十五烷酸（iso-C15:0）、异构十六烷酸（iso-C16:0）、十七烷酸（C17:0）和异构十七烷酸（iso-C17:0）等，十五碳脂肪酸含量最丰富[26]。目前的研究发现，OBCFA具有较好的抗癌作用，同时与新生儿肠道菌群定植相关[25]。但关于牦牛乳中OBCFA在人体内，特别是婴幼儿肠道内的代谢和功能作用缺乏更多的研究数据，未来还有待进一步研究。

2.3 碳水化合物组成及含量

碳水化合物是乳中一类重要的营养成分，其中，乳糖是天然乳中最主要的碳水化合物，它能促进肠道内有益菌的生长，对抗由致病菌引起的胃肠道菌群紊乱[33]。牦牛乳中的乳糖含量为4.5%～5.5%，略高于荷斯坦牛乳和山羊乳，但与人乳（6.92%）相比有明显差异[34]。除乳糖外，荷斯坦牛乳中还含有葡萄糖、半乳糖、核苷酸糖、糖脂、糖蛋白和低聚糖等化合物，但其含量与乳糖相比都明显偏低[35]。Singh等[36]从牦牛乳中分离出2 种低聚糖并解析其结构，分别命名为Grunniose（Gal-α(1→3)GlcNAc-β(1→6)Gal-β(1→4)Glc←α(3←1)GalNAc）和Vakose（Glc-β(1→3)Gal-β(1→3)GlcNAc-β(1→6)Gal-β(1→3)GlcNAc-β(1→3)Gal-β(1→4)Glc）。目前国内关于牦牛乳中除乳糖外的其他碳水化合物，特别是低聚糖的成分和含量相关研究还很少。随着碳水化合物分离解析技术的发展，未来牦牛乳中碳水化合物组分的分析和利用或将成为研究热点。

2.4 其他成分组成及含量

牦牛乳和荷斯坦牛乳中灰分含量均为0.8%左右，但除磷含量基本持平外，牦牛乳中主要矿物质含量均显著高于荷斯坦牛乳[13]。牦牛乳中钙含量达到154～180 mg/100 g，比同地区的荷斯坦牛乳钙含量高出50%，比人乳高出约5 倍[9]。同时，牦牛乳的钙磷比相比荷斯坦牛乳更接近于人乳，更利于人体对钙的吸收[34]。人乳、牛乳及其乳制品都是贫铁食物。为预防6～9 个月的婴儿缺铁和贫血，目前绝大部分婴儿配方食品都强化了铁元素[17]。牦牛乳中相对较高含量的铁（0.57 mg/kg）可以提高婴儿食品的营养价值，有开发成为高品质婴儿食品的潜力。牦牛乳中矿物质含量随品种、饲养条件、泌乳阶段和健康状况而异。甘南牦牛乳中铜和铁含量高于麦洼牦牛乳，但锌含量低于麦洼牦牛乳[13]。总体上，牦牛乳中矿物质含量变化比荷斯坦牛乳波动更大，主要原因可能是由于牦牛自然放牧的饲养方式造成的。

维生素是一类维持生物机体新陈代谢、生长发育和健康所必需的有机化合物。牦牛乳中多种维生素含量均高于荷斯坦牛乳，如VD和VB6等。富含VD可能与牦牛生活在高海拔地区，受到的紫外线照射更加强烈有关。牦牛乳中的VA含量大于荷斯坦牛乳和绵羊乳，但小于山羊乳和人乳[9]。此外，VC和VE含量相比其他哺乳动物乳含量更高，这决定了牦牛乳可能具有较强的抗氧化能力[13]。有研究报道，生活在海拔4 000 m以上的藏族人民血液中VC和VE含量高于移居到该海拔地区的汉族人，推测原因可能为藏民长期饮用新鲜牦牛乳，从而提高了体内VC和VE含量，所以长期摄入牦牛乳能帮助人们在高原寒冷地区一定程度上增加机体抗氧化能力和免疫力[37]。

3 牦牛乳的功能特性

现代营养学研究发现，牦牛乳中含有丰富的营养成分，而且牦牛种群特殊的生长环境造成了牦牛乳拥有特殊的生理功能，从而赋予牦牛乳耐缺氧、抗疲劳和抗氧化等功能，提高了牦牛乳的开发利用价值。

3.1 耐缺氧能力

Zhang Wei等[38]给对小鼠饲喂30 d不同质量浓度的牦牛乳粉和荷斯坦牛乳粉，测定小鼠在常压缺氧环境下和注射高质量浓度亚硝酸钠引起的中毒型缺氧后的生存时间，并测定小鼠血液中红细胞和血红蛋白含量。结果表明：牦牛乳粉组小鼠在常压缺氧环境下的生存时间相比牛乳组和空白组分别延长15.7%和17.3%；亚硝酸钠中毒缺氧实验中，牦牛乳粉组小鼠的生存时间相比其他2 组延长15%；牦牛乳粉组小鼠的血液中，红细胞及血红蛋白含量比牛乳组和空白组分别高出7.1%和12%。以上实验结果能初步证明牦牛乳可以增加红细胞和血红蛋白含量，提高体内氧气的结合运输能力，并且增强耐缺氧力。Zhang Jize等[39]推测牦牛乳的抗缺氧能力优于荷斯坦牛乳，可能与牦牛乳共轭亚油酸和铁含量较高有关；铁能促进红细胞和血红蛋白的合成，而共轭亚油酸能抑制脯氨酰羟化酶的表达，上调缺氧诱导因子相关转录因子的表达，提高红细胞和血红蛋白水平，改善缺氧。

机体内的肠道上皮细胞是肠道屏障的重要组成部分，但是在缺氧状态下屏障极易被破坏，过度缺氧会导致炎症[40]。研究发现，牦牛乳中外泌体含量比荷斯坦牛乳高出3.7 倍，且牦牛乳衍生的外泌体能提高缺氧环境下肠上皮细胞IEC-6的细胞存活率；推测其机理可能是由于牦牛乳中外泌体参与了细胞内缺氧诱导因子通路的调节，增加了脯氨酰羟化酶-1的表达，降低缺氧诱导因子-α及其下游血管内皮生长因子的表达，促进IEC-6细胞在缺氧环境下的存活[41]。

3.2 抗疲劳能力

仝国辉等[42]给小鼠喂养不同剂量的牦牛乳粉，展开负重力竭游泳实验并记录小鼠负重游泳时间，待小鼠完成游泳后立即测定小鼠血清尿素、肝糖原和血中乳酸含量。结果显示，小鼠摄入5.1 mg/g牦牛乳粉后，力竭游泳时间最长，相比于荷斯坦牛乳组提升35.8%。机体在有氧条件下动用糖原（主要是肝糖原和肌糖原）作为能量物质，而在无氧条件下，糖原发生无氧酵解产生乳酸，导致机体感受到疲劳。通过检测小鼠运动后体内各项指标，发现牦牛乳粉可以显著提高小鼠肝糖原储备量，并降低运动后血乳酸水平，在一定程度上起到抗疲劳的作用。

3.3 抗氧化能力

牦牛乳中含有天然的抗氧化剂VC和VE，且含量高于其他哺乳动物乳。同时，研究发现，牦牛乳的总抗氧化能力随海拔的升高而增加，这与自然环境条件海拔越高，牦牛受到的氧化胁迫越大有关[43]。富含抗氧化成分和极端环境胁迫可能使得牦牛乳比其他动物乳的抗氧化能力更强。

综上所述，目前的研究已初步了解牦牛乳具有良好的耐缺氧、抗疲劳和抗氧化等功能特性。未来应加强对其特性的机理研究，同时挖掘牦牛乳其他功能潜力，助益牦牛乳作为一种改善疾病或机体功能的营养性成分而被广泛应用于食品、药品等领域。

4 结 语

由于在特殊环境下生活，牦牛及其分泌的乳汁拥有独特的性质。牦牛乳的较低产量和较高营养价值造就了其在乳品中拥有高端的定位。随着人们生活水平日益提高，对优质食品的需求急剧增加，这对促进牦牛乳特色产品开发大有益处，同时加快推动牦牛乳产业转型增效。与其他哺乳动物乳相比，对牦牛乳的认识还有限，应充分深入挖掘其潜在特点和功能优势，早日开发出高附加值的产品，努力开拓国内甚至国际市场。