泌乳期间绵羊乳成分及酶凝乳特性变化规律

杨续金，侯燕军，李立敏，呼斯乐，高爱武,

（1.内蒙古农业大学食品科学与工程学院，内蒙古 呼和浩特 010018；2.内蒙古乐科生物技术有限公司，内蒙古 呼和浩特 010020）

绵羊乳中干物质、蛋白、脂肪及大部分的矿物质、维生素含量远高于山羊乳和牛乳[1]，这种独特的奶品越来越引起行业关注。东弗里生绵羊是国际公认的产奶性能优良、乳肉兼用的品种[2]，该品种羊的体格大，体型结构良好，乳房结构优良、宽广，乳头良好。成年母羊产羔率200%～230%，在泌乳期（260～300 d）产奶量达500～810 kg，乳脂率6.0%～6.5%。该品种羊在泌乳性能、繁殖性能和生长性能方面都表现较好，但缺点是适应性差。目前，东弗里生绵羊被世界各国引入，并与地方品种杂交，以培育适合引入国生态特点的奶绵羊新品种[3-4]。绵羊奶属于酪蛋白型奶，国际上主要用其加工奶酪、酸奶和奶粉等[5-6]。加工奶酪的关键步骤是获得具有适当强度的凝乳，以承受在奶酪槽中的机械切割而不被粉碎成末，适当的硬度有助于分离排出乳清，以获得最终的优质奶酪。泌乳期内乳的pH值、钙的添加量、凝乳酶添加量和凝乳温度等诸多因素均对酶凝乳的硬度有不同程度的影响，但乳成分的影响最大[7-9]。与其他奶相比，绵羊奶中酪蛋白和脂肪的回收率最高，酪蛋白、脂肪对其凝乳流变特性影响很大。酪蛋白是构成连续副酪蛋白骨架结构的主要成分，在连续副酪蛋白骨架结构完整的情况下，它提供凝乳的弹性和固体特性，而脂肪对副酪蛋白骨架流变特性的贡献主要取决于凝固温度[10]。因此，乳成分对凝固性能影响的研究主要集中在酪蛋白和脂肪含量上[11-12]。钙含量和pH值对凝乳硬度也有很大的影响，游离的钙离子可以中和带负电的氨基酸残基，增强酪蛋白胶束之间的相互链接，形成网络状结构，从而获得更高的酶凝乳硬度[9]。另外，酶凝乳的强度还取决于磷酸钙-副酪蛋白网络的体积和均一性，这决定了酶凝乳单位面积上可承受的应力[10]。磷酸钙的增溶可以降低牛奶pH值[13]，去除磷酸钙会导致酪蛋白凝胶网络链中交联数量的减少，导致凝胶硬度降低[9,13]。另外，磷酸钙胶粒带正电荷，它的去除会使带负电的游离酪蛋白数量增加，从而增加了酪蛋白胶束之间的静电斥力，导致凝胶硬度降低[9]。

本实验以人工干预同期发情二胎产羔的36 只东弗里生绵羊为研究对象，研究了其泌乳初、中、末期产奶量、乳成分及酶凝乳的硬度、持水性的变化，并对硬度、持水性与泌乳期乳成分变化的相关性作分析，以期为绵羊奶的加工提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

奶样：采自圈养通过人工干预同期发情的36 只二胎产羔的东弗里生绵羊（内蒙古乐科生物技术有限公司）。

NATUREN®Stamix凝乳酶（小牛皱胃酶，酶活力1 150 IMCU/g） 丹麦科汉森（中国）有限公司。

1.2 仪器与设备

UPT-K1800A全自动凯氏定氮仪 北京优谱通用科技有限公司；AYDHG-101A恒温干燥箱 江苏安盈环境设备有限公司；AnkeTGL-16B离心机 上海安亭科学仪器厂；TA.XT Plus质构仪 英国Sable Micro System公司；HH.S21-Ni8电热恒温水浴锅 北京长安科学仪器厂；DT5-4乳脂分离机 北京时代北利离心机有限公司。

1.3 方法

1.3.1 绵羊奶取样及产奶量的测定

将125 d的泌乳期分初期、中期和末期，每期每隔4 d采样1 份，采集8 次，每份样都是36 只羊头天晚上和第二天早上的混合奶取2 000 mL。从产羔后第11～48天挤下的奶计作泌乳初期奶；第49～86天的计作泌乳中期奶；第87～124天的计作泌乳末期奶。36 只羊头天晚上和第二天早上的混合奶算作一天的总奶量，总奶量/36计作样品的产奶量。从产羔后第11天开始每隔4 d测定1 次产奶量，连续测定8 次，取算术平均值计作泌乳初期的产奶量（泌乳中期、末期测定间隔和计算方法同此）；初期样采集从产羔后第11天开始；中期样从第50天开始；末期样从第89天开始（中期首次采样距离初期最后一次采样间隔3 d；末期首次采样距离中期最后一次采样间隔3 d）。每次的样品速冷到4 ℃后保温运到实验室后2 h开展实验。

1.3.2 总固体含量的测定

按照GB 5413.39—2010《食品安全国家标准 乳和乳制品中非脂乳固体的测定》[14]中的方法测定总固体含量。每个奶样测定3 个平行样，结果取平均值，对初、中、末期各自的8 个样品测定结果取算术平均值作为对应泌乳期绵羊奶总固体含量的测定结果（下同）。

1.3.3 蛋白质含量的测定

按照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》[15]的方法用自动凯氏定氮仪测定蛋白质含量。

1.3.4 酪蛋白含量测定取奶样20 g（m/g）倒入50 mL烧杯内，水浴加热至42 ℃，搅拌下用质量分数12%的乙酸溶液调节样品的pH值至4.60后移入50 mL离心管中，用5 mL pH 4.6乙酸-乙酸钠缓冲液（预热至42 ℃）洗涤烧杯后并入离心管中。45 00 r/min离心10 min后弃掉上清液，得到酪蛋白粗品。粗品依次用蒸馏水、体积分数95%乙醇和无水乙醚分别洗涤沉淀、离心（4500 r/min离心5 min），并重复洗涤、离心1 次，将沉淀物置于烘箱中105 ℃干燥3 h，称质量（m1/g）[16-17]，按公式（1）计算绵羊奶中的酪蛋白含量。

1.3.6 脂肪含量的测定

按照GB 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》[18]的第四法盖勃法测定。

1.3.7 乳糖含量的测定

按照GB 5009.7—2016《食品安全国家标准 食品中还原糖的测定》[19]用第二法高锰酸钾滴定法测定。

1.3.8 钙含量的测定按照GB 5009.92—2016《食品安全国家标准 食品中钙的测定》[20]用第二法EDTA滴定法测定。

1.3.9 酶凝乳的制作

用35 ℃无菌生理盐水配制2 g/100 mL的凝乳酶溶液，放入33 ℃恒温水浴锅中待用；取1 000 mL乳样装入不锈钢桶中，水浴锅中63.5 ℃、30 min巴氏杀菌后用冰水迅速冷却至（34±1）℃，用移液管吸取7 mL配制好的凝乳酶溶液加入，搅拌均匀后立刻分装在6 个烧杯中（每个约160 mL），放入33 ℃恒温水浴锅凝乳，时间为45 min，凝乳结束后从水浴锅中取出在室温（25±2）℃下测定凝乳硬度和持水性，每项指标分别测3 个平行样，结果取平均值。

1.3.10 酶凝乳硬度的测定

选取100 g酶凝乳样品，采用质构仪直径为45 mm的圆柱型挤压检测探头，按照10 mm/min测试速度穿过烧杯中的凝乳表层，测试距离20 mm，感应力4.0 g[21-22]。

1.3.11 酶凝乳持水性的测定

称取20～25 g酶凝乳样品放入刻度离心管中，记录此时的体积（V/mL），40 00 r/min离心15 min，静置1 min后读取除上清液后的体积（V1/mL）[23-26]。酶凝乳持水性按式（2）计算。

1.4 数据统计与分析

使用SPSS软件对数据进行方差分析，利用最小显著性差异法（least-significant difference，LSD）法进行显著性检验。并用该软件对酶凝乳硬度、持水性与绵羊奶成分进行皮尔逊相关性分析。采用Excel软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同泌乳期绵羊产奶量的变化

由图1可知，东弗里生奶绵羊产奶量呈泌乳初期逐渐增加、中期奶量稳定、末期明显下降的变化规律。由表1可知，整个泌乳期平均产奶量为2.16 kg/d，初期产奶量为2.22 kg/d，略高于平均产奶量（高2.8%）；中期的产奶量为2.53 kg/d，明显高于整个泌乳期的平均产奶量（高17.1%）；末期的产奶量为1.73 kg/d，明显低于整个泌乳期平均产奶量（低19.9%）。

图1 绵羊泌乳期产奶量的变化Fig. 1 Changes of milk yield during lactation

表1 泌乳期绵羊乳产量及乳中营养物质含量的测定结果Table1 Milk yield and milk composition at the early, middle and late lactation stages

2.2 不同泌乳期绵羊奶成分的变化

由表1可知，泌乳期极显著影响总固体、酪蛋白、脂肪、钙含量，显著影响蛋白质、酪蛋白含量。总固体含量在泌乳期不断增加，从泌乳初期的17.28 g/100 g增加到中期的19.09 g/100 g和末期的20.71 g/100 g。蛋白质含量与酪蛋白含量的变化趋势相似，泌乳初、中、末期分别为5.57、5.80、6.80 g/100 g和4.29、4.60、5.30 g/100 g（P＜0.05）。脂肪和钙含量随泌乳期延长显著增加（P＜0.05）；乳糖的含量略有增加，但是变化不显著，维持在4.87 g/100 g左右。泌乳初、中、末期脂肪和钙含量的分别为6.77、7.54、9.10 g/100 g和153.1、187.5、216 mg/100 g。

2.3 不同泌乳期绵羊奶酶凝乳硬度和持水性

由表2可知，东弗里生羊泌乳期间，酶凝乳的硬度增加，且泌乳中、末期（98.4、99.3 g）与初期（93.9 g）酶凝乳的硬度相比显著提高（P＜0.05），末期的硬度比中期略有增加，但增加不显著。持水力在泌乳期间显著降低（P＜0.05）。

表2 不同泌乳期绵羊奶制得的酶凝乳的硬度、持水性Table2 Hardness and WHC of curd made from sheep milk at different loctation stages

2.4 酶凝乳的硬度、持水性与乳成分相关性

从表3可知，酶凝乳的硬度、持水性与绵羊奶的酪蛋白、脂肪、钙含量有显著相关性（P＜0.01）。酶凝乳的硬度会随着酪蛋白、钙含量的增加而增大，随着脂肪含量的增加而减小；酶凝乳的持水性随着酪蛋白、钙含量的增加而降低，随着脂肪含量的增加而增高；硬度和持水性之间存在着负相关，即硬度增大会导致持水性降低。

凝乳酶切断位于酪蛋白表层的κ-酪蛋白，暴露出对钙离子敏感的α、β-酪蛋白，与绵羊奶中游离钙离子结合形成海绵状网络结构，网络结构封闭了水、脂肪、乳糖、乳清蛋白等成分，并具有了一定硬度。被封闭起来的乳脂的温度会影响酶凝乳的流变特性，因为温度会影响乳脂肪的固液比例，液体脂肪的比例在15 ℃以上增加[10]。本实验是在25 ℃的室温下测量硬度的，可以假设在这项研究中，被封闭在网络结构中的脂肪很大一部分是液态的，这些液态的脂肪使酶凝乳结构的刚性降低，硬度下降。当质构仪的圆柱探头穿透酶凝乳时，原来被封闭起来的液体和半液体脂肪会释放出来，在探头深入凝乳时这些液体脂肪会起润滑作用，减小了与凝乳网络内接触面上的摩擦阻力[27-28]，从而使测得的硬度降低。脂肪含量与凝乳的持水性极显著正相关（P＜0.01），这是因为随着脂肪含量增加，酶凝乳网络结构中被脂肪球占据的位点增加[29-31]，阻塞水、乳清蛋白、乳糖的向外流动，引起持水性上升。

酪蛋白中的αs-、β-酪蛋白是形成网络结构凝乳的关键组分，其含量增加会使网络变多变密，因此酪蛋白含量与酶凝乳的硬度呈极显著正相关（P＜0.01），过密收缩的凝乳网络结构会排挤封闭起来的水相，使得持水性下降，这是加工奶酪时凝乳后期大量乳清析出的原因。由于牛奶中的酪蛋白和脂肪含量趋势变化相同，它们对凝胶硬度和持水性有相互抵消作用，这是泌乳末期虽然酪蛋白含量显著增加，但硬度、持水性变化缓慢的原因。

钙含量在泌乳期增加比较明显，钙离子与对其敏感的αs-、β-酪蛋白结合形成钙桥，因此钙也是构建成网络结构酶凝乳的关键物质之一，其含量与凝乳的硬度、持水性存在极显著相关性（P＜0.01）。结合本实验得到的钙含量变化与凝乳的硬度、持水性的相关变化，可以解释为：与泌乳初期相比，中期钙含量和凝乳硬度均增加，钙与酪蛋白胶束表面结合位点结合，与副酪蛋白链之间形成钙桥；泌乳末期钙含量的大量增加，与酪蛋白胶束表面结合位点的结合达到饱和，大量富余的带正电的钙离子增加了酪蛋白胶束表面的正电荷，形成电荷排斥，使得凝乳硬度降低[14,32-33]。这就是泌乳末期尽管酪蛋白、钙含量明显增加，但凝乳硬度变化不明显的原因之一。另一方面，钙含量的大量增加形成的电荷排斥减弱了网络结构束缚乳清的能力，使得持水性降低。

3 结 论

研究结果表明，在整个泌乳期间东弗里生绵羊的产奶量有显著的变化，泌乳中期产奶量最高，而末期明显低于整个泌乳期的平均产奶量。绵羊乳的总固体、蛋白质、酪蛋白和脂肪含量以及钙含量在泌乳期显著增加，乳糖含量略有增加，但变化不显著；泌乳期酶凝乳的硬度有所增加，初期到中期增加显著，中期到末期增加不显著，持水性在泌乳期间有所降低，初期到中期降低比较明显，中期到末期降低变得缓和；酶凝乳的硬度、持水性与绵羊奶的酪蛋白、脂肪、钙含量均呈极显著相关（P＜0.01），酶凝乳的硬度会随着酪蛋白、钙含量的增加而增大，随着脂肪含量的增加而减小；酶凝乳的持水性随着酪蛋白、钙含量的增加而降低，随着脂肪含量的增加而增高；硬度和持水性之间存在极显著负相关，即硬度越大，持水性越低。