牦牛乳及其风味物质研究进展

刘庆雪，肖梓军

（1.中国石油大学（华东）化学化工学院，山东 青岛 266580；2.山东省莱西市检验检测中心，山东 莱西 266600）

牦牛是生活在青藏高原及其周边地区的特殊畜牧品种，独特的高寒、缺氧环境使其具有耐寒、耐低压等特性。我国是牦牛主产国，牦牛存栏量占全球牦牛总数的95%以上。我国的牦牛品种较多，主要品种有14 个，按地区分为西藏牦牛、青海牦牛、甘肃牦牛、四川牦牛、新疆牦牛和云南牦牛[1]，其中青海牦牛的存栏量超过590 万头。牦牛及其相关产业的收入是当地牧民最主要的经济来源，和其他产生经济价值的牦牛产品相比，与牦牛乳相关的收入占当地牧民总收入的60%，而牦牛乳约占我国牛乳消费总量的15%[2]。

与其他动物乳相比，牦牛乳的营养价值较高，具有非常大的产业升级空间和市场潜力。牦牛特殊的生存环境使牦牛乳在脂肪、蛋白质、氨基酸、风味物质等方面具有独特性[3-5]。牦牛乳中的风味物质种类较多，且同种风味物质含量与牛乳相比有较大不同。乳中风味物质多数由脂肪、蛋白质等物质降解生成的前体物、终产物或是前体物降解成的中间产物相互反应生成的终产物组成[6]。牦牛乳含有的脂类物质含量较普通牛乳高1 倍，蛋白质等常规营养素和矿物质等功能性营养素含量与其他哺乳动物乳相比有较大优势，是理想的高端乳品原料乳。我国牦牛乳的年产量已达150 万t[7]，并在逐年递增，但商业化消费所消耗的原料乳不及牦牛乳年产量的25%[8]。一方面，目前牦牛乳制品的研发还处于初级阶段，牦牛乳产品的深加工技术落后；另一方面，牦牛乳与普通牛乳的物理性质有显著差异，牦牛乳蛋白含量高、凝乳慢[9]、酸度高[10]，且牦牛乳本身有较为明显的乳膻味[11]，导致其消费者受众较为局限，难以大规模全国推广。

1 牦牛产奶性能及影响因素

牦牛泌乳期短（150 d），日产奶量较低（2～4 kg）[7,12]，每头牦牛年产奶量为200～500 kg[5,13]。影响牦牛产奶性能的因素有季节、牦牛品种、海拔、营养补给等[14-17]，这与牦牛自身的基因特点和生活在高寒、缺氧的独特环境有关。高海拔地区草饲时间短，动物自身能量消耗大，营养摄入量不足，影响产奶性能。每年6—9月，植被茂盛，食物相对充足，牦牛产奶量增高，10月后，牧草枯黄，营养减少，产奶量快速下降。夏季生产的牦牛乳中总共轭亚油酸、多不饱和脂肪酸含量高于春季和冬季，春季又高于冬季，其夏、春、冬的含量比值分别为26∶20∶13和11∶10∶9[18]。天祝白牦牛年泌乳量可达450 kg，甘南牦牛的年泌乳量为320 kg左右，而云南中甸地区的牦牛年泌乳量只有200 kg左右[13]，可见牦牛品种对牦牛的年泌乳量有较大影响。海拔对牦牛乳的品质也会产生影响[19]，随着海拔的增高，牧草品种发生改变，日照时间延长，这些因素使牧草中的优质氮源增加，从而使牦牛乳脂肪含量明显增加，蛋白含量也有所增加[16]，同时，由于牧草品质的提高，牦牛体内碳水化合物的发酵使瘤胃内的牧草加速流动，牦牛采食量增加，产奶量随之增加[20]。牦牛乳中脂肪与蛋白质含量与牦牛所处的海拔高度呈正相关[16,21]。在冷季对泌乳期的牦牛进行营养补给后，能够显著增加泌乳量，每天可增加0.8 kg[15]，相关研究显示，在饲养泌乳期牦牛的过程中，可通过添加瘤胃蛋氨酸、矿物质缓释丸来增加泌乳量，提高牦牛乳蛋白含量及乳品质[12,22]。

2 牦牛乳的营养成分

牦牛乳营养丰富，在藏区常被作为母乳的替代品，具有高蛋白质（青海牦牛初乳、常乳含量分别为5.43%和4.84%）、高乳脂率（青海牦牛初乳、常乳含量分别为5.70%和4.57%）和矿物质丰富的显著特点[23]，牦牛乳独特的乳成分使牦牛乳具有特殊的风味，乳香浓郁[24]。牦牛乳中钙、必需氨基酸、VA、VC、VD、VE、VB1和VB12的含量都高于普通牛乳[25]，铁、锌、锰、硒、乳铁蛋白、免疫球蛋白等的含量甚至超过母乳，从安全性和低致敏性的角度来说，牦牛乳比牛乳和羊乳更接近母乳，具有降低血糖、促进生长发育、抗炎、增强免疫力的作用，因此牦牛乳具有较高营养特性[25-26]。

2.1 牦牛乳中的蛋白质和氨基酸

与其他动物乳类似，牦牛乳中的蛋白质主要由酪蛋白、乳清蛋白及脂肪球膜蛋白组成。牦牛乳中总酪蛋白含量是牛乳的150%、羊乳的186%。除总含量有明显的差异外，4 种酪蛋白的组成比例也有不同。牦牛乳乳清蛋白中的致敏性β-乳球蛋白含量很低，只有牛乳的1/5，致敏性更低[27]。牦牛乳αs-酪蛋白、β-酪蛋白、κ-酪蛋白含量比值为42∶46∶12，牛乳为50∶35∶15，人乳为12∶65∶23[5]。酪蛋白容易在婴幼儿胃内形成凝块，导致婴幼儿对其吸收率较低[28]，β-酪蛋白的含量较高时，可以使胃内的凝块更加柔软，容易消化吸收，所以青藏高原及其周边的牧民经常把酪蛋白含量高的牦牛乳作为母乳的替代品[5]。牦牛乳含有丰富的必需氨基酸，其中组氨酸和半胱氨酸的含量分别是人乳的5 倍和3 倍，必需氨基酸总量比人乳高1 倍左右，且必需氨基酸/总氨基酸含量比值远高出理想推荐值[28]，是理想的婴儿乳粉原料乳。

2.2 牦牛乳中的脂肪和脂肪酸

乳脂肪对乳的营养、质地、风味物质起决定性作用，是评价乳品质最重要的指标之一，不同脂肪酸的种类和比例影响乳的加工特性，是影响乳品商业化的因素之一。牦牛乳脂肪含量为5.5%～7.2%[29]，约为普通牛乳的2 倍[30]。牦牛乳脂肪酸的含量与牧场环境和不同胎次的关系不明显，具有一定的稳定性[3]。牦牛乳主要包含以十六烷酸和十四烷酸为主的饱和脂肪酸以及以十八碳烯酸为主的单不饱和脂肪酸，饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸含量比值约为1.90[21,31]，低于羊乳的2.25和水牛乳的2.26[4,28]。与其他哺乳动物乳相比，牦牛乳中含功能性脂肪酸，如共轭亚油酸（conjugated linoleic acids，CLA）、二十碳五烯酸（eicosapentaenoic acid，EPA）、二十二碳六烯酸（docosahexaenoic acid，DHA）[31]，其中EPA和DHA在普通牛乳中并未发现[32]。牦牛乳中CLA含量约占总脂肪酸含量的1%，它能够促进软骨组织的合成和骨组织中矿物质的沉淀[7]，EPA有助于合成前列腺素、消退素，DHA是神经细胞的重要组成成分，在婴幼儿大脑和视力发育中起重要作用，EPA和DHA还有助于降低心血管疾病患病率[33-34]。这表明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[32,35]。

2.3 牦牛乳中的其他营养物质

牦牛乳是一种天然的浓缩乳，其中矿物质和大多数种类的维生素含量高于普通牛乳[4]，牦牛乳中所含的铁、锌、锰、硒、乳铁蛋白、免疫球蛋白等含量超过母乳。牦牛乳中含有较为丰富的低聚糖和唾液酸，低聚糖具有抑制致病菌、抗氧化的作用，唾液酸则具有抗微生物、抗肿瘤的作用[36]。不同哺乳动物乳的营养成分组成如表1所示。

表1 不同哺乳动物乳的营养组成Table 1 Nutritional composition of different mammalian milks

3 牦牛乳中的风味物质

风味是对食品进行评判的主要因素之一，在食品加工、贮存和新产品开发过程中，风味都是必须要考虑的因素，风味物质主要通过人的嗅觉感知，主要包括醇类、酸类、酯类、醛类、酮类、酚类、烯烃类等挥发性风味物质[25]。

3.1 牦牛乳风味物质的特殊性

牦牛乳的风味物质是指使牦牛乳产生某些特殊风味的化学物质，它们绝大多数是有机化合物，主要包括酯、酮、醇、醛、酸、内酯、酚、醚、含硫化合物及萜类等，这些物质主要由2 种途径产生：一是外源环境中牧草和空气经由牦牛消化道和肺产生风味物质，通过血液循环影响乳的风味；二是由蛋白质、脂肪、乳糖等物质经脂肪分解、糖酵解、蛋白水解等途径生成前体物、终产物、前体物降解的中间产物相互反应生成的风味物质[45]。牦牛乳与普通牛乳风味物质存在较大差异，脂肪组成和含量与普通牛乳不同[46]，牦牛乳的高乳脂率对牦牛乳及其制品的理化性质、加工性能和感官品质产生影响，尤其是对香气、口感和风味等的影响更为显著。与其他哺乳动物乳相比，牦牛乳风味物质的种类更丰富、含量更高，其占比较大的酮类物质和酸类物质大多是在一定条件下由饱和脂肪酸氧化和甘油三酯水解产生[47]。研究显示，牦牛乳乳脂肪球粒径较大，胆固醇和鞘磷脂的含量显著高于普通牛乳[31,37]，较大的乳脂肪球颗粒在工业加工过程中非常脆弱，容易使乳脂肪球膜内的甘油三酯降解生成游离脂肪酸，进而影响牦牛乳的风味。此外，游离脂肪酸还可以转化为其他更有效的风味化合物，如甲基酮、酯和内酯、醇和醛等，这些物质能够直接影响牦牛乳的风味。

3.2 牦牛乳中主要挥发性风味物质

牦牛乳中已检测出50多种风味物质，主要为酯类、酸类、醛类、酮类、内酯类、烷烃类等8 类风味物质。这些风味物质的产生与乳脂肪的氧化或水解反应相关[47]。牦牛乳中主要挥发性物质如表2所示。

4 牦牛乳风味物质的富集浓缩和鉴定

风味物质的研究一直是食品行业的热点之一，对牛乳及其制品风味物质的提取已经有几十年的历史，近年来引入的现代仪器定性、定量分析和不断改进的分离技术促进了乳制品风味物质的研究，加快了特色小品种乳的商业化进程。

4.1 风味物质的提取方法

4.1.1 静态顶空法

静态顶空技术是最早被开发和应用最成熟的顶空技术，在检测领域具有十分重要的作用，是分析环境样品、香料中挥发性有机物的主要工具[57]。在微生物领域，静态顶空技术常应用于检测微生物的生长和发酵状态[58]。在静态顶空分析中，将样品密封在进样瓶中，通过设定的温度使样品瓶中的气液两相达到动态平衡，然后取气相部分进行气相色谱（gas chromatography，GC）分析，顶空中不含非挥发性组分，可以直接进入GC仪进行分离。影响静态顶空提取效率的因素有基质效应、样品占顶空瓶的体积分数、顶空平衡温度和时间等[59]。可以通过在基质中加入惰性电解质、调解pH值的方法来增加其灵敏度[60]。静态顶空法的优点是方便快捷、样品用量少、不易产生热效应、样品基质干扰小。缺点是灵敏度不高，难以分析高沸点组分。

4.1.2 动态顶空法

动态顶空法是用流动的惰性气体（如氦气等）将样品中的挥发性成分“吹扫”出来，再将吹扫出的挥发性成分通过捕集器收集，经热解吸将样品送入GC仪，常用的是通过升温将它们转移到色谱系统中用于进一步分析[57]。同静态顶空技术相似，动态顶空技术广泛应用于环境分析、食品中挥发性物质分析及生物样品分析。由于动态顶空技术的灵敏度高、可分析高沸点组分，近年来，越来越多的研究采用动态顶空技术。影响动态顶空提取效率的因素有吹扫气流和吹送时间的选择、样品是否有气泡等，如果样品有表面活性剂或清洁剂产生的气泡，可使传输线产生不可逆污染。可以通过内标法、改进接口技术等方式来使检测结果更加精确。动态顶空法是一种非平衡态的连续萃取法，具有取样量少、富集效率高、受基体干扰小及容易实现在线检测等优点，但是所需的设备昂贵，实验耗时较长。

4.1.3 顶空固相微萃取法

顶空固相微萃取法是一种静态顶空技术，是将样品置于密闭容器中，通过加热使得挥发性组分从样本中挥发出来，两相平衡后，使顶空中的风味物质吸附到具有特殊涂层的萃取头上达到富集目的。顶空固相微萃取法是20世纪90年代兴起的风味物质提取方法[61]，此法不使用溶剂、操作简单、稳定性好、灵敏度高，在风味物质的研究中己有非常广泛的应用。影响顶空固相微萃取法萃取效果的因素有萃取头的种类、萃取温度、萃取时间和解吸时间等，其中选择萃取头的种类是关键，因萃取吸附头所用吸附相极性、性质和吸附条件不同，在吸附风味物质时存在选择性[6]。目前，萃取头材质已经从单一材料发展到复合材料，常用的涂层材质有聚乙烯酸酯、聚二甲基硅氧烷和聚乙二醇等[40]。但该法重复性一般，需手动进样。

4.2 风味物质的定性及定量测定方法

乳中风味物质的分离最常用的方法是GC法，常和质谱（mass spectrometry，MS）、嗅闻仪、离子迁移谱等联用[62]。其中GC-MS是风味物质分析最经典的方法，GC-MS通过图谱库的检索来鉴别化合物的种类，并用标准化方法来定量分析风味物质的相对含量，是挥发性物质分析的一个突破[63-64]。GC-MS技术可以同时进行挥发性物质的分离、定性和定量工作，具有高效分离、痕量分析、高灵敏度和高精确度的优点，广泛应用于食品、环保、电子、纺织品、石油化工、香精香料、医药等领域。嗅闻仪是一种对气味物质进行在线嗅闻并将气味进行定性描述和记录的仪器，一般与GC联用[65]。运用GC-MS和嗅闻技术能够快速对风味物质进行定性及定量分析[66]，并得出对食品风味特征贡献较大的化合物种类。GC-离子迁移谱技术可用于检测微量挥发性有机物和半挥发性有机物，但由于该法没有数据库，检测结果容易被基质影响，应用受到一定限制[67]。

5 结 语

牦牛乳的研究内容主要集中在乳营养成分、乳功效、牦牛乳产品加工（干酪、酸乳、酥油）等方面，对牦牛乳风味物质的产生机制、牦牛乳风味物质的种类及含量与营养物质的关系研究较少。本文对牦牛产奶性能及影响因素、牦牛乳的营养成分、风味物质、风味物质的富集浓缩及鉴定方法进行综述，其中影响牦牛乳商业化的因素有较低的产奶量和乳膻味，能够推动牦牛乳提高附加值的因素是具有较高的营养价值和浓郁的乳香味。近几年，有关风味物质提取和分析的方法越来越精确、方便，有利于推动牦牛乳风味物质的分析和改善。为提高牦牛乳的商业价值和民众接受度，对牦牛乳原有乳香风味和减少牦牛乳膻味方面的研究势在必行。