青海不同地区牦牛乳矿物质元素含量比较研究

陈元元，崔占鸿，王迅，刘书杰，孙璐

（青海大学畜牧兽医科学院 青海高原牦牛研究中心 青海省高原放牧家畜动物营养与饲料科学重点实验室，西宁 810016）

0 引 言

中国是世界上牦牛存栏量最多的国家，主要分布在青海、西藏、四川、甘肃等地[1-2]。牦牛作为该区域的优势畜种，对高海拔、低氧、高寒、干旱等恶劣的生存环境具有良好的适应能力，是当地牧民乳、肉、皮毛等重要生产生活资料来源。牦牛乳与普通牛乳相比产量极低[3]，其整个泌乳期约为150 d，年奶产量为147～487 kg，蛋白质含量4.37%～6.16%，脂肪含量4.57%～7.38%，乳糖含量3.20%～5.15%[4]，显著高于普通牛乳。

牛乳中矿物质的含量与牛乳的理化性质及稳定性有着重要关系[5]。牛乳及其制品是现代饮食中Ca的主要来源，乳中其他矿物质在维持生物体的各种理化功能也发挥着基础性的作用[6]。常量元素K参与血压调节[7]，Ca参与血管、内分泌和神经肌肉功能的调节[8]，磷（P)有助于酪蛋白胶束的稳定[9]，Ca和P以不溶性磷酸钙形式附着在酪蛋白上，使不溶的磷酸钙变得可溶并利于吸收，这在骨骼和牙齿的生长中发挥重要作用[10]。Na参与神经冲动的传递[11]，Mg充当体内多种酶的辅助因子，并在对抗氧化应激和减少炎症以及减少肌肉损伤方面发挥着重要作用[12]。微量元素Fe参与血红蛋白的生成，Cu参与生理平衡的调节[13]，Zn参与体内多种生化及酶促反应[14]，Co参与维生素B12的合成，Mn在免疫功能及凝血中起重要作用[15]。乳中矿物质的含量受饲粮、季节、生长阶段及管理方式等多种因素影响[16-17]。当前对于牦牛乳的研究主要集中在氨基酸、脂肪酸和生物活性物质等功能性成分含量、调控及其制品研发和加工特性等方面[18-19]，关于牦牛乳中的矿物质元素[20]多集中于对不同乳源的比较。牦牛乳是青藏高原地区重要的畜产品资源，青海省是我国牦牛畜产品主要输出地，解析青海不同地区牦牛乳中矿物质元素含量对进一步研究牦牛乳营养品质和乳制品加工性能具有重要意义。

青海省是青藏高原的重要组成部分，草地类型多样，针对青海省内不同地区牦牛乳中矿物质含量缺乏系统性研究的问题，本研究采用火焰原子吸收仪测定青海省6个地区牦牛乳中9种矿物质元素，比较分析各地区牦牛乳矿物质含量的差异及相关关系，补充青海省牦牛乳的矿物质数据库，为牦牛乳产品的开发提供基础研究。

1 材料与方法

1.1 采样信息

2019年7～8月，在青海省6个行政区域，选选取自然放牧条件下全天候随群放牧4～5胎、健康的泌乳中期青海高原牦牛。采样期间母牦牛与犊牛分开饲养，连续3 d在出牧前和归牧后分别采集乳样，将早晚乳样等量混合后取50 m L于离心管中，添加0.5%布罗波尔溶液置于液氮中速冻，带回实验室，保存于-20℃冰箱备测。具体采样点信息见表1。

表1 采样点基本信息

1.2 主要仪器与试剂

TAS-990 Super火焰原子吸收仪，北京普析通用仪器有限责任公司；马弗炉，天津市泰斯特仪器有限公司；ME-104电子天平，梅特勒-托利多仪器有限公司；烘箱，上海一恒科学仪器有限公司；电热炉，天津市泰斯特仪器有限公司。

布罗波尔，美国陶氏；分析纯盐酸，超纯水。

1.3 测定方法

牦牛乳中矿物质元素使用火焰原子吸收仪参考何立荣等[21]的方法测定，仪器工作条件的设定参考周义秀等[22]的方法。具体操作如下，用移液枪准确移取10 mL牦牛乳于25 mL陶瓷坩埚中，置于电炉子上浓缩、碳化后放在马弗炉内650℃灼烧3～4 h灰化至完全变成灰色粉末状，取出坩埚冷却至室温后，加入5 mL（1∶3）盐酸，充分溶解后置于电炉子上小火煮沸，再用定量滤纸过滤，收集滤液于25 mL具塞比色管中定容后备用。用火焰原子吸收仪测定牦牛乳中Co、Cu、Fe、Mn、Zn的含量，再用25倍稀释液测定Ca、Mg的含量，最后用500倍稀释液测定K、Na的含量。

标准曲线的制作：将Fe、Cu、Co、Ca、Mg以0.2 mg/L浓度梯度配制浓度为0～1 mg/L标准品溶液，K、Na、Zn、Mn以0.1 mg/L浓度梯度配制浓度为0～0.5 mg/L标准品溶液，按照火焰原子吸收仪的操作说明进行定量测定，做出待测矿物质元素的标准曲线。各元素标准曲线及其相关性见表2。

表2 矿物质标准曲线及相关系数

1.4 统计分析

熵权法是一种反映评价指标离散程度，客观反映各指标重要性的一种算法；逼近理想解排序（technique for order preferenceby similarity to ideal solution,TOPSIS)是一种对有限个待评价方案与理想话目标接近程度进行排序，对现有方案进行优劣评价的方法，结果用相对贴合度表示，相对贴合度越大表示方案越优。熵权法TOPSIS综合评价模型通过构建标准化矩阵，确定指标权重和正、负理想解，计算欧氏距离，最终确定综合评价指数[23]。

采用Excel 2010进行数据整理，SPSS 22.0软件对实验数据进行（ANOVA)分析（P<0.05)和相关性分析，并采用Sigmaplot 14.0作柱状图。采用R 4.0.5 plyr数据包进行熵权法TOPSIS分析并做图。

2 结果与分析

2.1 青海省不同地区牦牛乳矿物元素含量特性

由图1可知青海省6个地区牦牛乳中K、Ca、Na、Mg等常量矿物元素含量，结果显示6个地区的4种常量元素间均存在差异，玉树和囊谦地区牦牛乳K元素含量差异不显著（P>0.05)，但显著高于其他4个地区（P<0.05)，其中囊谦县牦牛乳K元素含量最高为1 909.210 mg/L，贵南县含量最低为1 018.529 mg/L。贵南县牦牛乳Ca元素含量为285.983 mg/L，显著高于其他5个地区（P<0.05)，玉树牦牛乳的Ca元素含量显著低于其他5个地区（P<0.05)，为128.041 mg/L。Na元素在贵南县牦牛乳中的含量最高为476.461 mg/L，在称多县含量最低，为359.491 mg/L。称多县牦牛乳M g元素含量为87.194 mg/L，显著高于其他5个地区（P<0.05)，囊谦和玉树2个地区之间含量差异不显著（P>0.05)，但显著低于其他3个地区（P<0.05)，囊谦县含量最低为60.660 mg/L。

图1 牦牛乳矿物元素含量

由图1可知贵南县的牦牛乳中Fe元素含量最高，为1.155 mg/L，玉树州含量最低为0.766 mg/L。共和县牦牛乳Cu元素含量显著高于其他5个地区（P<0.05)，为0.823 mg/L，其中曲麻莱县显著高于其余4个地区（P<0.05)，囊谦县为0.075 mg/L，显著低于其他5个地区（P<0.05)。牦牛乳中Zn元素在贵南县含量最高，为4.932 mg/L，曲麻莱县显著低于其他5个地区（P<0.05)，为3.975 mg/L。称多县牦牛乳中Co元素含量为0.206 mg/L，显著高于其他5个地区（P<0.05)，贵南、曲麻莱和共和显著低于其余3个地区（P<0.05)，但这三者之间差异不显著（P>0.05)，其中曲麻莱县含量最低，为0.103 mg/L。贵南县牦牛乳中Mn元素含量最高，为0.182 mg/L，显著高于其余4个地区（P<0.05)，玉树州含量最低，为0.023 mg/L。

2.2 青海省不同地区牦牛乳矿物元素相关性分析

采用SPSS 22.0对83份牦牛乳样的矿物质元素含量进行Pearson相关性分析，由表3可知牦牛乳中各矿物质元素之间存在相关性。Ca含量和Mn、Na含量呈极显著正相关（P<0.01)，Ca含量和Co、K含量呈极显著负相关（P<0.01)；Co含量和K含量呈极显著正相关（P<0.01)，和Cu、Mn含量呈极显著负相关（P<0.01)；Cu含量和Mg含量呈极显著正相关（P<0.01)，和K含量呈极显著负相关（P<0.01)；Fe含量和K含量呈极显著负相关（P<0.01)；K含量和Mg、Mn含量呈极显著负相关（P<0.01)。

表3 矿物质元素Pearson相关性分析 mg/L

2.3 熵权法TOPSIS评价

采用熵权法TOPSIS综合评价模型对不同地区牦牛乳各矿物质元素进行综合评价，如图2所示，贵南地区贴合度最高为0.71，共和地区贴合度为0.35，曲麻莱地区贴合度为0.25，囊谦地区贴合度为0.30，称多地区贴合度为0.27，玉树果青牧场贴合度最低为0.18。因此，从矿物质元素含量角度来看，贵南地区牦牛乳品质高于其余5个地区。

图2 青海不同地区牦牛乳矿物质含量综合评价

3 结 论

本研究显示青海省不同地区牦牛乳矿物质元素K、Ca、Na、M g、Fe、Cu、Zn、Co和M n的含量存在 差异，与前人[20,24]研究结果一致。四川省不同地区麦洼牦牛乳中矿物质元素含量也是不同的，由此可见地区差异普遍影响着牛乳中矿物质元素的含量[25-28]。叶丹等[29]采用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES)测定西藏不同海拔高度地区牦牛乳中Ca、Na、Mg、Fe、Cu、Zn的含量，结果显示不同海拔高度地区Ca、Na、Mg元素含量差异显著，Fe、Cu、Zn含量差异不显著。刘益利等[25]对四川省不同泌乳期麦洼牦牛乳中矿物质含量进行测定，结果显示青海省牦牛乳中K和Co高于四川麦洼牦牛乳，而Ca、Mg、Cu、Zn和Mn低于四川麦洼牦牛乳。周义秀等[22]采用火焰原子吸收法测定了青海省泽库县（海拔约为3 600 m)牦牛乳矿物含量，得出同一物候期牦牛乳常量元素K、Ca、Na、Mg含量和微量元素Fe、Cu、Zn、Co、Mn的含量。该结果中K、Na、Mg、Fe、Cu元素含量均高于本试验的研究结果；Ca元素含量略高于贵南县而明显高于其余5个地区；Zn元素含量均明显低于本试验研究结果；Co元素含量高于贵南、共和和曲麻莱地区，而低于玉树、囊谦和称多地区；Mn元素含量略低于贵南县，而明显高于其余5个地区，可见青海省不同地区牦牛乳矿物质含量存在差异。因此可通过测定不同地区的牦牛乳矿物质含量，建立健全牦牛乳数据库，实现牦牛乳产地追溯，提高乳制品的安全，为生产婴幼儿奶粉提供更优质的牦牛乳源。

马静等[30]研究发现青海省不同地区的牧草常规养分与乳品质的存在相关性。周义秀等[22]研究表明牧草中矿物质的含量影响着牦牛乳中矿物质的含量产生影响，青海省草地类型多样，本研究中青海不同地区放牧牦牛乳矿物质含量的不同可能与牧草营养成分有关。牛乳中超过65%的Ca与酪蛋白胶束有关，同时酪蛋白胶束可能含有约三分之一的Mg[31]，由此可见，牦牛乳中矿物质含量也可能与酪蛋白含量有关。有研究表明放牧管理影响了牛乳中Sn的浓度[32]，这可能与放牧活动的增加导致的土壤摄入量的增加有关；同时牛乳中某些金属元素主要来源于土壤及水源[33]，因此放牧管理、土壤及水源也可能会对牦牛乳中矿物质含量产生影响。与普通牛乳相比，有机牛乳中的K、Ca等元素含量较高，而Fe、Cu、Zn、Mn等元素含量较低，青贮玉米可提高牛乳中Ca的含量[34]；放牧牦牛补饲精料可显著提高乳中各种矿物质元素的含量[35]；史卉玲[36]指出，在饲粮精粗比不变的情况下，提高青贮苜蓿在粗料中的比例可显著提高奶牛血液中的Ca含量；辉芳等[37]研究表明，妊娠后期对母驴饲喂中、低能量水平的饲粮，可以提高初乳中K、Ca、Mg、Fe、Cu、Zn、Co和Mn含量。由此可见牦牛乳中矿物质元素含量也同时会受到饲粮类型及其结构等的影响。综上所述青海省不同地区牦牛乳中矿物质含量的差异可能由乳中蛋白质含量、饲粮类型及结构、放牧管理方式及水源和土壤等多重因素产生。

金属硫蛋白是一类低分子量且富含半胱氨酸的金属结合蛋白，其主要功能是调节某些金属元素的细胞代谢[38]。相关性分析结果显示牦牛乳中Zn和Cu含量呈显著负相关（P<0.05)，这很可能是这两种元素竞争金属硫蛋白结合位点的结果[39]。单强[40]指出添加富Cr酵母添加剂可不同程度提高牛血浆及乳中Mn含量，这可能是由于转铁蛋白可与多种金属元素离子结合，同时Cr与Mn存在相互竞争的关系而导致的。乳中各矿物质元素含量之间存在相关性，如Zn-Mn、Ca-Cu、Ca-Mn、Ca-Zn、Ca-Mg均存在正相关关系[41]，与本研究结果相似，但各矿物质元素之间的内在联系值得进一步的研究与探讨。根据本研究结果显示牦牛乳中各矿物质元素含量存在的各种相关关系，以期为精准调控牦牛乳中矿物质元素的含量提供参考。

熵权法TOPSIS综合评价结果显示，6个地区中贵南牦牛乳矿物质含量得分最高；玉树州牦牛乳矿物质含量综合评价最低，特别是Ca、Cu和Mn元素的含量明显低于其他地区，因此可适量提高该地区牦牛Ca和Cu的摄入量，从而提高该地区牦牛乳Ca、Cu、Mn、Mg和Fe元素的含量，而降低K和Co元素的含量，也可适量添加饲粮Cr元素含量从而提高Mn和Ca元素含量。