陳美慶 張養(yǎng)東 鄭 楠 王加啟

(中國農(nóng)業(yè)科學院北京畜牧獸醫(yī)研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部奶及奶制品質(zhì)量安全控制重點實驗室，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部奶產(chǎn)品質(zhì)量安全風險評估實驗室，動物營養(yǎng)學國家重點實驗室，北京 100193)

牛奶被譽為最接近完美的食物，可提供一系列對人類健康有益的營養(yǎng)素，包括脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、生物活性肽、礦物質(zhì)、維生素等[1]。隨著營養(yǎng)學研究的不斷深入，人們逐漸認識到乳脂對人類健康的積極影響，研究發(fā)現(xiàn)，全脂乳制品的攝入量與高血壓、糖尿病等代謝綜合征患病風險呈負相關關系[2]。脂肪酸是乳脂發(fā)揮營養(yǎng)功能的主要活性因子，某些生物活性脂肪酸，如C4∶0等短鏈脂肪酸(SCFA)，C15∶0等奇數(shù)鏈脂肪酸(OCFA)，C15∶0-iso、C15∶0-anteiso等支鏈脂肪酸(BCFA)，C18∶1-c9、C18∶1-t11等單不飽和脂肪酸(MUFA)，C18∶3-c9,12,15(α-亞麻酸，ALA)、C20∶5-c5,8,11,14,17(二十碳五烯酸，EPA)、C22∶6-c4,7,10,13,16,19(二十二碳六烯酸，DHA)等ω-3多不飽和脂肪酸(ω-3 PUFA)，C18∶2-c9,t11等共軛亞油酸(CLA)，對預防心血管疾病、促進中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育、緩解炎癥和提高免疫功能等具有積極影響[3-7]。除此之外，乳脂等反芻動物源性脂質(zhì)是人類膳食中丁酸、CLA、BCFA等的主要來源，該類脂肪酸在植物源性脂質(zhì)、單胃動物源性脂質(zhì)幾乎不存在。然而，牛奶中脂肪酸組成和含量易受遺傳、泌乳階段、胎次、季節(jié)等非營養(yǎng)因素和飼糧等營養(yǎng)因素的影響。本文主要綜述了牛奶中脂肪酸的合成機理以及影響牛奶中脂肪酸組成和含量的因素，為牛奶中脂肪酸調(diào)控提供理論依據(jù)。

1 牛奶中脂肪酸的種類

牛奶中脂肪酸以結(jié)合態(tài)和游離態(tài)2種形式存在，絕大部分脂肪酸以結(jié)合態(tài)存在，少于0.5%的脂肪酸以游離態(tài)(游離脂肪酸)存在，其中，結(jié)合態(tài)脂肪酸包括約95%的甘油三酯、約2%的甘油二酯、約1%的單酰甘油、約1%的磷脂、少于0.5%的膽固醇[8-9]。研究發(fā)現(xiàn)，牛奶中含有400多種脂肪酸，包括飽和脂肪酸(SFA)、含碳碳雙鍵的不飽和脂肪酸(UFA)、羥基脂肪酸、環(huán)烷基脂肪酸和氧代脂肪酸等[10-12]。不同學者報道的牛奶中含量最高的脂肪酸有所差異，研究結(jié)果普遍表明，牛奶中約14種脂肪酸含量超過1%，分別是C4∶0、C6∶0、C8∶0、C10∶0、C12∶0、C14∶0、C14∶1-c9、C15∶0、C16∶0、C16∶1-c9、C18∶0、C18∶1-c9、C18∶1-t11和C18∶2-c9,c12；其中，C16∶0或C18∶1-c9是牛奶中含量最高的脂肪酸，占總脂肪酸含量的15%～30%[13-15]。本文主要探討了SFA和UFA，其種類及含量見表1。

表1 牛奶中脂肪酸的種類與含量

2 牛奶中脂肪酸的合成

反芻動物攝入飼糧后，飼糧中的纖維素等碳水化合物在瘤胃中發(fā)酵形成乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸、戊酸和異戊酸等揮發(fā)性脂肪酸，其中乙酸和丁酸主要被瘤胃上皮細胞吸收轉(zhuǎn)化為乙酸和β-羥基丁酸，經(jīng)血液循環(huán)轉(zhuǎn)運至乳腺參與脂肪酸從頭合成；瘤胃微生物利用丙酸和戊酸或?qū)ψ陨碇舅徇M行α-氧化反應形成OCFA，利用異丁酸和異戊酸合成BCFA，奇數(shù)鏈和支鏈脂肪酸(OBCFA)主要以細菌膜脂的形成存在瘤胃細菌內(nèi)，瘤胃細菌隨固體食糜經(jīng)過網(wǎng)胃、瓣胃、皺胃到達小腸，被膽汁、胰脂肪酶等消化酶分解形成OBCFA[18]。飼糧中的脂質(zhì)在瘤胃微生物脂解酶的作用下分解形成游離脂肪酸，絕大部分UFA經(jīng)瘤胃微生物的生物氫化作用形成SFA，SFA和UFA被轉(zhuǎn)運至小腸，與OBCFA共同構成脂蛋白，經(jīng)小腸上皮細胞吸收進入血液循環(huán)，隨即進入肝臟、脂肪組織、乳腺等發(fā)生脂肪酸代謝[19-20]。脂肪酸在肝臟中發(fā)生去飽和、碳鏈延長等作用形成長鏈UFA異構體，并以脂蛋白和游離脂肪酸的形式釋放到血液中[21]。當機體處于能量負平衡時，機體動員脂質(zhì)分解形成以C18∶1-c9為主的游離脂肪酸釋放到血液中[22]。

乳腺上皮細胞利用乙酸和β-羥基丁酸從頭合成小于C16的脂肪酸和約50%的C16，通過直接從血液中攝取游離脂肪酸得到大于C16的脂肪酸和約50%的C16[23]。其中，牛奶中幾乎所有的SCFA、中鏈脂肪酸(MCFA)來源于脂肪酸從頭合成，少部分長鏈脂肪酸(LCFA)經(jīng)脂肪酸從頭合成，絕大部分LCFA來源于血液。此外，乳腺Δ9-去飽和酶會催化脂肪酸轉(zhuǎn)化成UFA[24-25]。經(jīng)從頭合成的、從血液中攝取的以及去飽和等過程形成的SFA和UFA，以甘油酯、磷脂、膽固醇酯、游離脂肪酸等形式存在乳脂中。乳腺從頭合成的脂肪酸以C16 SFA為主，而反芻動物采食植物性飼料的脂質(zhì)以C18為主，攝入C18 UFA經(jīng)瘤胃的生物氫化和乳腺Δ9-去飽和酶的去飽和形成大量的C18∶1-c9[26]。因此，C16∶0或C18∶1-c9是乳脂中含量最高的2種脂肪酸。

脂肪酸從飼糧到牛奶的合成過程中，瘤胃、肝臟和乳腺等發(fā)揮了至關重要的作用。脂肪酸在反芻動物體內(nèi)的代謝途徑見圖1。

圖1 脂肪酸在反芻動物體內(nèi)的代謝途徑

3 影響牛奶中脂肪酸組成和含量的因素

牛奶中脂肪酸組成和含量受遺傳、泌乳階段、胎次、季節(jié)等非營養(yǎng)性因素和飼糧等營養(yǎng)因素的影響。研究表明，遺傳因素是影響牛奶SFA組成和含量的主要因素，飼糧是影響牛奶UFA組成和含量的主要因素。

3.1 非營養(yǎng)因素

3.1.1 遺傳因素

乳脂中從頭合成的脂肪酸相比來源于飼糧和體脂動員的脂肪酸受到更多的遺傳調(diào)控[25,28-30]。研究發(fā)現(xiàn)，牛奶中脂肪酸具有一定的遺傳變異性，C4∶0～C16∶0等從頭合成的脂肪酸的遺傳變異較高，遺傳力為0.31～0.54，C18 UFA等飼糧和體脂動員的脂肪酸的遺傳變異中等，遺傳力為0.09～0.21，C18∶1-t11和C18∶2-c9,t11的遺傳力分別為0.12和0.21[31]。荷斯坦奶牛乳脂中MCFA的平均遺傳力(0.32)高于SCFA(0.24)和LCFA(0.23)，SFA的平均遺傳力(0.33)大于UFA(0.21)[30]。脂肪酸之間，尤其是來源相似的脂肪酸之間有較強的正遺傳相關性，乳腺從頭合成的脂肪酸(C6∶0、C8∶0、C10∶0、C12∶0和C14∶0)彼此之間顯示出較強的正遺傳相關性，SFA與UFA呈較強的遺傳負相關[32]。中等及較高遺傳變異的性狀能通過遺傳選擇予以調(diào)控。因此，通過遺傳選擇能改善牛奶中脂肪酸組成，但改善特定的脂肪酸會影響牛奶整個脂肪酸的組成和含量[25]。

3.1.2 泌乳期

奶牛的泌乳期通常分為3個階段：泌乳初期(產(chǎn)后1～100 d)、泌乳中期(產(chǎn)后101～200 d)和泌乳后期(產(chǎn)后200 d以上)。處于不同泌乳階段奶牛的能量平衡不同，肝臟、脂肪組織、乳腺等脂肪酸代謝活動發(fā)生改變，造成了牛奶中脂肪酸組成的差異[33]。泌乳初期，尤其是泌乳的最初幾天，奶牛處于能量負平衡狀態(tài)，機體動員身體儲備將有限的營養(yǎng)物質(zhì)用于乳汁合成，增加體脂分解，釋放以C18∶1-c9等LCFA為主的游離脂肪酸用于乳腺或肝臟的代謝[34]。血液中游離脂肪酸含量的升高增加了乳腺對LCFA的攝取，抑制乙酰輔酶A羧化酶的活性，從而影響脂肪酸的從頭合成[35]。隨著泌乳過程中能量平衡的改善或飼糧攝入量的增加，泌乳21周左右，奶牛已經(jīng)從能量負平衡狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰科胶鉅顟B(tài)，乳腺上皮細胞的活性和代謝功能充分發(fā)揮，牛奶中脂肪酸組成趨于穩(wěn)定[36]。因此，SCFA和MCFA等來源于從頭合成的脂肪酸含量在泌乳初期比例較低，隨著泌乳期延長，其含量顯著增加，在泌乳后期達到最高；LCFA含量在泌乳初期比例較高，隨著泌乳期延長，其含量顯著降低，在泌乳后期達到最低[37-38]。但丁酸可以由2條獨立于乙酰輔酶A羧化酶途徑產(chǎn)生，并且其合成可能不會被游離脂肪酸含量增加所抑制，所以丁酸與泌乳階段對SCFA含量的變化規(guī)律不同，丁酸含量隨泌乳期延長顯著降低[39]。

作為牛奶中脂肪酸中占比較大的2種脂肪酸，C16∶0和C18∶1-c9因脂肪酸合成途徑不同，在泌乳階段表現(xiàn)出不同變化規(guī)律。C16∶0來源于脂肪酸從頭合成和血液攝取2部分，而C18∶1-c9僅來源于血液攝取，從整個泌乳階段來看，C16∶0含量在泌乳開始時最低，而C18∶1-c9含量在泌乳最初幾天最高，隨泌乳期延長，奶牛能量平衡改善，體脂分解釋放游離脂肪酸作用減弱，C16∶0含量顯著增加，而C18∶1-c9含量顯著降低[40]。研究發(fā)現(xiàn)，與泌乳第1周相比，至泌乳第21周，C16∶0含量增加了25.93%，C18∶1-c9含量降低了40.58%[37]。Kay等[41]研究飼喂相同飼糧的奶牛在泌乳初期內(nèi)乳脂肪酸組成變化，發(fā)現(xiàn)從泌乳第1周至第16周，牛奶中C18∶1-t11和C18∶2-c9,t11含量分別增加了31%和76%，而C18∶0含量降低了19.5%，推測C18∶0含量下降而C18∶1-t11含量增加可能是飼糧攝入量增加或瘤胃通過率增加導致更多PUFA在瘤胃內(nèi)不完全生物氫化所致；C18∶2-c9,t11含量增加是因為其內(nèi)源性合成的前體物C18∶1-t11含量增加[42-43]。

3.1.3 胎次

初產(chǎn)奶牛乳脂中PUFA含量較高，SFA含量較低，而2胎及以上的奶牛乳脂中SFA含量較高，UFA含量較低[44-45]。Craninx等[46]研究發(fā)現(xiàn)，與經(jīng)產(chǎn)奶牛相比，初產(chǎn)奶牛乳脂中C16∶0含量顯著降低，而C18∶0、C18∶1-c9、C18∶1-t11和C18∶2-c9,t11含量顯著升高。初產(chǎn)和經(jīng)產(chǎn)奶牛牛奶中脂肪酸的變化可能與乳脂合成相關酶的活性不同有關[47]。初產(chǎn)奶牛在泌乳早期乳腺中參與脂肪酸生物合成的脂肪酸合成酶活性較低，隨泌乳天數(shù)的增加，脂肪酸合成酶活性逐漸升高，而經(jīng)產(chǎn)動物泌乳早期的脂肪酸合成酶活性與初產(chǎn)奶牛泌乳末期相同[48]。

3.1.4 季節(jié)

季節(jié)對牛奶中脂肪酸組成和含量的影響歸因于奶牛飼糧結(jié)構的改變。冬季奶牛攝入的粗飼料以干草、青貯為主，而春夏季奶?？赏ㄟ^放牧攝入更多的新鮮牧草。奶牛采食新鮮牧草導致C18∶2和C18∶3等PUFA攝入量增加，C18等PUFA攝入量的增加不僅在一定程度上抑制乳腺中脂肪酸的從頭合成，從而降低牛奶中SFA含量，而且增加瘤胃生物氫化成C18∶0、C18∶1-t11的含量，提高Δ9-去飽和酶催化合成C18∶1-c9、C18∶2-c9,t11的底物含量，從而提高牛奶中MUFA含量[49]。研究發(fā)現(xiàn)，夏季牛奶中SFA和UFA的總含量顯著低于冬季，但牛奶中MUFA的總含量顯著高于冬季[50-51]。與冬季相比，春夏季奶牛乳脂中C18∶0、C18∶1-c9、C18∶1-t11、C18∶2-c9,t11、C18∶3-c9,12,15含量顯著升高[52-53]。

3.2 營養(yǎng)因素

3.2.1 粗飼料類型

粗飼料是奶牛重要的養(yǎng)分來源，占奶牛飼糧的50%～90%。研究發(fā)現(xiàn)，粗飼料類型能顯著影響牛奶中脂肪酸的組成和含量。玉米青貯是奶牛主要的粗飼料，飼喂玉米青貯的奶牛乳脂中C16∶0含量最高(33.6%)，UFA含量較低(32.5%)[54]。研究發(fā)現(xiàn)，不同水平的豆科牧草與玉米青貯混合青貯飼喂奶牛能降低乳脂中SFA含量，提高UFA含量。使用全株大豆青貯部分替代玉米青貯可以顯著提高UFA/SFA至0.505。使用苜蓿青貯部分代替玉米青貯，顯著提高乳脂中C18∶1-c9、ALA含量，降低乳脂中ω-6/ω-3 PUFA至3.77[55]。紅三葉青貯逐漸替代玉米青貯導致乳脂中PUFA含量顯著增加，C18∶1-c9含量顯著升高，ALA含量線性增加，ω-6/ω-3 PUFA顯著降低，C18∶1-t11、LA、C18∶2-c9,t11含量顯著降低，C14∶0含量線性減少，C18∶0含量保持恒定，C16∶0含量保持恒定，BCFA含量保持恒定[56]。此外，研究發(fā)現(xiàn)紅三葉草青貯逐漸代替禾本科牧草青貯可以線性降低乳脂中C4∶0～C8∶0、C14∶0和C16∶0含量，并線性增加LA和ALA含量[57]，增大瓣胃中ALA流量，降低了瘤胃中ALA的生物氫化[16]。多年生黑麥草-白三葉草中LA、ALA含量顯著高于菊苣或車前草等飼用草本植物，但與多年生黑麥草-白三葉草相比，飼喂菊苣或車前草奶牛的乳脂中C18∶1-c9、C18∶2-c9,t11含量顯著降低，LA、ALA含量顯著升高，LA從牧草到牛奶的表觀轉(zhuǎn)移率從飼喂多年生黑麥草-白三葉草的7.8%增加到車前草和菊苣的10.5%和10.3%，而ALA的轉(zhuǎn)移率從1.6%分別增加到2.9%和3.6%，可能是由于飼用草本植物中的UFA在奶牛體內(nèi)的生物氫化作用更少，牛奶中UFA含量更高[58-59]。在黑麥草-紅三葉青貯飼料中添加車前草，顯著提高了奶牛乳脂中PUFA、C18∶1-t11和C18∶2-c9,t11含量，降低ω-6/ω-3PUFA至1.5∶1.0[60]。

綜上所述，豆科牧草和飼用草本植物較禾本科牧草能顯著提高牛奶中UFA含量。飼料種類對牛奶中脂肪酸組成的影響不能簡單用脂肪酸攝入量的差異來解釋，可能是飼草中存在某種特定的代謝物抑制脂肪酶的活性導致瘤胃中脂肪分解減少，過瘤胃UFA含量增加，或是影響了瘤胃細菌的豐度，限制了飼料與瘤胃細菌的結(jié)合，降低了瘤胃生物氫化速率，從而提高了UFA從飼糧到牛奶的轉(zhuǎn)移率，最終影響牛奶中脂肪酸的組成和含量，需要進一步試驗探究飼糧影響牛奶中脂肪酸組成和含量的具體生物學機制。

3.2.2 脂質(zhì)改善劑

研究表明，飼糧中添加油料籽實、油脂、藻類等脂質(zhì)改善劑改變牛奶中脂肪酸組成，可提高乳中PUFA含量[61-63]。然而，油菜籽、葵花籽、亞麻籽中脂肪酸的組成存在較大差異，油菜籽中以C18∶1-c9為主，約占脂肪酸總含量的60%；葵花籽中以LA為主，約占54.6%；亞麻籽中以ALA為主，約占52.9%[64]。飼糧中添加油菜籽、亞麻籽等油料籽實顯著提高乳脂中總MUFA、C18∶1-t11、C18∶1-c9、C18∶2-c9,t11含量，降低總SFA和某些SFA的含量；其中，亞麻籽對牛奶中脂肪酸的改善效果優(yōu)于油菜籽，能提高ALA等ω-3 PUFA含量[65]。此外，對亞麻籽進行機械加工處理，能使乳脂中SFA和UFA含量發(fā)生顯著變化，ALA、ω-3 PUFA、C18脂肪酸含量顯著增加，LA、ω-6 PUFA、OCFA、C16脂肪酸含量顯著下降[66]。飼糧中添加菜籽油、葵花籽油、亞麻籽油等植物油脂可顯著降低牛奶中SCFA、OBCFA、C18∶0、LA、ALA含量[67]。其中，亞麻籽油能更大程度提高乳脂中LA含量[68]。一項薈萃分析表明，與亞麻籽油、整粒亞麻籽相比，經(jīng)過機械加工的亞麻籽如粉碎亞麻籽飼喂奶牛，其乳脂中ALA含量顯著升高[69]。飼糧中添加魚油等動物油脂能顯著提高乳脂中EPA、DHA含量，顯著降低C4∶0～C18∶0 SFA含量，顯著增加CLA、反式脂肪酸、PUFA含量[17]。飼糧中添加裂殖壺藻等藻類植物，能提高乳脂中DHA含量，但DHA從飼糧轉(zhuǎn)移到牛奶中的效率很低，乳脂中SFA含量降低，而PUFA含量升高；乳脂中C18∶0、C18∶1-c9、LA和ALA含量降低，C18∶2-c9,t11、C18∶1-t9和C18∶1-t11含量升高[70]。

Ferlay等[68]研究發(fā)現(xiàn)，粗飼料類型與脂質(zhì)補充劑對乳脂脂肪酸產(chǎn)量存在交互作用，飼喂干草和葵花籽油的奶牛乳脂中LA含量顯著高于飼喂玉米青貯和葵花籽油的奶牛，飼喂干草和亞麻籽油的奶牛乳脂中ALA含量顯著高于飼喂玉米青貯和亞麻籽油的奶牛，表明低SFA含量、高ALA含量的干草-亞麻籽飼糧可以提高牛奶PUFA含量，改善牛奶營養(yǎng)品質(zhì)。

綜上所述，油料籽實、油脂、藻類等脂質(zhì)改善劑主要通過改變奶牛脂肪酸攝入量從而改善牛奶中脂肪酸組成，提高富含ω-3 PUFA的亞麻籽(油)、魚油、裂殖壺藻等在飼糧中的添加比例能提高牛奶中PUFA含量。

3.2.3 飼養(yǎng)模式

目前，牛奶集約化生產(chǎn)依賴于2種飼養(yǎng)模式：全年舍飼和季節(jié)性放牧與舍飼相結(jié)合。研究表明，放牧飼養(yǎng)有助于改善奶牛乳脂肪酸組成，放牧奶牛乳脂中SFA含量顯著低于舍飼奶牛，MUFA、CLA、ALA、OBCFA含量顯著高于舍飼奶牛[71]。放牧奶牛與舍飼奶牛乳脂脂肪酸組成差異主要歸因于采食飼料的不同。舍飼奶牛采食以玉米、禾本科、豆科牧草、禾豆青貯或上述青貯飼料組合為主，輔以精料的全混合日糧；而放牧奶牛采食的新鮮牧草中含有更多的UFA，可以減低瘤胃生物氫化，影響Δ9-去飽和酶活性，影響乳腺對LCFA的攝取，從而提高乳脂中UFA含量[52,72]。

4 小 結(jié)

牛奶中脂肪酸來源于脂肪酸從頭合成、飼糧脂肪酸、體脂動員等，受遺傳、泌乳期、胎次、季節(jié)、飼糧、飼養(yǎng)模式等諸多因素的影響，其中遺傳和飼糧對牛奶中脂肪酸組成影響較大。在實際生產(chǎn)過程中，要充分利用飼糧等營養(yǎng)因素、脂肪酸遺傳力和遺傳相關性等遺傳參數(shù)以及硬脂酰輔酶A去飽和酶等關鍵酶的多態(tài)性，以達到改善牛奶中脂肪酸組成和含量的目的。此外，有必要挖掘更多促進脂肪酸向長鏈PUFA延長、去飽和的酶和基因，通過調(diào)控酶的活性或基因表達，以生產(chǎn)富含ω-3 PUFA等生物活性脂肪酸的牛奶。