牛乳中真蛋白和粗蛋白的測(cè)定方法及關(guān)系

李榮嶺，趙新華，宮本芝，李建斌，侯明海，趙秀新，楊晨東

(1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院奶牛研究中心，濟(jì)南 250131；2.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，濟(jì)南 250100;3.山東省濟(jì)寧市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，濟(jì)寧 272031；4.河北省畜牧良種工作站，石家莊 050061)

牛乳中真蛋白和粗蛋白的測(cè)定方法及關(guān)系

李榮嶺1，趙新華2，宮本芝3，李建斌1，侯明海1，趙秀新1，楊晨東4

(1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院奶牛研究中心，濟(jì)南 250131；2.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，濟(jì)南 250100;3.山東省濟(jì)寧市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，濟(jì)寧 272031；4.河北省畜牧良種工作站，石家莊 050061)

本文簡(jiǎn)述了乳中真蛋白和粗蛋白的定義、關(guān)系及測(cè)定方法，介紹了凱氏定氮和近紅外光譜分析兩種常見的乳蛋白測(cè)定方法及各自優(yōu)勢(shì)。分析了部分DHI參測(cè)牛場(chǎng)的乳蛋白測(cè)定數(shù)據(jù)，比較了真蛋白和粗蛋白一年的變化情況，以及在不同牛群測(cè)定結(jié)果的差異。結(jié)合國(guó)外計(jì)價(jià)體系的變化，分析了利用真蛋白計(jì)價(jià)的優(yōu)勢(shì)。

牛乳；真蛋白；粗蛋白；計(jì)價(jià)體系

牛奶中含有2%～6%的蛋白質(zhì)，即乳蛋白。乳蛋白是牛奶中最有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的成分，含有人體必需的8種氨基酸，按其組成和營(yíng)養(yǎng)特性是典型的全價(jià)蛋白，無法用其他蛋白質(zhì)來代替[1]。在成品牛奶的外包裝上，一般都標(biāo)注乳蛋白的含量，乳蛋白含量越高，相對(duì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值也越高。但人體能夠吸收的實(shí)際蛋白量要低于商品標(biāo)注的含量，因?yàn)閲?guó)內(nèi)乳品的乳蛋白都是以粗蛋白來表示，而粗蛋白除了含有能夠被人體所吸收的真蛋白外，還含有非蛋白氮成分。

1 真蛋白和粗蛋白的定義

乳蛋白主要由酪蛋白、乳白蛋白、乳球蛋白以及少量的脂肪球膜蛋白構(gòu)成。上述蛋白構(gòu)成了乳中的真蛋白（TP）。乳中還有其他含氮物，主要來源于乳中的氨、尿素、肌酸、肌酸酐、尿酸、乳清酸、多肽、馬尿酸、氨基酸和其他成分，稱為非蛋白氮[2]。真蛋白加上非蛋白氮構(gòu)成的含氮物，稱為“粗蛋白”。乳蛋白質(zhì)的平均含氮量為15.65%，因此乳蛋白質(zhì)與乳蛋白氮的換算系數(shù)為100/15.65=6.38。如果測(cè)定出乳中含氮總量，然后乘以平均換算系數(shù)6.38，所得即為“粗蛋白”（CP）。

2 乳蛋白分析的主要方法

目前食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定方法主要有凱氏定氮法、分光光度法、滴定法等[3]。在我國(guó)食品蛋白質(zhì)測(cè)定的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定了三種測(cè)定食品中蛋白質(zhì)的方法，即凱氏定氮法、分光光度法和燃燒法，其中牛奶中蛋白質(zhì)的測(cè)定適用前兩種方法[4]。另外，紅外光譜分析法是目前應(yīng)用較為廣泛的乳蛋白快速檢測(cè)方法。

2．1 凱氏定氮法

凱氏定氮法是應(yīng)用最普遍的一種方法，測(cè)量準(zhǔn)確，操作簡(jiǎn)單，可用于所有動(dòng)、植物食品及各種加工食品的分析，是測(cè)定蛋白質(zhì)含量的經(jīng)典分析方法。該法分為樣品消化、蒸餾、吸收和滴定四個(gè)過程[5]。在催化劑作用下，試樣用濃硫酸消煮破壞有機(jī)物，使其中的蛋白質(zhì)氮和其他有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨，然后與硫酸結(jié)合生成硫酸銨，加入強(qiáng)堿進(jìn)行蒸餾使氨逸出，用硼酸吸收后再用鹽酸滴定，測(cè)出含氮量，將結(jié)果乘以換算系數(shù)，計(jì)算出蛋白質(zhì)含量。因此，傳統(tǒng)的凱氏定氮法計(jì)算的是粗蛋白的含量，沒有區(qū)分真蛋白的比例，這也為不法分子利用非蛋白氮提高乳中粗蛋白含量提供了可乘之機(jī)。為防止造假情況的發(fā)生，2008年發(fā)布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《乳與乳制品中非蛋白氮含量的測(cè)定》，利用15%的三氯乙酸溶液沉淀乳蛋白質(zhì)，濾液經(jīng)消化、蒸餾后，用鹽酸滴定計(jì)算非蛋白氮的含量，然后用總蛋白氮減去非蛋白氮，即為真蛋白氮，進(jìn)而計(jì)算真蛋白質(zhì)含量[6]。目前有全自動(dòng)凱氏定氮儀，克服了分析時(shí)間長(zhǎng)、操作復(fù)雜的缺點(diǎn)，可同時(shí)分析多個(gè)樣本，并在幾分鐘內(nèi)自動(dòng)完成蒸餾、滴定、結(jié)果計(jì)算及存儲(chǔ)，提高了分析的效率。

2．2 近紅外光譜分析法

近紅外光譜分析是近二十幾年來發(fā)展迅速的牛奶蛋白快速檢測(cè)方法。近紅外光譜波長(zhǎng)在0.8～2.5μm之間，它不能引起視覺但有顯著的熱效應(yīng)。在近紅外光的照射下有機(jī)分子受激發(fā)而產(chǎn)生共振，同時(shí)近紅外光的能量一部分被吸收，通過測(cè)量被吸收后的近紅外光，可以得到復(fù)雜的近紅外光譜圖。依靠現(xiàn)代化學(xué)、計(jì)量學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，利用近紅外光譜全譜區(qū)的信息，就可實(shí)現(xiàn)乳中有機(jī)物質(zhì)的定性鑒定和定量分析。這種方法測(cè)定出來的是真蛋白含量。近紅外光譜法的特點(diǎn)為：①分析速度快。近紅外光譜的采集時(shí)間約為2s，隨后的數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析都由計(jì)算機(jī)進(jìn)行。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)和化學(xué)計(jì)量學(xué)方法的飛速發(fā)展，近紅外光譜技術(shù)分析樣品的速度越來越快。②多組分同時(shí)測(cè)定。通過一次全光譜掃描，即可獲得樣品中各種化學(xué)成分的光譜信息。③不破壞樣品，不污染環(huán)境。近紅外光譜的取得可以是透射或漫反射方式，因此樣品可以是氣、液、固的任一種形態(tài)，不必做形態(tài)的改變。試樣經(jīng)分析后，仍可送回生產(chǎn)線，分析過程不產(chǎn)生任何污染。④遠(yuǎn)距離測(cè)定和實(shí)時(shí)分析。具有遠(yuǎn)距離采集光譜和實(shí)時(shí)分析能力。⑤測(cè)定結(jié)果精確度高，重現(xiàn)性好。與常規(guī)的化學(xué)方法相比，可顯示出更好的重現(xiàn)性和相仿的精確性[7]。

3 真蛋白與粗蛋白的關(guān)系

典型條件下，牛乳真蛋白含量為粗蛋白的95%～97%。即當(dāng)真蛋白為3.0%時(shí)，粗蛋白約為3.1%。目前，世界上DHI實(shí)驗(yàn)室大多采用近紅外法測(cè)定乳樣的蛋白值。由于近紅外法測(cè)定的是真蛋白值，而大多數(shù)DHI實(shí)驗(yàn)室分析的是粗蛋白值，因此需要將真蛋白校正為粗蛋白。校正的方法一般采用凱氏定氮法測(cè)定乳中粗蛋白和非蛋白態(tài)氮，然后將計(jì)算出的真蛋白加上非蛋白態(tài)氮得到的蛋白與紅外分析儀做校對(duì)。表1是紅外儀器校正時(shí)可能得到的數(shù)據(jù)變化[8]。由于非蛋白氮受乳尿素含量的變化而變化，因此粗蛋白與非蛋白氮的比值不是固定的。在實(shí)際的DHI測(cè)定中，測(cè)定值跟實(shí)際值會(huì)有一定的誤差。為了解我國(guó)生鮮乳真蛋白值與粗蛋白值的差別，本文篩選山東部分DHI參測(cè)奶牛場(chǎng)的測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。

表1 紅外校準(zhǔn)中可能得到的數(shù)據(jù)變化

3．1 山東部分奶牛場(chǎng)真蛋白和粗蛋白結(jié)果對(duì)比

數(shù)據(jù)來源于山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院奶牛研究中心DHI實(shí)驗(yàn)室，測(cè)定儀器是一臺(tái)FOSS FT+乳成分分析儀，該儀器可以同時(shí)測(cè)定真蛋白和粗蛋白。為了探究真蛋白和粗蛋白之間的關(guān)系，本研究調(diào)取了2015年的部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行分析。

表2 某奶牛場(chǎng)一年乳蛋白測(cè)定情況

3.1.1 一個(gè)牛群乳蛋白值的變化

選取一個(gè)管理規(guī)范、存欄近4 000頭的中大型牧場(chǎng)一年的乳蛋白測(cè)定數(shù)據(jù)。該牧場(chǎng)每月采集奶樣1 600余份，真蛋白和粗蛋白含量測(cè)定情況見表2。

由表2可看出，該牛群一年的粗蛋白測(cè)定值范圍在2.91%～3.49%之間，平均值為3.18%；真蛋白的范圍在2.73%～3.16%之間，平均值為3.00%；粗蛋白與真蛋白一年的平均差值為0.18個(gè)百分點(diǎn)，與美國(guó)公布的0.19個(gè)百分點(diǎn)相差不多，但具體到每月的差值就不同了。一年中差值最小的月份相差0.06個(gè)百分點(diǎn)，最大差值為0.33個(gè)百分點(diǎn)，差值波動(dòng)幅度較大。

3.1.2 不同牛群間乳蛋白值的變化

為比較不同奶牛場(chǎng)的差異，本研究選取了9個(gè)DHI奶牛場(chǎng)，泌乳牛數(shù)量在160～370頭之間。表3是這些奶牛場(chǎng)在2015年12月的乳蛋白測(cè)定情況。

表3 9個(gè)奶牛場(chǎng)2015年12月乳蛋白測(cè)定情況

表3中9個(gè)牛群的粗蛋白范圍為3.43%～3.70%，真蛋白的范圍為3.08%～3.36%，兩者之間的差值在0.30～0.37個(gè)百分點(diǎn)之間，各牛群的真蛋白與粗蛋白的比值均在90%左右，與表2中12月份的數(shù)據(jù)相似。由此可推測(cè)，DHI測(cè)定牛群的真蛋白與粗蛋白的比值，或者說乳中非蛋白氮的含量與牛群的關(guān)系不明顯，而與季節(jié)或儀器的校正方法有關(guān)系，影響真蛋白和粗蛋白差異的具體原因，還需要通過更多數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析。

4 生鮮乳計(jì)價(jià)體系的變化

在原奶銷售的計(jì)價(jià)體系中，大多數(shù)國(guó)家都把乳蛋白作為生鮮乳計(jì)價(jià)的指標(biāo)之一。2000年之前，美國(guó)采用粗蛋白作為計(jì)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，2000年1月改用真蛋白。美國(guó)聯(lián)邦乳市場(chǎng)管理法規(guī)定的計(jì)算方法為：真蛋白=乳中的粗蛋白-0.19%。采用以真蛋白計(jì)價(jià)的還有法國(guó)、澳大利亞等國(guó)家。應(yīng)用真蛋白計(jì)價(jià)有如下優(yōu)點(diǎn)：①乳蛋白中只有真蛋白才能被人體所吸收，從營(yíng)養(yǎng)的角度，真蛋白相比粗蛋白更能體現(xiàn)以質(zhì)論價(jià)的交易理念；②紅外光譜法作為快速檢測(cè)乳蛋白的方法，應(yīng)用越來越廣泛，而紅外光譜法測(cè)定的是真蛋白，不用再校正為粗蛋白，數(shù)值更為準(zhǔn)確；③直接測(cè)定真蛋白可以防止通過添加非蛋白氮來提高粗蛋白含量的做法，避免造假。

5 結(jié)語

乳蛋白含量一直是我國(guó)生鮮乳收購(gòu)的主要指標(biāo)之一。2010年修訂后的生乳標(biāo)準(zhǔn)中，要求生鮮乳的乳蛋白含量≥2.8%[9]。在我國(guó)大部分地區(qū)實(shí)行了以質(zhì)定價(jià)的生鮮奶收購(gòu)機(jī)制，乳蛋白含量越高，收購(gòu)價(jià)格也越高。在成品市場(chǎng)上，許多液態(tài)奶在鮮明位置標(biāo)注了乳蛋白的含量，以彰顯高端奶的品質(zhì)。由于我國(guó)使用的乳蛋白標(biāo)準(zhǔn)是粗蛋白，目前還沒有確定牛乳粗蛋白與真蛋白兩者之間的具體關(guān)聯(lián)，因此，粗蛋白相同的牛奶可能真蛋白含量會(huì)存在差異，如果僅以粗蛋白進(jìn)行比較，會(huì)影響一定的公平性。2000年5月，美國(guó)DHIA宣布DHI實(shí)驗(yàn)室的乳蛋白測(cè)定結(jié)果改用真蛋白。已經(jīng)完成的測(cè)定記錄和正在測(cè)定的記錄繼續(xù)使用粗蛋白指標(biāo)，新參加測(cè)定的記錄會(huì)提供真蛋白和粗蛋白兩種結(jié)果。DHIA認(rèn)為這是最簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、有效率的轉(zhuǎn)變方式。我國(guó)DHI實(shí)驗(yàn)室目前都是使用校正后的粗蛋白，從山東部分牛場(chǎng)的測(cè)定結(jié)果看，真蛋白與粗蛋白的差值在不同的月份差異較大，還需要利用更多的測(cè)定數(shù)據(jù)分析其影響因素。

[1]王福兆．乳牛學(xué)[M](第三版)．北京:科技文獻(xiàn)出版社, 2004:245-245．

[2]Depeters E J,Ferguson J D．Nonprotein nitrogen and protein distribution in the milk of cows[J]． Journal of Dairy Science,1992,75:3192-3209．

[3]張愛武．食品中蛋白質(zhì)測(cè)定方法的研究進(jìn)展[J]．農(nóng)產(chǎn)品加工·學(xué)刊,2008,1:80-82．

[4] 食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定[S]．GB5009．5-2010．

[5]劉箭．生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教程[M]．北京:科學(xué)出版社,2004:9-13．

[6]乳與乳制品中非蛋白氮含量的測(cè)定[S]． GB/T21704-2008．

[7]曹干．現(xiàn)代近紅外光譜分析技術(shù)在農(nóng)業(yè)研究中的應(yīng)用[J]．廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),2004(b12)SI:26-31．

[8]劉東紅,唐佳妮,呂元,等．乳品真蛋白-定義、分析方法、計(jì)價(jià)及影響因素[J]．中國(guó)食品學(xué)報(bào)．2008,8(5):115-119．

[9] 生乳[S]．GB/19301-2010．

S8-1

A

1004-4264（2017）11-0060-03

10.19305/j.cnki.11-3009/s.2017.11.015

2017-02-28

國(guó)家奶牛產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-37)；山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系牛創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（SDAIT-09-02）；山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程（CXGC2016B13）。

李榮嶺(1973-)，男，漢，碩士，副研究員，從事奶牛育種工作。

楊晨東(1982-)，男，漢，本科，獸醫(yī)師，從事奶牛育種工作。