牦牛乳及其風味物質(zhì)研究進展

劉慶雪，肖梓軍

（1.中國石油大學（華東）化學化工學院，山東 青島 266580；2.山東省萊西市檢驗檢測中心，山東 萊西 266600）

牦牛是生活在青藏高原及其周邊地區(qū)的特殊畜牧品種，獨特的高寒、缺氧環(huán)境使其具有耐寒、耐低壓等特性。我國是牦牛主產(chǎn)國，牦牛存欄量占全球牦?？倲?shù)的95%以上。我國的牦牛品種較多，主要品種有14 個，按地區(qū)分為西藏牦牛、青海牦牛、甘肅牦牛、四川牦牛、新疆牦牛和云南牦牛[1]，其中青海牦牛的存欄量超過590 萬頭。牦牛及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的收入是當?shù)啬撩褡钪饕慕?jīng)濟來源，和其他產(chǎn)生經(jīng)濟價值的牦牛產(chǎn)品相比，與牦牛乳相關(guān)的收入占當?shù)啬撩窨偸杖氲?0%，而牦牛乳約占我國牛乳消費總量的15%[2]。

與其他動物乳相比，牦牛乳的營養(yǎng)價值較高，具有非常大的產(chǎn)業(yè)升級空間和市場潛力。牦牛特殊的生存環(huán)境使牦牛乳在脂肪、蛋白質(zhì)、氨基酸、風味物質(zhì)等方面具有獨特性[3-5]。牦牛乳中的風味物質(zhì)種類較多，且同種風味物質(zhì)含量與牛乳相比有較大不同。乳中風味物質(zhì)多數(shù)由脂肪、蛋白質(zhì)等物質(zhì)降解生成的前體物、終產(chǎn)物或是前體物降解成的中間產(chǎn)物相互反應生成的終產(chǎn)物組成[6]。牦牛乳含有的脂類物質(zhì)含量較普通牛乳高1 倍，蛋白質(zhì)等常規(guī)營養(yǎng)素和礦物質(zhì)等功能性營養(yǎng)素含量與其他哺乳動物乳相比有較大優(yōu)勢，是理想的高端乳品原料乳。我國牦牛乳的年產(chǎn)量已達150 萬t[7]，并在逐年遞增，但商業(yè)化消費所消耗的原料乳不及牦牛乳年產(chǎn)量的25%[8]。一方面，目前牦牛乳制品的研發(fā)還處于初級階段，牦牛乳產(chǎn)品的深加工技術(shù)落后；另一方面，牦牛乳與普通牛乳的物理性質(zhì)有顯著差異，牦牛乳蛋白含量高、凝乳慢[9]、酸度高[10]，且牦牛乳本身有較為明顯的乳膻味[11]，導致其消費者受眾較為局限，難以大規(guī)模全國推廣。

1 牦牛產(chǎn)奶性能及影響因素

牦牛泌乳期短（150 d），日產(chǎn)奶量較低（2～4 kg）[7,12]，每頭牦牛年產(chǎn)奶量為200～500 kg[5,13]。影響牦牛產(chǎn)奶性能的因素有季節(jié)、牦牛品種、海拔、營養(yǎng)補給等[14-17]，這與牦牛自身的基因特點和生活在高寒、缺氧的獨特環(huán)境有關(guān)。高海拔地區(qū)草飼時間短，動物自身能量消耗大，營養(yǎng)攝入量不足，影響產(chǎn)奶性能。每年6—9月，植被茂盛，食物相對充足，牦牛產(chǎn)奶量增高，10月后，牧草枯黃，營養(yǎng)減少，產(chǎn)奶量快速下降。夏季生產(chǎn)的牦牛乳中總共軛亞油酸、多不飽和脂肪酸含量高于春季和冬季，春季又高于冬季，其夏、春、冬的含量比值分別為26∶20∶13和11∶10∶9[18]。天祝白牦牛年泌乳量可達450 kg，甘南牦牛的年泌乳量為320 kg左右，而云南中甸地區(qū)的牦牛年泌乳量只有200 kg左右[13]，可見牦牛品種對牦牛的年泌乳量有較大影響。海拔對牦牛乳的品質(zhì)也會產(chǎn)生影響[19]，隨著海拔的增高，牧草品種發(fā)生改變，日照時間延長，這些因素使牧草中的優(yōu)質(zhì)氮源增加，從而使牦牛乳脂肪含量明顯增加，蛋白含量也有所增加[16]，同時，由于牧草品質(zhì)的提高，牦牛體內(nèi)碳水化合物的發(fā)酵使瘤胃內(nèi)的牧草加速流動，牦牛采食量增加，產(chǎn)奶量隨之增加[20]。牦牛乳中脂肪與蛋白質(zhì)含量與牦牛所處的海拔高度呈正相關(guān)[16,21]。在冷季對泌乳期的牦牛進行營養(yǎng)補給后，能夠顯著增加泌乳量，每天可增加0.8 kg[15]，相關(guān)研究顯示，在飼養(yǎng)泌乳期牦牛的過程中，可通過添加瘤胃蛋氨酸、礦物質(zhì)緩釋丸來增加泌乳量，提高牦牛乳蛋白含量及乳品質(zhì)[12,22]。

2 牦牛乳的營養(yǎng)成分

牦牛乳營養(yǎng)豐富，在藏區(qū)常被作為母乳的替代品，具有高蛋白質(zhì)（青海牦牛初乳、常乳含量分別為5.43%和4.84%）、高乳脂率（青海牦牛初乳、常乳含量分別為5.70%和4.57%）和礦物質(zhì)豐富的顯著特點[23]，牦牛乳獨特的乳成分使牦牛乳具有特殊的風味，乳香濃郁[24]。牦牛乳中鈣、必需氨基酸、VA、VC、VD、VE、VB1和VB12的含量都高于普通牛乳[25]，鐵、鋅、錳、硒、乳鐵蛋白、免疫球蛋白等的含量甚至超過母乳，從安全性和低致敏性的角度來說，牦牛乳比牛乳和羊乳更接近母乳，具有降低血糖、促進生長發(fā)育、抗炎、增強免疫力的作用，因此牦牛乳具有較高營養(yǎng)特性[25-26]。

2.1 牦牛乳中的蛋白質(zhì)和氨基酸

與其他動物乳類似，牦牛乳中的蛋白質(zhì)主要由酪蛋白、乳清蛋白及脂肪球膜蛋白組成。牦牛乳中總酪蛋白含量是牛乳的150%、羊乳的186%。除總含量有明顯的差異外，4 種酪蛋白的組成比例也有不同。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-酪蛋白含量比值為42∶46∶12，牛乳為50∶35∶15，人乳為12∶65∶23[5]。酪蛋白容易在嬰幼兒胃內(nèi)形成凝塊，導致嬰幼兒對其吸收率較低[28]，β-酪蛋白的含量較高時，可以使胃內(nèi)的凝塊更加柔軟，容易消化吸收，所以青藏高原及其周邊的牧民經(jīng)常把酪蛋白含量高的牦牛乳作為母乳的替代品[5]。牦牛乳含有豐富的必需氨基酸，其中組氨酸和半胱氨酸的含量分別是人乳的5 倍和3 倍，必需氨基酸總量比人乳高1 倍左右，且必需氨基酸/總氨基酸含量比值遠高出理想推薦值[28]，是理想的嬰兒乳粉原料乳。

2.2 牦牛乳中的脂肪和脂肪酸

乳脂肪對乳的營養(yǎng)、質(zhì)地、風味物質(zhì)起決定性作用，是評價乳品質(zhì)最重要的指標之一，不同脂肪酸的種類和比例影響乳的加工特性，是影響乳品商業(yè)化的因素之一。牦牛乳脂肪含量為5.5%～7.2%[29]，約為普通牛乳的2 倍[30]。牦牛乳脂肪酸的含量與牧場環(huán)境和不同胎次的關(guān)系不明顯，具有一定的穩(wěn)定性[3]。牦牛乳主要包含以十六烷酸和十四烷酸為主的飽和脂肪酸以及以十八碳烯酸為主的單不飽和脂肪酸，飽和脂肪酸與不飽和脂肪酸含量比值約為1.90[21,31]，低于羊乳的2.25和水牛乳的2.26[4,28]。與其他哺乳動物乳相比，牦牛乳中含功能性脂肪酸，如共軛亞油酸（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在普通牛乳中并未發(fā)現(xiàn)[32]。牦牛乳中CLA含量約占總脂肪酸含量的1%，它能夠促進軟骨組織的合成和骨組織中礦物質(zhì)的沉淀[7]，EPA有助于合成前列腺素、消退素，DHA是神經(jīng)細胞的重要組成成分，在嬰幼兒大腦和視力發(fā)育中起重要作用，EPA和DHA還有助于降低心血管疾病患病率[33-34]。這表明牦牛乳在人體減少脂肪增生、抗糖尿病、減少動脈粥樣硬化、增加骨密度、抗癌、抗氧化、促生長和調(diào)節(jié)免疫力等多方面具有潛在的生理功能特性[32,35]。

2.3 牦牛乳中的其他營養(yǎng)物質(zhì)

牦牛乳是一種天然的濃縮乳，其中礦物質(zhì)和大多數(shù)種類的維生素含量高于普通牛乳[4]，牦牛乳中所含的鐵、鋅、錳、硒、乳鐵蛋白、免疫球蛋白等含量超過母乳。牦牛乳中含有較為豐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，唾液酸則具有抗微生物、抗腫瘤的作用[36]。不同哺乳動物乳的營養(yǎng)成分組成如表1所示。

表1 不同哺乳動物乳的營養(yǎng)組成Table 1 Nutritional composition of different mammalian milks

3 牦牛乳中的風味物質(zhì)

風味是對食品進行評判的主要因素之一，在食品加工、貯存和新產(chǎn)品開發(fā)過程中，風味都是必須要考慮的因素，風味物質(zhì)主要通過人的嗅覺感知，主要包括醇類、酸類、酯類、醛類、酮類、酚類、烯烴類等揮發(fā)性風味物質(zhì)[25]。

3.1 牦牛乳風味物質(zhì)的特殊性

牦牛乳的風味物質(zhì)是指使牦牛乳產(chǎn)生某些特殊風味的化學物質(zhì)，它們絕大多數(shù)是有機化合物，主要包括酯、酮、醇、醛、酸、內(nèi)酯、酚、醚、含硫化合物及萜類等，這些物質(zhì)主要由2 種途徑產(chǎn)生：一是外源環(huán)境中牧草和空氣經(jīng)由牦牛消化道和肺產(chǎn)生風味物質(zhì)，通過血液循環(huán)影響乳的風味；二是由蛋白質(zhì)、脂肪、乳糖等物質(zhì)經(jīng)脂肪分解、糖酵解、蛋白水解等途徑生成前體物、終產(chǎn)物、前體物降解的中間產(chǎn)物相互反應生成的風味物質(zhì)[45]。牦牛乳與普通牛乳風味物質(zhì)存在較大差異，脂肪組成和含量與普通牛乳不同[46]，牦牛乳的高乳脂率對牦牛乳及其制品的理化性質(zhì)、加工性能和感官品質(zhì)產(chǎn)生影響，尤其是對香氣、口感和風味等的影響更為顯著。與其他哺乳動物乳相比，牦牛乳風味物質(zhì)的種類更豐富、含量更高，其占比較大的酮類物質(zhì)和酸類物質(zhì)大多是在一定條件下由飽和脂肪酸氧化和甘油三酯水解產(chǎn)生[47]。研究顯示，牦牛乳乳脂肪球粒徑較大，膽固醇和鞘磷脂的含量顯著高于普通牛乳[31,37]，較大的乳脂肪球顆粒在工業(yè)加工過程中非常脆弱，容易使乳脂肪球膜內(nèi)的甘油三酯降解生成游離脂肪酸，進而影響牦牛乳的風味。此外，游離脂肪酸還可以轉(zhuǎn)化為其他更有效的風味化合物，如甲基酮、酯和內(nèi)酯、醇和醛等，這些物質(zhì)能夠直接影響牦牛乳的風味。

3.2 牦牛乳中主要揮發(fā)性風味物質(zhì)

牦牛乳中已檢測出50多種風味物質(zhì)，主要為酯類、酸類、醛類、酮類、內(nèi)酯類、烷烴類等8 類風味物質(zhì)。這些風味物質(zhì)的產(chǎn)生與乳脂肪的氧化或水解反應相關(guān)[47]。牦牛乳中主要揮發(fā)性物質(zhì)如表2所示。

4 牦牛乳風味物質(zhì)的富集濃縮和鑒定

風味物質(zhì)的研究一直是食品行業(yè)的熱點之一，對牛乳及其制品風味物質(zhì)的提取已經(jīng)有幾十年的歷史，近年來引入的現(xiàn)代儀器定性、定量分析和不斷改進的分離技術(shù)促進了乳制品風味物質(zhì)的研究，加快了特色小品種乳的商業(yè)化進程。

4.1 風味物質(zhì)的提取方法

4.1.1 靜態(tài)頂空法

靜態(tài)頂空技術(shù)是最早被開發(fā)和應用最成熟的頂空技術(shù)，在檢測領(lǐng)域具有十分重要的作用，是分析環(huán)境樣品、香料中揮發(fā)性有機物的主要工具[57]。在微生物領(lǐng)域，靜態(tài)頂空技術(shù)常應用于檢測微生物的生長和發(fā)酵狀態(tài)[58]。在靜態(tài)頂空分析中，將樣品密封在進樣瓶中，通過設(shè)定的溫度使樣品瓶中的氣液兩相達到動態(tài)平衡，然后取氣相部分進行氣相色譜（gas chromatography，GC）分析，頂空中不含非揮發(fā)性組分，可以直接進入GC儀進行分離。影響靜態(tài)頂空提取效率的因素有基質(zhì)效應、樣品占頂空瓶的體積分數(shù)、頂空平衡溫度和時間等[59]?？梢酝ㄟ^在基質(zhì)中加入惰性電解質(zhì)、調(diào)解pH值的方法來增加其靈敏度[60]。靜態(tài)頂空法的優(yōu)點是方便快捷、樣品用量少、不易產(chǎn)生熱效應、樣品基質(zhì)干擾小。缺點是靈敏度不高，難以分析高沸點組分。

4.1.2 動態(tài)頂空法

動態(tài)頂空法是用流動的惰性氣體（如氦氣等）將樣品中的揮發(fā)性成分“吹掃”出來，再將吹掃出的揮發(fā)性成分通過捕集器收集，經(jīng)熱解吸將樣品送入GC儀，常用的是通過升溫將它們轉(zhuǎn)移到色譜系統(tǒng)中用于進一步分析[57]。同靜態(tài)頂空技術(shù)相似，動態(tài)頂空技術(shù)廣泛應用于環(huán)境分析、食品中揮發(fā)性物質(zhì)分析及生物樣品分析。由于動態(tài)頂空技術(shù)的靈敏度高、可分析高沸點組分，近年來，越來越多的研究采用動態(tài)頂空技術(shù)。影響動態(tài)頂空提取效率的因素有吹掃氣流和吹送時間的選擇、樣品是否有氣泡等，如果樣品有表面活性劑或清潔劑產(chǎn)生的氣泡，可使傳輸線產(chǎn)生不可逆污染?？梢酝ㄟ^內(nèi)標法、改進接口技術(shù)等方式來使檢測結(jié)果更加精確。動態(tài)頂空法是一種非平衡態(tài)的連續(xù)萃取法，具有取樣量少、富集效率高、受基體干擾小及容易實現(xiàn)在線檢測等優(yōu)點，但是所需的設(shè)備昂貴，實驗耗時較長。

4.1.3 頂空固相微萃取法

頂空固相微萃取法是一種靜態(tài)頂空技術(shù)，是將樣品置于密閉容器中，通過加熱使得揮發(fā)性組分從樣本中揮發(fā)出來，兩相平衡后，使頂空中的風味物質(zhì)吸附到具有特殊涂層的萃取頭上達到富集目的。頂空固相微萃取法是20世紀90年代興起的風味物質(zhì)提取方法[61]，此法不使用溶劑、操作簡單、穩(wěn)定性好、靈敏度高，在風味物質(zhì)的研究中己有非常廣泛的應用。影響頂空固相微萃取法萃取效果的因素有萃取頭的種類、萃取溫度、萃取時間和解吸時間等，其中選擇萃取頭的種類是關(guān)鍵，因萃取吸附頭所用吸附相極性、性質(zhì)和吸附條件不同，在吸附風味物質(zhì)時存在選擇性[6]。目前，萃取頭材質(zhì)已經(jīng)從單一材料發(fā)展到復合材料，常用的涂層材質(zhì)有聚乙烯酸酯、聚二甲基硅氧烷和聚乙二醇等[40]。但該法重復性一般，需手動進樣。

4.2 風味物質(zhì)的定性及定量測定方法

乳中風味物質(zhì)的分離最常用的方法是GC法，常和質(zhì)譜（mass spectrometry，MS）、嗅聞儀、離子遷移譜等聯(lián)用[62]。其中GC-MS是風味物質(zhì)分析最經(jīng)典的方法，GC-MS通過圖譜庫的檢索來鑒別化合物的種類，并用標準化方法來定量分析風味物質(zhì)的相對含量，是揮發(fā)性物質(zhì)分析的一個突破[63-64]。GC-MS技術(shù)可以同時進行揮發(fā)性物質(zhì)的分離、定性和定量工作，具有高效分離、痕量分析、高靈敏度和高精確度的優(yōu)點，廣泛應用于食品、環(huán)保、電子、紡織品、石油化工、香精香料、醫(yī)藥等領(lǐng)域。嗅聞儀是一種對氣味物質(zhì)進行在線嗅聞并將氣味進行定性描述和記錄的儀器，一般與GC聯(lián)用[65]。運用GC-MS和嗅聞技術(shù)能夠快速對風味物質(zhì)進行定性及定量分析[66]，并得出對食品風味特征貢獻較大的化合物種類。GC-離子遷移譜技術(shù)可用于檢測微量揮發(fā)性有機物和半揮發(fā)性有機物，但由于該法沒有數(shù)據(jù)庫，檢測結(jié)果容易被基質(zhì)影響，應用受到一定限制[67]。

5 結(jié) 語

牦牛乳的研究內(nèi)容主要集中在乳營養(yǎng)成分、乳功效、牦牛乳產(chǎn)品加工（干酪、酸乳、酥油）等方面，對牦牛乳風味物質(zhì)的產(chǎn)生機制、牦牛乳風味物質(zhì)的種類及含量與營養(yǎng)物質(zhì)的關(guān)系研究較少。本文對牦牛產(chǎn)奶性能及影響因素、牦牛乳的營養(yǎng)成分、風味物質(zhì)、風味物質(zhì)的富集濃縮及鑒定方法進行綜述，其中影響牦牛乳商業(yè)化的因素有較低的產(chǎn)奶量和乳膻味，能夠推動牦牛乳提高附加值的因素是具有較高的營養(yǎng)價值和濃郁的乳香味。近幾年，有關(guān)風味物質(zhì)提取和分析的方法越來越精確、方便，有利于推動牦牛乳風味物質(zhì)的分析和改善。為提高牦牛乳的商業(yè)價值和民眾接受度，對牦牛乳原有乳香風味和減少牦牛乳膻味方面的研究勢在必行。