牛初乳營養(yǎng)組成和功能特性研究進展

韓立華，朱師晨，Mike WEISER，毛學英,*

（1.中國農業(yè)大學食品科學與營養(yǎng)工程學院，教育部-北京市共建功能乳品重點實驗室，北京 100083；2.美國APS生物集團，美國 亞利桑那 菲尼克斯 85034）

健康奶牛分娩后3 d內所分泌的乳汁稱為牛初乳，3 d后所產乳汁稱為成熟乳，初乳與成熟乳的組成成分和含量均存在較大差異，初乳色澤微黃、質地濃稠，乳味濃重并具有特殊的苦味和腥味。牛初乳富含免疫球蛋白（immunoglobulins，Igs）、乳鐵蛋白、溶菌酶、乳過氧化物酶、低聚糖、抗菌肽和生長因子等多種活性成分[1]，對犢牛的營養(yǎng)代謝、胃腸道生長發(fā)育、內分泌功能等均具有重要作用。人類食用牛初乳已有上千年歷史，古印度人就將牛初乳制成糖果食用[2]；在幾百年前，北歐斯卡納地區(qū)利用牛初乳制成初乳布丁或甜品，并一直延續(xù)至今；在抗生素出現(xiàn)以前，美國人將牛初乳作為抗病食物使用[3]。越來越多的動物和臨床試驗證明，牛初乳具有增強免疫力、緩解胃腸道不適、抑菌以及修復黏膜等多種生物學活性[4]。然而，牛初乳富含的Igs、乳鐵蛋白等活性組分熱穩(wěn)定性相對較差，易受殺菌、干燥等生產加工的影響而發(fā)生熱變性，導致牛初乳功能活性和品質下降[5]。因此，在加工過程中保持牛初乳活性成分的天然結構和功能至關重要。

本文重點對牛初乳的營養(yǎng)成分、功能特性和加工穩(wěn)定性等進行綜述，旨在為牛初乳的開發(fā)及產業(yè)應用提供科學依據(jù)。

1 牛初乳的獨特營養(yǎng)特性

牛初乳的營養(yǎng)素種類和含量與成熟乳相比存在較大差異，其酪蛋白、乳清蛋白（Igs、乳鐵蛋白等）、脂肪、維生素、礦物質、生長因子等含量較高，特別是IgG和乳鐵蛋白含量遠遠高于成熟乳，分別約為成熟乳的75～280 倍和2～250 倍[6]，而乳糖含量相對較低（表1）。除乳糖外，牛初乳中的其他營養(yǎng)素均在產犢后前3 d逐漸下降，特別是乳清蛋白含量下降最快，產犢3 d后的乳中乳清蛋白含量接近成熟乳[1]（圖1）；此外，如圖2所示，牛初乳中Igs、表皮生長因子（epidermal growth factor，EGF）和胰島素樣生長因子1（insulin-like growth factor，IGF1）等活性成分的含量也在產犢后3 d內逐漸下降[6-7]。牛初乳中大多數(shù)維生素含量通常高于成熟乳，尤其是VB2、VB12、VE和VD；牛初乳的必需礦物質如鈣、磷、鎂、鋅含量也高于成熟乳。此外，牛初乳的其他活性成分如乳脂肪球膜也隨著泌乳期的延長而發(fā)生改變。這些營養(yǎng)素組成和含量的不同使牛初乳較成熟乳具有更多的生物學功能。

圖1 乳成分含量隨產犢后時間的變化[8]Fig.1 Changes in the composition of bovine milk after parturition[8]

圖2 乳中Igs和生長因子含量隨產犢后時間的變化[7]Fig.2 Changes in Igs and growth factor constituents of bovine milk with time after parturition[7]

表1 牛初乳營養(yǎng)組成及其與成熟乳對比[6]Table 1 Comparison of various nutrients in colostrum and mature milk[6]

1.1 牛初乳富含Igs、乳鐵蛋白等活性蛋白質

牛初乳的蛋白質含量顯著高于成熟乳，初乳和成熟乳的蛋白質量分數(shù)分別約為15%和3%。在蛋白質組成方面，成熟乳的酪蛋白和乳清蛋白分別占總蛋白的80%和20%，而牛初乳的乳清蛋白占比相對較高，酪蛋白和乳清蛋白的比例為40∶60，此比例與人乳更相近[9]，較高的乳清蛋白含量和比例賦予初乳更高的蛋白質消化利用率。

乳清蛋白含有多種功能性蛋白質，是嬰幼兒配方乳粉和功能食品的重要原料。牛乳中Igs主要包括IgG、IgM、IgA和IgD，成熟乳的Igs質量濃度為0.4～0.9 mg/mL，而初乳中Igs質量濃度則高達42～90 mg/mL。其中，IgG1占初乳Igs的75%以上，其次是IgM、IgA和IgG2[1]。牛初乳中高含量的Igs能夠阻止病原體與宿主細胞的結合、激活免疫T細胞和B細胞以及誘導IgA的產生，不僅能夠為機體提供被動免疫，還能調節(jié)適應性和先天免疫系統(tǒng)[10]。此外，牛初乳Igs的免疫調節(jié)功能不局限于犢牛，對人類等其他哺乳動物的病原體同樣具有清除作用[10]。

乳鐵蛋白是一種鐵結合糖蛋白，具有抗氧化、抗腫瘤、抑菌、提高免疫力以及調節(jié)腸道健康和骨骼健康等多種生物活性[11]，這些活性多與乳鐵蛋白的N-糖鏈有關。牛初乳的乳鐵蛋白質量濃度約為1.5～5.0 mg/mL，其在成熟乳中含量顯著下降，約為0.02～0.35 mg/mL[12]；不同泌乳期牛乳中乳鐵蛋白的N-糖組學研究結果表明，隨著泌乳期延長，乳鐵蛋白總N-糖鏈的種類和含量顯著下降，唾液酸化N-糖鏈α-2,3-和α-2,6-連接異構體的種類也逐漸減少，關于乳鐵蛋白糖基化差異所造成的生物學功能差異仍需進一步探究[13]。

骨橋蛋白（osteopontin，OPN）是一種高度磷酸化的酸性糖蛋白，含有RGD（精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸）和CD44結合位點，具有調節(jié)機體免疫、促進神經發(fā)育以及改善腸道健康等多種功能。人乳中OPN含量較高，與人乳相比，牛成熟乳和嬰幼兒配方乳粉中的OPN含量較低，分別約為19 mg/L和9 mg/L[14]。在嬰幼兒配方乳粉中添加牛乳源OPN可以一定程度縮小其與母乳之間的差距。牛初乳中OPN含量更為豐富，約為200 mg/L，而在產后5 d，OPN含量則不足其初始濃度的10%[15]，說明牛初乳是牛乳源OPN的優(yōu)質來源。

綜上所述，牛初乳乳清蛋白中含有更為豐富的活性蛋白，使其具有更多的生物學功能，是一種優(yōu)質的功能性乳基料。除蛋白組成外，牛初乳和成熟乳的氨基酸組成也存在較大差異。牛初乳中含有更高含量的絲氨酸和精氨酸[16]。絲氨酸在多種生理進程中均發(fā)揮重要作用，如參與核苷酸、蛋白質、神經遞質合成以及促進肌肉發(fā)育等，并且是細胞膜的重要組成成分[17]；精氨酸則以蛋白質精氨酸甲基化的形式參與蛋白質-RNA、蛋白質-DNA和蛋白質-蛋白質之間的相互作用以及維持蛋白質穩(wěn)定等[18]。富含絲氨酸和精氨酸的蛋白質之間有很強的相互作用，并且參與蛋白激酶的磷酸化和前信使RNA的可變剪接等生理進程[19]。此外，牛初乳中組氨酸和?；撬岬暮匡@著高于成熟乳[14]，組氨酸和?；撬岵粌H參與知覺和信號傳輸，并且能夠促進嬰幼兒神經系統(tǒng)發(fā)育，因此牛初乳中高含量的組氨酸和?；撬峥梢詾閶胗變旱拇竽X和認知功能發(fā)育提供一定的營養(yǎng)支持[20-21]。蘇氨酸能夠促進T淋巴細胞增殖，增強嬰幼兒的免疫功能，促進嬰幼兒生長。牛初乳中蘇氨酸含量約為成熟乳的6.9 倍，因此牛初乳中高含量的蘇氨酸是其具有良好免疫調節(jié)功能的原因之一[16]。

1.2 牛初乳富含不飽和脂肪酸

乳脂肪為新生兒提供約50%的能量和必需脂肪酸，在新生兒的生長發(fā)育和代謝過程中發(fā)揮重要功能[22]。乳脂肪含有400多種脂肪酸，是組成最復雜的天然脂質。牛乳中的脂肪酸主要來源于膳食攝入、瘤胃的生物氫化以及乳腺的脂質合成作用，并且隨著泌乳期的延長而發(fā)生變化。牛初乳的脂肪質量分數(shù)為5%～7%，顯著高于成熟乳。此外，不同泌乳期牛乳脂肪的脂肪酸組成存在很大差異。牛初乳飽和脂肪酸含量約占總脂肪酸65%～75%，單不飽和脂肪酸約占24%～28%，多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids，PUFAs）約占4%～5%[23-24]。PUFAs對嬰幼兒生長、器官形成和神經發(fā)育等均具有重要作用。牛初乳的亞油酸、二十碳五烯酸（eicosapentaenoic acid，EPA）、二十二碳六烯酸（docosahexaenoic acid，DHA）、二十二碳五烯酸、花生四烯酸（arachidonic acid，ARA）以及PUFAs總量均顯著高于成熟乳[25-26]。DHA、EPA和ARA對于新生兒的大腦發(fā)育至關重要，其中DHA是大腦的重要成分之一，約占大腦脂質的60%，是神經元生長必不可少的營養(yǎng)物質[27]，在妊娠期、哺乳期以及嬰幼兒時期補充DHA、EPA和ARA能夠促進新生兒神經發(fā)育、提高認知功能[28-30]。n-3 PUFAs可通過調節(jié)腸道菌群，增加丙酸鹽等短鏈脂肪酸的產生，增強腸道屏障功能，緩解腸道功能紊亂[31-32]。此外，DHA和EPA還能夠調節(jié)T淋巴細胞功能，促進自然殺傷細胞的生成，調節(jié)機體免疫反應[33]。因此，牛初乳特殊的脂肪酸組成賦予其維持腸道穩(wěn)態(tài)、促進神經發(fā)育、增強免疫等多種生物學功能。

利用脂質組學技術分析牛初乳和成熟乳的脂質組成，發(fā)現(xiàn)兩種不同泌乳期的牛乳存在63 種差異脂質，其中牛初乳中有5 種甘油磷脂酰乙醇胺、1 種磷脂酰甘油和15 種甘油三酯的含量顯著高于成熟乳；而成熟乳中有1 種雙磷脂酰甘油、9 種甘油二酯、2 種甘油磷脂酰膽堿、9 種雙己糖神經酰胺、3 種己糖神經酰胺、3 種甘油磷脂酸、12 種磷脂酰乙醇胺和3 種甘油三酯的含量高于牛初乳，這些差異脂質主要與甘油磷脂、鞘脂類和甘油酯類代謝途徑有關[34]，而由這些差異脂質所引起的生物學功能差異尚待進一步探究。

1.3 牛初乳是類母乳低聚糖的天然來源

母乳低聚糖是天然存在于母乳且含量僅次于乳糖和脂肪的第三大營養(yǎng)素，因具有多種重要的生理功能而受到廣泛關注。鑒于母乳低聚糖規(guī)模化生產限制和法規(guī)要求，目前主要將低聚半乳糖和低聚果糖等母乳低聚糖替代品應用于嬰幼兒配方食品生產。但低聚半乳糖和低聚果糖等母乳低聚糖替代品結構簡單，不含有母乳低聚糖特有的巖藻糖和唾液酸結構[35]。近年來，牛乳低聚糖因與母乳低聚糖具有相似的結構和功能而引起重視。牛乳低聚糖一般由3～15 個單糖通過糖苷鍵共價連接形成，且70%以上的牛乳低聚糖含有一個或多個酸性唾液酸殘基，其中唾液酸乳糖（sialyllactose，SL）和唾液酸乳糖胺（sialyllactosamine，SLN）含量最為豐富[36]。牛乳低聚糖可以阻止病原菌對腸上皮細胞的黏附[37]，并為有益菌的生長提供碳源，促進腸道發(fā)育、維持腸道健康[38]。牛初乳的低聚糖質量濃度約為1 g/L，隨著泌乳期的延長而逐漸下降[39]；3’-SL、6’-SL、6’-SLN和二唾液酸乳糖（disialyllactose，DSL）是牛初乳中主要的低聚糖，3’-SL占低聚糖總量的70%[40]。牛初乳中3’-SL、6’-SL、6’-SLN和DSL的水平在牛分娩后最高，分別可達681、243、239、201 mg/mL，并在產后48 h迅速下降[41-42]。因此，牛初乳是牛乳低聚糖的優(yōu)質來源，開發(fā)牛初乳低聚糖模擬母乳低聚糖并應用于配方食品和功能食品，既能夠滿足對食品營養(yǎng)的需求，還能提高牛乳附加值。

1.4 牛初乳乳脂肪球膜與成熟乳之間的差異

乳脂肪球膜（milk fat globule membrane，MFGM）是包裹在乳脂肪液滴表面，由磷脂和特異性膜蛋白等組成的復雜3 層膜，具有促進神經發(fā)育、提高認知能力、增強免疫力、維持腸道健康以及改善糖脂代謝等多種生物學功能[43-44]。人乳MFGM和牛乳MFGM具有高度的結構和功能同源性，從牛乳中分離的MFGM已被添加到嬰幼兒配方乳粉中，以更好地滿足嬰幼兒生長發(fā)育的健康需求[45]。牛乳MFGM的含量和組成受泌乳期、飼料和乳牛健康狀況等多種因素影響。利用蛋白組學技術比較不同泌乳期牛乳MFGM蛋白種類和功能的差異，發(fā)現(xiàn)初乳MFGM的差異蛋白主要涉及半乳糖代謝和脂質形成等通路，而成熟乳MFGM差異蛋白則主要與脂質代謝和過氧化物酶體增殖物激活受體信號通路有關[46]；牛初乳和成熟乳MFGM的N-糖蛋白比較分析結果表明，牛初乳MFGM的免疫相關N-糖蛋白與成熟乳存在顯著差異[47]，這與牛初乳較強的免疫調節(jié)功能有關。此外，乳脂肪球的大小與泌乳期呈負相關，不同泌乳期人乳MFGM脂質組成和脂肪球微觀結構存在差異[48]，關于不同泌乳期牛乳MFGM脂質組成和功能差異的研究較少。因此，后續(xù)研究需進一步明確牛初乳和成熟乳MFGM組成與生物學功能差異，以更好地指導牛乳MFGM在功能性食品和嬰幼兒配方乳粉中的應用[45]。

1.5 牛初乳富含多種生長因子

牛初乳含有多種具有生長發(fā)育促進作用的生長因子，如EGF、IGFI和IGFII、轉化生長因子（transforming growth factor，TGF）β1和TGFβ2、成纖維細胞生長因子（fibroblast growth factor，F(xiàn)GF）和血小板衍生生長因子等，目前已發(fā)現(xiàn)牛初乳中有20多種肽類生長因子，在促進腸道發(fā)育、調節(jié)免疫等方面發(fā)揮協(xié)同作用[6]。牛初乳中生長因子水平在產后最初幾個小時最高，并隨著泌乳期的延長而顯著下降[49]。

IGFs是牛初乳中含量最高的生長因子，其中IGFI和IGFII的質量濃度分別約為50～2 000 μg/L和200～600 μg/L，主要以游離形式存在；在成熟乳中，IGFI和IGFII的質量濃度均低于10 μg/L，主要以結合形式存在[50]。牛乳和人乳IGFs具有100%的序列同源性。IGFs具有促進細胞增殖分化、骨骼肌細胞生長發(fā)育、神經再生、加速骨骼愈合、促進腸道發(fā)育、增加葡萄糖利用以及介導生長激素的促生長作用等多種生物活性[51]。牛初乳中TGFβ含量較高，約為成熟乳的20 倍，TGFβ有35 個亞基，在免疫調節(jié)、細胞增殖、維持胃腸道完整性以及促進骨骼發(fā)育等方面均具有重要作用[52]。EGF含有53 個氨基酸殘基，具有加速傷口愈合、調節(jié)炎癥反應、促進胃腸道組織修復以及細胞增殖分化等功能[52]。將EGF與早產兒的胃液孵育后，EGF仍能保持完整，但是EGF在成年人胃液中不穩(wěn)定，會降解形成E G F 4 9，造成其生物學活性降低[53]。EGF對腸消化的穩(wěn)定性則依賴于是否存在其他食物蛋白，空腹時攝入EGF會被胰蛋白酶快速降解，而當其與酪蛋白等其他蛋白共存時，EGF則可以保持其原有活性，說明牛乳酪蛋白等可以在一定程度上保護EGF，使其攝入后能正常發(fā)揮生物學功能[54]。

2 牛初乳的特殊組成賦予其多種生物學功能

2.1 調節(jié)免疫

牛初乳含有Igs、乳鐵蛋白、骨橋蛋白、抗菌肽等多種免疫活性成分，可以作為增強免疫功能的天然營養(yǎng)來源。在生命早期腸道發(fā)育尚未成熟，牛初乳IgG可以完整地到達腸道，發(fā)揮抗菌和免疫調節(jié)功能。一項在埃及開展的雙盲實驗將80 名早產兒隨機分為對照組和牛初乳干預組，牛初乳組嬰兒CD4+CD25+FOXP3+T淋巴細胞的比例明顯升高，并且早產兒敗血癥的嚴重程度和死亡率均顯著下降[55]。牛初乳的IgA質量濃度較高，為3.2～6.2 g/L。IgA可以保護機體黏膜，IgA缺乏導致呼吸道和胃腸道感染。土耳其的一項臨床研究發(fā)現(xiàn)，攝入牛初乳1 周可以顯著緩解IgA缺乏兒童的病毒性呼吸道感染，表明牛初乳對兒童的呼吸道和消化道黏膜具有較好的保護效果[56]；一項在丹麥開展的臨床試驗發(fā)現(xiàn)，對急性淋巴細胞白血病兒童補充牛初乳可有效保護化療對口腔黏膜的損傷[57]。一項埃及開展的臨床試驗表明，牛初乳可以有效地預防兒童反復性呼吸道感染和腹瀉的發(fā)生，減少此類感染所導致的住院頻率[58]。牛初乳對慢性疾病患者、運動員等特殊群體同樣具有一定的免疫保護作用。高危心血管疾病患者連續(xù)攝入2 個月牛初乳可以有效預防流感的發(fā)生[59]。運動員由于長期的力量訓練，常出現(xiàn)免疫力下降以及上呼吸道感染等癥狀，牛初乳能夠有效降低運動員上呼吸道感染的時間和發(fā)生頻率，增加運動員唾液中分泌型IgA的含量[60]，增強血液中吞噬細胞活性[61]。

牛乳Igs、骨橋蛋白和乳鐵蛋白等具有免疫調節(jié)功能的活性蛋白會隨著泌乳時間的延長而逐漸下降。因此，嚴格控制牛初乳收集的時間、保證牛初乳產品組成和品質的一致性至關重要。

2.2 改善腸道健康

黏膜屏障損傷及其引起的炎癥反應是腹瀉、壞死性結腸炎等多種胃腸道疾病的典型特征。上皮細胞修復作用對于黏膜屏障重建具有重要生理意義，此過程需要IGF、EGF以及TGF等多種肽類生長因子的參與。牛初乳是多種生長因子的天然來源，具有增強上皮細胞修復的功能，這一特點決定了其在黏膜損傷類胃腸道疾病的潛在治療作用。當腸道損傷后，傷口周圍存活的細胞能夠遷移至損傷區(qū)域重新形成連續(xù)的腸上皮，對腸道進行修復。體外細胞實驗表明，牛初乳能夠促進Caco-2細胞的體外增殖活性，并且促進其向損傷部位的遷移[6]。動物實驗表明，牛初乳及其活性組分可以有效降低促炎細胞因子的水平，緩解由非類固醇類抗炎藥物、2,4,6-三硝基苯磺酸和葡聚糖硫酸鈉等化學藥物引起的腸炎癥狀，修復腸黏膜，改善腸道屏障功能[62-65]。壞死性結腸炎是造成早產兒死亡的重要誘因。早產仔豬進行牛初乳干預后，壞死性結腸炎癥狀明顯得到緩解，IL-1β和IL-8等炎癥因子水平降低，遠端小腸絨毛高度和刷狀緣酶活性增加，促進早產仔豬的乳糖吸收[66]。人群實驗表明，牛初乳可以通過促進黏膜修復，提高結腸炎患者組織評分，緩解結腸炎癥[67]，加速克羅恩病兒童的康復[68]。牛初乳還可緩解由輪狀病毒和大腸桿菌等引起的兒童腹瀉，減少腹瀉和嘔吐次數(shù)[69-70]。運動員在訓練過程中常出現(xiàn)腸道通透性增強等胃腸道疾病。一項雙盲安慰劑對照實驗結果表明，運動員連續(xù)每天補充500 mg牛初乳，20 d后其糞便連蛋白含量降低，腸道通透性下降，腸道屏障功能改善[71]。波蘭的一項隨機雙盲對照試驗證明，分娩后2 h和24 h所產牛初乳能夠顯著降低運動員的腸道通透性，但是分娩后72 h所產牛初乳干預組較對照組則無明顯改善作用，說明泌乳期是影響牛初乳腸道保護功能的重要因素[72]。因此，牛初乳可以直接作用于消化道黏膜，加速胃腸道疾病的康復并減少相關并發(fā)癥，可作為腹瀉、腸炎等胃腸道疾病的輔助治療手段。

除黏膜屏障外，腸道菌群作為生物屏障在多種胃腸道疾病的發(fā)生和發(fā)展過程中同樣發(fā)揮重要作用。牛初乳含有豐富的Igs、乳鐵蛋白、低聚糖等，可以有效促進益生菌的生長及其在腸道的定植。Igs能夠增加雙歧桿菌對人結腸癌細胞HT-29的黏附，表明牛乳IgG可作為促進人體腸道有益菌生長和定植的功能性原料[73]。在體外培養(yǎng)條件下，乳鐵蛋白能夠抑制有害致病菌的增殖，而對益生菌的生長無明顯影響[74]。牛初乳低聚糖可以通過調節(jié)糖基轉移酶和聚糖合成相關基因的表達，促進雙歧桿菌在HT-29結腸癌細胞表面的定植，并且對病原菌的定植沒有影響[75]。這些研究結果表明牛初乳具有調節(jié)腸道菌群的潛在功能。

2.3 改善骨骼健康

牛初乳中含有乳鐵蛋白、Igs、IGF和TGF等多種活性成分，使其具有改善骨骼健康的功能。與普通配方乳粉喂養(yǎng)組相比，牛初乳對幼年恒河猴的體質量、身高和脂肪組織質量等無顯著影響，但可以有效增加幼年恒河猴的骨密度，有益于骨骼發(fā)育[76]。對青春期大鼠灌胃牛初乳1～30 kDa活性組分，干預6.2 周后，大鼠骨密度顯著增加，并且血清生長激素和IGF1的水平升高，表明牛初乳活性組分能夠通過調節(jié)青春期大鼠的內分泌促進骨骼生長[77]。研究發(fā)現(xiàn)，去卵巢雌性大鼠和去勢雄性大鼠每天分別灌胃1.5 g和2 g牛初乳，4 個月后大鼠骨組織中骨保護素、血管內皮生長因子A和FGF2等表達水平顯著升高，骨生成能力增強，骨組織顯微結構得到改善[78]。人群實驗表明，中老年人（＞50 歲）每天補充60 g牛初乳粉，經8 周后，受試者腿部抗壓強度增加，并且尿液中N-端肽含量明顯下降，說明牛初乳粉能夠抑制中老年人的骨吸收，增強其骨骼強度[79]。因此，牛初乳不僅具有促進骨骼生長發(fā)育的潛力，而且能夠有效改善因衰老引起的骨質流失。

關于牛初乳中發(fā)揮骨保護作用的活性組分和作用機制也有深入研究。牛初乳能夠有效緩解糖皮質激素對MC3T3-E1前成骨細胞的氧化損傷，抑制前成骨細胞凋亡[80]；去除酪蛋白的脫脂牛初乳可以有效促進間充質干細胞向成骨細胞分化，增加鈣鹽沉積，增強骨生成能力[81]。這些結果說明，牛初乳可以通過增強成骨細胞的活性和功能，促進骨生成作用，發(fā)揮骨保護功能。Du Ming等[82]利用膜過濾等方法獲得富含乳鐵蛋白、EGF和IGF等活性組分的牛初乳酸性蛋白（bovine colostrum acidic proteins，BCAP），并以50 mg/d的劑量干預去卵巢大鼠12 周，結果顯示BCAP可以有效增強大鼠的骨密度，減少骨流失，改善骨微結構退化，緩解絕經后骨質疏松癥。近年來，越來越多的研究開始關注外泌體對骨骼健康的作用。牛初乳外泌體可以有效降低抗酒石酸酸性磷酸酶的活性，抑制破骨細胞的分化，外泌體還可以調節(jié)糖皮質激素誘導小鼠的腸道菌群，改善糖皮質激素誘導的骨質疏松癥，表明外泌體是牛初乳發(fā)揮改善骨骼健康作用的有效成分之一[83]。綜上，牛初乳中富含的乳鐵蛋白、生長因子和外泌體等活性成分協(xié)同作用，不僅能夠促進骨生成，還能抑制骨吸收，使其可成為一種有益于骨骼生長發(fā)育和骨骼健康的營養(yǎng)補充劑。

2.4 提高運動能力

牛初乳具有提高運動表現(xiàn)、促進運動恢復等功能。在抗阻訓練中，牛初乳補充組運動員的肌肉質量和力量較安慰劑組顯著增加[84]。足球運動員在訓練后，以3.2 g/d的劑量補充牛初乳，6 周后運動員蹲跳訓練后恢復得更快，肌酸激酶和IL-6水平更低，說明牛初乳能夠在一定程度上加速運動恢復、提高運動能力[85]。自行車運動員每天補充10 g濃縮牛初乳粉6 周后，運動員在5 d的加強訓練中表現(xiàn)更好[86]；以20 g/d和60 g/d的劑量連續(xù)補充牛初乳8 周均能顯著增強自行車運動員的運動耐力，但是兩個劑量組間無顯著差異[87]。因此，牛初乳能夠增強運動員的運動表現(xiàn)、提高運動耐力、加速運動恢復，是一種天然、優(yōu)質的運動營養(yǎng)食品，其潛在機制可能與牛初乳增加機體代謝緩沖能力、增強免疫功能等有關[88]。

2.5 降低血糖和血脂

牛初乳及其活性組分還具有降血糖、降血脂和護肝等功能。2型糖尿病患者每天攝入5 g牛初乳4 周后，血糖、膽固醇和甘油三酯水平顯著下降[89]。利用超濾富集分娩后24 h牛初乳的IGF1組分，并以50 μg/kgmb的劑量干預鏈脲佐菌素誘導的糖尿病小鼠，4 周后糖尿病小鼠血糖水平顯著降低，體質量明顯增加，腎臟和肝臟質量明顯下降，表明牛初乳的IGF1組分可以用于糖尿病患者的輔助治療[90]。非酒精性脂肪肝炎和胰島素抵抗患者服用Imm124-E（一種IgG增強的牛初乳提取物）30 d后，血清中胰高血糖素樣肽-1、脂聯(lián)素水平和調節(jié)性T細胞數(shù)目顯著增加，血糖紊亂和肝臟脂質變性程度得到改善[91]。胰島素抵抗、糖尿病和非酒精性脂肪肝等疾病均涉及腸道屏障功能受損、炎癥反應等病理進程，牛初乳的免疫調節(jié)、腸道黏膜保護和改善腸道菌群功能可能是其改善上述疾病的作用機制，而具體的分子機制仍需進一步探究。

2.6 促進皮膚健康

牛初乳還能夠促進皮膚的修復，其不僅能夠促進人角質細胞的增殖和遷移[92]，還能通過激活PI3K/PLC-γ/PKCα信號通路，促進人初代角質細胞從增殖向分化狀態(tài)的轉變，增加角質細胞分化早期和晚期標志蛋白的表達，促進絲聚合蛋白的成熟[93]；此外，通過外敷牛初乳粉可以縮短皮膚外傷愈合時間，降低患者的疼痛反應[94]，表明牛初乳可作為皮膚類疾病的輔助治療手段。

3 牛初乳活性成分的加工穩(wěn)定性

牛初乳中的Igs、乳鐵蛋白、生長因子等活性成分極易受熱處理、干燥等加工條件的影響，牛初乳活性成分和生物學功能的保留程度是評價牛初乳相關產品品質的重要指標。

3.1 不同殺菌方式對牛初乳活性成分穩(wěn)定性的影響

熱處理是乳品加工的重要生產環(huán)節(jié)，主要目的在于殺死微生物和使酶失活，對于保證乳制品安全以及延長貨架期至關重要。目前，乳制品生產中基于熱處理的殺菌方式主要有兩種：超高溫瞬時滅菌（ultrahigh temperature，UHT）和巴氏殺菌。UHT的條件為135 ℃下殺菌2～5 s，UHT能夠有效殺滅多種微生物和孢子，延長產品在室溫下的貨架期，但會導致牛初乳中IgG幾乎完全失活，并破壞多種其他活性成分[95]，說明UHT不適用于牛初乳相關產品的生產。巴氏殺菌分為高溫短時（high-temperature short-time，HTST）和低溫長時（low-temperature long-time，LTLT）巴氏殺菌。HTST殺菌條件為72～85 ℃下加熱15 s，而LTLT殺菌條件為63 ℃下加熱至少30 min。兩種巴氏殺菌工藝均會造成Igs發(fā)生不同程度的損失，其中HTST會造成約25%的Igs變性[96]，LTLT則導致約12.3%的IgG損失[97]，但是經兩種殺菌工藝獲得的牛初乳均能促進腸道上皮細胞的增殖，促進脂多糖刺激條件下腸道上皮細胞免疫調節(jié)因子的分泌[98]。因此，生產者可根據(jù)生產和貯藏需求，選擇合適的巴氏殺菌工藝，在保證牛初乳產品安全的同時最大程度地保留生物活性組分，滿足消費者對高質量牛初乳產品的需求。

3.2 基于膜過濾技術的非熱除菌方式有利于牛初乳活性成分的保持

基于膜過濾的除菌方式也是液態(tài)牛初乳產品生產的主要工藝之一。與傳統(tǒng)的熱處理殺菌相比，膜過濾除菌工藝可全程低溫，不僅能夠有效控制并除去牛初乳中的病原菌，還能保護Igs和生長因子等功效成分。脫脂牛初乳經1.4 μm和0.8 μm孔徑的濾膜處理后好氧嗜溫菌總數(shù)分別降至104CFU/mL和10 CFU/mL以下，并且這兩種孔徑的濾膜均能使牛初乳IgG的保留率達到70%～90%[99]。將膜過濾與熱處理結合不僅能夠有效控制牛初乳中的病原菌，還能最大程度地保持牛初乳的品質，在50 ℃條件下用0.22 μm孔徑濾膜過濾脫脂牛初乳，所得濾液可達到接近無菌的狀態(tài)，且IgG保留率高達90%[100]。采用微濾和超濾結合的多級膜分離技術，不僅能夠保證牛初乳的微生物安全性，還能定向富集牛初乳TGF-β等活性組分[101]，開發(fā)具有特定生物功能的牛初乳產品，滿足不同消費者的需求。因此，膜分離等低熱處理技術更有利于保持和富集初乳活性成分。

3.3 不同干燥方式對牛初乳活性成分穩(wěn)定性的影響

干燥是乳制品生產的重要環(huán)節(jié)之一。干燥后產品水分活度的下降能夠有效抑制微生物的生長，減緩化學反應，防止乳品品質下降，延長貨架期，也更利于乳品的貯藏、包裝和運輸?shù)?。目前，生產牛初乳粉的方式主要有噴霧干燥和冷凍干燥兩種。冷凍干燥引起的蛋白質變性程度低，對TGF-β2和IGFI等生長因子和抗體的保留程度高[102]，對IgG的破壞程度小[103]，但干燥效率低、規(guī)模小、自動化程度較低、生產成本高[5]。噴霧干燥則是乳粉類產品生產中應用最廣泛的干燥方式，具有規(guī)模大、耗時短、成本低等優(yōu)點，分為低溫噴霧干燥和高溫噴霧干燥。高溫噴霧干燥工藝操作溫度較高，進樣口溫度可高達180 ℃，易導致乳鐵蛋白、Igs和TGF-β等熱敏性活性成分的損失[104]，因此高溫噴霧干燥在牛初乳粉生產中的應用具有一定的局限性。相比于傳統(tǒng)噴霧干燥，低溫干燥工藝則更有利于牛初乳活性成分的保持[105]。低溫噴霧干燥利用溫度較低且含濕量極低的空氣作為載體，快速去除物料中的水分，可減少傳統(tǒng)噴霧干燥過程中高溫引起的蛋白變性和熱敏性活性成分的破壞[106]。

總地來說，牛初乳粉的生產要經歷從生乳收集、貯藏、運輸?shù)矫撝?、殺菌、干燥等各個過程，而每個環(huán)節(jié)對于終產品的營養(yǎng)性、安全性、活性物質穩(wěn)定性都至關重要，終產品的品質取決于各環(huán)節(jié)的質量控制。因此，初乳粉的質量和品質取決于整個生產加工流程。

4 牛初乳的人群適用性

人類食用牛初乳的歷史已有上千年，近幾十年來，牛初乳也一直被作為功能性乳基料，在全球范圍內用于飲品、乳制品等生產。牛初乳作為一種天然動物源食品，與其他天然乳品、大豆制品、蜂蜜等食品一樣含有微量的內源性激素，但是不含外源性激素。牛初乳中天然存在的內源性激素主要為脂溶性激素，會隨著牛初乳生產過程中脫脂、殺菌、干燥等工藝流失[107]。實際上人體每日從飲食中攝入的激素水平遠低于自身產生的內源性激素。臨床試驗也證明了兒童、非孕婦成人和運動員等在一定劑量范圍內攝入牛初乳的安全性，其中兒童的攝入劑量范圍約為500 mg/d～3 g/d，成年人和運動員的攝入劑量范圍約為400 mg/d～20 g/d（表2）。因此，科學合理地攝入牛初乳不僅能為青少年兒童的身體健康和生長發(fā)育提供營養(yǎng)支持[9]，還能滿足中老年人、運動員等特殊人群的營養(yǎng)和健康需求[108]。

表2 牛初乳臨床試驗Table 2 Clinical experiments of bovine colostrum

目前，既不能在嬰幼兒配方食品和其他食品中使用牛初乳，也不能在膳食補充劑中使用牛初乳的代表性國家為日本；不能在嬰幼兒配方食品和其他食品中使用，但能在膳食補充劑中添加牛初乳的代表性國家包括新西蘭和澳大利亞；美國僅不允許在1 歲以下的嬰幼兒配方食品中使用，其他食品和膳食補充劑均可添加牛初乳；歐盟除嬰幼兒配方食品外，也不允許在3 歲以上的配方食品中使用牛初乳，其他非配方食品和膳食補充劑均可使用；此外，越南、韓國和中國臺灣等經過備案審批后，牛初乳可以被添加于各類食品中。2012年，我國原衛(wèi)生部在《牛初乳類產品適用標準問題的復函》中表示，嬰幼兒配方食品中不得添加牛初乳以及用牛初乳為原料生產的乳制品，而在其他普通食品中可以按照相關食品標準添加牛初乳為原料的乳制品。目前，隨著牛初乳安全性和功能性評價體系的不斷完善、我國牛初乳行業(yè)不斷規(guī)范，牛初乳及相關產品將被越來越多的消費者所接受，牛初乳行業(yè)將迎來嶄新階段。

5 結語

牛初乳富含乳鐵蛋白、Igs、低聚糖、生長因子和微量營養(yǎng)素等多種活性成分，是天然功能因子的優(yōu)質來源。大量證據(jù)表明，牛初乳中活性組分協(xié)同作用，具有調節(jié)免疫、改善腸道健康、促進骨骼健康、增強運動能力等多種生物功能。隨著“十四五”規(guī)劃中“健康中國”建設的全面推進和人民生活水平的提高，消費者對于功能性乳制品的需求日益增加，我國牛初乳市場容量也將持續(xù)擴大。將牛初乳與磷脂、益生菌、多酚以及PUFAs等功能性成分復配，針對不同群體開發(fā)精準營養(yǎng)產品，不僅能夠促進牛初乳產品市場的多元化，豐富消費者的選擇，也能更好地為人民的健康保駕護航。