褪黑素合成調(diào)控及功能乳制備研究進(jìn)展

王 俊,王維佳,王立凱,路永強(qiáng)*,劉國(guó)世*

(1.北京市畜牧總站,北京 100107;2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物科技學(xué)院,北京 100193)

在現(xiàn)代生活中,人們?cè)絹碓疥P(guān)注健康和營(yíng)養(yǎng),而食物作為健康的重要來源,其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值也受到了更多的關(guān)注。尤其是動(dòng)物源性食品,如牛奶,是人們?nèi)粘ｏ嬍车闹匾M成部分,因此提高其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值具有重要的實(shí)際意義。褪黑素(melatonin,MT)俗稱美拉酮寧、抑黑素、松果腺素、褪黑激素和腦白金。褪黑素主要是由腦松果體合成分泌的激素之一,具有抗氧化、抗炎癥、抗抑郁和調(diào)控生殖活動(dòng)等多種功能。目前褪黑素在動(dòng)物身體內(nèi)的自然生成及其在提高食物營(yíng)養(yǎng)價(jià)值方面的潛力引起了人們的關(guān)注,但在這個(gè)領(lǐng)域的研究還處于早期階段,需要更多的科學(xué)數(shù)據(jù)和實(shí)踐證據(jù)來支持。富含褪黑素的功能性食品在世界市場(chǎng)上廣受歡迎。在世界范圍內(nèi),美國(guó)和中國(guó)香港等少數(shù)國(guó)家和地區(qū)把人工合成的褪黑素作為食品添加劑,而加拿大、英國(guó)和法國(guó)等絕大多數(shù)國(guó)家和地區(qū)把人工合成的褪黑素歸為藥物,不能直接作為食品添加劑。研發(fā)富含天然褪黑素的食品成為歐洲及國(guó)際上崇尚天然、追求安全人群的迫切需求。因此,文章詳細(xì)探討了褪黑素的生物合成、調(diào)控因素和生理學(xué)功能,以及不同國(guó)家(芬蘭、英國(guó)、德國(guó)和中國(guó))關(guān)于提高牛奶中褪黑素含量的研究進(jìn)展,希望能為對(duì)這個(gè)領(lǐng)域感興趣的讀者提供有用的信息,也能為未來褪黑素功能性食品的開發(fā)和牛奶生產(chǎn)的改進(jìn)提供理論基礎(chǔ)。

1 褪黑素生物合成及生理學(xué)功能

1.1 褪黑素生物合成

褪黑素化學(xué)名稱為N-乙酰基-5-甲氧基色胺,廣泛分布于多種細(xì)菌、真菌、植物和動(dòng)物中[1-3]。哺乳動(dòng)物的多個(gè)組織器官(松果體、視網(wǎng)膜、皮膚、唾液腺、胃腸道、心臟、肝臟、脾臟、腎臟、胸腺、紅細(xì)胞、胎盤、卵巢等)均能以自分泌或旁分泌的方式合成褪黑素[4-11]。褪黑素合成后可被運(yùn)送到全身各處,存在于血液、唾液、尿液和乳汁中[12-14]。在哺乳動(dòng)物中,褪黑素生物合成主要以色氨酸為底物,經(jīng)過四個(gè)步驟合成:第一步,在色氨酸羥化酶(tryptophane hydroxylase,THP)的催化下形成5-羥基色氨酸;第二步,5-羥基色氨酸在L-芳香族氨基酸脫羧酶(L-aromatic amino acid decarboxylase,AAAD)的催化下形成5-羥色胺(血清素);第三步,5-羥色胺在5-羥色胺N-乙酰轉(zhuǎn)移酶(serotonin-N-acetyltransferase,SNAT)或芳基烷基胺N-乙酰轉(zhuǎn)移酶(arylalkylamine-N-acetyltransferase,AANAT)乙酰化作用下生成N-乙?；?5-羥色胺(N-乙酰血清素);最后在N-乙?；?5-羥色胺在N-乙酰-5-羥色胺-O-甲基化酶(N-acetylserotonin methyltransferase,ASMT)或羥吲哚-O-甲基轉(zhuǎn)移酶(hydroxyindole-o-methyl transferase,HIOMT)甲基化作用下合成褪黑素[15](見圖1)。

注:引自參考文獻(xiàn)[16]。

褪黑素一旦合成,可迅速被釋放至體循環(huán),到達(dá)中樞和外周靶組織,發(fā)揮生理功能[17]。生物體內(nèi)大多數(shù)組織器官都能夠分泌褪黑素,但只有松果體和視網(wǎng)膜中褪黑素合成具有晝夜節(jié)律性,表現(xiàn)為晝低夜高的變化趨勢(shì),并且可根據(jù)四季白晝長(zhǎng)短的不同表現(xiàn)出季節(jié)性變化。此外,褪黑素分泌也受到年齡的影響,隨年齡增長(zhǎng)外周血中濃度不斷下降,在幼兒期含量保持最高值,進(jìn)入老年期后含量大幅降低[18]。

1.2 褪黑素的生理功能

褪黑素是一種多效分子,具有調(diào)節(jié)睡眠和情緒、提高機(jī)體免疫水平和抗氧化能力、促進(jìn)骨骼生長(zhǎng)、保護(hù)神經(jīng)系統(tǒng)和抑制腫瘤發(fā)生等功能[19]。同時(shí),褪黑素作用位點(diǎn)廣泛,可在卵巢、子宮、胎盤和肝臟等多種組織器官發(fā)揮生理功能。

眾所周知,褪黑素在促進(jìn)睡眠、調(diào)節(jié)情緒和重建生物節(jié)律方面發(fā)揮重要作用[20]。保持正常睡眠對(duì)人的情緒和身體健康至關(guān)重要,睡眠不足會(huì)導(dǎo)致肥胖、糖尿病、心臟病和抑郁癥等疾病的發(fā)生[21]。當(dāng)前,由于夜班和輪班導(dǎo)致工作人員整夜暴露于光線下,受到光刺激的影響,造成褪黑素分泌減少、晝夜節(jié)律紊亂,從而引起睡眠障礙和多種疾病的發(fā)生。目前,外源褪黑素已被用于臨床治療入睡困難和睡眠障礙等[19]。此外,褪黑素在歐洲已被批準(zhǔn)用于治療55歲以上患者的原發(fā)性失眠。臨床試驗(yàn)結(jié)果表明,褪黑素可有效治療失眠、自閉癥和抑郁癥[22]。外源補(bǔ)充褪黑素有助于維持體內(nèi)褪黑素的水平,減輕由褪黑素分泌減少所引起的睡眠問題,恢復(fù)睡眠質(zhì)量。研究發(fā)現(xiàn),患有原發(fā)性失眠的老年患者在睡前1 h服用5 mg的褪黑素,連續(xù)治療8周,可以顯著提高患者的睡眠質(zhì)量[23]。阮志鵬等[24]報(bào)道,每日服用3 mg褪黑素能夠治療老年性睡眠障礙。

褪黑素也被應(yīng)用于抑郁癥和其他神經(jīng)疾病的治療當(dāng)中。在重度抑郁、雙相情感障礙、精神分裂癥或自閉癥患者中可觀察到夜間褪黑素分泌減少,使用褪黑素受體激活劑(促進(jìn)褪黑素與受體結(jié)合)治療后,重度抑郁癥和焦慮狀況得到顯著改善[25-30]。代娟等[31]報(bào)道,褪黑素和抗抑郁劑聯(lián)合使用能夠有效緩解患者的抑郁狀況和睡眠障礙。此外,褪黑素能夠輔助治療精神疾病,減輕精神分裂癥患者的病癥,穩(wěn)定患者情緒[32-33]。

褪黑素具有很強(qiáng)的抗氧化功能。褪黑素不但能清除自由基,激活內(nèi)源性抗氧化酶,提高機(jī)體抗氧化能力,還可與其代謝產(chǎn)物形成抗氧化級(jí)聯(lián),產(chǎn)生自由基清除產(chǎn)物,通過多種機(jī)制降低機(jī)體氧化損傷[34-36]。褪黑素的抗氧化功能在維持機(jī)體正常生理功能和調(diào)節(jié)穩(wěn)態(tài)方面發(fā)揮重要作用[37]。H.Khaldy等[38]報(bào)道,褪黑素與維生素C、維生素E和去甲腎上腺素等抗氧化劑相比具有更強(qiáng)的抗氧化能力,能有效清除自由基。研究發(fā)現(xiàn),褪黑素能逆轉(zhuǎn)過氧化氫(H2O2)對(duì)間充質(zhì)干細(xì)胞產(chǎn)生的毒害作用,增加間充質(zhì)干細(xì)胞中谷胱甘肽(glutathione,GSH)含量,提高超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)和過氧化氫酶(catalase,CAT)活性,減少細(xì)胞炎癥因子分泌,降低細(xì)胞凋亡率,提高細(xì)胞的活力,維持細(xì)胞正常生理功能[39]。褪黑素還具有抗炎和抗凋亡的特性[40]。作為一種抗炎分子,褪黑素能夠抑制炎癥發(fā)生,保護(hù)細(xì)胞機(jī)體免受損傷。S.M.El-Shenawy等[41]發(fā)現(xiàn),褪黑素能夠抑制卡拉膠誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng),減輕電刺激大鼠的痛感。

褪黑素是免疫系統(tǒng)的重要調(diào)節(jié)劑,已被證明可增強(qiáng)天然免疫和獲得性免疫,并激活單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞[42-46]。作為一種免疫調(diào)節(jié)劑,褪黑素能夠促進(jìn)淋巴細(xì)胞增殖和Th細(xì)胞分泌白細(xì)胞介素2(interleukin-2,IL-2)和干擾素,提高機(jī)體免疫力。研究發(fā)現(xiàn),多次注射褪黑素后,顯著增加了松果體和大腦中巨噬細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量。褪黑素已被證明可以抑制自然殺傷細(xì)胞(Natural killer cell,NK)活性,使接受褪黑素治療人群的中性粒細(xì)胞趨化反應(yīng)增強(qiáng)[47-48]。正常小鼠和免疫抑制小鼠注射褪黑素可顯著增強(qiáng)抗體反應(yīng),并恢復(fù)已受損的輔助性T細(xì)胞活性[49]。褪黑素可通過刺激白細(xì)胞介素2(interleukin-2,IL-2)和白細(xì)胞介素1β(interleukin-1β,IL-1β)的產(chǎn)生,增強(qiáng)細(xì)胞免疫[50]。創(chuàng)傷出血后服用褪黑素可以顯著改善機(jī)體免疫功能,增強(qiáng)脾細(xì)胞增殖能力,恢復(fù)腹腔巨噬細(xì)胞釋放白細(xì)胞介素1(interleukin-1,IL-1)和白細(xì)胞介素6(interleukin-6,IL-6)及脾細(xì)胞釋放IL-2和白細(xì)胞介素3(interleukin-3,IL-3)的能力[51]。

褪黑素的抗癌作用已在多項(xiàng)研究中得到證實(shí)。褪黑素的抗癌途徑包括抑制腫瘤增殖、增強(qiáng)宿主抗癌防御機(jī)制和提升機(jī)體免疫能力等[52]。目前,褪黑素已被應(yīng)用于腫瘤的輔助治療[53]。一項(xiàng)研究表明,同時(shí)使用褪黑素、依托泊苷和順鉑能夠提高轉(zhuǎn)移性非小細(xì)胞肺癌化療患者的生存率和生活質(zhì)量[54]。徐麗等[55]報(bào)道,褪黑素能夠抑制胃癌細(xì)胞的遷移。大劑量的褪黑素(10～40 mg/d)應(yīng)用于腎臟、肝臟和腦實(shí)體瘤治療,可使患者的死亡率降低34%[56]。

2 褪黑素合成的影響因素

2.1 光照影響褪黑素合成和分泌的晝夜節(jié)律

為適應(yīng)每日環(huán)境變化,動(dòng)物進(jìn)化出24 h睡眠-覺醒周期,并表現(xiàn)出生理和行為的周期性變化,這一生理現(xiàn)象被稱為晝夜節(jié)律。哺乳動(dòng)物晝夜節(jié)律系統(tǒng)由位于下丘腦視交叉上核(SCN)的晝夜節(jié)律起搏器驅(qū)動(dòng),使動(dòng)物與外界環(huán)境相互作用,通過感應(yīng)外界環(huán)境變化,如光照、溫度和食物變化等,調(diào)節(jié)自身生理功能,從而保證機(jī)體健康。

在多種生理、心理及分子調(diào)控過程中都能觀察到日常節(jié)律,如體溫、心率、睡眠、情緒、基因表達(dá)和褪黑素的分泌等。其中褪黑素的自然分泌遵循晝夜節(jié)律,表現(xiàn)為夜間合成分泌最高,而白天較低。褪黑素的合成由生物鐘控制,視網(wǎng)膜將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為神經(jīng)信號(hào),通過視網(wǎng)膜下丘腦束(RHT)傳送到SCN,SCN經(jīng)神經(jīng)元輸出途徑將神經(jīng)信號(hào)傳送到松果體,由松果體將神經(jīng)信息轉(zhuǎn)換為內(nèi)分泌信息輸出,神經(jīng)末梢釋放去甲腎上腺素(NE)與松果體膜上的β-腎上腺素能受體結(jié)合,增加cAMP水平,影響AANAT的活性,調(diào)控褪黑素生成[57-58]。合成的褪黑素通過主動(dòng)或被動(dòng)釋放的方式進(jìn)入腦脊液或者血液,經(jīng)體液循環(huán),到達(dá)全身各處,發(fā)揮生理功能。通過這一途徑,將褪黑素內(nèi)源性晝夜節(jié)律與環(huán)境的明暗周期同步,使得褪黑素的分泌表現(xiàn)出和明暗周期相一致的相位變化。

2.1.1 光照波長(zhǎng)對(duì)褪黑素分泌的影響

光照是影響褪黑素分泌的關(guān)鍵因素,根據(jù)一天中光周期、光照波長(zhǎng)和光照強(qiáng)度的不同而影響其分泌[59]。其中光色對(duì)褪黑素分泌的影響最為顯著。光色又稱為光照波長(zhǎng),不同波長(zhǎng)的光對(duì)應(yīng)不同的顏色。藍(lán)光的波長(zhǎng)范圍在430～450 nm,黃光的波長(zhǎng)在570～600 nm,紅光的波長(zhǎng)在630～760 nm。一般來說,與短波長(zhǎng)光相比,長(zhǎng)波長(zhǎng)光穿透效率更高。因此,不同波長(zhǎng)的光對(duì)動(dòng)物的影響不同。研究報(bào)道,受到藍(lán)色LED燈光照射的奶牛,褪黑素分泌受到抑制;而與藍(lán)色LED燈光相比,黃色LED燈光能夠提高奶牛夜間褪黑素水平[60]。研究者研究了5種不同波長(zhǎng)的光(光色)對(duì)唾液腺褪黑素分泌的影響,結(jié)果表明,短波長(zhǎng)光對(duì)褪黑素分泌具有抑制作用。波長(zhǎng)470 nm的藍(lán)光、波長(zhǎng)497 nm的藍(lán)綠光和波長(zhǎng)525 nm的綠光均能顯著抑制褪黑素分泌,其中波長(zhǎng)為497 nm的藍(lán)綠光能夠抑制近81%的夜間唾液腺褪黑素分泌,同時(shí)引起褪黑素達(dá)到峰值的相位發(fā)生延遲。然而,波長(zhǎng)595 nm的琥珀色光和波長(zhǎng)為660 nm的紅光不會(huì)抑制褪黑素的分泌[61]。M.J.Bayarri等[62]研究不同光色和光照強(qiáng)度對(duì)歐洲鱸魚眼部和血清褪黑素分泌的影響,發(fā)現(xiàn)610～687 nm的紅光在6.0 W/cm2輻照度下能夠顯著提高鱸魚眼部褪黑素濃度,對(duì)血清褪黑素濃度沒有顯著影響;434～477 nm的藍(lán)光在6.0 W/cm2輻照度下降低了血清褪黑素濃度。S.A.Rahman等[63]研究發(fā)現(xiàn),相較于藍(lán)光和紅光,綠光更能提高肉雞視網(wǎng)膜和松果體內(nèi)AANAT基因mRNA相對(duì)表達(dá)量,促進(jìn)褪黑素的分泌。研究表明,450～460 nm波長(zhǎng)的光對(duì)鐘基因的表達(dá)和褪黑素的分泌沒有影響,而470～480 nm波長(zhǎng)的光能夠促進(jìn)二者的表達(dá)。

2.1.2 光周期對(duì)褪黑素分泌的影響

光照周期是指一天中白天和夜晚的相對(duì)長(zhǎng)度。實(shí)際生產(chǎn)中,常根據(jù)不同的生產(chǎn)需要調(diào)整動(dòng)物的光照周期,根據(jù)一天內(nèi)明暗的長(zhǎng)短將光周期分為長(zhǎng)光周期(LDPP)、短光周期(SDPP)、持續(xù)光照期(LL)和持續(xù)黑暗期(DD)等。除了光色影響褪黑素分泌外,光周期也在影響褪黑素分泌中發(fā)揮著一定的作用。研究表明,延長(zhǎng)光周期至16 h能顯著提升牛奶中褪黑素含量,使褪黑素含量由19.36 pg/mL提升至28.20 pg/mL[64]。不同光周期對(duì)紅嘴林鶉血液褪黑素濃度影響的研究表明,隨著光照時(shí)間的增加,血液褪黑素濃度表現(xiàn)降低的趨勢(shì)[65]。S.P.Karaganis等[66]發(fā)現(xiàn),體外培養(yǎng)的松果體細(xì)胞中的褪黑素合成受到光周期的影響。L.Bai等[67]發(fā)現(xiàn),不同光周期條件下松果體鐘基因Cper2和褪黑素合成酶基因AANAT的表達(dá)表現(xiàn)出不同的相位變化。

2.1.3 光照強(qiáng)度對(duì)褪黑素分泌的影響

光照強(qiáng)度是指單位時(shí)間內(nèi)單位面積上所接受到的可見光通量,用勒克斯(lx)表示。光照強(qiáng)度又被稱為照度,反映光照的強(qiáng)弱和事物表面積對(duì)照明程度接受的高低。許多研究報(bào)道,光照強(qiáng)度影響動(dòng)物的生長(zhǎng)性能和行為。光照強(qiáng)度也會(huì)影響褪黑素的分泌。白天較強(qiáng)的光照強(qiáng)度能夠減少夜間光照所引起的褪黑素分泌抑制,T.Kozaki等[68]讓受試者在白天(09:00—12:00)暴露于不同的光照條件下(10,100,300,900,2 700 lx)和夜間(01:00—02:30)暴露在300 lx的強(qiáng)光下發(fā)現(xiàn),白天處于100,300 lx光照條件下、夜間受到強(qiáng)光照射后受試者唾液中褪黑素濃度顯著下降;而白天處于900,2 700 lx光照條件下,夜間光照前后唾液中褪黑素濃度沒有顯著差異。V.Kumar等[69]報(bào)道,白天光照強(qiáng)度會(huì)影響夜間褪黑素分泌,將鳥類從黑暗環(huán)境轉(zhuǎn)到明亮環(huán)境褪黑素變化顯著,而將鳥類從明亮環(huán)境轉(zhuǎn)到黑暗環(huán)境下時(shí)褪黑素沒有顯著變化。一項(xiàng)探究不同光照強(qiáng)度對(duì)睡眠障礙病人褪黑素分泌影響的研究發(fā)現(xiàn),暴露在400 lx光照強(qiáng)度下病人晝夜節(jié)律的維持優(yōu)于暴露在高光照強(qiáng)度下的病人[70]。

2.2 溫度對(duì)褪黑素分泌的影響

季節(jié)變化影響脊椎動(dòng)物褪黑素分泌,科學(xué)家普遍認(rèn)為是由于不同季節(jié)的光周期變化影響了松果體的功能。然而,季節(jié)變化也包括溫度變化,盡管溫度變化調(diào)控褪黑素分泌的現(xiàn)象在動(dòng)物身上沒有系統(tǒng)觀測(cè)到,但有研究表明溫度是影響褪黑素分泌的一個(gè)環(huán)境因素。L.G.Nisembaum等[71]研究溫度升高對(duì)大西洋鮭魚血漿褪黑素含量的影響發(fā)現(xiàn),隨著溫度升高夜間褪黑素分泌增加。X.Xu等[72]研究發(fā)現(xiàn),環(huán)境溫度升高對(duì)褪黑素分泌的影響有限。相反,低溫是誘發(fā)倉鼠分泌褪黑素的主要因素。低溫可以上調(diào)褪黑素合成酶基因AANAT和ASMT的表達(dá),促進(jìn)褪黑素合成。A.R.Tilden等[73]發(fā)現(xiàn),溫度影響褪黑素分泌的振幅,在10 ℃、12L∶12D明暗周期環(huán)境下菱形水蛇血清褪黑素濃度低于25 ℃光周期環(huán)境下,而暗周期血清褪黑素濃度沒有變化。M.Iigo等[74]報(bào)道,當(dāng)金魚在3—4月處在溫度5,15,25 ℃、明暗周期12L∶12D時(shí),黑暗中期金魚的褪黑激素水平呈溫度依賴性增加,表明金魚血漿褪黑素受到溫度的調(diào)節(jié)。

3 天然高褪黑素奶生產(chǎn)技術(shù)研究進(jìn)展

3.1 芬蘭天然高褪黑素奶生產(chǎn)技術(shù)

2001年芬蘭率先發(fā)表了一種生產(chǎn)富含褪黑素牛奶方法的發(fā)明專利,通過光控技術(shù)手段生產(chǎn)天然高褪黑素牛奶的方法逐漸走進(jìn)研究人員的視野[75]。

為了生產(chǎn)天然高褪黑素牛奶,技術(shù)人員提出通過改變自然狀態(tài)下的明暗周期調(diào)控一天之中的黑暗持續(xù)時(shí)間,改變奶牛的日常節(jié)律,使其處于長(zhǎng)度基本不變的暗周期和光周期中,并且通過在黑暗期結(jié)束之前收集牛奶的方法來獲得天然高褪黑素牛奶。該方法提出的光照制度:光周期長(zhǎng)度在13～22 h,暗周期光照長(zhǎng)度在2～11 h;光周期光照強(qiáng)度在150 lx以上,光照強(qiáng)度在250 lx以上為最優(yōu)光照強(qiáng)度;暗周期光照強(qiáng)度在40 lx以下,小于10 lx為最優(yōu)光照強(qiáng)度。每日早晨擠奶時(shí)間保持在黑暗期結(jié)束之前,擠奶時(shí)允許奶牛暴露在光源下的時(shí)間為30 min,進(jìn)入奶牛眼睛的最大光線不超過40 lx,通過上述方法進(jìn)行操作可以確保牛奶中褪黑素濃度保持在較高水平。即在生產(chǎn)實(shí)踐中夜晚23:00至次日07:00之間牛舍內(nèi)的光照強(qiáng)度保持在10 lx,06:30之前完成擠奶工作。遵循上述程序進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化褪黑素牛奶生產(chǎn),可使牛奶中的褪黑素濃度保持在20 pg/mL以上。

3.2 英國(guó)天然高褪黑素奶生產(chǎn)技術(shù)

英國(guó)于2002年發(fā)布了一項(xiàng)有關(guān)提高牛奶中天然褪黑素含量的專利[76],通過該方法生產(chǎn)的牛奶褪黑素含量為15～30 pg/mL。該專利要求控制一天內(nèi)的明暗周期,將一天分為光周期和暗周期,光周期時(shí)間控制在14～16 h,暗周期時(shí)間控制在8～10 h;同時(shí)調(diào)控光照強(qiáng)度,光周期平均光照強(qiáng)度在1 000 lx以上,暗周期平均光照強(qiáng)度不超過50 lx;保證一天中至少完成2次擠奶,其中一次擠奶在暗周期結(jié)束前完成,并要求將暗周期收集與其他時(shí)間段內(nèi)收集牛奶分別儲(chǔ)存、加工。

使用該方法生產(chǎn)天然褪黑素含量較高的牛奶,需要應(yīng)盡可能使暗周期范圍與自然日節(jié)律一致,如不能滿足,也可以在一天內(nèi)和任何階段進(jìn)行;當(dāng)光周期光照強(qiáng)度不能達(dá)到1 000 lx時(shí),應(yīng)采取補(bǔ)充人工光源的方法。日常擠奶在晚上21:00至次日05:00進(jìn)行最好,暗周期結(jié)束前的擠奶時(shí)間最好在05:00左右;若一天內(nèi)進(jìn)行2次擠奶,非暗周期擠奶時(shí)間可以選在19:00左右;若一天內(nèi)進(jìn)行3次擠奶,非暗周期擠奶時(shí)間可以選在13:00,暗周期擠奶時(shí)間在21:00和05:00。

3.3 德國(guó)天然高褪黑素奶生產(chǎn)技術(shù)

德國(guó)于2009年公布了一種生產(chǎn)高褪黑素含量牛奶和乳制品的方法[77]。該方法將雌性哺乳動(dòng)物的日周期分為光周期和暗周期,并將光周期分為兩個(gè)階段,一種光照狀態(tài)下的白天階段和不同光照狀態(tài)下的夜間階段。第一階段(白天階段)使哺乳動(dòng)物暴露在含有一定比例藍(lán)光的光照條件下,此階段主要目的是抑制褪黑素的分泌;在第二階段(夜晚階段)使用至少一種發(fā)射波長(zhǎng)在500 nm以上的光源,要求該光源能夠發(fā)射紅光、橙光、黃光或者是它們的混合光,并使哺乳動(dòng)物接受至少2 h以上該光源的照射。此階段通過施加光控制,最大限度解除褪黑素分泌所受到抑制的狀況,從而提高牛奶褪黑素的濃度。

白天階段補(bǔ)充光源應(yīng)選用類似太陽光(290～770 nm)的全光譜(375～725 nm),在白天最大限度地抑制褪黑素分泌;夜間優(yōu)先選擇黃色、橙色、琥珀色或者紅色的光源照射至少1 h,照射6 h以上效果更佳;夜間不需要完全的黑暗,盡量使用不含有藍(lán)光成分的光照明。按照上述流程操作,在暗周期結(jié)束前完成一次擠奶操作,縮短暗周期的時(shí)間,可提高牛奶中的褪黑素含量。例如,暗周期延長(zhǎng)光照時(shí)間到16 h,優(yōu)選大于18 h的光照時(shí)間,能夠使褪黑素在暗周期分泌達(dá)到高峰。正常牛奶中褪黑素含量為1.5～3.0 pg/mL,按照此方法生產(chǎn),能夠使牛奶中褪黑素含量提高至少2倍,甚至高達(dá)10倍。按照上述方法收集到的牛奶以正常方式進(jìn)行加工,同樣能夠獲得較高褪黑素濃度的乳制品。例如,使用該方法加工出的奶粉中褪黑素含量可達(dá)200 pg/mL以上。

3.4 中國(guó)天然高褪黑素奶生產(chǎn)技術(shù)

2012年我國(guó)公布了一種獲得高褪黑素含量原料乳的方法。該方法將奶牛飼養(yǎng)階段分為光照期、黑暗期和擠奶期。光照期使用540～600 lx光照強(qiáng)度的燈光,于每天的03:00—15:00進(jìn)行照明;黑暗期每隔1～2 h使用240～300 lx光照強(qiáng)度的藍(lán)綠光(420～480 nm)光照15～30 min,其余時(shí)間將燈光的光照強(qiáng)度控制在在20～40 lx之間。在02:30—03:00擠奶,使用240～300 lx光照強(qiáng)度的藍(lán)綠光(420～480 nm)進(jìn)行光照。應(yīng)用上述方法能夠促進(jìn)黑暗期褪黑素分泌。黑暗期采用藍(lán)綠光間歇式照明的方式,能夠反復(fù)刺激視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞,加快褪黑素分泌。

應(yīng)用此方法能夠獲得較高濃度的褪黑素原料乳,提高原料乳乳糖含量。使原料乳褪黑素含量達(dá)到50～71 pg/mL,乳糖含量達(dá)到44～56 pg/mL,可以有效解決原料乳褪黑素和乳糖含量低的問題。

4 展 望

褪黑素具備抗氧化、抗炎癥、控制節(jié)律和調(diào)節(jié)機(jī)體免疫力等多種生理功能。大量研究表明,常量服用褪黑素?zé)o不良反應(yīng)及毒性作用?；谕屎谒貜?qiáng)大的生物功能和安全性,可推廣應(yīng)用于畜牧業(yè)生產(chǎn),如抗奶牛乳房炎、降低牛奶中體細(xì)胞數(shù)量、提高奶牛泌乳量等,能夠有效改善動(dòng)物生產(chǎn)性能。同時(shí),天然高褪黑素功能食品市場(chǎng)前景廣闊,可進(jìn)一步提高養(yǎng)殖業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。因此,深入挖掘褪黑素合成調(diào)控分子機(jī)制,可為褪黑素功能性食品開發(fā)提供理論基礎(chǔ)。