█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣144﹣

試驗(yàn)采用 6~8 周齡 C57BL/6J 小鼠（18?22 g 左右），隨機(jī)分為 3

組：對照組、DSS 組（腸炎模型組）、DSS+2'-FL 組，試驗(yàn)期共 21 d，

第 14～21 天，采用 5% DSS 水誘導(dǎo)小鼠腸炎； DSS+2'-FL 組小鼠全

程灌胃 2'-FL。在實(shí)驗(yàn)第 21 d 處死小鼠，采集結(jié)腸內(nèi)容物、結(jié)腸組織

和血液樣本。

測定病理相關(guān)指標(biāo)：疾病活動指數(shù)（DAI）、腸組織病理、炎癥

因子表達(dá)量（TNF-α、IL-6、IL-1β、IL-17 及 IL-10）；菌群相關(guān)指標(biāo)：

糞便進(jìn)行 16S 全長測序，分析 2'-FL 對腸道微生物的影響。代謝組相

關(guān)指標(biāo)：結(jié)腸內(nèi)容物進(jìn)行非靶標(biāo)代謝組分析。

（二）試驗(yàn)結(jié)果

1. DSS 組的肝臟重量明顯低于對照組(圖 1A,B, p < 0.05)，三組

小鼠肝重與體重之比無顯著差異(圖 1C, p > 0.05)。與結(jié)腸炎小鼠相比，

2'-FL 處理后肝臟 T-AOC 和 GSH 水平顯著升高，肝臟 MDA 水平顯

著降低(圖 1D, p < 0.05)。與 DSS 組相比，2'-FL 處理后血清中 SOD 濃

度明顯升高，血清中 MDA 濃度顯著降低(圖 1E, p < 0.05)，以上結(jié)果

表明，2'-FL 能有效緩解結(jié)腸炎引起的肝臟氧化應(yīng)激。

二、研究進(jìn)展█

﹣145﹣

圖 1 2-FL 可減輕結(jié)腸炎引起的肝臟氧化損傷。(A)小鼠肝臟。(B)肝臟重量。(C)肝重與體

重之比。(D)肝臟中谷胱甘肽(GSH)、丙二醛(MDA)、總抗氧化能力(T-AOC)和超氧化物歧

化酶(SOD)的水平(n = 6)。(E)血清中 T-AOC、GSH、MDA 和 SOD 的水平(n = 4)。*，p <

0.05。**，p < 0.01。

2. 糞便微生物 16S rRNA 測序結(jié)果顯示，整體來看，DSS + 2'-FL

組的微生物組成與 DSS 組以及對照組有顯著差異(圖 2A)，其中 39 種

/屬細(xì)菌的差異顯著(p<0.05)。具體來說， 結(jié)腸炎小鼠糞便中

Lachnospiraceae_NK4A136、Iiebacterium_valenns、Lactobacillus_reuteri

和 paraprevotella 豐度較高 (p < 0.05)，而 Bifidobacterium_animalis、

Akkermansia_muciniphila 和 Bacteroides_caecimuris 在對照組和 DSS +

2'-FL 組中相對豐富(p < 0.05)。

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣146﹣

圖 2 三組間糞便微生物組成差異顯著。(A)各組糞便中 Top 39 的微生物。(B)各組間顯著變

化的微生物(n = 6)。*，p < 0.05。**，p < 0.01。

二、研究進(jìn)展█

﹣147﹣

3. 腸道菌群可以影響營養(yǎng)物質(zhì)的代謝，如碳水化合物、脂質(zhì)和氨

基酸，因此腸道菌群組成的改變可能導(dǎo)致代謝模式的變化。為了進(jìn)一

步了解代謝模式對 2'-FL 的響應(yīng)變化，我們采用 LC-MS/MS 對糞便中

的非靶代謝組學(xué)進(jìn)行了研究。在潛在結(jié)構(gòu)判別分析(OPLS-DA)的正交

投影分析中，兩組之間明顯存在聚類分離(圖 3A)，表明這兩組的代謝

模式發(fā)生了顯著改變。在對照組和 DSS 組中，有 89 種代謝物顯著下

調(diào)，100 種代謝物顯著上調(diào)(圖 3B)。這些顯著改變的代謝物富含色氨

酸代謝、纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸的生物合成，以及 TRP 通道的

炎癥介質(zhì)調(diào)節(jié)。在 DSS 和 DSS + 2'-FL 組中，33 種代謝產(chǎn)物顯著下

調(diào)，26 種代謝產(chǎn)物顯著上調(diào)(圖 3B)。具體而言，這些顯著變化的代

謝物富集于芳香族化合物的降解、纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸的生物

合成以及氨基酸的生物合成。值得注意的是，許多代謝物被發(fā)現(xiàn)與糖

代謝相關(guān)的途徑，如糖酵解/糖異生，果糖和甘露糖代謝，甘露糖型 o

型聚糖生物合成。

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣148﹣

圖 3 C57BL/6J 腸炎小鼠中 2'-FL 相關(guān)代謝模式。(A) OPLS-DA 圖。(B)火山圖。(C) B 中差

異代謝物富集圖。(D)差異代謝物富集 KEGG 圖譜。每個(gè)小圖中, A, DSS 組; C, DSS2FL 組;

E 為對照組。

二、研究進(jìn)展█

﹣149﹣

4. 由于缺乏糖苷水解酶，2'-FL 不能在上消化道消化。其到達(dá)結(jié)

腸后，經(jīng)腸道菌群發(fā)酵，可引起糖代謝的一系列變化。因此，我們進(jìn)

一步分析了與碳水化合物代謝相關(guān)的代謝物，篩選出了 15 個(gè)變化顯

著的代謝物。如圖 4 所示，其中，DSS 組 9 個(gè)代謝物(果糖-賴氨酸、

D -半乳糖胺、D -乳糖、D -麥芽糖、半乳糖-葡萄糖醛酸、N -乙酰腐

爛胺、麥角甾醇-3- D -葡萄糖糖苷、2-氨基半乳糖葡萄糖)增加，DSS

組其余 6 個(gè)代謝物(麥芽糖戊二糖(p < 0.05)、d -果糖酸(p < 0.05)、n -

琥珀酰-2-氨基-6-酮酰葡萄糖酸酯(p > 0.05)、辛基- D-葡萄糖醛酸酯(p

< 0.05)、UDP-3-O-(3-羥基肉豆醇基)- n -乙酰葡萄糖胺(p > 0.05)增加。

果糖 1,6-二磷酸(p > 0.05)。與對照組相比，2′-FL 處理顯著提高了 n -

琥珀酰-2-氨基-6-酮咪酸鹽(p < 0.05)、d -果糖酸(p = 0.0659)、2-氨基半

乳糖(p < 0.05)豐度，顯著降低了果糖賴氨酸-6-磷酸(p < 0.05)， 2′-FL

處理后略有上調(diào)。DSS 組剩余 6 種代謝物麥芽糖二糖酶(p < 0.05)、D

-果糖酸酯(p < 0.05)、N -琥珀酰-2-氨基-6-酮咪酸酯(p > 0.05)、辛基D-葡萄糖苷(p < 0.05)、UDP-3-O-(3-羥基肉豆醇基)- n -乙酰氨基葡萄

糖胺(p > 0.05)和果糖 1,6-二磷酸(p > 0.05)均升高。2′-FL 處理顯著提

高了 N-琥珀酰-2-氨基-6-酮酰酸鹽(p < 0.05)、D-果糖酸鹽(p = 0.0659)

和 2-氨基半乳糖脲糖(p < 0.05)的豐度。

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣150﹣

圖 4 糖代謝相關(guān)顯著差異代謝物。

5. 腸道菌群可以調(diào)節(jié)宿主的吸收、儲存和能量獲取，從而參與脂

質(zhì)代謝。因此，我們分析了脂質(zhì)代謝，發(fā)現(xiàn)了 12 個(gè)顯著改變的代謝

物。其中，與對照組相比，DSS 組的磷脂酰乙醇胺(PE, 18:0)、PE

(16:0/14:0)、PE (14:0/16:0)、溶血磷脂酰膽堿(LysoPC, 18:2)、磷脂酰

膽堿(PC, 18:1)和磷脂酰肌醇(PI, 18:0/18:1)水平顯著升高(圖 5, p <

0.05)。 2′-FL 處理后，PE(18:0)和 PE(16:1)顯著降低，而 PG (16:1/18:1)、

PI (16:1)、LysoPE(20:3)和 PE(18:1)水平顯著上調(diào)(圖 5, p < 0.05)。我

們還使用 GC-MS 檢測了糞便中 SCFAs 的變化。結(jié)果顯示，DSS 誘導(dǎo)

結(jié)腸炎小鼠乙酸、丙酸、丁酸及總 SCFAs 急劇下降(p < 0.05)，而 DSS

二、研究進(jìn)展█

﹣151﹣

+ 2′-FL 組則不同程度上調(diào)。三組間異丁酸、戊酸、異戊酸濃度差異均

不顯著(p > 0.05)。

圖 5 各組脂質(zhì)代謝和 SCFAs 含量。(A)脂質(zhì)代謝相關(guān)代謝物水平;(B) SCFAs 含量。

6. 為了進(jìn)一步了解代謝物與微生物的關(guān)系，我們繪制了微生物

與代謝物的相關(guān)熱圖。如圖 6 所示，微生物和特定代謝物間具有較強(qiáng)

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣152﹣

的正/負(fù)關(guān)系。其中，Akkermansia_muciniphila 和 Paraprevotella. spp 與

糖代謝和脂質(zhì)相關(guān)代謝物關(guān)系最為密切，表明這兩個(gè)菌種可能在糖代

謝和脂質(zhì)相關(guān)代謝中發(fā)揮重要作用，從而參與了 2'-FL 減輕結(jié)腸炎引

起的肝臟氧應(yīng)激的過程。

二、研究進(jìn)展█

﹣153﹣

圖 6 特定微生物與代謝物的相關(guān)性分析。(A)結(jié)腸內(nèi)微生物和代謝物的相關(guān)熱圖(前 20

位)。**， p < 0.01， *， p < 0.05。(B)代表性微生物(主要為 Akkermansia_muciniphila 和

Paraprevotella spp.)的簡單線性回歸及其代謝產(chǎn)物分析。

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣154﹣

結(jié)論：在結(jié)腸炎小鼠模型中，2'-FL 可降低肝組織和血清氧化水

平。2'-FL 處理后，DSS 小鼠腸道代謝模式，特別是糖代謝和脂代謝

相關(guān)過程發(fā)生顯著改變，其中 33 種代謝產(chǎn)物顯著下調(diào)，26 種代謝產(chǎn)

物顯著上調(diào)。通過對腸道菌群和代謝產(chǎn)物數(shù)據(jù)的聯(lián)合分析，糖代謝和

脂質(zhì)代謝相關(guān)代謝產(chǎn)物與 Akkermansia_muciniphila 和 Paraprevotella

呈現(xiàn)較強(qiáng)的相關(guān)性 ，提示這這兩種菌可能在 2'-FL 緩解結(jié)腸炎誘導(dǎo)

的肝臟氧應(yīng)激過程中發(fā)揮重要作用。

研究成果已被《Nutrients》雜志接收，文章由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科

技創(chuàng)新工程（ASTIP-IAS12）和國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS36）資助。

—— Yao, Q.; Gao, Y.; Fan, L.; Wang, J.; Zheng, N. 20-

Fucosyllactose Remits Colitis-Induced Liver Oxygen Stress through the

Gut–Liver–Metabolites Axis. Nutrients 2022, 14, 4186.

https://doi.org/10.3390/nu14194186

二、研究進(jìn)展█

﹣155﹣

7. 牛奶活性成分 2'-巖藻糖基乳糖促進(jìn) LS174T 杯狀細(xì)胞分泌

MUC2 并抑制炎癥

人乳寡糖(HMOs)是母乳的重要成分，主要在大腸中發(fā)酵。乳寡糖

通過刺激新生兒中有益腸道細(xì)菌如雙歧桿菌和乳酸桿菌的生長，平衡

腸道菌群的發(fā)育可能對調(diào)節(jié)新生兒出生后免疫系統(tǒng)起重要作用，作為

先進(jìn)嬰兒配方食品的功能性成分非常重要。HMOs 一般以乳糖分子為

基礎(chǔ)，通過不同數(shù)量的 Gal 1-3GlcNAc 或 Gal 1-4GlcNAc 延長成直鏈

或支鏈。唾液酸和巖藻糖基作為修飾基團(tuán)延伸到主鏈上。目前已經(jīng)鑒

定出 200 余種 HMOs，其中 2'-巖藻糖基乳糖(2'-FL)是人乳中最豐富的

中性 HMO，約占 30%；而 3'-唾液酸乳糖(3'-SL)是主要的酸性 HMO，

約占 HMOs 的 6%。因其他動物乳種乳寡糖含量較低且其工業(yè)化生產(chǎn)

難度較大，目前嬰兒配方奶粉中常加入半乳糖低聚糖(GOS)以模仿

HMOs 的功能。

盡管有報(bào)道稱 HMOs 可改善炎癥小鼠的粘蛋白屏障損傷情況，

但尚不清楚這是 HMOs 整體發(fā)揮作用還是某一單一成分的作用。此

外，不同修飾的 HMOs 在改善黏蛋白分泌方面的差異尚未闡明。在本

研究中，我們通過檢測 MUC2 分泌相關(guān)基因的表達(dá)，比較了 2'-FL、

3'-SL、GOS 和乳糖（Lac）在穩(wěn)態(tài)條件下和炎癥環(huán)境下改善粘蛋白分

泌的潛力，為進(jìn)一步開發(fā)利用乳寡糖提供理論依據(jù)。

實(shí)驗(yàn)方法

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣156﹣

試驗(yàn)采用人杯狀細(xì)胞（LS174T）。使用 MEM 培養(yǎng)基，采用不同

濃度 2'-FL、3'-SL、GOS 和 Lac 分別處理 LS174T 細(xì)胞 24、48 和 72

h，選擇各益生元最佳濃度和最佳處理時(shí)間；然后分別在穩(wěn)態(tài)和炎癥

條件下（TNF-α構(gòu)建細(xì)胞炎癥模型），收集細(xì)胞，檢測 MUC2 分泌

相關(guān)基因的表達(dá)量。

進(jìn)一步采用NLRP6 siRNA處理 LS174T細(xì)胞，檢測處理后MUC2

分泌相關(guān)基因的表達(dá)量。

（二）試驗(yàn)結(jié)果：

由圖 1 可知，與對照組相比，1.0-2.5 mg/mL 2'-FL 和 3'-SL 處理

的 LS174T 細(xì)胞細(xì)胞活力未見明顯變化。此外，1.5、2.0 和 2.5 mg/mL

2'-FL 培養(yǎng) 72 h 后，細(xì)胞活力略有提高，而 5.0 mg/mL 2'-FL 和 3'-SL

處理后，細(xì)胞活力顯著降低 (p < 0.05)。15、20 mg/mL GOS 或 Lac 組

的細(xì)胞活力顯著低于對照組(p < 0.05)。在 24 和 48 h，細(xì)胞活力與 72

h 觀察到的趨勢相似。因此，1.5、2.0、2.5 mg/mL 的 2'-FL 和 3'-SL,

7.5、10、12.5 mg/mL 的 GOS 和 Lac 進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)，以確定最佳用量。

二、研究進(jìn)展█

﹣157﹣

圖 1 不同益生元處理后 LS174T 細(xì)胞的細(xì)胞活力 A，2'-FL；B，3'-SL；C，GOS；D，Lac

為了進(jìn)一步探索 4 種化合物對穩(wěn)態(tài)條件下 LS174T 細(xì)胞黏液分泌

能力的影響，分別用 1.5、2.0 和 2.5 mg/mL 2'-FL 和 3'-SL, 7.5、10 和

12.5 mg/mL GOS 和 Lac 處理 72 h 后，評估黏蛋白分泌相關(guān)基因的表

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣158﹣

達(dá)變化。如圖 2 所示，不同處理組間 MUC2 基因表達(dá)無明顯差異(p >

0.05)。與對照組相比，2.5 mg/mL 2'-FL 和 12.5 mg/mL GOS 中 RETNLB

基因表達(dá)量，以及 2.0 mg/mL 2'-FL 和 12.5 mg/mL GOS 中 GAL3ST5

基因表達(dá)量均顯著上調(diào)(p < 0.05)。在穩(wěn)態(tài)條件下，3'-SL 和 Lac 對黏

蛋白分泌無明顯影響。根據(jù)上述結(jié)果，選擇 2.5 mg/mL 2'-FL 和 3'-SL

劑量，12.5 mg/mL GOS 和 Lac 進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

圖 2 穩(wěn)態(tài)條件下 LS174T 細(xì)胞中黏蛋白分泌相關(guān)基因的 mRNA 表達(dá)水平

由圖 3 可知，與對照組相比，TNF-α構(gòu)建細(xì)胞炎癥模型后， TNFα組 MUC2、CHST5、TFF3 基因表達(dá)較對照組下調(diào)(p < 0.05)。而 2'-

FL+TNF-α組和 GOS + TNF-α中這些基因均顯著上調(diào)(p < 0.01；p <

二、研究進(jìn)展█

﹣159﹣

0.05)，且 2'-FL 組較 GOS 組提高了 1.68 倍。3'-SL 和 Lac 對 MUC2 基

因表達(dá)及黏蛋白分泌相關(guān)基因無明顯影響。細(xì)胞免疫熒光染色證實(shí)2'-

FL 在炎癥狀條件下增強(qiáng)了 MUC2 蛋白的表達(dá)。

圖 3 炎癥狀態(tài)下 LS174T 細(xì)胞中黏蛋白分泌相關(guān)基因 mRNA 表達(dá)水平及細(xì)胞免疫熒光染

色。(A)黏蛋白分泌相關(guān)基因;(B)細(xì)胞免疫熒光染色;(C) MUC2 的平均熒光強(qiáng)度及其相對豐

度(與對照組相比)

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣160﹣

據(jù)報(bào)道 NLRP6 可調(diào)節(jié)杯狀細(xì)胞中的 MUC2 分泌，其關(guān)鍵作用我

們之前的研究中得到證實(shí)（小鼠腸炎模型）。為了進(jìn)一步驗(yàn)證 NLRP6

在體外炎癥模型中的作用，本研究進(jìn)行了細(xì)胞免疫熒光染色。結(jié)果顯

示， TNF-α刺激后，與對照組相比，NLRP6 表達(dá)顯著降低(p < 0.05)。

而 2'-FL 處理顯著提高了其表達(dá)(p < 0.05)。

圖 4 NLRP6 基因沉默前后檢測 NLRP6 和黏蛋白相關(guān)基因的表達(dá)。(A) 2'-FL 處理(2.5

mg/mL) 72h 可提高 NLRP6 在 LS174T 細(xì)胞中的表達(dá)。(B)平均熒光強(qiáng)度及其相對豐度(與對

二、研究進(jìn)展█

﹣161﹣

照組相比)。(C) NLRP6siRNA 引物的篩選。(D) NLRP6 基因沉默后黏蛋白分泌相關(guān)基因的

mRNA 表達(dá)水平。

由圖 5 可知，NLRP6 siRNA 組 TLR4、MyD88、NF-κB、TNFα表達(dá)水平較對照組明顯升高(p < 0.05)。然而，在 2'-FL + TNF-α組

中觀察到相反的結(jié)果，即 TLR4、MyD88、NF- κB 的表達(dá)急劇下降，

NLRP6 的表達(dá)水平升高(p < 0.05)，表明 NLRP6 可能位于 TLR4 相關(guān)

通路的上游。更重要的是，NLRP6 沉默后，2'-FL 仍能降低上述炎癥

因子水平，表明在杯狀細(xì)胞中，2'-FL 不僅能促進(jìn) MUC2 的分泌，還

能抑制炎癥細(xì)胞因子的表達(dá)，減輕炎癥。

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣162﹣

圖 5 LS174T 細(xì)胞中 TLR4/MyD88/NF-B 通路中細(xì)胞因子的蛋白表達(dá)。

結(jié)論：本研究結(jié)果表明 2'-FL 和 GOS 僅在炎癥狀態(tài)下增加杯狀

細(xì)胞中黏蛋白的表達(dá)，而 3'-SL 和 Lac 無此作用。此外，2'-FL 通過

NLRP6 促進(jìn)黏液蛋白分泌、抑制 TLR4 相關(guān)炎癥通路等多種途徑發(fā)

揮作用。提示 2'-FL 具有抑制腸道病變，保護(hù)腸道健康的潛力，是一

種極具開發(fā)潛能的功能營養(yǎng)因子。

二、研究進(jìn)展█

﹣163﹣

研究成果已被《Foods》雜志接收，該成果由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技

創(chuàng)新工程（ASTIP-IAS12）、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-36）

和國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（No. 2022YFD1301004）項(xiàng)目支持。

—— Yao Q, Li H, Gao Y, Zheng N, Blecker C, Delcenserie V, Wang

J (2023). The Milk Active Ingredient, 2'-Fucosyllactose, Inhibits

Inflammation and Promotes MUC2 Secretion in LS174T Goblet Cells In

Vitro. Foods, 12, 186. https:// doi.org/10.3390/foods12010186

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣164﹣

8. 泌乳期對羊乳中礦物元素分布的影響

羊奶富含脂質(zhì)、蛋白質(zhì)，以及豐富的鈣、磷、鎂、銅和其他必需

元素，使其成為一種有價(jià)值的天然營養(yǎng)源。羊奶中的礦物質(zhì)元素對人

類健康和發(fā)育至關(guān)重要，因?yàn)樗鼈冊跐M足身體的營養(yǎng)和發(fā)育需求方面

發(fā)揮著關(guān)鍵作用，尤其是在兒童中。這些元素既包括K、Na、Ca、P

和Mg等宏量元素，也包括 Zn、Fe、Cu、Mn、Mo和B等微量元素。

此外，奶中這些礦物質(zhì)元素的存在形式會影響牛奶的各種特性。例如，

礦物元素可以通過增強(qiáng)酪蛋白膠束的靜電穩(wěn)定性來影響牛奶的穩(wěn)定

性。乳中礦物元素的分布并不是一成不變的，而是會受到外界條件的

影響，如加工方法、泌乳階段等，這會導(dǎo)致乳中礦物元素生物利用率

的改變。本研究的目標(biāo)是將不同泌乳階段的山羊奶分成4個(gè)部分，即

脂肪、酪蛋白、乳清蛋白和水相，采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法

（ICP-OES）分析了11種元素（Mg，Ca，Na，K，Zn，F(xiàn)e，Cu，Mo，

Cr，Mn，Ni）在不同泌乳期的分布情況。

本研究選取健康嶗山山羊采集泌乳期第1-3、90、150和240天樣本。

將生乳樣本低溫離心以獲得脂肪組分，然后將脫脂乳進(jìn)行超速離心沉

淀酪蛋白，剩余部分使用4倍體積預(yù)冷丙酮（-20℃）沉淀，將乳清蛋

白和水相分離。將全脂羊奶和各個(gè)組分凍干后沉取干重，取2g樣品進(jìn)

行消化，使用ICP-OES測定各組分中的礦物元素濃度和總礦物元素濃

度。

二、研究進(jìn)展█

﹣165﹣

表1顯示了不同泌乳期羊奶中礦質(zhì)元素含量的變化，除Co外均被

檢出。羊乳中Mg、Ca、Na、K、Cu、Fe含量在泌乳期1～3到150 天

呈下降趨勢，150到240天則呈上升趨勢。另一方面，Cr、Ni、Mo的濃

度在泌乳期1～3到150天呈增加趨勢。Mn和Zn的濃度在泌乳期1-3至9

天期間增加，然后在90至240天期間下降。

表 1 不同泌乳期羊奶中礦物元素總濃度

Mineral

elements 3 d 90 d 150 d 240 d Average value

Mg 141.42 ± 20.44b

127.60 ± 20.95c

139.23 ± 18.90b

178.28 ± 20.76a

146.76 ± 30.98

Ca 1486.10 ± 135.89a

1167.42 ± 106.67c 1100.46 ± 104.80c 1322.44 ± 122.17b

1264.97 ± 210.19

Na 615.06 ± 30.26a

423.85 ± 23.25b

374.43 ± 50.64c

420.95 ± 43.61b

458.57 ± 100.49

K 1585.98 ± 137.65a

1274.61 ± 132.79b 1212.08 ± 112.44b 1316.92 ± 136.88b

1334.54 ± 281.39

Cr* 6.23 ± 1.20d

10.11 ± 1.37b

11.50 ± 1.63a

8.60 ± 1.05c

9.11 ± 2.35

Cu* 772.88 ± 53.72a

742.17 ± 50.22a

578.79 ± 52.79b

613.03 ± 49.35b

678.22 ± 95.60

Fe* 1130.32 ± 134.51a

977.52 ± 124.94b

863.15 ± 108.60c

1006.58 ± 132.40b

994.39 ± 155.38

Mn* 72.77 ± 10.93b

89.31 ± 15.92a

64.02 ± 11.54bc 57.37 ± 10.19c

70.87 ± 19.74

Ni* 40.26 ± 8.89b

41.43 ± 11.38b

58.30 ± 12.96a

38.81 ± 8.75b

44.70 ± 14.45

Zn* 4515.54 ± 199.04b

4777.20 ± 264.85a 4177.65 ± 384.36c 3796.93 ± 309.22d

4316.83 ± 470.49

Mo* 36.38 ± 7.90b

37.45 ± 9.33b

45.36 ± 9.63a

22.48 ± 2.94c

35.42 ± 11.76

Co* ND ND ND ND ND

羊奶中4個(gè)組分在泌乳期內(nèi)的含量變化如表2所示。 哺乳期1～3

到90天酪蛋白和脂肪含量顯著下降，而90到240天則無明顯變化。同

樣，乳清蛋白含量在1~3到150天之間表現(xiàn)出顯著下降，而在150到240

天沒有顯著變化。羊奶中水相的含量在整個(gè)哺乳期沒有表現(xiàn)出顯著變

化。

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣166﹣

表 2 不同泌乳期羊奶各組分含量

Fraction of

Milk

3 d 90 d 150 d 240 d

Fat 0.71a

0.61b

0.57b

0.56b

Casein 0.45a

0.38b

0.35b

0.35b

Whey 0.15a

0.14ab 0.12b

0.12b

Aqueous Phase 1.06 1.05 1.06 1.04

在羊奶的水相中發(fā)現(xiàn)了最高濃度的Mg、Na、K和Ni。相比之下，

水相中K、Na和Ni的濃度高于酪蛋白、乳清和脂肪中的濃度。水相的

Mg濃度最高，其次是乳清和酪蛋白，而脂肪中的Mg濃度最低。就Ca、

Zn、Cr、Cu、Mn和Fe而言，顯著高于其他組分。在其余3個(gè)組分中，

乳清的Ca濃度高于脂肪，其次是水相。對于Zn和Mn，乳清中的濃度

高于水相，其次是脂肪。與乳清相比，脂肪中Fe和Cr的濃度較高，其

次是水相。此外，與乳清相比，水相中的Cu濃度較高，其次是脂肪。

此外，乳清部分的Mo濃度最高，其次是酪蛋白和水相，而脂肪部分的

濃度最低。

哺乳期羊奶各組分中元素含量變化如圖1所示。羊奶所有4個(gè)組分

中Mg、Na和Fe的濃度在1~3到90天下降，從90到240天增加。就Ca而

言，酪蛋白、脂肪和乳清蛋白中的含量從1~3到150天降低，從150到

240天增加，而水相中的含量從1~3到90 d降低，在90到240天增加。至

于K，酪蛋白、脂肪和乳清蛋白中的含量從1~3到150天減少，從150到

二、研究進(jìn)展█

﹣167﹣

240天增加，而水相中的K含量在整個(gè)哺乳期持續(xù)減少。酪蛋白、脂肪

和水相中Cr的含量從1~3到150天增加，從150到240天降低。乳清蛋白

中的Cr在1～3到90天含量增加，在90到240天含量下降。對于Cu，酪

蛋白、脂肪和水相中的含量從1~3到150天下降，從150到240天增加，

而乳清蛋白的中的Cu含量在整個(gè)哺乳期持續(xù)下降。所有四個(gè)組分中

Zn和Mn的含量在1~3到90天均增加，在90到240天降低。同樣，所有

四個(gè)組分中Ni和Mo的含量在1~3到150天增加，在150到240天降低。

圖 1 不同泌乳期羊奶各組分中的礦物元素含量

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣168﹣

結(jié)論：我們的研究結(jié)果表明，Ca、Zn、Fe、Cu、Mn和Cr在酪蛋

白部分中的濃度最高。Mo主要存在于乳清部分中。Mg、Na、K和Ni

在水相中濃度最高。這些元素的含量隨著泌乳期的推移而變化。具體

而言，脂肪部分中的Fe含量以及酪蛋白部分中的Ca、Cu和Fe含量在哺

乳期1~3到150天下降，并在150到240天增加。水相中Mg的含量從1~3

到90天下降，然后從90到240天增加。元素含量的變化可歸因于哺乳

期間與各元素結(jié)合的活性物質(zhì)水平的變化。我們的研究為了解這些元

素的生物利用度提供了支持。

Pan J, Yu Z, Jiang H, Shi C, Du Q, Fan R, Wang J, Bari L, Yang Y,

Han R. Effect of lactation on the distribution of mineral elements in goat

milk. J Dairy Sci. 2023 Nov 8:S0022-0302(23)00797-X.

二、研究進(jìn)展█

﹣169﹣

9. 建立牛奶短鏈脂肪酸測定方法

牛奶具有“基礎(chǔ)營養(yǎng)”和“活性營養(yǎng)”的雙重營養(yǎng)功能。研究發(fā)

現(xiàn)，牛奶具有獨(dú)特的奶香味，游離脂肪酸，特別是游離短鏈脂肪酸

（FSCFAs）是影響牛奶風(fēng)味的關(guān)鍵因素，F(xiàn)SCFAs 的增加是導(dǎo)致牛奶

酸味的原因。C2:0 被描述為牛奶在儲存過程中產(chǎn)生的醋味、刺鼻的酸

味，C6:0 則被認(rèn)為是令人作嘔的、酸敗的奶酪樣氣味。FSCFAs 在牛

奶中的釋放與牛奶的感官可接受度密切相關(guān)，牛奶中 FSCFAs 的變化

可能是揭示牛奶腐敗的潛在指標(biāo)。此外，F(xiàn)SCFAs 在機(jī)體供能、抗氧

化、促進(jìn)大腦發(fā)育、降低高血壓和高脂血癥、抗過敏、抑制結(jié)腸炎癥

和心腦血管疾病、預(yù)防肥胖等方面具有積極作用。因此，牛奶中的

FSCFAs 的定量研究對牛奶的質(zhì)量安全控制以及營養(yǎng)研究具有重要價(jià)

值。

FSCFAs 的定量分析引起了眾多學(xué)者的關(guān)注，氣相色譜-質(zhì)譜法

（GC-MS）被廣泛應(yīng)用于牛奶中 FSCFAs 的定量。前人研究將牛奶和

奶酪中的 FSCFAs 衍生為分子量更大、非極性更高、揮發(fā)性更低的

FSCFAs 酯。然而，由于衍生化方法樣品前處理過程復(fù)雜且耗時(shí)，以

及衍生化過程中不可避免的 FSCFAs 的損失，直接進(jìn)樣測定 FSCFAs

被認(rèn)為是一種更為科學(xué)檢測方法。由于牛奶基質(zhì)的復(fù)雜性，特別是牛

奶中存在的蛋白質(zhì)不僅會干擾樣品測定，甚至?xí)绊憙x器的使用性能，

因此必須盡可能去除牛奶中存在的蛋白質(zhì)。部分牛奶蛋白質(zhì)（糖蛋白

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣170﹣

等）分布在牛奶脂球膜上，與脂類牢固結(jié)合，不易溶于水、稀鹽溶液

和稀酸或稀堿，所以選擇具有一定親水性和較強(qiáng)親酯性的乙醇、丁醇

等有機(jī)溶劑作為沉淀牛奶中蛋白質(zhì)的理想試劑。此外，由于 FSCFAs

在水中極易被電離，前人研究利用鹽酸和偏磷酸來抑制 FSCFAs 在水

中的電離。

總而言之，盡管牛奶中 FSCFAs 占比較低，牛奶的新鮮度或酸敗

情況與 FSCFAs 高度相關(guān)。本研究的目的是建立一種 GC-MS 方法，

通過使用鹽酸乙醇沉淀生乳樣品中的蛋白質(zhì)和抑制 FSCFAs 的電離，

無需衍生化同時(shí)測定牛奶中的 10 種 FSCFAs，為生牛乳的質(zhì)量安全

控制提供一種科學(xué)手段，并進(jìn)一步進(jìn)行營養(yǎng)功能研究。

1 試驗(yàn)方法

1.1 樣品前處理

冷凍牛奶樣品置于 37℃的水浴中預(yù)熱解凍。解凍后的牛奶樣品，

充分混勻，用于后續(xù)的 FSCFAs 含量分析。牛奶樣品前處理參照 Jiang

等（2016）的方法并加以改進(jìn)，準(zhǔn)確移取 1 mL 均勻試樣至 15 mL 離

心管中，加入 50 μL 3-甲基戊酸內(nèi)標(biāo)溶液（2500 μg mL-1），隨后加

入 1 mL 鹽酸乙醇溶液（0.5%）和 1 mL 去離子水，渦旋振蕩后混勻，

于 4℃、12000 rpm 離心 20 min，移取 1 mL 上清液轉(zhuǎn)移至進(jìn)樣小瓶，

GC-MS 待測。

1.2 GC-MS 測定

二、研究進(jìn)展█

﹣171﹣

采用 Agilent 6890A 氣相色譜和 5975C 質(zhì)譜（Agilent Technologies,

Santa Clara, California, USA）結(jié)合使用 DB-1 毛細(xì)管柱（30 m×0.25

mm×0.20 μm）分析 FSCFAs。

色譜條件如下：進(jìn)樣量為 1 μL，分流比為 20:1；載氣為氦氣

（99.999 %），流速恒定 1 mL min-1；進(jìn)樣口溫度 250℃；色譜柱溫

度程序如下:初始溫度 50℃保持 1 min，以 10 min ℃ -1 升至 170℃，保

持 2 min，再以 50 ℃ min-1 升至 240℃保持 9.6min，總運(yùn)行時(shí)間 26

min。

質(zhì)譜條件如下：自動調(diào)諧；溶劑延遲時(shí)間為 4.5 min；質(zhì)譜傳輸線

溫度 250℃，離子源溫度為 230℃，四極桿溫度為 150℃，電子能量為

70 eV。采用 SIM 模式對 FSCFAs 進(jìn)行定性和定量分析，運(yùn)行時(shí)間分

為 4 個(gè)窗口，每個(gè)窗口選擇有限特征離子進(jìn)行掃描，每個(gè)離子駐留時(shí)

間為 10 ms，10 種 FSCFAs 的保留時(shí)間及質(zhì)譜參數(shù)見表 1?；?SCFAs

標(biāo)準(zhǔn)品的保留時(shí)間和特征離子的比較進(jìn)行定性分析，基于定量離子峰

面積和各 SCFAs 內(nèi)標(biāo)法的標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行定量分析。

1.3 方法驗(yàn)證

依據(jù)方法驗(yàn)證指南（ICH, 2005）對方法的線性、靈敏度、精密度

和準(zhǔn)確度進(jìn)行驗(yàn)證。通過在 1 ~ 200 μg mL-1 范圍內(nèi)測定 8 個(gè)不同濃

度的 FSCFAs 標(biāo)準(zhǔn)溶液和內(nèi)標(biāo)比值，得到線性回歸。以 S/N 為 3 和 10

計(jì)算檢出限（LOD）和定量限（LOQ）。在空白樣品即乳清溶液中添

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣172﹣

加濃度分別為 10、50 和 200 μg mL-1 的 3 水平的 10 種 FSCFAs 和 3

種 SCFAs-甘油三酯標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行添加回收試驗(yàn)，計(jì)算回收率和

SCFAs-甘油三酯的潛在降解率，一天的三個(gè)時(shí)間點(diǎn)檢測同一份樣品

所得的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差反映日內(nèi)差異，連續(xù)三天每天對同一份樣品檢測

一次所得的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差反映日間差異。應(yīng)用該方法測定了 21 份牛

奶樣品中的 FSCFAs。

表 1 FSCFAs 測定 GC-MS 參數(shù)

化合物 窗口 開始時(shí)間

（min）

保留時(shí)間

（min）

定量離子

（m/z）

定性離子

（m/z）

駐留時(shí)間

（ms）

C2:0 1 4.5 8.077 43 60 28 45 10

C1:0 8.900 43 46 28 29 10

C3:0 9.119 74 28 45 57

iso C4:0 2 9.3 9.452 43 73 88 60 10

C4:0 10.172 60 73 43 88

iso C5:0,

anteiso C5:0

3

10.5 10.641

43

87 60 74

10

C5:0 11.416 60 43 55 74

iso C6:0 4 11.6 11.720 74 87 43 55 10

C6:0 12.579 60 43 73 55

IS 12.006 60 43 87 55

2 結(jié)果與討論

如圖 1 所示，該方法同時(shí)檢測了 10 種 FSCFAs，除 iso C5:0 和

anteiso C5:0 共流出外，能實(shí)現(xiàn)其余 8 種的有效色譜分離。通過 iso

C5:0 和 anteiso C5:0 標(biāo)準(zhǔn)品保留時(shí)間和質(zhì)譜碎片離子進(jìn)行對比分析發(fā)

二、研究進(jìn)展█

﹣173﹣

現(xiàn)，兩種 FSCFAs 在保留時(shí)間一致，質(zhì)譜碎片離子也相似，無法通過

特征離子實(shí)現(xiàn)有效分離。此外，游離支鏈 SCFAs 在奶中含量極低，

因此本試驗(yàn)所提出的方法能滿足對牛奶中游離 SCFAs 的檢測需要。

本研究也對比了分流比為 10:1、20:1，載氣流量為 0.5 mL min-1、1 mL

min-1、1.5 mL min-1 以及不同程序升溫模式的 10 種 FSCFAs 標(biāo)準(zhǔn)品

分離效果。結(jié)果表明，分流比為 20:1，載氣流量為 1 mL min-1 以及

試驗(yàn)方法所描述的升溫條件下，10 種 FSCFAs 分離效果最好。

通過方法學(xué)驗(yàn)證，該方法具有良好的線性、靈敏度、準(zhǔn)確度和精

密度。FSCFAs 標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合的回歸方程在 1 ~ 200 μg mL-1 的范圍

內(nèi)廣泛適用，回歸系數(shù) > 0.999，單個(gè) FSCFAs 的線性范圍符合牛奶

中 FSCFAs 的實(shí)際含量要求。FSCFAs 的 LOD 和 LOQ 分別為 0.064

~ 0.375 μg mL-1 和 0.167 ~ 1.250 μg mL-1。假設(shè)乳脂總含量約為

4%，牛奶中 FSCFAs 的最小相對含量為 0.0004-0.0031 g/100 g 脂肪

酸。根據(jù)空白乳清溶液中加入不同濃度的 FSCFAs 和 SCFAs-甘油三

酯標(biāo)準(zhǔn)品試驗(yàn)，日內(nèi)差異為 0.92 ~ 8.68%，日間差異為 0.56 ~ 9.09%，

FSCFAs 平均回收率為 85.62 ~ 126.42%，變異系數(shù)為 1.40 ~ 12.15%。

牛奶中以甘油三酯形式存在的結(jié)合態(tài) SCFAs 未被潛在降解。

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣174﹣

圖 1 10 種 FSCFAs 標(biāo)準(zhǔn)品選擇離子流圖

應(yīng)用上述建立的檢測方法，測定 21 份牛奶中的 FSCFAs。研究結(jié)

果表明，牛奶中檢測到 C2:0、C4:0 和 C6:0 等 3 種 FSCFAs，牛奶中

FSCFAs 的總量為 14.63 μg mL-1，C4:0、C6:0 和 C2:0 的比例分別

為 43.77%、32.24%和 23.99%。牛奶中高水平的游離 C4:0 來源于瘤胃

微生物對碳水化合物發(fā)酵產(chǎn)生的β-羥基丁酸，它通過血液運(yùn)輸?shù)饺?/p>

腺被還原成游離 C4:0。牛奶中支鏈 FSCFAs 含量極低或不存在。

3 結(jié)論

本研究建立一種簡單、快速的 GC-MS 方法，無需衍生化同時(shí)對

牛奶中的 10 種 FSCFAs 進(jìn)行定量分析。方法學(xué)驗(yàn)證數(shù)據(jù)顯示，該方

二、研究進(jìn)展█

﹣175﹣

法具有良好的線性關(guān)系，檢測限和定量限均能滿足牛奶中 FSCFAs 的

檢測要求，精密度好，準(zhǔn)確度高，可用于牛奶中的 FSCFAs 檢測，為

牛奶質(zhì)量安全控制提供科學(xué)手段，未來可作為評估牛奶新鮮度的潛在

工具。

研究成果已在國際學(xué)術(shù)期刊《Foods》2023 年第 12 卷第 7 期上

發(fā)表。該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2022YFD1301004）、中國農(nóng)業(yè)

科學(xué)院科技創(chuàng)新工程（ASTIP-IAS12）和國家奶牛產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系

（CARS-36）等項(xiàng)目支持，碩士研究生武旭芳為第一作者，張養(yǎng)東研

究員為通訊作者。

Wu X, Wang F, Chen M, Wang J, Zhang Y. Quantification of Free

Short-Chain Fatty Acids in Raw Cow Milk by Gas Chromatography-Mass

Spectrometry. Foods. 2023; 12(7):1367.

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣176﹣

10. 乳脂肪球膜脂類生物活性功能

乳脂是人體的重要能量來源，也是必需脂肪酸和維生素的營養(yǎng)源。

牛奶中約98%的脂肪以乳脂球的形式存在，并被乳脂球膜（MFGM）

包圍。從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分泌后，乳脂球被單層磷脂包裹，形成細(xì)胞質(zhì)脂滴，

這是一種源自內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜。隨后，在細(xì)胞分泌過程中，脂滴與頂端質(zhì)

膜結(jié)合，頂端質(zhì)膜是MFGM的外雙層膜，含有多種極性脂質(zhì)和蛋白質(zhì)。

厚度為10-20nm的MFGM可作為天然乳化劑，防止脂肪在酶存在下聚

結(jié)。

這種具有生物活性功能的三層膜主要由蛋白質(zhì)、酶、三酰甘油和

極性脂質(zhì)（膽固醇、鞘脂等）組成（表1）。MFGM中的營養(yǎng)物質(zhì)，尤

其是鞘脂、磷脂和蛋白質(zhì)，使其成為營養(yǎng)保健品開發(fā)的絕佳來源，尤

其是嬰兒發(fā)育補(bǔ)充劑。MFGM的多種生物活性功能導(dǎo)致了各種MFGM

相關(guān)工業(yè)產(chǎn)品的出現(xiàn)，包括Lacprodan MFGM 10和Lacprodan PL 20，

它們可作為磷脂的補(bǔ)充劑。此外，MFGM的乳化特性有助于增強(qiáng)各種

食品的質(zhì)地和風(fēng)味。

二、研究進(jìn)展█

﹣177﹣

表 1. MFGM 的組成

乳脂球三層膜中的主要脂質(zhì)包括磷脂酰乙醇胺（PE）、磷脂酰膽

堿（PC）、磷脂酰肌醇（PI）、磷脂酰絲氨酸（PS）、鞘磷脂磷脂（SM）、

膽固醇和神經(jīng)節(jié)苷脂。雙層的表層主要由糖脂、腦苷脂和神經(jīng)節(jié)苷脂

組成，而雙層的內(nèi)層主要含有PE、PI和PS，磷脂是單層的主要成分。

在結(jié)構(gòu)上，SM由長鏈堿基組成，如鞘氨醇，它們構(gòu)成了分子的骨

架。另一方面，甘油磷脂由磷酸、甘油、脂肪酸、羥基化合物和脂肪

酸組成。不飽和度相對較高的甘油磷脂的存在有助于改善MFGM的流

動性。另一方面，神經(jīng)節(jié)苷脂是通過神經(jīng)酰胺和唾液酸殘基之間的糖

苷鍵形成的。

膽固醇主要存在于MFGM的外雙層中，當(dāng)它與SM結(jié)合時(shí)，形成

稱為脂筏的剛性有序結(jié)構(gòu)域（圖1）。相反，膜的無序期主要由磷脂

組成。脂筏具有與蛋白質(zhì)結(jié)合的能力，并可以誘導(dǎo)信號傳導(dǎo)過程。脂

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣178﹣

筏在MFGM中的結(jié)構(gòu)作用可以通過高通量同步輻射X射線衍射（SRXRD）和差示掃描量熱法（DSC）來表征。膽固醇和SM的比值會影

響MFGM的界面性質(zhì)，從而影響乳脂球的功能性質(zhì)及其消化機(jī)制。對

于上述脂質(zhì)，臨床試驗(yàn)已證明其對身體機(jī)能改善、發(fā)育和抗癌作用有

益。

圖 1. 膽固醇和鞘磷脂形成的脂筏結(jié)構(gòu)

MFGM和MFG的脂肪酸組成存在顯著差異（表2），這是由于MFG

中的主要脂質(zhì)是甘油三酯、膽固醇和視黃醇酯。MFGM中飽和脂肪酸

占55.2-67.0%，不飽和脂肪酸占33.0-44.8%；MFG中飽和脂肪酸占

66.3%-73.0%，不飽和脂肪酸占27.0-33.7%。關(guān)于MFGM中脂肪酸的相

對定量有許多研究，但關(guān)于MFGM中所有脂肪酸的絕對定量的研究很

少，這是因?yàn)镸FGM中的脂肪酸含量太低，需要更高的通量和靈敏的

檢測技術(shù)。

二、研究進(jìn)展█

﹣179﹣

表 2. MFG 和 MFGM 脂肪酸組成差異

使用蒸發(fā)光散射檢測器（ELSD）的液相色譜法是定量和表征脂

質(zhì)的常用方法。在之前的比較分析中，使用HPLC-ELSD檢查了水牛和

牛奶中MFGM水平的脂質(zhì)譜。結(jié)果表明，水牛奶中磷脂酰膽堿的含量

高于牛奶，而SM的含量低于牛奶。在George等人的研究中，通過LCMS分析，本研究共鑒定出來自10個(gè)組分的166種MFGM脂質(zhì)。同樣，

Brink等人利用UPLC-MS鑒定了來自10種組分的338種MFGM脂質(zhì)，

從而完成了不同商業(yè)MFGM材料的脂質(zhì)表征。Ali等人的一項(xiàng)研究采

用UPLC-ESI-Q-TOF-MS鑒定了來自7組餾分的100種MFGM脂質(zhì)。隨

著脂質(zhì)分析技術(shù)的發(fā)展，不同物種間MFGM脂質(zhì)差異已得到廣泛表征

（表3），有助于更好地研究牛奶和乳制品的營養(yǎng)價(jià)值。

表 3. 不同物種 MFGM 脂質(zhì)組成

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣180﹣

MFG的大小會對MFGM的組成產(chǎn)生重大影響。由于MFG的表面

積不同，體積比會發(fā)生變化，因此極性脂質(zhì)的比例也會發(fā)生變化。此

外，飲食和泌乳期會改變MFG的大小，這對MFGM的組成有顯著影響。

小MFG中PI的比例（3.32±1.21μm）顯著低于大型MFGs（7.61±0.90

μm），而PE的比例顯著高于大型MFG。對奶油層中不同位置的MFG

的大小進(jìn)行分類。上部乳脂球命名為F1，最大，下部乳脂球最小，命

名為F6。HPLC-ELSD分析結(jié)果顯示，F(xiàn)1和F6組分的PI和PC比值存在

顯著差異，MFG大小差異顯著，而F4、F5和F6之間無顯著差異。對于

脂肪球大小誘導(dǎo)的MFGM組成變化，可能是由于不同大小的MFG之

間曲率的差異，也可能是由于分泌后頂質(zhì)膜組合物的重排。MFGM成

分的變化會影響其在加工或消化過程中的功能，研究MFG大小與

MFGM成分之間的關(guān)系有助于進(jìn)一步討論MFG分泌。

含有MFGM的提取物主要分為富含MFGM的成分和磷脂提取物，

前者廣泛應(yīng)用于營養(yǎng)品，后者主要應(yīng)用于美容產(chǎn)品。Folch和Mojonnier

方法是通用的脂質(zhì)提取方法。Folch方法使用20倍體積的2:1氯仿/甲醇

或4倍體積的1:1氯仿/甲醇從牛奶中提取脂質(zhì)，而Mojonnier方法使用

二、研究進(jìn)展█

﹣181﹣

乙醇、乙醚和石油醚的混合物提取脂質(zhì)。乳脂分離后，通常采用固相

萃取進(jìn)行分級。同樣，叔胺（CyNMe2）已被證明可以從生奶油、酪

乳、濃縮酪乳和β-血清中提取PL，并且CyNMe2可以從酪乳和β-血

清中提取大部分PL（主要是磷脂酰膽堿和磷脂酰肌醇），提取率高于

Folch和Mojonnier方法的提取性能。超濾和超臨界流體萃取相結(jié)合可

以獲得富含乳脂球膜磷脂的級分。通過10 kDa膜從乳清酪乳中去除乳

糖和灰分。噴霧干燥后，對粉末進(jìn)行超臨界流體萃?。–O2，350 bar，

50 °C）。最終，可以獲得含有21%脂質(zhì)（61% PL）的粉末。使用乙

醇可以有效地從副產(chǎn)品乳清蛋白磷脂濃縮物中提取磷脂。在70℃下使

用70%乙醇水溶液可以獲得更高PL含量的脂質(zhì)濃縮物，而在60℃下使

用70%乙醇水溶液可以獲得SM含量較高的脂質(zhì)濃縮物。

臨床研究的結(jié)果表明，在膳食中添加MFGM脂質(zhì)提取物，可以起

到多樣的生物活性功能。MFGM脂質(zhì)的生物活性功能主要包括調(diào)節(jié)人

體生長發(fā)育、影響腸道健康、抑制膽固醇吸收、增強(qiáng)運(yùn)動能力和抗癌

作用（表4）。

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣182﹣

表 4. MFGM 脂類的生物活性功能

結(jié)論：本綜述概述了MFGM中主要脂質(zhì)的類型和表征方法，并總

結(jié)了關(guān)于這些脂質(zhì)的生物活性功能的研究，包括研究設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

和功能機(jī)制。研究表明，在飲食中補(bǔ)充MFGM脂質(zhì)可以促進(jìn)發(fā)育并提

高免疫力，使其成為奶粉等嬰幼兒產(chǎn)品的潛在補(bǔ)充劑。值得注意的是，

二、研究進(jìn)展█

﹣183﹣

MFGM的成分受到外部因素的影響，例如加工方法和哺乳階段。 因

此，準(zhǔn)確分離和純化其中的MFGM和脂質(zhì)對其商業(yè)應(yīng)用至關(guān)重要?？?/p>

體而言，本文強(qiáng)調(diào)了MFGM脂質(zhì)在人類健康和營養(yǎng)的各個(gè)方面的功能，

但它仍需要進(jìn)一步的研究，以更好地了解它們的功能，探索它們的潛

在應(yīng)用，并開發(fā)它們在食品工業(yè)中利用的有效方法。

研究成果已于2023年4月發(fā)表在《Foods》雜志。該研究得到國家

重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2022YFD1301004）、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程

（ASTIP-IAS12）和國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-36）等項(xiàng)目

資助，第一作者潘俊宇，通訊作者張養(yǎng)東。

Pan J, Chen M, Li N, Han R, Yang Y, Zheng N, Zhao S, Zhang Y.

Bioactive Functions of Lipids in the Milk Fat Globule Membrane: A

Comprehensive Review. Foods. 2023 Oct 12;12(20):3755. doi:

10.3390/foods12203755. PMID: 37893646; PMCID: PMC10606317.

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣184﹣

11. 基于電子鼻、電子舌和氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)分析熱處理對生乳揮

發(fā)性有機(jī)化合物的影響

牛奶及奶制品在世界范圍內(nèi)擁有廣泛的消費(fèi)群體，為人類提供大

量的營養(yǎng)物質(zhì)。然而，歐洲食品安全局不建議直接食用生牛奶，因?yàn)?/p>

生牛奶中含有大量致病微生物。乳制品質(zhì)量監(jiān)管機(jī)構(gòu)強(qiáng)烈建議加工生

奶，以提高食品安全，增加牛奶的保質(zhì)期。熱處理是乳制品行業(yè)中使

用最廣泛的加工技術(shù)，隨著人們對“天然”或“未經(jīng)加工”的認(rèn)識不

斷提高，經(jīng)常會出現(xiàn)關(guān)于熱處理如何影響牛奶和其他乳制品的營養(yǎng)價(jià)

值的問題。在 65°C 下進(jìn)行 30 分鐘的巴氏滅菌和在 135-150°C 下

進(jìn)行 2-8 秒的超高溫瞬時(shí)滅菌是原料奶加工技術(shù)的主要組成部分。原

料奶中的酯類、醇類、脂肪酸、硫、羰基、氮化合物，是影響消費(fèi)者

購買欲望的最重要因素之一，對牛奶風(fēng)味的形成起著重要作用。

溫度是影響牛奶揮發(fā)性成分的重要因素，在熱處理過程中，會發(fā)

生一系列的物理和化學(xué)變化，改變牛奶的風(fēng)味。如原料奶中的主要風(fēng)

味化合物丁酸乙酯和己酸乙酯經(jīng)巴氏殺菌后消失。巴氏奶和 UHT 奶

中 2-庚酮含量明顯高于高溫短時(shí)殺菌奶。乳清蛋白和乳脂球膜的美拉

德反應(yīng)、脂質(zhì)降解和熱變性是熱加工引起牛奶風(fēng)味變化的主要原因。

熱變性會產(chǎn)生脂肪酸、氨基酸和乳酸，這些都是牛奶中 VOCs 形成的

前體物質(zhì)。原料奶加熱過程加速了美拉德反應(yīng)，使牛奶血清蛋白變性，

增加了硫化合物含量。蛋白質(zhì)中的乳糖和氨基在高溫下處理產(chǎn)生含硫

二、研究進(jìn)展█

﹣185﹣

化合物，往往被認(rèn)為是牛奶“不新鮮”氣味的來源。揮發(fā)性有機(jī)化合

物是評估牛奶質(zhì)量變化的有效措施，在人類感知閾值之前就能顯示產(chǎn)

品中的化學(xué)變化。根據(jù)許多研究，我們可以確定熱處理會導(dǎo)致牛奶風(fēng)

味的變化。但是，目前還缺乏對牛奶進(jìn)行熱處理時(shí)的氣味和滋味的綜

合分析。

本研究結(jié)合電子鼻、電子舌和氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（HS-SPMEGC-MS）的分析優(yōu)勢，以原料奶為對照，研究了 65 °C 熱處理 30

min 和 135 °C 熱處理 30 min 條件下牛奶中特征及差異 VOCs，為牛

奶的科學(xué)利用和加工提供理論支持。

電子鼻在檢測樣品化合物的整體變化方面具有明顯的優(yōu)勢。傳感

器的響應(yīng)強(qiáng)度代表復(fù)合氣味的強(qiáng)度，響應(yīng)強(qiáng)度高表示復(fù)合氣味較強(qiáng)。

不同加工溫度下牛奶 VOCs 的電子鼻雷達(dá)圖顯示。在 65 °C 處理的

牛奶樣品和原奶樣品之間，反應(yīng)強(qiáng)度沒有顯著差異。原料奶在 135℃

處理后，W1W 和 W2W 傳感器的響應(yīng)強(qiáng)度增大，而其他 8 個(gè)傳感器

的響應(yīng)強(qiáng)度減小，尤其是 W1S 和 W2S 傳感器的響應(yīng)急劇下降。W1W

和 W2W 傳感器檢測到硫化物，W1S 和 W2S 傳感器檢測到甲基和碳

氧化合物等有機(jī)物，說明高溫加熱促進(jìn)了牛奶中硫化物的合成，降低

了有機(jī)物的含量。

根據(jù)電子舌測試結(jié)果建立 OPLS-DA 模型，模型參數(shù)(R2X=0.972,

R2Y=0.806, Q2=0.765)證明模型具有良好的判別和預(yù)測能力。不同溫

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣186﹣

度處理生乳按照滋味屬性被分到了不同的象限，表明溫度會導(dǎo)致牛奶

味道的明顯差異。負(fù)荷圖中生乳位于第四象限，靠近甜味，表明甜味

是生乳的主要味覺表現(xiàn)，65 °C 組處理位于第一象限，靠近咸味，

表明咸味是該組主要味覺表現(xiàn)，135°C 組處理位于第三象限，靠近

苦味，表明苦味是該組主要味覺表現(xiàn)。

排除因萃取纖維和色譜柱因柱流失產(chǎn)生的硅氧烷化合物后，GCMS 鑒定出 43 種 VOCs，包括 5 種醛類、8 種醇類、4 種酮類、3 種酯

類、13 種酸類、8 種烴類、1 種氮化合物和 1 種苯酚。生乳中酸類化

合物含量顯著高于 65°C 組和 135°C 組(P<0.05)。135 ℃組乳中酮

類、酯類和烴類含量顯著升高，醛類含量顯著降低(P<0.05)。由于熱

處理方式的不同而引起的 VOC 含量的顯著變化，影響了牛奶的感官

特性。

通過 OPLS-DA 模型篩選出 VIP > 1 的 17 種 VOCs。共 17 種

VOCs，包括 1 種醛(己醛)、1 種醇(1-辛烯-3-醇)、2 種酮(2-壬酮、2-

十二烷酮)、1 種酯(十一烷內(nèi)酯)、7 種酸(丁酸、庚酸、辛酸、壬酸、

正癸酸、苯甲酸、正十六酸)、5 種烴類(乙苯、1,3-二甲基苯、十二烷、

苯乙烯、1,2,3-三甲基苯)。

二、研究進(jìn)展█

﹣187﹣

圖 1 不同處理溫度牛奶電子鼻的 VOCs 雷達(dá)圖。

圖 2 不同溫度下牛奶電子舌的 OPLS-DA 2D 評分圖(A)和負(fù)荷圖(B)。

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣188﹣

圖 3 不同處理溫度生乳中 VOCs 含量變化。不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

圖 4 不同處理溫度牛奶 VOCs 的 VIP 圖。

熱敏參數(shù)與 VOCs 的相關(guān)性分析顯示。3-乙基苯甲醛、3-甲基-3-

丁烯-1-醇、2-丙基-1-庚醇、2,3-二甲基-1-丁醇、2-乙基己酸與熱敏指

標(biāo)糠氨酸和乳果糖呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，與免疫球蛋白 G、α-乳

蛋白、β-乳球蛋白呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與乳鐵蛋白呈顯著正相

關(guān)(P<0.05)。隨著熱處理溫度的升高，糠醛、戊酸乙酯、2-十一烷酮、

4,7-二甲基十一烷、2-庚酮、2-呋喃甲醇、1,4-苯二甲酸醛、5-辛烷內(nèi)

酯、庚烷酸、乙苯與熱敏指標(biāo)糠氨酸、乳果糖呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，

二、研究進(jìn)展█

﹣189﹣

與免疫球蛋白 G、α-乳白蛋白、β-乳球蛋白、乳鐵蛋白呈極顯著負(fù)

相關(guān)(P<0.01)。

圖 5 熱敏參數(shù)與 VOCs 的相關(guān)性分析。(** p <0.01，* p <0.05)

結(jié)論：電子鼻顯示牛奶的整體風(fēng)味存在差異，在 65°C 熱處理

30min 后，牛奶的整體風(fēng)味表現(xiàn)與生奶相似，可以最大限度地保留牛

奶的原味。在口感表現(xiàn)上，生奶的甜度更突出，65℃處理組的咸味更

突出，135℃處理組的苦味更突出。HS-SPME-GC-MS 檢測結(jié)果顯示，

三種牛奶中共鑒定出 43 種 VOCs，包括 5 種醛類、8 種醇類、4 種酮

類、3 種酯類、13 種酸類、8 種烴類、1 種氮化合物和 1 種苯酚?？?/p>

醛、2-庚酮、2-十一烷酮、2-呋喃甲醇、戊酸乙酯、5-辛烷內(nèi)酯、4,7-

二甲基十一烷可作為 135℃處理后牛奶的特征 VOCs。

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣190﹣

該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目 (22022YFD1301003 、

2022YFD1301004)、CARS 專項(xiàng)資金(CARS-36)、農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)

目(astp-ias12)、新疆天山創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(2022D14016)和新疆科技計(jì)劃項(xiàng)目

(2022A02006-3-1)的支持，所職工袁寧為第一作者，鄭楠和劉慧敏為

并列通訊作者。

N. Yuan, X. L. Chi, Q, Y, Ye, H. M. Liu *, N. Zheng *. Analysis of

volatile organic compounds in milk during heat treatment based on E-nose,

E-tongue and HS-SPME-GC-MS.

二、研究進(jìn)展█

﹣191﹣

12. 氯化鍶通過影響幼年雄性大鼠的腸道微生物群提高骨量

研究表明，成年早期形成的骨量是衰老期骨量的主要決定因素。

因此，為了更好地貫徹 \"預(yù)防>治療 \"的健康理念，深入研究骨代謝

機(jī)制對于優(yōu)化青春期骨骼發(fā)育，避免日后可能引發(fā)骨科疾病的嚴(yán)重后

果至關(guān)重要。最新研究發(fā)現(xiàn)，腸道微生物群作為重要的內(nèi)源性調(diào)節(jié)因

子，與骨代謝密切相關(guān)，其可能是緩解骨質(zhì)流失的一種很有前景的治

療方法。針對此問題，研究人員也在積極探索外源性物質(zhì)。大量研究

證實(shí)，鍶是一種關(guān)鍵的生物活性元素，通過協(xié)調(diào)成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞

之間的平衡來調(diào)節(jié)骨轉(zhuǎn)換和維持骨骼的穩(wěn)態(tài)。然而，盡管許多實(shí)驗(yàn)結(jié)

果表明鍶可以改善骨質(zhì)，也有大量研究在討論腸道微生物群與骨平衡

之間的關(guān)系，但似乎還沒有人將三者聯(lián)系在一起，腸道微生物群是否

能在鍶改善骨質(zhì)中發(fā)揮作用也未見報(bào)道和闡明。因此，本研究旨在以

腸道菌群為媒介，觀察氯化鍶對青春期雄性 Wistar 大鼠灌胃 37 天

后骨骼的影響，并從組織病理學(xué)和生物技術(shù)方面評估骨骼的相關(guān)指標(biāo)

（圖 1）。

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣192﹣

圖 1. 實(shí)驗(yàn)流程圖。

本研究探索了不同濃度（0、100、200 和 400 mg/kg B.W.）的氯

化鍶溶液對 7 周大雄性 Wistar 大鼠骨骼質(zhì)量的影響。選用40只大

鼠，隨機(jī)分為4組，對照組CTL和試驗(yàn)組Sr-100、 Sr-200、 Sr-400。

在試驗(yàn)第38天時(shí)進(jìn)行取材，獲得骨骼、骨骼內(nèi)容物、血清等進(jìn)行表型

分析，獲得結(jié)腸內(nèi)容物樣本進(jìn)行16S rDNA分析。

骨代謝指標(biāo)是指在骨轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的骨形成/吸收標(biāo)志物。如

圖2C-H所示，鍶攝入組的血清Ca水平、骨形成代謝指標(biāo)PⅠNP水平明

顯高于CTL組，說明鍶能影響骨的代謝。維生素 D3、OCN、PTH 和

CTX 水平在組間無顯著差異。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鍶對特定骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志

物有明顯的調(diào)節(jié)作用。

二、研究進(jìn)展█

﹣193﹣

圖 2. 鍶處理對生長和血清中骨轉(zhuǎn)化的生化指標(biāo)的影響。(A) 初始和最終體重。(B）體增

重。(C-H）血清中 Ca、PⅠNP、OCN、CTX、PTH 和維生素 D3 的水平。

對于股骨內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，如圖3A-G所示，發(fā)現(xiàn)鍶處理顯

著提高骨密度、骨表面積、骨表面積/體積比、骨小梁數(shù)量和骨小梁厚

度，顯著下調(diào)結(jié)構(gòu)模型指數(shù)。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鍶處理具有抗骨骼微

結(jié)構(gòu)狀況惡化的潛力。