█ MRT 2023 年度报告

﹣144﹣

试验采用 6~8 周龄 C57BL/6J 小鼠（18−22 g 左右），随机分为 3

组：对照组、DSS 组（肠炎模型组）、DSS+2'-FL 组，试验期共 21 d，

第 14～21 天，采用 5% DSS 水诱导小鼠肠炎； DSS+2'-FL 组小鼠全

程灌胃 2'-FL。在实验第 21 d 处死小鼠，采集结肠内容物、结肠组织

和血液样本。

测定病理相关指标：疾病活动指数（DAI）、肠组织病理、炎症

因子表达量（TNF-α、IL-6、IL-1β、IL-17 及 IL-10）；菌群相关指标：

粪便进行 16S 全长测序，分析 2'-FL 对肠道微生物的影响。代谢组相

关指标：结肠内容物进行非靶标代谢组分析。

（二）试验结果

1. DSS 组的肝脏重量明显低于对照组(图 1A,B, p < 0.05)，三组

小鼠肝重与体重之比无显著差异(图 1C, p > 0.05)。与结肠炎小鼠相比，

2'-FL 处理后肝脏 T-AOC 和 GSH 水平显著升高，肝脏 MDA 水平显

著降低(图 1D, p < 0.05)。与 DSS 组相比，2'-FL 处理后血清中 SOD 浓

度明显升高，血清中 MDA 浓度显著降低(图 1E, p < 0.05)，以上结果

表明，2'-FL 能有效缓解结肠炎引起的肝脏氧化应激。

二、研究进展█

﹣145﹣

图 1 2-FL 可减轻结肠炎引起的肝脏氧化损伤。(A)小鼠肝脏。(B)肝脏重量。(C)肝重与体

重之比。(D)肝脏中谷胱甘肽(GSH)、丙二醛(MDA)、总抗氧化能力(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. 粪便微生物 16S rRNA 测序结果显示，整体来看，DSS + 2'-FL

组的微生物组成与 DSS 组以及对照组有显著差异(图 2A)，其中 39 种

/属细菌的差异显著(p<0.05)。具体来说， 结肠炎小鼠粪便中

Lachnospiraceae_NK4A136、Iiebacterium_valenns、Lactobacillus_reuteri

和 paraprevotella 丰度较高 (p < 0.05)，而 Bifidobacterium_animalis、

Akkermansia_muciniphila 和 Bacteroides_caecimuris 在对照组和 DSS +

2'-FL 组中相对丰富(p < 0.05)。

█ MRT 2023 年度报告

﹣146﹣

图 2 三组间粪便微生物组成差异显著。(A)各组粪便中 Top 39 的微生物。(B)各组间显著变

化的微生物(n = 6)。*，p < 0.05。**，p < 0.01。

二、研究进展█

﹣147﹣

3. 肠道菌群可以影响营养物质的代谢，如碳水化合物、脂质和氨

基酸，因此肠道菌群组成的改变可能导致代谢模式的变化。为了进一

步了解代谢模式对 2'-FL 的响应变化，我们采用 LC-MS/MS 对粪便中

的非靶代谢组学进行了研究。在潜在结构判别分析(OPLS-DA)的正交

投影分析中，两组之间明显存在聚类分离(图 3A)，表明这两组的代谢

模式发生了显著改变。在对照组和 DSS 组中，有 89 种代谢物显著下

调，100 种代谢物显著上调(图 3B)。这些显著改变的代谢物富含色氨

酸代谢、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的生物合成，以及 TRP 通道的

炎症介质调节。在 DSS 和 DSS + 2'-FL 组中，33 种代谢产物显著下

调，26 种代谢产物显著上调(图 3B)。具体而言，这些显著变化的代

谢物富集于芳香族化合物的降解、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的生物

合成以及氨基酸的生物合成。值得注意的是，许多代谢物被发现与糖

代谢相关的途径，如糖酵解/糖异生，果糖和甘露糖代谢，甘露糖型 o

型聚糖生物合成。

█ MRT 2023 年度报告

﹣148﹣

图 3 C57BL/6J 肠炎小鼠中 2'-FL 相关代谢模式。(A) OPLS-DA 图。(B)火山图。(C) B 中差

异代谢物富集图。(D)差异代谢物富集 KEGG 图谱。每个小图中, A, DSS 组; C, DSS2FL 组;

E 为对照组。

二、研究进展█

﹣149﹣

4. 由于缺乏糖苷水解酶，2'-FL 不能在上消化道消化。其到达结

肠后，经肠道菌群发酵，可引起糖代谢的一系列变化。因此，我们进

一步分析了与碳水化合物代谢相关的代谢物，筛选出了 15 个变化显

著的代谢物。如图 4 所示，其中，DSS 组 9 个代谢物(果糖-赖氨酸、

D -半乳糖胺、D -乳糖、D -麦芽糖、半乳糖-葡萄糖醛酸、N -乙酰腐

烂胺、麦角甾醇-3- D -葡萄糖糖苷、2-氨基半乳糖葡萄糖)增加，DSS

组其余 6 个代谢物(麦芽糖戊二糖(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-羟基肉豆醇基)- n -乙酰葡萄糖胺(p > 0.05)增加。

果糖 1,6-二磷酸(p > 0.05)。与对照组相比，2′-FL 处理显著提高了 n -

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

乳糖(p < 0.05)丰度，显著降低了果糖赖氨酸-6-磷酸(p < 0.05)， 2′-FL

处理后略有上调。DSS 组剩余 6 种代谢物麦芽糖二糖酶(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-羟基肉豆醇基)- 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 处理显著提

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

和 2-氨基半乳糖脲糖(p < 0.05)的丰度。

█ MRT 2023 年度报告

﹣150﹣

图 4 糖代谢相关显著差异代谢物。

5. 肠道菌群可以调节宿主的吸收、储存和能量获取，从而参与脂

质代谢。因此，我们分析了脂质代谢，发现了 12 个显著改变的代谢

物。其中，与对照组相比，DSS 组的磷脂酰乙醇胺(PE, 18:0)、PE

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

胆碱(PC, 18:1)和磷脂酰肌醇(PI, 18:0/18:1)水平显著升高(图 5, p <

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

PI (16:1)、LysoPE(20:3)和 PE(18:1)水平显著上调(图 5, p < 0.05)。我

们还使用 GC-MS 检测了粪便中 SCFAs 的变化。结果显示，DSS 诱导

结肠炎小鼠乙酸、丙酸、丁酸及总 SCFAs 急剧下降(p < 0.05)，而 DSS

二、研究进展█

﹣151﹣

+ 2′-FL 组则不同程度上调。三组间异丁酸、戊酸、异戊酸浓度差异均

不显著(p > 0.05)。

图 5 各组脂质代谢和 SCFAs 含量。(A)脂质代谢相关代谢物水平;(B) SCFAs 含量。

6. 为了进一步了解代谢物与微生物的关系，我们绘制了微生物

与代谢物的相关热图。如图 6 所示，微生物和特定代谢物间具有较强

█ MRT 2023 年度报告

﹣152﹣

的正/负关系。其中，Akkermansia_muciniphila 和 Paraprevotella. spp 与

糖代谢和脂质相关代谢物关系最为密切，表明这两个菌种可能在糖代

谢和脂质相关代谢中发挥重要作用，从而参与了 2'-FL 减轻结肠炎引

起的肝脏氧应激的过程。

二、研究进展█

﹣153﹣

图 6 特定微生物与代谢物的相关性分析。(A)结肠内微生物和代谢物的相关热图(前 20

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

Paraprevotella spp.)的简单线性回归及其代谢产物分析。

█ MRT 2023 年度报告

﹣154﹣

结论：在结肠炎小鼠模型中，2'-FL 可降低肝组织和血清氧化水

平。2'-FL 处理后，DSS 小鼠肠道代谢模式，特别是糖代谢和脂代谢

相关过程发生显著改变，其中 33 种代谢产物显著下调，26 种代谢产

物显著上调。通过对肠道菌群和代谢产物数据的联合分析，糖代谢和

脂质代谢相关代谢产物与 Akkermansia_muciniphila 和 Paraprevotella

呈现较强的相关性 ，提示这这两种菌可能在 2'-FL 缓解结肠炎诱导

的肝脏氧应激过程中发挥重要作用。

研究成果已被《Nutrients》杂志接收，文章由中国农业科学院科

技创新工程（ASTIP-IAS12）和国家现代农业产业技术体系（CARS36）资助。

—— 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、研究进展█

﹣155﹣

7. 牛奶活性成分 2'-岩藻糖基乳糖促进 LS174T 杯状细胞分泌

MUC2 并抑制炎症

人乳寡糖(HMOs)是母乳的重要成分，主要在大肠中发酵。乳寡糖

通过刺激新生儿中有益肠道细菌如双歧杆菌和乳酸杆菌的生长，平衡

肠道菌群的发育可能对调节新生儿出生后免疫系统起重要作用，作为

先进婴儿配方食品的功能性成分非常重要。HMOs 一般以乳糖分子为

基础，通过不同数量的 Gal 1-3GlcNAc 或 Gal 1-4GlcNAc 延长成直链

或支链。唾液酸和岩藻糖基作为修饰基团延伸到主链上。目前已经鉴

定出 200 余种 HMOs，其中 2'-岩藻糖基乳糖(2'-FL)是人乳中最丰富的

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

约占 HMOs 的 6%。因其他动物乳种乳寡糖含量较低且其工业化生产

难度较大，目前婴儿配方奶粉中常加入半乳糖低聚糖(GOS)以模仿

HMOs 的功能。

尽管有报道称 HMOs 可改善炎症小鼠的粘蛋白屏障损伤情况，

但尚不清楚这是 HMOs 整体发挥作用还是某一单一成分的作用。此

外，不同修饰的 HMOs 在改善黏蛋白分泌方面的差异尚未阐明。在本

研究中，我们通过检测 MUC2 分泌相关基因的表达，比较了 2'-FL、

3'-SL、GOS 和乳糖（Lac）在稳态条件下和炎症环境下改善粘蛋白分

泌的潜力，为进一步开发利用乳寡糖提供理论依据。

实验方法

█ MRT 2023 年度报告

﹣156﹣

试验采用人杯状细胞（LS174T）。使用 MEM 培养基，采用不同

浓度 2'-FL、3'-SL、GOS 和 Lac 分别处理 LS174T 细胞 24、48 和 72

h，选择各益生元最佳浓度和最佳处理时间；然后分别在稳态和炎症

条件下（TNF-α构建细胞炎症模型），收集细胞，检测 MUC2 分泌

相关基因的表达量。

进一步采用NLRP6 siRNA处理 LS174T细胞，检测处理后MUC2

分泌相关基因的表达量。

（二）试验结果：

由图 1 可知，与对照组相比，1.0-2.5 mg/mL 2'-FL 和 3'-SL 处理

的 LS174T 细胞细胞活力未见明显变化。此外，1.5、2.0 和 2.5 mg/mL

2'-FL 培养 72 h 后，细胞活力略有提高，而 5.0 mg/mL 2'-FL 和 3'-SL

处理后，细胞活力显著降低 (p < 0.05)。15、20 mg/mL GOS 或 Lac 组

的细胞活力显著低于对照组(p < 0.05)。在 24 和 48 h，细胞活力与 72

h 观察到的趋势相似。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 进行后续实验，以确定最佳用量。

二、研究进展█

﹣157﹣

图 1 不同益生元处理后 LS174T 细胞的细胞活力 A，2'-FL；B，3'-SL；C，GOS；D，Lac

为了进一步探索 4 种化合物对稳态条件下 LS174T 细胞黏液分泌

能力的影响，分别用 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 处理 72 h 后，评估黏蛋白分泌相关基因的表

█ MRT 2023 年度报告

﹣158﹣

达变化。如图 2 所示，不同处理组间 MUC2 基因表达无明显差异(p >

0.05)。与对照组相比，2.5 mg/mL 2'-FL 和 12.5 mg/mL GOS 中 RETNLB

基因表达量，以及 2.0 mg/mL 2'-FL 和 12.5 mg/mL GOS 中 GAL3ST5

基因表达量均显著上调(p < 0.05)。在稳态条件下，3'-SL 和 Lac 对黏

蛋白分泌无明显影响。根据上述结果，选择 2.5 mg/mL 2'-FL 和 3'-SL

剂量，12.5 mg/mL GOS 和 Lac 进行后续实验。

图 2 稳态条件下 LS174T 细胞中黏蛋白分泌相关基因的 mRNA 表达水平

由图 3 可知，与对照组相比，TNF-α构建细胞炎症模型后， TNFα组 MUC2、CHST5、TFF3 基因表达较对照组下调(p < 0.05)。而 2'-

FL+TNF-α组和 GOS + TNF-α中这些基因均显著上调(p < 0.01；p <

二、研究进展█

﹣159﹣

0.05)，且 2'-FL 组较 GOS 组提高了 1.68 倍。3'-SL 和 Lac 对 MUC2 基

因表达及黏蛋白分泌相关基因无明显影响。细胞免疫荧光染色证实2'-

FL 在炎症状条件下增强了 MUC2 蛋白的表达。

图 3 炎症状态下 LS174T 细胞中黏蛋白分泌相关基因 mRNA 表达水平及细胞免疫荧光染

色。(A)黏蛋白分泌相关基因;(B)细胞免疫荧光染色;(C) MUC2 的平均荧光强度及其相对丰

度(与对照组相比)

█ MRT 2023 年度报告

﹣160﹣

据报道 NLRP6 可调节杯状细胞中的 MUC2 分泌，其关键作用我

们之前的研究中得到证实（小鼠肠炎模型）。为了进一步验证 NLRP6

在体外炎症模型中的作用，本研究进行了细胞免疫荧光染色。结果显

示， TNF-α刺激后，与对照组相比，NLRP6 表达显著降低(p < 0.05)。

而 2'-FL 处理显著提高了其表达(p < 0.05)。

图 4 NLRP6 基因沉默前后检测 NLRP6 和黏蛋白相关基因的表达。(A) 2'-FL 处理(2.5

mg/mL) 72h 可提高 NLRP6 在 LS174T 细胞中的表达。(B)平均荧光强度及其相对丰度(与对

二、研究进展█

﹣161﹣

照组相比)。(C) NLRP6siRNA 引物的筛选。(D) NLRP6 基因沉默后黏蛋白分泌相关基因的

mRNA 表达水平。

由图 5 可知，NLRP6 siRNA 组 TLR4、MyD88、NF-κB、TNFα表达水平较对照组明显升高(p < 0.05)。然而，在 2'-FL + TNF-α组

中观察到相反的结果，即 TLR4、MyD88、NF- κB 的表达急剧下降，

NLRP6 的表达水平升高(p < 0.05)，表明 NLRP6 可能位于 TLR4 相关

通路的上游。更重要的是，NLRP6 沉默后，2'-FL 仍能降低上述炎症

因子水平，表明在杯状细胞中，2'-FL 不仅能促进 MUC2 的分泌，还

能抑制炎症细胞因子的表达，减轻炎症。

█ MRT 2023 年度报告

﹣162﹣

图 5 LS174T 细胞中 TLR4/MyD88/NF-B 通路中细胞因子的蛋白表达。

结论：本研究结果表明 2'-FL 和 GOS 仅在炎症状态下增加杯状

细胞中黏蛋白的表达，而 3'-SL 和 Lac 无此作用。此外，2'-FL 通过

NLRP6 促进黏液蛋白分泌、抑制 TLR4 相关炎症通路等多种途径发

挥作用。提示 2'-FL 具有抑制肠道病变，保护肠道健康的潜力，是一

种极具开发潜能的功能营养因子。

二、研究进展█

﹣163﹣

研究成果已被《Foods》杂志接收，该成果由中国农业科学院科技

创新工程（ASTIP-IAS12）、国家现代农业产业技术体系（CARS-36）

和国家重点研发计划（No. 2022YFD1301004）项目支持。

—— 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 年度报告

﹣164﹣

8. 泌乳期对羊乳中矿物元素分布的影响

羊奶富含脂质、蛋白质，以及丰富的钙、磷、镁、铜和其他必需

元素，使其成为一种有价值的天然营养源。羊奶中的矿物质元素对人

类健康和发育至关重要，因为它们在满足身体的营养和发育需求方面

发挥着关键作用，尤其是在儿童中。这些元素既包括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，奶中这些矿物质元素的存在形式会影响牛奶的各种特性。例如，

矿物元素可以通过增强酪蛋白胶束的静电稳定性来影响牛奶的稳定

性。乳中矿物元素的分布并不是一成不变的，而是会受到外界条件的

影响，如加工方法、泌乳阶段等，这会导致乳中矿物元素生物利用率

的改变。本研究的目标是将不同泌乳阶段的山羊奶分成4个部分，即

脂肪、酪蛋白、乳清蛋白和水相，采用电感耦合等离子体发射光谱法

（ICP-OES）分析了11种元素（Mg，Ca，Na，K，Zn，Fe，Cu，Mo，

Cr，Mn，Ni）在不同泌乳期的分布情况。

本研究选取健康崂山山羊采集泌乳期第1-3、90、150和240天样本。

将生乳样本低温离心以获得脂肪组分，然后将脱脂乳进行超速离心沉

淀酪蛋白，剩余部分使用4倍体积预冷丙酮（-20℃）沉淀，将乳清蛋

白和水相分离。将全脂羊奶和各个组分冻干后沉取干重，取2g样品进

行消化，使用ICP-OES测定各组分中的矿物元素浓度和总矿物元素浓

度。

二、研究进展█

﹣165﹣

表1显示了不同泌乳期羊奶中矿质元素含量的变化，除Co外均被

检出。羊乳中Mg、Ca、Na、K、Cu、Fe含量在泌乳期1～3到150 天

呈下降趋势，150到240天则呈上升趋势。另一方面，Cr、Ni、Mo的浓

度在泌乳期1～3到150天呈增加趋势。Mn和Zn的浓度在泌乳期1-3至9

天期间增加，然后在90至240天期间下降。

表 1 不同泌乳期羊奶中矿物元素总浓度

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个组分在泌乳期内的含量变化如表2所示。 哺乳期1～3

到90天酪蛋白和脂肪含量显着下降，而90到240天则无明显变化。同

样，乳清蛋白含量在1~3到150天之间表现出显着下降，而在150到240

天没有显着变化。羊奶中水相的含量在整个哺乳期没有表现出显着变

化。

█ MRT 2023 年度报告

﹣166﹣

表 2 不同泌乳期羊奶各组分含量

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

在羊奶的水相中发现了最高浓度的Mg、Na、K和Ni。相比之下，

水相中K、Na和Ni的浓度高于酪蛋白、乳清和脂肪中的浓度。水相的

Mg浓度最高，其次是乳清和酪蛋白，而脂肪中的Mg浓度最低。就Ca、

Zn、Cr、Cu、Mn和Fe而言，显著高于其他组分。在其余3个组分中，

乳清的Ca浓度高于脂肪，其次是水相。对于Zn和Mn，乳清中的浓度

高于水相，其次是脂肪。与乳清相比，脂肪中Fe和Cr的浓度较高，其

次是水相。此外，与乳清相比，水相中的Cu浓度较高，其次是脂肪。

此外，乳清部分的Mo浓度最高，其次是酪蛋白和水相，而脂肪部分的

浓度最低。

哺乳期羊奶各组分中元素含量变化如图1所示。羊奶所有4个组分

中Mg、Na和Fe的浓度在1~3到90天下降，从90到240天增加。就Ca而

言，酪蛋白、脂肪和乳清蛋白中的含量从1~3到150天降低，从150到

240天增加，而水相中的含量从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从1~3到150天减少，从150到

二、研究进展█

﹣167﹣

240天增加，而水相中的K含量在整个哺乳期持续减少。酪蛋白、脂肪

和水相中Cr的含量从1~3到150天增加，从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。对于Cu，酪

蛋白、脂肪和水相中的含量从1~3到150天下降，从150到240天增加，

而乳清蛋白的中的Cu含量在整个哺乳期持续下降。所有四个组分中

Zn和Mn的含量在1~3到90天均增加，在90到240天降低。同样，所有

四个组分中Ni和Mo的含量在1~3到150天增加，在150到240天降低。

图 1 不同泌乳期羊奶各组分中的矿物元素含量

█ MRT 2023 年度报告

﹣168﹣

结论：我们的研究结果表明，Ca、Zn、Fe、Cu、Mn和Cr在酪蛋

白部分中的浓度最高。Mo主要存在于乳清部分中。Mg、Na、K和Ni

在水相中浓度最高。这些元素的含量随着泌乳期的推移而变化。具体

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的含量从1~3

到90天下降，然后从90到240天增加。元素含量的变化可归因于哺乳

期间与各元素结合的活性物质水平的变化。我们的研究为了解这些元

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、研究进展█

﹣169﹣

9. 建立牛奶短链脂肪酸测定方法

牛奶具有“基础营养”和“活性营养”的双重营养功能。研究发

现，牛奶具有独特的奶香味，游离脂肪酸，特别是游离短链脂肪酸

（FSCFAs）是影响牛奶风味的关键因素，FSCFAs 的增加是导致牛奶

酸味的原因。C2:0 被描述为牛奶在储存过程中产生的醋味、刺鼻的酸

味，C6:0 则被认为是令人作呕的、酸败的奶酪样气味。FSCFAs 在牛

奶中的释放与牛奶的感官可接受度密切相关，牛奶中 FSCFAs 的变化

可能是揭示牛奶腐败的潜在指标。此外，FSCFAs 在机体供能、抗氧

化、促进大脑发育、降低高血压和高脂血症、抗过敏、抑制结肠炎症

和心脑血管疾病、预防肥胖等方面具有积极作用。因此，牛奶中的

FSCFAs 的定量研究对牛奶的质量安全控制以及营养研究具有重要价

值。

FSCFAs 的定量分析引起了众多学者的关注，气相色谱-质谱法

（GC-MS）被广泛应用于牛奶中 FSCFAs 的定量。前人研究将牛奶和

奶酪中的 FSCFAs 衍生为分子量更大、非极性更高、挥发性更低的

FSCFAs 酯。然而，由于衍生化方法样品前处理过程复杂且耗时，以

及衍生化过程中不可避免的 FSCFAs 的损失，直接进样测定 FSCFAs

被认为是一种更为科学检测方法。由于牛奶基质的复杂性，特别是牛

奶中存在的蛋白质不仅会干扰样品测定，甚至会影响仪器的使用性能，

因此必须尽可能去除牛奶中存在的蛋白质。部分牛奶蛋白质（糖蛋白

█ MRT 2023 年度报告

﹣170﹣

等）分布在牛奶脂球膜上，与脂类牢固结合，不易溶于水、稀盐溶液

和稀酸或稀碱，所以选择具有一定亲水性和较强亲酯性的乙醇、丁醇

等有机溶剂作为沉淀牛奶中蛋白质的理想试剂。此外，由于 FSCFAs

在水中极易被电离，前人研究利用盐酸和偏磷酸来抑制 FSCFAs 在水

中的电离。

总而言之，尽管牛奶中 FSCFAs 占比较低，牛奶的新鲜度或酸败

情况与 FSCFAs 高度相关。本研究的目的是建立一种 GC-MS 方法，

通过使用盐酸乙醇沉淀生乳样品中的蛋白质和抑制 FSCFAs 的电离，

无需衍生化同时测定牛奶中的 10 种 FSCFAs，为生牛乳的质量安全

控制提供一种科学手段，并进一步进行营养功能研究。

1 试验方法

1.1 样品前处理

冷冻牛奶样品置于 37℃的水浴中预热解冻。解冻后的牛奶样品，

充分混匀，用于后续的 FSCFAs 含量分析。牛奶样品前处理参照 Jiang

等（2016）的方法并加以改进，准确移取 1 mL 均匀试样至 15 mL 离

心管中，加入 50 μL 3-甲基戊酸内标溶液（2500 μg mL-1），随后加

入 1 mL 盐酸乙醇溶液（0.5%）和 1 mL 去离子水，涡旋振荡后混匀，

于 4℃、12000 rpm 离心 20 min，移取 1 mL 上清液转移至进样小瓶，

GC-MS 待测。

1.2 GC-MS 测定

二、研究进展█

﹣171﹣

采用 Agilent 6890A 气相色谱和 5975C 质谱（Agilent Technologies,

Santa Clara, California, USA）结合使用 DB-1 毛细管柱（30 m×0.25

mm×0.20 µm）分析 FSCFAs。

色谱条件如下：进样量为 1 μL，分流比为 20:1；载气为氦气

（99.999 %），流速恒定 1 mL min-1；进样口温度 250℃；色谱柱温

度程序如下:初始温度 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，总运行时间 26

min。

质谱条件如下：自动调谐；溶剂延迟时间为 4.5 min；质谱传输线

温度 250℃，离子源温度为 230℃，四极杆温度为 150℃，电子能量为

70 eV。采用 SIM 模式对 FSCFAs 进行定性和定量分析，运行时间分

为 4 个窗口，每个窗口选择有限特征离子进行扫描，每个离子驻留时

间为 10 ms，10 种 FSCFAs 的保留时间及质谱参数见表 1。基于 SCFAs

标准品的保留时间和特征离子的比较进行定性分析，基于定量离子峰

面积和各 SCFAs 内标法的标准曲线进行定量分析。

1.3 方法验证

依据方法验证指南（ICH, 2005）对方法的线性、灵敏度、精密度

和准确度进行验证。通过在 1 ~ 200 μg mL-1 范围内测定 8 个不同浓

度的 FSCFAs 标准溶液和内标比值，得到线性回归。以 S/N 为 3 和 10

计算检出限（LOD）和定量限（LOQ）。在空白样品即乳清溶液中添

█ MRT 2023 年度报告

﹣172﹣

加浓度分别为 10、50 和 200 μg mL-1 的 3 水平的 10 种 FSCFAs 和 3

种 SCFAs-甘油三酯标准溶液进行添加回收试验，计算回收率和

SCFAs-甘油三酯的潜在降解率，一天的三个时间点检测同一份样品

所得的相对标准偏差反映日内差异，连续三天每天对同一份样品检测

一次所得的相对标准偏差反映日间差异。应用该方法测定了 21 份牛

奶样品中的 FSCFAs。

表 1 FSCFAs 测定 GC-MS 参数

化合物 窗口 开始时间

（min）

保留时间

（min）

定量离子

（m/z）

定性离子

（m/z）

驻留时间

（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 结果与讨论

如图 1 所示，该方法同时检测了 10 种 FSCFAs，除 iso C5:0 和

anteiso C5:0 共流出外，能实现其余 8 种的有效色谱分离。通过 iso

C5:0 和 anteiso C5:0 标准品保留时间和质谱碎片离子进行对比分析发

二、研究进展█

﹣173﹣

现，两种 FSCFAs 在保留时间一致，质谱碎片离子也相似，无法通过

特征离子实现有效分离。此外，游离支链 SCFAs 在奶中含量极低，

因此本试验所提出的方法能满足对牛奶中游离 SCFAs 的检测需要。

本研究也对比了分流比为 10:1、20:1，载气流量为 0.5 mL min-1、1 mL

min-1、1.5 mL min-1 以及不同程序升温模式的 10 种 FSCFAs 标准品

分离效果。结果表明，分流比为 20:1，载气流量为 1 mL min-1 以及

试验方法所描述的升温条件下，10 种 FSCFAs 分离效果最好。

通过方法学验证，该方法具有良好的线性、灵敏度、准确度和精

密度。FSCFAs 标准曲线拟合的回归方程在 1 ~ 200 μg mL-1 的范围

内广泛适用，回归系数 > 0.999，单个 FSCFAs 的线性范围符合牛奶

中 FSCFAs 的实际含量要求。FSCFAs 的 LOD 和 LOQ 分别为 0.064

~ 0.375 μg mL-1 和 0.167 ~ 1.250 μg mL-1。假设乳脂总含量约为

4%，牛奶中 FSCFAs 的最小相对含量为 0.0004-0.0031 g/100 g 脂肪

酸。根据空白乳清溶液中加入不同浓度的 FSCFAs 和 SCFAs-甘油三

酯标准品试验，日内差异为 0.92 ~ 8.68%，日间差异为 0.56 ~ 9.09%，

FSCFAs 平均回收率为 85.62 ~ 126.42%，变异系数为 1.40 ~ 12.15%。

牛奶中以甘油三酯形式存在的结合态 SCFAs 未被潜在降解。

█ MRT 2023 年度报告

﹣174﹣

图 1 10 种 FSCFAs 标准品选择离子流图

应用上述建立的检测方法，测定 21 份牛奶中的 FSCFAs。研究结

果表明，牛奶中检测到 C2:0、C4:0 和 C6:0 等 3 种 FSCFAs，牛奶中

FSCFAs 的总量为 14.63 μg mL-1，C4:0、C6:0 和 C2:0 的比例分别

为 43.77%、32.24%和 23.99%。牛奶中高水平的游离 C4:0 来源于瘤胃

微生物对碳水化合物发酵产生的β-羟基丁酸，它通过血液运输到乳

腺被还原成游离 C4:0。牛奶中支链 FSCFAs 含量极低或不存在。

3 结论

本研究建立一种简单、快速的 GC-MS 方法，无需衍生化同时对

牛奶中的 10 种 FSCFAs 进行定量分析。方法学验证数据显示，该方

二、研究进展█

﹣175﹣

法具有良好的线性关系，检测限和定量限均能满足牛奶中 FSCFAs 的

检测要求，精密度好，准确度高，可用于牛奶中的 FSCFAs 检测，为

牛奶质量安全控制提供科学手段，未来可作为评估牛奶新鲜度的潜在

工具。

研究成果已在国际学术期刊《Foods》2023 年第 12 卷第 7 期上

发表。该研究得到国家重点研发计划（2022YFD1301004）、中国农业

科学院科技创新工程（ASTIP-IAS12）和国家奶牛产业技术体系

（CARS-36）等项目支持，硕士研究生武旭芳为第一作者，张养东研

究员为通讯作者。

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 年度报告

﹣176﹣

10. 乳脂肪球膜脂类生物活性功能

乳脂是人体的重要能量来源，也是必需脂肪酸和维生素的营养源。

牛奶中约98%的脂肪以乳脂球的形式存在，并被乳脂球膜（MFGM）

包围。从内质网分泌后，乳脂球被单层磷脂包裹，形成细胞质脂滴，

这是一种源自内质网的膜。随后，在细胞分泌过程中，脂滴与顶端质

膜结合，顶端质膜是MFGM的外双层膜，含有多种极性脂质和蛋白质。

厚度为10-20nm的MFGM可作为天然乳化剂，防止脂肪在酶存在下聚

结。

这种具有生物活性功能的三层膜主要由蛋白质、酶、三酰甘油和

极性脂质（胆固醇、鞘脂等）组成（表1）。MFGM中的营养物质，尤

其是鞘脂、磷脂和蛋白质，使其成为营养保健品开发的绝佳来源，尤

其是婴儿发育补充剂。MFGM的多种生物活性功能导致了各种MFGM

相关工业产品的出现，包括Lacprodan MFGM 10和Lacprodan PL 20，

它们可作为磷脂的补充剂。此外，MFGM的乳化特性有助于增强各种

食品的质地和风味。

二、研究进展█

﹣177﹣

表 1. MFGM 的组成

乳脂球三层膜中的主要脂质包括磷脂酰乙醇胺（PE）、磷脂酰胆

碱（PC）、磷脂酰肌醇（PI）、磷脂酰丝氨酸（PS）、鞘磷脂磷脂（SM）、

胆固醇和神经节苷脂。双层的表层主要由糖脂、脑苷脂和神经节苷脂

组成，而双层的内层主要含有PE、PI和PS，磷脂是单层的主要成分。

在结构上，SM由长链碱基组成，如鞘氨醇，它们构成了分子的骨

架。另一方面，甘油磷脂由磷酸、甘油、脂肪酸、羟基化合物和脂肪

酸组成。不饱和度相对较高的甘油磷脂的存在有助于改善MFGM的流

动性。另一方面，神经节苷脂是通过神经酰胺和唾液酸残基之间的糖

苷键形成的。

胆固醇主要存在于MFGM的外双层中，当它与SM结合时，形成

称为脂筏的刚性有序结构域（图1）。相反，膜的无序期主要由磷脂

组成。脂筏具有与蛋白质结合的能力，并可以诱导信号传导过程。脂

█ MRT 2023 年度报告

﹣178﹣

筏在MFGM中的结构作用可以通过高通量同步辐射X射线衍射（SRXRD）和差示扫描量热法（DSC）来表征。胆固醇和SM的比值会影

响MFGM的界面性质，从而影响乳脂球的功能性质及其消化机制。对

于上述脂质，临床试验已证明其对身体机能改善、发育和抗癌作用有

益。

图 1. 胆固醇和鞘磷脂形成的脂筏结构

MFGM和MFG的脂肪酸组成存在显著差异（表2），这是由于MFG

中的主要脂质是甘油三酯、胆固醇和视黄醇酯。MFGM中饱和脂肪酸

占55.2-67.0%，不饱和脂肪酸占33.0-44.8%；MFG中饱和脂肪酸占

66.3%-73.0%，不饱和脂肪酸占27.0-33.7%。关于MFGM中脂肪酸的相

对定量有许多研究，但关于MFGM中所有脂肪酸的绝对定量的研究很

少，这是因为MFGM中的脂肪酸含量太低，需要更高的通量和灵敏的

检测技术。

二、研究进展█

﹣179﹣

表 2. MFG 和 MFGM 脂肪酸组成差异

使用蒸发光散射检测器（ELSD）的液相色谱法是定量和表征脂

质的常用方法。在之前的比较分析中，使用HPLC-ELSD检查了水牛和

牛奶中MFGM水平的脂质谱。结果表明，水牛奶中磷脂酰胆碱的含量

高于牛奶，而SM的含量低于牛奶。在George等人的研究中，通过LCMS分析，本研究共鉴定出来自10个组分的166种MFGM脂质。同样，

Brink等人利用UPLC-MS鉴定了来自10种组分的338种MFGM脂质，

从而完成了不同商业MFGM材料的脂质表征。Ali等人的一项研究采

用UPLC-ESI-Q-TOF-MS鉴定了来自7组馏分的100种MFGM脂质。随

着脂质分析技术的发展，不同物种间MFGM脂质差异已得到广泛表征

（表3），有助于更好地研究牛奶和乳制品的营养价值。

表 3. 不同物种 MFGM 脂质组成

█ MRT 2023 年度报告

﹣180﹣

MFG的大小会对MFGM的组成产生重大影响。由于MFG的表面

积不同，体积比会发生变化，因此极性脂质的比例也会发生变化。此

外，饮食和泌乳期会改变MFG的大小，这对MFGM的组成有显著影响。

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

μm），而PE的比例显著高于大型MFG。对奶油层中不同位置的MFG

的大小进行分类。上部乳脂球命名为F1，最大，下部乳脂球最小，命

名为F6。HPLC-ELSD分析结果显示，F1和F6组分的PI和PC比值存在

显著差异，MFG大小差异显著，而F4、F5和F6之间无显著差异。对于

脂肪球大小诱导的MFGM组成变化，可能是由于不同大小的MFG之

间曲率的差异，也可能是由于分泌后顶质膜组合物的重排。MFGM成

分的变化会影响其在加工或消化过程中的功能，研究MFG大小与

MFGM成分之间的关系有助于进一步讨论MFG分泌。

含有MFGM的提取物主要分为富含MFGM的成分和磷脂提取物，

前者广泛应用于营养品，后者主要应用于美容产品。Folch和Mojonnier

方法是通用的脂质提取方法。Folch方法使用20倍体积的2:1氯仿/甲醇

或4倍体积的1:1氯仿/甲醇从牛奶中提取脂质，而Mojonnier方法使用

二、研究进展█

﹣181﹣

乙醇、乙醚和石油醚的混合物提取脂质。乳脂分离后，通常采用固相

萃取进行分级。同样，叔胺（CyNMe2）已被证明可以从生奶油、酪

乳、浓缩酪乳和β-血清中提取PL，并且CyNMe2可以从酪乳和β-血

清中提取大部分PL（主要是磷脂酰胆碱和磷脂酰肌醇），提取率高于

Folch和Mojonnier方法的提取性能。超滤和超临界流体萃取相结合可

以获得富含乳脂球膜磷脂的级分。通过10 kDa膜从乳清酪乳中去除乳

糖和灰分。喷雾干燥后，对粉末进行超临界流体萃取（CO2，350 bar，

50 °C）。最终，可以获得含有21%脂质（61% PL）的粉末。使用乙

醇可以有效地从副产品乳清蛋白磷脂浓缩物中提取磷脂。在70℃下使

用70%乙醇水溶液可以获得更高PL含量的脂质浓缩物，而在60℃下使

用70%乙醇水溶液可以获得SM含量较高的脂质浓缩物。

临床研究的结果表明，在膳食中添加MFGM脂质提取物，可以起

到多样的生物活性功能。MFGM脂质的生物活性功能主要包括调节人

体生长发育、影响肠道健康、抑制胆固醇吸收、增强运动能力和抗癌

作用（表4）。

█ MRT 2023 年度报告

﹣182﹣

表 4. MFGM 脂类的生物活性功能

结论：本综述概述了MFGM中主要脂质的类型和表征方法，并总

结了关于这些脂质的生物活性功能的研究，包括研究设计、实验结果

和功能机制。研究表明，在饮食中补充MFGM脂质可以促进发育并提

高免疫力，使其成为奶粉等婴幼儿产品的潜在补充剂。值得注意的是，

二、研究进展█

﹣183﹣

MFGM的成分受到外部因素的影响，例如加工方法和哺乳阶段。 因

此，准确分离和纯化其中的MFGM和脂质对其商业应用至关重要。总

体而言，本文强调了MFGM脂质在人类健康和营养的各个方面的功能，

但它仍需要进一步的研究，以更好地了解它们的功能，探索它们的潜

在应用，并开发它们在食品工业中利用的有效方法。

研究成果已于2023年4月发表在《Foods》杂志。该研究得到国家

重点研发计划（2022YFD1301004）、中国农业科学院科技创新工程

（ASTIP-IAS12）和国家现代农业产业技术体系（CARS-36）等项目

资助，第一作者潘俊宇，通讯作者张养东。

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 年度报告

﹣184﹣

11. 基于电子鼻、电子舌和气质联用技术分析热处理对生乳挥

发性有机化合物的影响

牛奶及奶制品在世界范围内拥有广泛的消费群体，为人类提供大

量的营养物质。然而，欧洲食品安全局不建议直接食用生牛奶，因为

生牛奶中含有大量致病微生物。乳制品质量监管机构强烈建议加工生

奶，以提高食品安全，增加牛奶的保质期。热处理是乳制品行业中使

用最广泛的加工技术，随着人们对“天然”或“未经加工”的认识不

断提高，经常会出现关于热处理如何影响牛奶和其他乳制品的营养价

值的问题。在 65°C 下进行 30 分钟的巴氏灭菌和在 135-150°C 下

进行 2-8 秒的超高温瞬时灭菌是原料奶加工技术的主要组成部分。原

料奶中的酯类、醇类、脂肪酸、硫、羰基、氮化合物，是影响消费者

购买欲望的最重要因素之一，对牛奶风味的形成起着重要作用。

温度是影响牛奶挥发性成分的重要因素，在热处理过程中，会发

生一系列的物理和化学变化，改变牛奶的风味。如原料奶中的主要风

味化合物丁酸乙酯和己酸乙酯经巴氏杀菌后消失。巴氏奶和 UHT 奶

中 2-庚酮含量明显高于高温短时杀菌奶。乳清蛋白和乳脂球膜的美拉

德反应、脂质降解和热变性是热加工引起牛奶风味变化的主要原因。

热变性会产生脂肪酸、氨基酸和乳酸，这些都是牛奶中 VOCs 形成的

前体物质。原料奶加热过程加速了美拉德反应，使牛奶血清蛋白变性，

增加了硫化合物含量。蛋白质中的乳糖和氨基在高温下处理产生含硫

二、研究进展█

﹣185﹣

化合物，往往被认为是牛奶“不新鲜”气味的来源。挥发性有机化合

物是评估牛奶质量变化的有效措施，在人类感知阈值之前就能显示产

品中的化学变化。根据许多研究，我们可以确定热处理会导致牛奶风

味的变化。但是，目前还缺乏对牛奶进行热处理时的气味和滋味的综

合分析。

本研究结合电子鼻、电子舌和气相色谱质谱联用技术（HS-SPMEGC-MS）的分析优势，以原料奶为对照，研究了 65 °C 热处理 30

min 和 135 °C 热处理 30 min 条件下牛奶中特征及差异 VOCs，为牛

奶的科学利用和加工提供理论支持。

电子鼻在检测样品化合物的整体变化方面具有明显的优势。传感

器的响应强度代表复合气味的强度，响应强度高表示复合气味较强。

不同加工温度下牛奶 VOCs 的电子鼻雷达图显示。在 65 °C 处理的

牛奶样品和原奶样品之间，反应强度没有显著差异。原料奶在 135℃

处理后，W1W 和 W2W 传感器的响应强度增大，而其他 8 个传感器

的响应强度减小，尤其是 W1S 和 W2S 传感器的响应急剧下降。W1W

和 W2W 传感器检测到硫化物，W1S 和 W2S 传感器检测到甲基和碳

氧化合物等有机物，说明高温加热促进了牛奶中硫化物的合成，降低

了有机物的含量。

根据电子舌测试结果建立 OPLS-DA 模型，模型参数(R2X=0.972,

R2Y=0.806, Q2=0.765)证明模型具有良好的判别和预测能力。不同温

█ MRT 2023 年度报告

﹣186﹣

度处理生乳按照滋味属性被分到了不同的象限，表明温度会导致牛奶

味道的明显差异。负荷图中生乳位于第四象限，靠近甜味，表明甜味

是生乳的主要味觉表现，65 °C 组处理位于第一象限，靠近咸味，

表明咸味是该组主要味觉表现，135°C 组处理位于第三象限，靠近

苦味，表明苦味是该组主要味觉表现。

排除因萃取纤维和色谱柱因柱流失产生的硅氧烷化合物后，GCMS 鉴定出 43 种 VOCs，包括 5 种醛类、8 种醇类、4 种酮类、3 种酯

类、13 种酸类、8 种烃类、1 种氮化合物和 1 种苯酚。生乳中酸类化

合物含量显著高于 65°C 组和 135°C 组(P<0.05)。135 ℃组乳中酮

类、酯类和烃类含量显著升高，醛类含量显著降低(P<0.05)。由于热

处理方式的不同而引起的 VOC 含量的显著变化，影响了牛奶的感官

特性。

通过 OPLS-DA 模型筛选出 VIP > 1 的 17 种 VOCs。共 17 种

VOCs，包括 1 种醛(己醛)、1 种醇(1-辛烯-3-醇)、2 种酮(2-壬酮、2-

十二烷酮)、1 种酯(十一烷内酯)、7 种酸(丁酸、庚酸、辛酸、壬酸、

正癸酸、苯甲酸、正十六酸)、5 种烃类(乙苯、1,3-二甲基苯、十二烷、

苯乙烯、1,2,3-三甲基苯)。

二、研究进展█

﹣187﹣

图 1 不同处理温度牛奶电子鼻的 VOCs 雷达图。

图 2 不同温度下牛奶电子舌的 OPLS-DA 2D 评分图(A)和负荷图(B)。

█ MRT 2023 年度报告

﹣188﹣

图 3 不同处理温度生乳中 VOCs 含量变化。不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

图 4 不同处理温度牛奶 VOCs 的 VIP 图。

热敏参数与 VOCs 的相关性分析显示。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-乙基己酸与热敏指

标糠氨酸和乳果糖呈极显著负相关(P<0.01)，与免疫球蛋白 G、α-乳

蛋白、β-乳球蛋白呈极显著正相关(P<0.01)，与乳铁蛋白呈显著正相

关(P<0.05)。随着热处理温度的升高，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-辛烷内

酯、庚烷酸、乙苯与热敏指标糠氨酸、乳果糖呈极显著正相关(P<0.01)，

二、研究进展█

﹣189﹣

与免疫球蛋白 G、α-乳白蛋白、β-乳球蛋白、乳铁蛋白呈极显著负

相关(P<0.01)。

图 5 热敏参数与 VOCs 的相关性分析。(** p <0.01，* p <0.05)

结论：电子鼻显示牛奶的整体风味存在差异，在 65°C 热处理

30min 后，牛奶的整体风味表现与生奶相似，可以最大限度地保留牛

奶的原味。在口感表现上，生奶的甜度更突出，65℃处理组的咸味更

突出，135℃处理组的苦味更突出。HS-SPME-GC-MS 检测结果显示，

三种牛奶中共鉴定出 43 种 VOCs，包括 5 种醛类、8 种醇类、4 种酮

类、3 种酯类、13 种酸类、8 种烃类、1 种氮化合物和 1 种苯酚。糠

醛、2-庚酮、2-十一烷酮、2-呋喃甲醇、戊酸乙酯、5-辛烷内酯、4,7-

二甲基十一烷可作为 135℃处理后牛奶的特征 VOCs。

█ MRT 2023 年度报告

﹣190﹣

该研究得到国家重点研发计划项目 (22022YFD1301003 、

2022YFD1301004)、CARS 专项资金(CARS-36)、农业科技创新计划项

目(astp-ias12)、新疆天山创新团队(2022D14016)和新疆科技计划项目

(2022A02006-3-1)的支持，所职工袁宁为第一作者，郑楠和刘慧敏为

并列通讯作者。

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、研究进展█

﹣191﹣

12. 氯化锶通过影响幼年雄性大鼠的肠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决定因素。

因此，为了更好地贯彻 \"预防>治疗 \"的健康理念，深入研究骨代谢

机制对于优化青春期骨骼发育，避免日后可能引发骨科疾病的严重后

果至关重要。最新研究发现，肠道微生物群作为重要的内源性调节因

子，与骨代谢密切相关，其可能是缓解骨质流失的一种很有前景的治

疗方法。针对此问题，研究人员也在积极探索外源性物质。大量研究

证实，锶是一种关键的生物活性元素，通过协调成骨细胞和破骨细胞

之间的平衡来调节骨转换和维持骨骼的稳态。然而，尽管许多实验结

果表明锶可以改善骨质，也有大量研究在讨论肠道微生物群与骨平衡

之间的关系，但似乎还没有人将三者联系在一起，肠道微生物群是否

能在锶改善骨质中发挥作用也未见报道和阐明。因此，本研究旨在以

肠道菌群为媒介，观察氯化锶对青春期雄性 Wistar 大鼠灌胃 37 天

后骨骼的影响，并从组织病理学和生物技术方面评估骨骼的相关指标

（图 1）。

█ MRT 2023 年度报告

﹣192﹣

图 1. 实验流程图。

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

化锶溶液对 7 周大雄性 Wistar 大鼠骨骼质量的影响。选用40只大

鼠，随机分为4组，对照组CTL和试验组Sr-100、 Sr-200、 Sr-400。

在试验第38天时进行取材，获得骨骼、骨骼内容物、血清等进行表型

分析，获得结肠内容物样本进行16S rDNA分析。

骨代谢指标是指在骨转化过程中产生的骨形成/吸收标志物。如

图2C-H所示，锶摄入组的血清Ca水平、骨形成代谢指标PⅠNP水平明

显高于CTL组，说明锶能影响骨的代谢。维生素 D3、OCN、PTH 和

CTX 水平在组间无显著差异。实验结果表明，锶对特定骨转换标志

物有明显的调节作用。

二、研究进展█

﹣193﹣

图 2. 锶处理对生长和血清中骨转化的生化指标的影响。(A) 初始和最终体重。(B）体增

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

对于股骨内部微观结构进行观察，如图3A-G所示，发现锶处理显

著提高骨密度、骨表面积、骨表面积/体积比、骨小梁数量和骨小梁厚

度，显著下调结构模型指数。该实验结果表明，锶处理具有抗骨骼微

结构状况恶化的潜力。