奶业创新团队

Milk Research Team

2021 年度报告

Annual Report

中国农业科学院北京畜牧兽医研究所

Institute of Animal Sciences, CAAS

用阳光，迎接 2022

2021 年，奶业创新团队潜心科研，努力拼搏，圆满完成各项任务，取得可

喜成绩。

团队围绕奶牛健康养殖与牛奶品质形成机理、奶产品风险评估与营养功能

评价两个研究领域，发表论文 50 篇，其中 SCI 文章 32 篇，中文文章 18 篇，出

版著作 8 部，获得授权发明专利 8 项，发布行业标准 5 项，获 2020 年度国家科

技进步奖二等奖 1 项。

受农业农村部委托，团队组织全国优势单位，牵头实施生鲜乳质量安全监

测计划、液态奶中复原乳监测计划和奶产品质量安全风险专项等，发布《中国

奶产品质量安全研究报告（2020 年度）》，举办 10 场检测技术培训班，承担 6

项国家标准的制修订工作。

依托国家奶业科技创新联盟，在全国实施优质乳工程，目前全国已有 61 家

企业正在实施优质乳工程，36 家企业通过了优质乳工程验收。

新春的脚步正在向我们走来。在此，向关心、支持和帮助奶业创新团队的

领导、专家和朋友，致以最衷心的感谢和最崇高的敬意！

祝您们节日愉快、阖家欢乐！

执行首席专家：

首席专家：

团队简介

奶产品质量与风险评估创新团队（简称奶业创新团队，MRT）是中国农业

科学院北京畜牧兽医研究所首批入选中国农业科学院科技创新工程的团队，现

建有农业农村部奶及奶制品质量安全控制重点实验室、农业农村部奶及奶制品

质量监督检验测试中心（北京）、农业农村部奶产品质量安全风险评估实验室

（北京）和国家奶业国际联合研究中心等平台。团队现有成员近 60 人，包括科

研骨干、技术支撑人员、博士后和硕博士研究生。

团队始终聚焦于奶牛健康养殖与牛奶品质形成机理、奶产品质量安全风险

评估与营养功能评价两个研究领域，开展农业农村部生鲜乳质量安全监测和液

态奶中复原乳监测等政府任务工作，同时牵头国家奶业科技创新联盟，在行业

内开展优质乳工程。近五年发表 SCI 文章 100 余篇，获得国家科技进步二等奖

1 项，省部级科技奖励 5 项，社会科技奖励 2 项。团队被评为“全国农业科研杰

出创新团队”和“中国农业科学院青年文明号”。

农业农村部奶产品质量安全风险评估实验室（北京）

国家农业检测基准实验室（奶及奶制品污染物）

奶牛健康养殖与牛奶品质形成机理

奶产品质量安全风险评估与营养功能评价

全国生鲜乳质量安全监测

奶业

创新团队

服务行业 全国奶产品质量安全风险评估

农业农村部奶及奶制品质量监督检验测试中心（北京）

科研领域

技术平台 农业农村部奶及奶制品质量安全控制重点实验室

国家奶业科技创新联盟

国家奶业国际联合研究中心

目 录

一、成果概览 ................................................................................... 1

（一）文 章 ............................................................................................................ 2

（二）著 作 .......................................................................................................... 10

（三）发明专利 ...................................................................................................... 10

（四）行业标准 ...................................................................................................... 11

（五）团体标准 ...................................................................................................... 11

（六）科技奖励 ...................................................................................................... 12

二、研究成果 ................................................................................. 13

（一）重大成果 ...................................................................................... 14

国家科学技术进步奖二等奖 .................................................................................. 14

（二）研究进展 ...................................................................................... 18

1. 奶牛健康养殖与牛奶品质调控 ............................................................................ 18

靶向脲酶活性中心结构获得植物源脲酶抑制剂黄连碱 ...................................... 18

靶向脲酶 UreG 筛选植物源脲酶抑制剂白屈菜赤碱 ........................................... 26

构建动物乳中脂肪酸检测方法与指纹图谱 .......................................................... 32

亚麻籽类型对瘤胃发酵和微生物组成的影响 ...................................................... 43

糖蜜对苜蓿青贮发酵品质、微生物及口感的影响 .............................................. 49

2. 奶产品质量安全风险评估 .................................................................................... 57

β-内酰胺类抗生素对生乳菌群和耐药基因影响 ................................................... 57

生乳菌落总数及热处理对乳制品内毒素含量的影响 .......................................... 62

建立牛奶中 AFM1 的核酸适配体检测技术.......................................................... 67

黄曲霉毒素 M1 和赭曲霉毒素 A 联合诱导小鼠肾损伤机制 .............................. 75

赭曲霉毒素 A 通过 WNT/Ca2+信号通路诱导肠道紧密连接蛋白损伤机制 ..... 82

黄曲霉毒素 B1 和 M1 通过内吞作用诱导肠道完整性损伤的机制 .................... 89

工业区牧场生乳中重金属的风险评估 .................................................................. 97

3. 奶产品营养功能评价 .......................................................................................... 103

热处理条件对牛奶乳清蛋白组分含量的影响 .................................................... 103

热处理对牛奶 microRNA 组成的影响 ................................................................ 107

牛奶十八碳脂肪酸的气质联用检测方法 ............................................................ 115

乳铁蛋白和亚麻酸通过凋亡通路抑制结直肠癌生长机制 ................................ 122

乳铁蛋白通过调节坏死因子途径减轻糠氨酸引起的肝损伤 ............................ 129

乳铁蛋白通过调控 TLR4 相关通路抑制脂多糖诱导的肺部炎症 ................................ 136

乙酸、丙酸和丁酸对离体培养的胎鼠空肠和未成熟小肠细胞的抗炎作用 .... 143

碱性磷酸酶通过调节 miR-146a 相关炎症途径减轻 LPS 诱导的肝损伤 ......... 151

三、服务行业 ............................................................................... 156

2021 年国家奶业科技创新联盟工作会议 ........................................................... 157

2021 年全国生鲜乳质量安全检测技术培训班 ................................................... 161

质检中心通过两项新西兰国际能力验证 ............................................................ 163

中国农科院重大科研任务“牛奶优质化科研攻关”推进会 ................................. 164

国家乳业技术创新中心与团队合作研讨会 ........................................................ 166

蒙牛乳业与团队合作研讨会 ................................................................................ 168

飞鹤乳业与团队合作研讨会 ................................................................................ 170

中国-新西兰奶业质量安全专家工作组 2021 年年会 ......................................... 172

国家标准工作进展研讨会 .................................................................................... 174

玉米秸秆蒸汽爆破饲料制作技术规范团体标准发布 ........................................ 176

四、团队建设 ............................................................................... 178

举办 2021 年研究生开题报告会 .......................................................................... 179

2021 年团队研究生毕业答辩会议 ....................................................................... 180

举办奶业创新团队“趣味运动会” ......................................................................... 182

开展“不忘初心 坚定信念”党史学习教育党课 ................................................... 184

奶产品质量与风险评估团队党支部成立 ............................................................ 185

五、专题报告 ............................................................................... 187

面对新冠肺炎疫情：需要树立奶类具有双重营养功能的新认识 .................... 188

六、大事记 ................................................................................... 197

一、成果概览

1

一、成果概览

一、成果概览

2

2021 年，团队发表论文 50 篇，其中 SCI 文章 32 篇，中文文章 18 篇，出

版著作 8 部，获得授权发明专利 8 项，发布行业标准 5 项，获 2020 年度国家

科技进步奖二等奖 1 项。

（一）文 章

奶牛健康养殖领域：

1. Kaizhen Liu, Yangdong Zhang*, Zhongtang Yu, Qingbiao Xu, Nan Zheng,

Shengguo Zhao, Guoxin Huang, Jiaqi Wang*. Ruminal microbiota–host

interaction and its effect on nutrient metabolism.

Animal Nutrition. 2021. 7(1): 49-55

2. Samson Hailemariam, Shengguo Zhao*, Yue He, Jiaqi Wang*. Urea transport and

hydrolysis in the rumen: A review.

Animal Nutrition. 2021. 7(4): 989-996

3. Xiaoyin Zhang, Yue He, Zhanbo Xiong, Min Li, Ming Li, Nan Zheng, Shengguo

Zhao*, Jiaqi Wang*. Chelerythrine Chloride: A Potential Rumen Microbial Urease

Inhibitor Screened by Targeting UreG.

International Journal of Molecular Sciences. 2021. 22(15): 8212

4. Guoxin Huang, Liya Guo, Xiaofeng Chang, Kaizhen Liu, Wenhao Tang, Nan

Zheng, Shengguo Zhao, Yangdong Zhang*, Jiaqi Wang*. Effect of Whole or

Ground Flaxseed Supplementation on Fatty Acid Profile, Fermentation, and

Bacterial Composition in Rumen of Dairy Cows.

Frontiers in Microbiology. 2021. 12: 76052

5. Fengen Wang, Meiqing Chen, Runbo Luo, Guoxin Huang, Xufang Wu, Nan Zheng,

Yangdong Zhang*, Jiaqi Wang*. Fatty acid profiles of milk from Holstein cows,

一、成果概览

3

Jersey cows, buffalos, yaks, humans, goats, camels, and donkeys based on gas

chromatography-mass spectrometry.

Journal of Dairy Science. 2021. https://doi.org/10.3168/jds.2021-20750

6. Sidi Ka Amar Abdoul-Aziz, Yangdong Zhang, Jiaqi Wang *. Milk Odd and

Branched Chain Fatty Acids in Dairy Cows: A Review on Dietary Factors and its

Consequences on Human Health.

Animals. 2021. 11(11): 3210

7. Xingzhou Tian, Qi Lu, Shengguo Zhao, Jiaxuan Li, Qingyuan Luo, Xu Wang,

Yangdong Zhang*, Nan Zheng* . Purple Corn Anthocyanin Affects Lipid

Mechanism, Flavor Compound Profiles, and Related Gene Expression of

Longissimus Thoracis et Lumborum Muscle in Goats.

Animals . 2021. 11(8): 2407

8. Runbo Luo, Yangdong Zhang, Fengen Wang, Kaizhen Liu, Guoxin Huang, Nan

Zheng*, Jiaqi Wang* . Effects of Sugar Cane Molasses Addition on the

Fermentation Quality, Microbial Community, and Tastes of Alfalfa Silage.

Animals . 2021. 11(2): 355

9. Yue He, Xiaoyin Zhang, Ming Li, Nan Zheng, Shengguo Zhao*,

Jiaqi Wang*. Coptisine: A natural plant inhibitor of ruminal bacterial urease

screened by molecular docking.

Science of the Total Environment. 2021. 808: 151946

10. Meiqing Chen, Yangdong Zhan, Fengen Wang, Nan Zheng, Jiaqi Wang*.

Simultaneous Determination of C18 Fatty Acids in Milk by GC-MS.

Separations. 2021. 8(8): 118

一、成果概览

4

11. Kaizhen Liu, Yangdong Zhang, Guoxin Huang, Nan Zheng, Shengguo Zhao, Jiaqi

Wang*. Ruminal bacterial community is associated with individual variations of

total milk solid content in Holstein lactating cows

Animal Nutrition. In press

12. Xiaoyin Zhang, Yue He, Zhanbo Xiong, Min Li, Ming Li, Nan Zheng, Shengguo

Zhao* and Jiaqi Wang*. Activity- and enrichment-based metaproteomics insights

into active urease from the rumen microbiota of cattle

International Journal of Molecular Sciences. In press

13. 李彦军, 郑楠, 王加启, 赵圣国*. 秸秆饲料的蒸汽爆破预处理技术研究进展.

动物营养学报. 2021. 33(11). 1-8

14. 田锦秀, 郑楠, 王加启, 赵圣国*. 反刍动物包被缓释尿素饲料的研究进展.

动物营养学报. 2021. 33(11). 1-10

15. 李敏, 赵圣国, 郑楠, 王加启*. 泌乳奶牛血浆嘌呤衍生物含量与产奶性能、

瘤胃发酵参数及血浆生化指标的相关性.

动物营养学报. 2021. 33(09). 5046-5053

16. 陈美庆, 张养东, 郑楠, 王加启*. 牛奶中脂肪酸的合成机理及影响因素研究

进展.

动物营养学报. 2021. 33(08). 4244-4254

17. 贺越, 赵圣国, 张晓音, 郑楠, 王加启*. 瘤胃细菌脲酶抑制剂瑞香素的筛选

与效果评价.

动物营养学报. 2021. 33(09). 5256-5265

18. 张震宇, 赵圣国, 郑楠, 王加启*. 植物天然产物抑制细菌脲酶活性的研究进

展.

动物营养学报. 2021. 33(03). 1306-1317

一、成果概览

5

19. 黄国欣, 张养东, 郑楠, 王加启*. 机械加工亚麻籽对奶牛生产性能与乳脂肪

酸组成研究进展.

饲料工业. 2021. 42(02). 41-48

20. 刘凯珍, 张养东, 黄国欣, 郑楠, 王加启*. 瘤胃微生物调控牛奶品质的研究

进展.

饲料工业. 2021. 42(01). 32-37

21. 李晓姣, 王加启, 赵圣国*, 程建波*. 细菌脲酶蛋白复合物UreABC的表达与

纯化.

微生物学杂志. 2021. 41(03). 14-20

22. 李宁, 张养东, 黄国欣, 刘凯珍, 郑楠, 王加启, 臧长江*. 短期添加高水平亚

麻籽对奶牛生产性能、牛奶脂肪酸组成和瘤胃发酵的影响.

中国畜牧兽医. 2021. 48(11). 3950-3961

23. 熊展博, 赵圣国, 王加启*. 细菌脲酶分解尿素机制及其调控.

中国乳业. 2021. 2021(09). 44262

奶产品质量安全风险评估领域：

24. Lei Dong, Lu Meng, Huimin Liu, Haoming Wu, Haiyan Hu, Nan Zheng, Jiaqi

Wang*, Martine Schroyen. Effect of therapeutic administration of beta-lactam

antibiotics on the bacterial community and antibiotic resistance patterns in milk.

Journal of Dairy Science. 2021. 104(6): 7018-7025

25. Haoming Wu, Yang Wang, Xinyu Hao, Lu Meng, Huiying Li, Mingxuan Cheng,

Nan Zheng, Jiaqi Wang*. Effect of TBC of raw milk and thermal treatment

intensity on endotoxin contents of milk products.

一、成果概览

6

Food Research International. 2021: 110816

26. Xue Yang, Yanan Gao, Shengnan Huang, Chuanyou Su, Jiaqi Wang, Nan Zheng*.

Whole transcriptome-based ceRNA network analysis revealed ochratoxin Ainduced compromised intestinal tight junction proteins through WNT/Ca2+

signaling pathway.

Ecotoxicology and Environmental Safety. 2021. 224: 112637

27. Huimin Liu, Lu Meng, Lei Dong, Yangdong Zhang, Jiaqi Wang, Nan Zheng*.

Prevalence, Antimicrobial Susceptibility, and Molecular Characterization of

Escherichia coli Isolated From Raw Milk in Dairy Herds in Northern China.

Frontiers in Microbiology. 2021. 12: 730656

28. Haoming Wu, Yang Wang, Huiying Li, Lu Meng, Nan Zheng, Jiaqi Wang* . Effect

of Food Endotoxin on Infant Health.

Toxins . 2021. 13(5): 298

29. Yanan Gao, Xiaoyu Bao, Lu Meng, Huimin Liu, Jiaqi Wang, Nan Zheng* .

Aflatoxin B1 and Aflatoxin M1 Induce Compromised Intestinal Integrity through

Clathrin-Mediated Endocytosis.

Toxins . 2021. 13(3): 184

30. Qinqin Qiao, Xiaodong Guo, Fang Wen, Lu Chen, Qingbiao Xu, Nan Zheng,

Jianbo Cheng, Xiuheng Xue, Jiaqi Wang* . Aptamer-Based Fluorescence

Quenching Approach for Detection of Aflatoxin M1 in Milk.

Frontiers in Chemistry. 2021. 9: 653869

31. Ziwei Wang, Yanan Gao, Xin Huang, Shengnan Huang, Xue Yang, Jiaqi Wang,

Nan Zheng*. Metabolomics analysis underlay mechanisms in the renal impairment

of mice caused by combination of aflatoxin M1 and ochratoxin A.

一、成果概览

7

Toxicology. 2021. 458: 152835

32. Qianqian Yao, Huiying Li, Linlin Fan, Shengnan Huang, Jiaqi Wang*, Nan Zheng*.

The combination of lactoferrin and linolenic acid inhibits colorectal tumor growth

through activating AMPK/JNK-related apoptosis pathway.

PeerJ. 2021. 9: e11072

33. Chuanyou Su, Yanan Gao, Xueyin Qu, Xuewei Zhou, Xue Yang, Shengnan Huang,

Lei Han, Nan Zheng * and JiaqiWang *. The Occurrence, Pathways, and Risk

Assessment of Heavy Metals in Raw Milk from Industrial Areas in China.

Toxics. 2021. 9: 320

34. Ya-Nan Gao, Song-Li Li, Xue Yang, Jia-Qi Wang and Nan Zheng. The Protective

Effects of Lactoferrin on Aflatoxin M1-Induced Compromised Intestinal Integrity.

International Journal of Molecular Sciences. 2022, 23(1): 289

35. Ya-Nan Gao, Chen-Qing Wu, Jia-Qi Wang, Nan Zheng. Metabolomics analysis

reveal the mechanisms of hepatotoxicity induced by aflatoxin M1 and ochratoxin

A

Toxins. In press

36. 杨丽婷, 高亚男, 杨雪, 刘华伟, 王加启, 郑楠*. 黄曲霉毒素 M1 与赭曲霉毒

素 A 对小鼠肠道内微生物菌群结构的影响.

动物营养学报. 2021. 33(12). 1-12

37. 胡海燕, 刘慧敏, 孟璐, 郑楠, 王加启, 程建波*. 天津某牧场奶牛乳房炎奶

样与环境中细菌的分离与鉴定.

中国农业大学学报. 2021. 26(03). 69-79

38. 王峰恩, 张养东, 郑楠, 王加启*. 奶及奶制品中糠氨酸检测方法的研究进展.

食品安全质量检测学报. 2021. 12(06). 2304-2312

一、成果概览

8

39. 张瑞瑞, 刘慧敏, 孟璐, 董蕾, 胡海燕, 郑楠*, 王加启, 程建波. 乳及乳制品

中病原微生物溯源技术研究进展.

微生物学通报. 2021. 48(05). 1788-1799

40. 陈美霞, 郝欣雨, 尚丽君, 郑楠, 王加启*. 不同储存条件对液态奶中乳果糖

质量浓度的影响.

中国乳品工业. 2021. 49(07). 44293

奶产品营养功能评价领域：

41. Huiying Li, Huaigu Yang, Haoming Wu, Qianqian Yao, Z Y Zhang, Qingshi Meng,

Linlin Fan, Jiaqi Wang*, Nan Zheng* . Inhibitory effects of lactoferrin on

pulmonary inflammatory processes induced by lipopolysaccharide by modulating

the TLR4-related pathway.

Journal of Dairy Science. 2021. 104(7): 7383-7892

42. Qianqian Yao, Huiying Li, Linlin Fan, Yangdong Zhang, Shengguo Zhao, Nan

Zheng, Jiaqi Wang* . Dietary Regulation of the Crosstalk between Gut

Microbiome and Immune Response in Inflammatory Bowel Disease.

Foods. 2021. 10(2): 368

43. Yangdong Zhang, Qingbiao Xu, Jinxiu Hou, Guoxin Huang, Shengguo Zhao, Nan

Zheng, Jiaqi Wang*. Loss of bioactive microRNAs in cow's milk by ultra-hightemperature treatment but not by pasteurization treatment.

Journal of the Science of Food and Agriculture. 2021. Doi: 10.1002/jsfa.11607

44. Haoming Wu, Yang Wang, Qianqian Yao, Linlin Fan, Lu Meng, Nan Zheng,

Huiying Li*, Jiaqi Wang*. Alkaline phosphatase attenuates LPS-induced liver

injury by regulating the miR-146a-related inflammatory pathway.

一、成果概览

9

International Immunopharmacology. 2021. 101: 108149

45. Yangdong Zhang, Li Min, Sheng Zhang, Nan Zheng, Dagang Li, Zhihua Sun, Jiaqi

Wang*. Proteomics Analysis Reveals Altered Nutrients in the Whey Proteins of

Dairy Cow Milk with Different Thermal Treatments.

Molecules. 2021. 26(15): 4628

46. Linlin Fan, Fengen Wang, Qianqian Yao, Haoming Wu , Fang Wen, Jiaqi Wang,

Huiying Li*, Nan Zheng*. Lactoferrin could alleviate liver injury caused by

Maillard reaction products with furan ring through regulating necroptosis pathway.

Food Science and Nutrition. 2021. 9(7): 3449-3459

47. Shengnan Huang, Yanan Gao, Ziwei Wang, Xue Yang, Jiaqi Wang and Nan Zheng.

Anti-inflammatory actions of acetate, propionate, and butyrate on fetal mouse

jejunum cultures ex vivo and immature small intestinal cells in vitro

Food Science and Nutrition. DOI: 10.1002/fsn3.2682

48. Qianqian Yao; Linlin Fan; Nan Zheng; Christophe Blecker; Veronique Delcenserie;

Huiying Li*; Jiaqi Wang*. 2'-fucosyllactose Ameliorates Inflammatory Bowel

Disease by Modulating Gut Microbiota and Promoting MUC2 Expression.

Frontiers in Nutrition, In press

49. 唐文浩, 张养东*, 郑楠, 王加启. 短链脂肪酸的生理功能及其在奶牛生产中

的研究进展

饲料工业. 2021. 42(15): 43-48

50. 范琳琳, 李慧颖, 姚倩倩, 杨怀谷, 王加启, 郑楠, 文芳*. 牛奶中活性蛋白和

活性脂肪酸生物活性研究进展.

中国畜牧兽医. 2021. 48(01): 395-405

一、成果概览

10

（二）著 作

1. 郑楠. 主编. 生乳关键指标研究

2. 刘慧敏. 主编. 国内外生乳标准比较研究

3. 刘亚清、王加启. 主编. 中国奶业质量报告（2021）

4. 王加启.主编. 中国奶产品质量安全研究报告（2021 年）

5. 郑楠、张养东. 主编. 优质乳工程助力健康中国

6. 刘慧敏、郑楠. 主编. 生鲜乳质量安全监测工作指南

7. 王加启、郑楠、张养东、孟璐. 主编. 美国优质乳条例（2019 年版）

8. 郑楠、王加启. 主编. 牛奶对健康的双重营养功能——概论

（三）发明专利

1. 郑楠；李慧颖；姚倩倩；杨怀谷；张养东；王加启. 一种抗癌症的药物组合

物. ZL 201911193760.8

2. 赵圣国；王加启；郑楠；邢磊；张养东；李松励. 一种基于纤维化磁性纳米

颗粒富集和分离厌氧纤维降解菌的方法. ZL 201810515019.8

3. 王加启；赵圣国；郑楠；刘思佳；张震宇；李松励；张养东. 一种减缓瘤胃

微生物分解氨基酸和尿素的天然化合物及其用途. ZL 201810974573 .2

4. 李慧颖；郑楠；杨怀谷；姚倩倩；张养东；王加启. 一种包含乳蛋白和油酸

的药物组合物. ZL 201911193771.6

5. 王加启；张养东；郑楠；李松励；赵圣国. 一种牛乳中乳过氧化物酶的纯化

方法. ZL 201810575168.3

6. 李慧颖；郑楠；王加启；杨怀谷；姚倩倩；范琳琳；张养东. 一种抗癌症的

药物组合物. ZL 202010176118.5

7. 赵圣国；王加启；郑楠. 一种鹰嘴豆芽素 A 的合成方法. ZL 202110664023.2

一、成果概览

11

8. 王加启、郑楠、李慧颖、张养东、姚倩倩、杨怀谷、范琳琳. 一种含活性蛋

白和活性脂肪酸的抗癌症的药物组合物. ZL 202010858954.1

（四）行业标准

1. 王加启、张养东、郑楠、顾佳升、刘慧敏、张书义、周振峰、赵圣国、孟璐、

周凌云. 奶业通用术语. NY/T 4051—2021. 2021 年 12 月 15 日

2. 郑楠、李爱军、王加启、郑百芹、张养东、刘慧敏、孟璐、庞学良、李艺、

霍路曼. 生牛乳菌落总数控制技术规范. NY/T 4052—2021. 2021 年 12 月 15

日

3. 张养东、刘慧敏、郑楠、赵圣国、孟璐、王加启. 生牛乳质量安全生产控制

技术规范. NY/T 4053—2021. 2021 年 12 月 15 日

4. 王加启、张养东、郑楠、刘慧敏、孟璐、赵圣国. 生牛乳质量分级. NY/T 4054—

2021. 2021 年 12 月 15 日

5. 张养东、李爱军、王加启、郑楠、郑百芹、刘慧敏、杜瑞焕、刘洋、庞学良.

生牛乳中碘的控制技术规范. NY/T 4055—2021. 2021 年 12 月 15 日

（五）团体标准

1. 王加启、李鹏、郑楠、刘慧敏、叶巧燕、郭洪侠、屈雪寅. 奶及奶制品中乳

过氧化物酶的测定. T/TDSTIA001-2021. 2021 年 01 月 12 日

2. 王加启、李鹏、郑楠、刘慧敏、张养东、钟建萍、柳梅、屈雪寅. 奶及奶制品

中 α-乳白蛋白的测定高效液相色谱. T/TDSTIA002-2021. 2021 年 01 月 12 日

3. 王加启、李鹏、郑楠、刘慧敏、张养东、郭梦薇、柳梅、屈雪寅. 奶及奶制

品中免疫球蛋白 IgG 的测定 高效液相色谱法. T/TDSTIA003-2021. 2021 年

01 月 12 日

4. 屈雪寅、郑楠、张养东. 国家奶业科技创新联盟标识. T/TDSTIA004-2021. 2021

年 08 月 24 日

一、成果概览

12

5. 郑楠、屈雪寅、张振国、王加启、刘慧敏、赵昕、解庆刚、蒋士龙. 乳粉中维

生素 K2(MK-2)的测定 液相色谱法. T/TDSTIA 022-2021. 2021 年 11 月 17 日

6. 孟璐、都启晶、王加启、郑楠、刘慧敏、王军、韩荣伟、于忠娜、杨永新、

范荣波、姜洪宁、张养东、赵圣国、柳梅. 奶牛养殖场生乳中微生物风险评

估技术规范. T/TDSTIA 023-2021. 2021 年 11 月 17 日

7. 赵圣国、王加启、郑楠、张养东、刘慧敏. 玉米秸秆蒸汽爆破饲料制作技术

规范. TTDSTIA 024-2021. 2021 年 11 月 17 日

8. 张养东、苏传友、赵圣国、王加启、郑楠、刘慧敏、孟璐. 全株玉米青贮质

量分级. TTDSTIA 025-2021. 2021 年 11 月 17 日

（六）科技奖励

1. 王加启，郑楠，张养东，李松励，郑百芹，王成，张树秋，吕志勇，杨志刚，

王惠铭. 奶及奶制品安全控制与质量提升关键技术. 2020 年度国家科技进步

奖二等奖.

二、研究成果

13

二、研究成果

二、研究成果

14

（一）重大成果

国家科学技术进步奖二等奖

——科技引领 让国民喝上优质乳

2020 年度国家科学技术奖励大会召开，中国农业科学院北京畜牧兽医研究

所王加启团队牵头完成的“奶及奶制品安全控制与质量提升关键技术”获国家科

学技术进步奖二等奖。

二、研究成果

15

安全是奶业的生命线，质量是奶业的核心竞争力。

2008 年“三鹿事件”之前，奶业发展一直存在重数量、重速度，轻安全、轻

质量的问题，奶业安全与质量的科技支撑十分薄弱，主要表现为：一是奶业安

全风险基础数据缺失，导致家底不清，风险不明，被动应急。二是安全控制技

术薄弱，尚未建立生产过程安全控制标准体系。三是质量提升技术落后，导致

核心竞争力偏低，进口猛增，国产奶被动挨打。

15 年坚守 建立奶业安全控制关键技术

王加启带领团队自 2005 年起，牵头全国复原乳、生鲜乳、风险评估及国家

973 计划牛奶品质研究等项目，组织 82 家科研检测单位共同攻关，历时 15

年，成功构建我国奶产品风险因子与品质因子评价数据库，积累有效数据 232

万条，实现内地 31 个省全覆盖，解决了家底不清的重大难题。运用大数据分析

与多标准排序模型，准确锁定 2008 年至 2016 年我国生鲜乳中前 4 类主要风险

因子分别是违法添加物、霉菌毒素、兽药残留和重金属污染，支撑生鲜乳安全

风险监管从被动应急转变为主动防控。研究制定牛奶中 4 类违法添加物检测标

准，由农业农村部生鲜乳监测计划直接采用，实现全国 4241 个奶站和 5280 辆

奶车全覆盖，为打击非法添加行为发挥了决定性技术支撑作用。研发出 14 种霉

菌毒素、61 种兽药和 22 种重金属及元素 3 个系列同步检测技术，被农业农村

部列为奶产品风险评估专项指定方法，解决了奶产品风险因子检测过程中效率

低和成本高的技术难题。培训一线检测技术骨干人员 5000 余人次，显著推动行

业检测技术进步。制定 21 项生产过程安全控制标准，在全国规模化奶牛养殖场

推广应用后，使生鲜乳中黄曲霉毒素 M1、兽药残留、重金属污染、菌落总数

和体细胞数等主要风险因子显著降低，达到欧美发达国家标准。

10 年磨一剑 建立复原乳鉴定技术

复原乳鉴定技术是一项世界难题。自 2000 年起，企业用廉价进口奶粉违规

生产复原乳，成为导致我国反复出现倒奶杀牛、市场混乱的重要原因。2005 年

国务院文件明确指出，复原乳影响我国奶业健康发展。但是，由于标准缺失，

监管极为困难，屡禁不止。该团队临危受命，牵头攻关复原乳鉴定技术，历经

二、研究成果

16

多年模拟试验和对全国奶制品市场的监测，2005 年制定发布《巴氏杀菌乳和

UHT 灭菌乳中复原乳的鉴定》国家农业行业标准。但是，随着时间推移，乳品

加工技术与设备不断变化，奶制品过热加工现象严重干扰复原乳的鉴定。该团

队咬紧牙关、艰难探索，坚持 10 年对这一关键技术难题进行攻关研究，一次一

次试验失败，就一次又一次重新再来，大量数据不断积累，最终揭示了添加复

原乳导致乳果糖与糠氨酸比值呈相反变化的特征，攻克了奶制品加工过热现象

干扰复原乳鉴定的难点， 并于 2016 年重新修订发布《巴氏杀菌乳和 UHT 灭菌

乳中复原乳的鉴定》标准，从根本上解决了长期制约复原乳监管的关键技术难

题。

坚守初心 引领奶业优质发展

进入奶业创新团队实验室，就能看到“学以致用，奉献奶业，健康中国”的

团队宗旨，时刻提醒着全体团队成员，奶业研究必须坚持四个面向，根本目标

就是把奶业做强做优，生产出高质量的产品，让国民喝上优质乳，为强壮民

族、健康中国作出贡献。

针对我国奶及奶制品质量提升技术落后的难题，该团队研究攻克优质生乳

—绿色工艺—品质评价 3 项技术瓶颈，显著提升国产奶核心竞争力。首次揭示

热应激改变奶牛代谢通路，导致氨基酸氧化供能增加，发生营养重分配，最终

乳蛋白合成量减少，牛奶质量下降，发明缓解奶牛热应激饲料及其调控方法，

缓解热应激技术在南方 5.3 万头奶牛应用，攻克长期存在的热应激降低牛奶质

量的技术难题，乳脂肪、乳蛋白和乳铁蛋白全年达到优质乳标准；研究创新乳

品绿色低碳加工工艺，取消闪蒸等设备，杀菌温度由 105 度下降到 75 度，扭转

牛奶过热加工乱象，显著提高牛奶中活性蛋白的含量；揭示过热加工导致牛奶

活性蛋白功能下降，阐明碱性磷酸酶-乳铁蛋白-糠氨酸与牛奶品质的定量关

系，创建优质乳品质评价模型和标准，集成创新“优质生乳-绿色工艺-品质评价”

一体化质量提升技术体系，充分挖掘本土奶的鲜活优势，使得国产优质巴氏杀

菌乳中乳铁蛋白和 β-乳球蛋白含量是进口产品的 8 倍，牢牢掌握乳品市场品质

评价话语权，从根本上提升了国产奶应对进口奶冲击的核心竞争力。

二、研究成果

17

以“优质生乳-绿色工艺-品质评价”一体化质量提升技术体系为核心的优质乳

工程已经在全国 25 个省 51 家乳品企业推广应用，年产优质巴氏杀菌乳 48 万

吨，市场份额从 2016 年的不足 1%增加到 2019 年的 90%。进口液态奶由年增

长率 72%，到 2018 年首次出现下降，国内奶产量稳步增长。这是“三鹿事件”

后，国产奶首次出现生产与消费双增长的良好局面，奶业发展的理念开始转向

面向人民生命健康，让国民喝上优质乳。“奶及奶制品安全控制与质量提升技

术”成果，为奶业振兴和健康中国战略发挥了重要科技支撑作用。

二、研究成果

18

（二）研究进展

1. 奶牛健康养殖与牛奶品质调控

靶向脲酶活性中心结构获得植物源脲酶抑制剂黄连碱

在奶牛生产中，尿素循环对维持正常生理代谢具有重要的作用。尿素在瘤

胃中分解产生的氨，一部分为瘤胃微生物合成微生物蛋白提供氮源，微生物蛋

白随着瘤胃内容物流入后部消化道，为动物机体提供营养；血液循环则将剩余

的氨转运至肝脏合成内源性尿素以维持机体氨的平衡。但由于能氮不同步，导

致微生物对氨的利用效率较低，多余的氨随着粪便排出体外，既会造成氮的浪

费，也会导致环境污染。瘤胃产脲酶菌产生的脲酶是尿素快速分解的关键因

子，利用脲酶抑制剂调控脲酶活性可以提高尿素氮的利用效率、减少氮排放。

目前，仅有一种脲酶抑制剂乙酰氧肟酸被列入饲料添加剂名录中，且乙酰氧肟

酸存在稳定性差、对动物产生副作用等缺点。植物源天然化合物具有低毒性、

高安全性、高生物利用度、多功能性等优点，可作为新型脲酶抑制剂开发的首

选目标。

脲酶结构蛋白含有催化活性中心，因此可作为脲酶活性调控研究的靶点。

本试验以瘤胃细菌脲酶结构蛋白的同源结构为靶标，通过分子对接技术从植物

源天然化合物库中筛选得到候选化合物，进一步利用脲酶活性试验以及体外发

酵试验对化合物进行评价，并探究了化合物对脲酶的抑制机制，以期为新型脲

酶抑制剂的开发研究提供新的思路。

二、研究成果

19

以产气克雷伯氏菌脲酶（蛋白质数据库编号为 4EP8）为模板，利用

SWISS-MODEL 进行同源建模得到瘤胃细菌脲酶的结构（图 1），其活性中心

包含两个 Ni2+，两个 Ni2+由氨基酸残基 Lys216 连接，其中一个 Ni2+与氨基酸残

基 His271、His245 相互配位，另一个 Ni2+与氨基酸残基 Asp359、His133、

His135 相互配位。基于该同源结构，利用分子对接技术对植物源化合物库中的

1776 种化合物进行虚拟筛选，并测定了其中结合能较低的 100 种候选化合物对

瘤胃细菌脲酶的抑制率，抑制率较高的前 8 种化合物结果如图 2 所示。在相同

浓度下，黄连碱对瘤胃细菌脲酶活性的抑制率达到 83.51%，高于其他植物源化

合物以及乙酰氧肟酸（49.14%）。表现出了对脲酶活性调控的巨大潜力，因

此，围绕黄连碱的抑制作用展开了后续的研究。

图 1 瘤胃细菌脲酶结构蛋白的同源结构。UreC，深蓝色；UreB，浅蓝色；

UreA，粉色；镍离子，绿色。

图 2 候选植物源天然化合物作用后瘤胃细菌脲酶的剩余活性

二、研究成果

20

测定了不同浓度的黄连碱对奶牛瘤胃细菌脲酶和刀豆脲酶的抑制率，同时

以乙酰氧肟酸为对照组，结果如图 3 所示。在一定范围内，随着抑制浓度的增

加，脲酶活性降低，通过非线性拟合得到了化合物对脲酶的半抑制浓度

（IC50），其中，黄连碱对瘤胃细菌脲酶和刀豆脲酶的 IC50分别为 2.45 μM 和

41.53 nM，均低于乙酰氧肟酸（IC50分别为 20.15 μM 和 12.61 μM），这也进一

步证明了黄连碱具有更优的脲酶抑制效果。

图 3 黄连碱（A、B）、乙酰氧肟酸（C、D）对瘤胃细菌脲酶（A、C）和

刀豆脲酶（B、D）的 IC50值

利用体外发酵试验来探讨黄连碱对瘤胃细菌的生长以及氮代谢的影响，并

以乙酰氧肟酸作为对照组。反映瘤胃微生物发酵水平的总产气量随着培养时间

的增加而增加（图 4A），在培养起始，各组间的产气量无显著差异，而经过

12h 的培养时间后，添加黄连碱和乙酰氧肟酸组的产气量比阴性对照组分别提

高 28.40%和 23.02%，说明黄连碱能促进瘤胃微生物发酵。测定了培养体系不

同时间点的氨的含量，结果如图 4B 所示，体系中氨的含量随着培养时间的增加

而增加，从第 1h 起，添加黄连碱组的氨含量显著低于阴性对照组（P<0.05），

二、研究成果

21

黄连碱的存在使体系中氨的含量在第 1、2、6、12h 分别降低了 29.84%、

17.59%、25.58%和 15.95%，这一结果说明黄连碱能有效地减缓培养体系中氨的

释放。同时也测定了培养体系中尿素的含量，结果如图 4C 所示，尿素随着时间

的增加而逐渐被分解，但在培养的第 1、2h，黄连碱的存在使得培养体系中尿

素的含量比阴性对照组分别高 25.88%和 34.08%，说明黄连碱能使尿素的分解

速率降低。

图 4 体外瘤胃微生物发酵中黄连碱引起的总气产量（A）、NH3-N 产量

（B）和尿素分解（C）的变化。小写字母相同表示各组之间无显著差异（P >

0.05），小写字母不同表示各组之间有显著差异（P < 0.05）。

二、研究成果

22

脲酶的金属活性中心以及其周围可活动的 flap 区域是调控尿素分解的关

键，也是脲酶抑制剂发挥功能的主要场所，flap 区域含有一个具有重要调节作

用的半胱氨酸。为了进一步探讨黄连碱与瘤胃细菌脲酶的作用位点，试验测定

了含硫醇试剂，包括二硫苏糖醇（DTT）、半胱氨酸（L-Cys）和谷胱甘肽

（GSH）单独存在时黄连碱对瘤胃细菌脲酶活性的抑制效果，并以刀豆脲酶作

为对照组，结果如图 5 所示。在含硫醇试剂存在时，黄连碱对脲酶的抑制效果

显著降低（P < 0.05），而硫醇试剂能与含巯基的氨基酸结合，这一结果说明黄

连碱可能是通过与脲酶 flap 区域的半胱氨酸相结合而发挥抑制作用。同时，试

验还测定了硼酸存在时黄连碱对脲酶的抑制效果，结果如图 6 所示。硼酸已经

被证实是与脲酶活性中心的金属镍离子竞争性结合而发挥抑制作用，本研究

中，当硼酸存在时，黄连碱对瘤胃细菌脲酶的抑制效果显著减低（P < 0.05）

（图 6A），说明黄连碱在发挥抑制作用时需要与脲酶活性中心的镍结合。这两

个结果共同说明了黄连碱是同时与瘤胃细菌脲酶活性中心的镍离子以及 flap 区

域的半胱氨酸结合而产生抑制作用的。

图 5 黄连碱作用下的含硫醇化合物 DTT (A, D)、GSH (B, E)和 L-Cys (C, F)

对瘤胃细菌脲酶（A, B, C）和刀豆脲酶（D, E, F）的保护作用。相同小写字母

二、研究成果

23

表示各组之间无显著差异（P > 0.05），不同小写字母表示各组之间有显著差异

（P < 0.05）。

图 6 在硼酸存在或不存在时，黄连碱对瘤胃细菌脲酶（A）和刀豆脲酶

（B）的抑制作用。每种脲酶的黄连碱浓度与含硫醇化合物的含量相同，相同

小写字母表示两列之间无显著差异（P > 0.05），不同小写字母表示两列之间有

显著差异（P < 0.05）。

为了探讨黄连碱与瘤胃细菌脲酶的作用模式，对黄连碱与脲酶活性中心对

接的结果作了进一步的分析，结果如图 7 所示。黄连碱的结构见图 7A，以四个

苯环结构为主体，连接两个亚甲二氧基。由图 7B 可以看出，黄连碱嵌在脲酶整

个活性中心的腔内。黄连碱与活性中心的两个 Ni2+的距离都为 3.1 Å（图

7C），它的 9-O-CH2-基团与氨基酸残基 Ala362 形成氢键，氢键距离为 3.0 Å，

3-O-CH2-基团与 flap 区域的氨基酸残基 His320 形成氢键，氢键距离为 2.0 Å，

10-O-CH2-基团与活性中心的 Ni1 形成 Metal-Acceptor 相互作用，9-O-CH2-基团

与氨基酸残基 Ala166 形成碳氢键，另外，黄连碱的 D 环结构与氨基酸残基

Arg335 形成 Pi-Cation 相互作用，B、C、D 环与氨基酸残基 His319、Cys318、

Ala166 形成 Pi-Alkyl 相互作用，A 环与氨基酸残基 His319 形成 Pi-Sigma 相互作

用（图 7D）。这些结果表明黄连碱是通过嵌在脲酶活性中心口袋里，并与活性

中心及 flap 区域的氨基酸发生相互作用来抑制脲酶活性的。

二、研究成果

24

图 7 黄连碱与瘤胃细菌脲酶同源结构的结合模式图。A，黄连碱的结构，

图中的 A、B、C、D 代表黄连碱的四个主要环状结构；B，黄连碱与脲酶结合

的模式图；C，黄连碱嵌入活性中心的模式图；D，黄连碱与脲酶活性中心及

flap 区域的关键氨基酸的相互作用。图中虚线表示相互作用，虚线上的数字表

示距离（单位为 Å）

结论：以瘤胃细菌脲酶的结构为靶标，通过分子对接技术筛选脲酶抑制剂

是一种高通量化合物筛选的方法。通过检测候选的植物源天然化合物对瘤胃细

菌脲酶活性的抑制效果，确定了黄连碱为最有潜力的瘤胃细菌脲酶抑制剂，并

进一步发现黄连碱能促进瘤胃微生物发酵，降低氨的生成及尿素的分解速率。

黄连碱对瘤胃细菌脲酶活性的抑制作用是通过与脲酶活性中心的镍离子、活性

中心以及 flap 区域的关键氨基酸残基相结合来实现的。为新型瘤胃细菌脲酶抑

制剂的开发研究提供了基础。

二、研究成果

25

摘要图 黄连碱抑制瘤胃细菌脲酶活性及其抑制机制

研究成果已发表在《Science of The Total Environment》杂志。该成果由中

国农业科学院农业科技创新工程重大产出科研选题、国家现代农业产业技术体

系和动物营养学国家重点实验室资金资助，第一作者贺越，通讯作者赵圣国和

王加启。

——Yue He, Xiaoyin Zhang, Ming Li, Nan Zheng, Shengguo Zhao, Jiaqi Wang.

Coptisine: A Natural Plant Inhibitor of Ruminal Bacterial Urease Screened by

Molecular Docking. Science of The Total Environment 2022, 808: 151946.

二、研究成果

26

靶向脲酶 UreG 筛选植物源脲酶抑制剂白屈菜赤碱

瘤胃脲酶是尿素代谢的关键限速酶，可以催化尿素分解为氨，氨能够被瘤

胃微生物利用合成微生物蛋白，为动物自身的生长提供氮源。然而，由于脲酶

过高的催化作用，尿素被快速地水解为氨，当大量的氨进入血液后极易引起动

物氨中毒，而且排出的氨还会造成环境污染，严重影响了尿素氮的利用率。因

此，合理调控瘤胃微生物脲酶活性是高效利用尿素的关键。脲酶抑制剂是调控

瘤胃微生物脲酶活性常用的措施之一。植物源天然化合物具有少副作用、高稳

定性、高利用度以及多样性的特点，在脲酶抑制剂开发方面具有很大潜力。

脲酶辅助蛋白 UreG 负责将镍离子由 UreE 蛋白向 UreF 和 UreD 蛋白传递，

进而激活脲酶。UreG 在脲酶活化过程中的重要作用以及本身的保守性，使它有

潜力成为脲酶活性调控的新靶点。本试验以 UreG 为靶标，植物源天然化合物

为脲酶抑制剂的筛选对象，通过检测天然化合物作用下 UreG 的 GTPase 活性，

筛选出有潜力的调控脲酶活性的化合物，并对其抑制机制进行探索，期望为脲

酶抑制剂的筛选提供新的思路和选择。

以 UreG 的 GTPase 活性为评价指标，对 1130 种植物源天然化合物进行初

筛，如图 1A 所示，是抑制效果排名靠前的 20 种化合物，异绿原酸 C

（Isochlorogenic acid C）、异绿原酸 B（Isochlorogenic acid B）和羟基白桦酸

（Anemosapogenin）几乎 100%抑制 UreG GTPase 活性。综合考虑到化合物的

性价比、应用前景、来源和类别，挑选了异绿原酸 C 和盐酸白屈菜赤碱

（Chelerythrine chloride）这两种化合物进一步研究。

近年来发现植物源天然化合物黄连碱具有抑制脲酶活性的作用，因此试验

选取了盐酸黄连碱作为对照组，然后和挑选的异绿原酸 C 和盐酸白屈菜赤碱组

合在一起，检测不同浓度的这些化合物对 UreG 的 GTPase 活性的影响，并根据

所得的结果拟合非线性曲线，最后依据曲线计算这些化合物对 UreG 的半抑制

率 IC50值，结果如图 1B 所示。发现盐酸白屈菜赤碱的 IC50值最小，拟合的曲

线最陡峭，随着化合物浓度的升高，UreG 的 GTPase 活性快速下降。虽然异绿

二、研究成果

27

原酸 C 在 100 μM 时与盐酸白屈菜赤碱的抑制效果相当，但在低浓度下，盐酸

白屈菜赤碱的抑制效果更好。采用分子对接技术，发现这三种植物源天然化合

物中，盐酸白屈菜赤碱与 UreG 的结合能值的绝对值最大（-6.72 kcal/mol），抑

制常数 Ki值最小（11.88 µM），表明其与 UreG 的结合最好。以上的结果均是

基于 UreG，因此我们又检测了盐酸白屈菜赤碱对瘤胃粗酶液产氨量的影响，结

果如图 1C 所示，发现盐酸白屈菜赤碱抑制了氨的排放。综上所述，盐酸白屈

菜赤碱是一种有潜力的脲酶抑制剂候选化合物。

不同化合物抑制酶的抑制类型不同，本试验主要依据米氏学说原理进行推

导，首先检测在不同浓度的底物时，添加不同浓度的化合物后 UreG 的 GTPase

活性，然后绘制同一浓度化合物作用下的米氏方程曲线，根据曲线计算 Vmax和

Km值，即可判定化合物对酶的抑制类型。不同浓度的盐酸白屈菜赤碱抑制

UreG 的 GTPase 活性的米氏方程曲线如图 2A 所示，当不添加盐酸白屈菜赤碱

时，随着底物 GTP 浓度的升高，反应速率逐渐加快；在盐酸白屈菜赤碱浓度分

别为 6.25 μM、12.5 μM、25 μM 时，随着浓度的升高，Vmax和 Km值均减小，但

是当不添加此化合物时，Vmax和 Km值均比 6.25 μM 浓度时小，因此，该化合物

对 UreG 的 GTPase 活性的方式为混合型抑制。通过对不同浓度曲线的斜率计算

其抑制常数 Ki值，得到盐酸白屈菜赤碱的 Ki值为 26.28 μM（图 2B）。

在活化结构蛋白的过程中，辅助蛋白的主要作用是传递镍离子，因此，试

验采用等温滴定量热法（ITC），探究了盐酸白屈菜赤碱是否会影响 UreG 与镍

离子的结合，结果如图 3 所示。在此 ITC 热力学曲线中，纵坐标表示每滴一滴

镍离子整个反应的热量值，由图可明显看出，添加盐酸白屈菜赤碱后，热量的

绝对值明显减小。进一步分析盐酸白屈菜赤碱对镍与 UreG 的摩尔比（N）、亲

和力（KD）和焓变（△H）的影响，发现盐酸白屈菜赤碱对镍与 UreG 的摩尔比

没有显著影响，但与对照组相比，镍与 UreG 的结合亲和力降低了 8.7 倍，焓变

的绝对值降低了 32.86%。这些结果表明，盐酸白屈菜赤碱抑制了镍与 UreG 的

结合，也就是说，盐酸白屈菜赤碱可能通过阻断镍的传递进而破坏脲酶的成熟

过程。

二、研究成果

28

图 1 天然化合物对 UreG 的 GTPase 活性和氨排放的影响。A：排名前 20

种植物源天然化合物对 UreG 的 GTPase 活性的抑制率。B：植物源天然化合物

对 UreG GTPase 活性的半抑制率 IC50值。C：盐酸白屈菜赤碱对瘤胃粗酶液产

氨量的影响。

图 2 盐酸白屈菜赤碱抑制 UreG 的米氏方程曲线（A）和抑制常数 Ki值

（B）。

二、研究成果

29

图 3 盐酸白屈菜赤碱对 UreG 与镍结合的影响。

为了进一步探索盐酸白屈菜赤碱抑制镍与 UreG 结合的可能机制，试验首

先采用圆二色光谱法（CD）检测了盐酸白屈菜赤碱作用下 UreG 的二级结构变

化，结果如图 4A 所示。与 UreG 的 CD 谱图相比，添加盐酸白屈菜赤碱后，

CD 谱图上移，即强度增加，谱图中的第一个负槽（约 208 nm 处）向左微移，

即改变了 α 螺旋的特征峰。通过统计 α 螺旋、β 折叠、β 转角和无规卷曲的比

例，更清楚地展现了 CD 谱图的变化，结果如图 4B 所示。与 UreG 相比，添加

盐酸白屈菜赤碱后，α 螺旋的比例降低了约 21.36%，β 折叠的比例增加了约

18.97%，β 转角和无规卷曲的比例变化不大。整体来看，添加表盐酸白屈菜赤

碱后，UreG 的二级结构发生了很大变化，主要体现在 α 螺旋和 β 折叠方面。

图 4 盐酸白屈菜赤碱对 UreG 的 CD 谱图（A）和二级结构比例（B）的影

响。

二、研究成果

30

进一步地，试验利用分子对接技术研究了盐酸白屈菜赤碱与 UreG 的结合

情况，结果如图 5 所示。盐酸白屈菜赤碱位于 G1、G2 和 G3 基序附近，其中

G1 和 G3 基序的主链包裹在盐酸白屈菜赤碱周围。盐酸白屈菜赤碱的 O 原子与

G1 基序中的 Thy19 发生了强烈的氢键作用，距离为 2.2 Å。G2 基序的 Asp41 与

盐酸白屈菜赤碱形成 pi-anion 作用，距离为 2.8 ~ 4.5 Å。有意思的是，我们前期

研究发现的 Asp41 不仅能抑制 UreG 的 GTPase 活性，还影响了镍与 UreG 的结

合。这些结果表明，盐酸白屈菜赤碱可能通过与 Asp41 作用抑制了镍与 UreG

的结合。

图 5 盐酸白屈菜赤碱与 UreG 作用的的 3D 结构图。A：盐酸白屈菜赤碱在

UreG 中的位置图。B：盐酸白屈菜赤碱与 UreG 的结合模式图。

结论：鉴于 UreG 在脲酶活化过程中重要的传递镍的桥梁作用，以及本身

的保守性，以 UreG 为靶标筛选脲酶抑制剂是调控脲酶活性的新途径。通过检

测植物源天然化合物对 UreG 的 GTPase 活性的影响，筛选了一种有潜力的植物

源化合物脲酶抑制剂：盐酸白屈菜赤碱，并发现该化合物可以抑制 UreG 与镍

的结合。进一步评估该化合物抑制 UreG 的作用机制，发现盐酸白屈菜赤碱改

变了 UreG 的二级结构，并与 UreG G1 基序中的 Thy19 和 G2 基序的 Asp41 发

生作用，而 Asp41 是影响 UreG 的 GTP 酶活性和镍传递的关键残基。靶向

UreG 筛选出一种有潜力的植物源天然化合物脲酶抑制剂-盐酸白屈菜赤碱，为

脲酶抑制剂的开发提供了新途径和新选择。

二、研究成果

31

靶向 UreG 筛选有潜力的脲酶抑制剂流程图

研究成果已于 2021 年 7 月发表在《International Journal of Molecular

Sciences》杂志。该成果由中国农业科学院农业科技创新工程重大产出科研选

题、国家现代农业产业技体系和动物营养学国家重点实验室资金资助，第一作

者张晓音，通讯作者赵圣国和王加启。

——Xiaoyin Zhang, Yue He, Zhanbo Xiong, Min Li, Ming Li, Nan Zheng,

Shengguo Zhao, Jiaqi Wang. Chelerythrine Chloride: A Potential Rumen Microbial

Urease Inhibitor Screened by Targeting UreG. International Journal of Molecular

Sciences 2021, 22(15):8212.

二、研究成果

32

构建动物乳中脂肪酸检测方法与指纹图谱

一、研究背景

乳脂与乳蛋白、乳糖是乳固形物的主要组成部分,它们不仅提供能量来源，

还为乳制品提供独特的感官和物理属性。乳脂中富含生物活性脂肪酸（FA），

造成乳制品消费与心血管疾病和糖尿病的低患病率相关。脂肪酸根据碳原子数

一般分为长链脂肪酸（long-chain fatty acid, LCFA，碳数≥14）和中、短链脂肪

酸（medium- and short-chain fatty acid, MSCFA, 碳数≤13）。或根据碳-碳双键数

分为饱和脂肪酸（saturated fatty acid, SFA）、单不饱和脂肪酸

（monounsaturated fatty acid, MUFA）、多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty

acid, PUFA）。SFA 又分为支链饱和脂肪酸（branched-chain saturated fatty

acid，BCSFA）和直链脂肪酸，包括偶数链饱和脂肪酸（even-chain saturated

fatty acid，ECSFA）和奇数链饱和脂肪酸（odd-chain saturated fatty acid，

OCSFA）。SFA 对人类健康的作用在过去的几十年里被广泛研究却充满争议，

包括 LCFA 对心血管疾病的影响、MSCFA 对控制体重和脂质代谢的积极作

用、以及 OBCFA 对炎症反应的积极作用等。不饱和脂肪酸（unsaturated fatty

acid, UFA）也引起了科学界的广泛关注，尤其是共轭亚油酸（CLA）的免疫调

节特性、n-3 PUFA 对心律失常、神经发育和免疫系统调节的积极作用，以及反

式（trans-）MUFA 对心血管疾病的争议性作用等。此外，乳脂中 FA 的组成与

乳制品的物理性质和品质有关，也是奶牛健康状况的重要指标。因此，FA 谱的

分析在乳制品的研究中是必不可少的。但乳脂 FA 组成复杂、来源广泛，主要

有饲粮摄入的 FA、乳腺从头合成的 FA 和瘤胃发酵产生的 FA。在反刍动物

中，瘤胃微生物提供了更多的 C4-C16 FA 的前体物；而某些特殊 FA，如 CLA

和 OBCFA，通常不在动物乳腺中合成而只能通过瘤胃微生物发酵过程产生。

牛乳中存在约 400 多种 FA，但目前几乎没有报道采用单一方法对超过 50

种 FA 做到实际定量。目前，通常使用气相色谱（GC）结合火焰离子化检测器

（FID）或质谱（MS）对 FA 进行测定。然而，FID 的灵敏度较差，对共洗脱

二、研究成果

33

峰的鉴定也较为困难。相比之下，MS 可以在没有标准品的情况下对 FA 进行识

别，并且具有更好的灵敏度和准确性。另外，乳中 FA 组成的种类和丰度差异

很大，占比超过 1%的 FA 仅有 10 几种，大多数 FA 的含量很低，很多研究由

于检测方法的线性范围较窄而采用多次进样的方式分别测定高含量 FA 和低含

量 FA。因此，需要建立一种高通量、高灵敏的方法来测定乳中的 FA。基于

GC 方法，将 FA 转化为脂肪酸甲酯（FAME），目前已广泛研究并建立了牛奶

的 FA 谱。并且系统研究了人奶的 FA 组成特征，比较了牛奶和人奶的 FA 组

成。水牛、牦牛、山羊、骆驼和驴的乳 FA 组成也有研究报道。但是由于测定

方法的不同，文献中的数据支离破碎，无法准确比较与评价。本文旨在建立一

套灵敏、准确、稳定的高通量检测方法以测定乳中的 FA；系统的研究不同动物

生乳的 FA 组成，建立 FA 指纹图谱并分析组成特征。

二、实验方法

2.1、样品采集

共采集生乳 237 份，其中 207 份动物乳由中国农业科学院北京畜牧兽医所

动物营养学国家重点实验室提供，包括荷斯坦奶牛乳 59 份、娟珊奶牛乳 32

份、水牛乳 9 份、牦牛乳 25 份、山羊乳 38 份、驴乳 15 份、骆驼乳 29 份；另

外，人乳由志愿者母亲提供，共收集 30 份。所有生乳样品采集后冷冻，置于20℃保存。

2.2、样品前处理

在测定分析前，将冷冻牛奶样品置于 40℃水浴中预热解冻，并轻轻搅拌，

避免起泡。然后，根据标准 AOAC 996.06 和 Serafim 等的方法提取脂质，并将

FA 甲酯化为 FAME。操作步骤简述如下：（1）破除乳脂球膜，释放甘油酯等

结合态脂质并皂化：将 2 mL 牛奶样品与 2 mL 氨水、1 mL 乙醇、50 mg 焦性没

食子酸混合，置于 70℃水浴水解 20 min。冷却后加入内标（internal standard，

IS）C10:1 c4 FA。（2）脂质提取：在水解液中加入 4 mL 正己烷/异丙醇

（v/v=3/2）溶液，振荡离心后，取出上层 2.6 mL 正己烷于具塞玻璃试管中，使

用 2.4 mL 正己烷二次提取水解液，合并正己烷共 5 mL。（3）甲酯化：在提取

二、研究成果

34

的正己烷中加入 2 mL NaOH 甲醇溶液（2%），密封后置于 50℃水浴加热 20

min。冷却后开盖，加入 2 mL 乙酰氯甲醇溶液（10%）密封，置于 80℃水浴加

热 150 min。（4）净化与稀释：再次冷却后开盖，沿试管壁加入 5 mL 超纯水

和 5 mL 正己烷。取正己烷层稀释 5 倍后，待 GC-MS 测定。

2.3、GC-MS 测定

使用气相色谱 Agilent 7890A 并配备 7000B 三重四级杆质谱检测器

（Agilent Technologies, Santa Clara, California, USA）测定 FAME。使用强极性

DB-WAX UI 毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25 µm）实现色谱分离。

GC 参数：进样量 1 µL，分流比 50:1。载气为 He，恒压 7 psi，总运行时间

94 min。进样口温度 250℃，烘箱温度采用程序升温，设置如下：初始温度

60℃保持 2 min，以 30℃/min 升温到 120℃，再以 4℃/min 升温到 160℃保持 40

min，然后以 4℃/min 升温到 200℃保持 20 min，最后以 20℃/min 升温到 240℃

保持 8 min。

MS 参数：传输线温度 250℃，溶剂延迟 2 min。MS 离子源温度 230℃，电

离能 70 eV。采用选择离子监测模式（SIM）对 FAME 进行定性定量分析。

FAME 的定性依据是其在 GC 上的保留时间和特征离子（1 个定量离子，3 个定

性离子）。FAME 的定量依据是选择离子流图上定量离子的峰面积，外标法定

量。建立标准曲线，即建立峰面积与 FAME 进样浓度之间的逻辑关系，确定线

性回归方程和相应的线性范围。使用 C10:1 c4 作为内标，对数据进行校正。

2.4、方法学验证

根据方法学验证指南（ICH, 2005）和 GB/T 27417-2017《合格评定 化学分

析方法确认和验证指南》对该方法进行方法学验证，主要包括灵敏度、线性、

准确度和精密度。以 GC-MS 选择离子流图（elected ion chromatography，

EIC）上信噪比（signal-to-noise ratio，S/N）=10 的对应进样浓度，计算每种

FAME 的定量限（limit of quantitation, LOQ）。每种 FAME 均建立了独立的不

少于 5 个浓度水平的标准曲线，相应的线性范围均在 0.02~150 mg/L 内。添加

回收率试验是在 2 mL 乳清溶液中添加 40 种 FA 混标 GLC 617，设置 3 个浓度

二、研究成果

35

水平，分别为 10 μg/mL、50 μg/mL、200 μg/mL，或 20 μg/mL、100 μg/mL、

400 μg/mL。

2.5、统计分析

FA 测定结果由安捷伦 ChemStation B.04.03 工作站导出；通过 Excel 2019

对结果进行初步整理和分析。主成分分析（principal component analysis，

PCA）使用 GraphPad Prism 9（GraphPad Prism version 9, GraphPad Software, La

Jolla, CA）完成。热图及聚类分析使用 R 语言程序（R package version 1.0.12）

完成。

三 、结果与讨论

3.1、方法学验证

如图 1a 和 1b 所示，本方法有效分离超过 70 种 FAME，大多数色谱峰的分

辨率较好，能同时测定 69 种 FA。

图 1 (a) FAME 混标的总离子流图， (b)荷斯坦奶牛乳中所得 FAME 的总离

子流图，（c）荷斯坦奶牛乳中所得 C18:1 FAME 的选择离子流图，（d）荷斯

坦奶牛乳中所得 C18:2 FAME 的选择离子流图。

二、研究成果

36

然而，如其他研究中提到的那样，我们在分离 C18 FAME 时也遇到了困

难。乳中 C18 FA 有大量异构体（双键位置、顺反结构），这些异构体极性和

化学性质相似，质谱图几乎相同，是 FA 研究的巨大挑战。在本研究中，如图

1c 所示，C18:1 FAME 在 EIC 上仍然没有实现基线分离，为了提高准确和精密

度，将全部 C18:1 FAME 的结果求和处理，标记为∑C18:1。另外，如图 1d 所

示，比对 NIST 库鉴定了多个 C18:2 FAME 异构体，但由于缺乏相匹配的标准

品，仅标记并定量了 C18:2 c9c12 和 C18:2 t9t12，而无法对所有 C18:2 FAME 进

行标记。通过将其他 C18:2 FAME 的结果求和处理，实现总 FA 结果准确的目

的，标记为∑C18:2 others。

为了提高检测方法的灵敏度，每种 FAME 根据其最佳 S/N 选择定量离子。

同时，扫描设置为 15 个时间窗口，每个窗口仅扫描不超过 12 个离子。在保证

扫描频率至少 8 循环/秒（确保离子流图上峰的平滑、积分的准确）的前提下，

这样做能够确保每个特征离子的驻留时间超过 9 毫秒，大幅提高了信号的响

应。根据定量离子的峰面积，所测 69 种 FAME 的仪器定量限为 0.3~14.3

μg/L。

本方法所测 FAME 的 LOQ 范围在 0.3~14.3 μg/L，大约对应牛奶样品中 8 ~

358 μg/L 的 FA。假设乳脂总 FA 含量为 4%，本方法的各 FA 的最低检出浓度为

0.02~150 μg/mL。各 FAME 标准曲线对应各自的回归方程，决定系数 R2均大于

0.9991。通过添加回收率试验，本方法的回收率为 76.6%~109.3%，变异系数

（variable coefficient，CV）为 0.5%~11.7%。

3.2、乳脂肪酸谱的整体情况

利用 GC-MS 法检测了荷斯坦奶牛乳、娟珊奶牛乳、水牛乳、牦牛乳、山

羊乳、骆驼乳、驴乳和人乳的 FA 组成。所有生乳样品中均检测出超过 60 种

FA。本研究将这些 FA 分为五类进行分析，包括 ECSFA、OCSFA、BCSFA、

MUFA 和 PUFA。

二、研究成果

37

图 2 荷斯坦奶牛乳、娟珊奶牛乳、水牛乳、牦牛乳、山羊乳、骆驼乳、驴

乳和人乳的脂肪酸组成（%）

如图 2 所示，荷斯坦奶牛乳、娟珊奶牛乳、水牛乳和山羊乳的 FA 组成类

型相似，ECSFA 含量为 57.3% ~ 58.8%、OCSFA 含量为 1.3% ~ 1.8%、BCSFA

含量为 1.4% ~ 1.9%、MUFA 含量为 33.1% ~ 35.3%、PUFA 含量为 3.8% ~

5.1%。而在文献报道中，SFA 的总含量更高，为 61.3% ~ 73.9%，MUFA 含量

更低，为 22.3% ~ 33.0%，BCSFA 和 PUFA 的含量与我们的结果一致，分别为

1.1% ~ 2.7%和 2.1% ~ 5.5%。

与这 4 种乳相比，牦牛乳和骆驼乳的 ECSFA 含量大幅降低，而 OCSFA、

BCSFA、MUFA 和 PUFA 均含量上升。在这 6 种反刍动物乳中，牦牛乳中的

OCSFA、BCSFA 和 PUFA 含量最高，分别达到 2.8%、3.0%和 6.3%；而骆驼乳

中的 MUFA 含量最高，达到 40.7%，同时 ECSFA 含量最低，为 48.6%。而在

文献报道中，则是骆驼乳的 BCSFA、MUFA 和 PUFA 含量高于其他反刍动物

乳，分别到达 2.2% ~ 3.0%、25.7% ~ 32.8%和 3.9% ~ 8.1%，而 SFA 含量较低，

为 54.5% ~ 64.1%。

人乳、驴乳和反刍动物乳的 FA 组成差别很大。在人乳中 ECSFA、OCSFA

和 BCSFA 的含量均最低，分别为 31.3%、0.4%和 0.3%，而 MUFA 和 PUFA 的

含量最高，分别到达 45.7%和 22.4%。在文献报道中，人乳的 FA 组成差别很

大，如 SFA 的含量范围 29.0%~56.8%，MUFA 的含量为 20.6% ~ 41.3%，PUFA

的含量为 19.6% ~ 50.5%。驴乳也含有较低的 MUFA 和较高的 PUFA，分别到

达 26.0%和 19.4%，这低于文献报道的 MUFA 的含量（32.67% ~ 41.68%）而高

二、研究成果

38

于 PUFA 的含量（12.30% ~ 16.11%），而 ECSFA、OCSFA 和 BCSFA 的含量

均低于牛乳。

牛乳（荷斯坦奶牛乳、娟珊奶牛乳、水牛乳和牦牛乳）的 MSCFA 含量相

似，分别为 10.6%、10.7%、8.8%和 8.3%。与牛乳相比，驴乳和山羊乳的

MSCFA 含量较高，分别为 26.1%和 15.9%，而骆驼乳和人乳的 MSCFA 含量较

低，分别为 1.2%和 4.3%，这与文献报道的研究结果一致。

3.3、饱和脂肪酸的比较

如图 3b 所示，人乳、骆驼乳和牦牛乳与其他物种乳区分明显，因此，这些

物种乳的 SFA 组成具有明显特征。

在所测生乳样品中，人乳中的 SFA 种类和丰度都十分有限。除 C12:0、

C20:0、C22:0 和 C24:0 外，人乳中的 SFA 含量显著低于其他乳。牦牛乳的

C15:0 和 C18:0 含量较高，分别为 1.31%和 15.03%，C17 ~ C24 SFA 单体的含量

也是所有乳中最高的。骆驼乳的 C15:0 和 C18:0 含量与之相似，分别为 1.10%

和 15.38%，C14:0 的含量在所有乳中最高，达到 10.26%，但 C4 ~ C12 SFA 的

含量却较低。在驴乳中，C8 ~ C13 SFA 的含量较高，尤其是 C8:0（3.73%）、

C10:0（9.74%）和 C12:0（9.54%），而 C15 ~ C18 SFA 的含量则较低，特别是

C18:0 仅有 1.31%，同时 C4 ~ C6 SFA 的含量极低。在山羊乳中，C6 ~ C11 SFA

的含量较高，特别是 C6:0，含量达到 1.57%。荷斯坦奶牛乳、娟珊奶牛乳和水

牛乳中 ECSFA 的含量相似，C4:0 和 C16:0 含量较高，而 C19 ~ C24 SFA 在荷

斯坦奶牛乳中的含量极低。

二、研究成果

39

图 3 荷斯坦奶牛乳、娟珊奶牛乳、水牛乳、牦牛乳、山羊乳、骆驼乳、驴

乳和人乳脂肪酸组成的主成分分析图（a）全脂肪酸（b）饱和脂肪酸（c）单不

饱和脂肪酸（d）多不饱和脂肪酸

OBCFA 由于其对人类的营养价值和潜在的功能性，而受到越来越多的关

注。牦牛乳和骆驼乳中的 OBCFA 含量较高，而人乳中的 OBCFA 含量则最

低，这与文献报道的结果一致。C15 ~ C23 OCSFA 和 C14 ~ C17 BCFA 在牦牛

乳和骆驼乳中含量丰富。娟珊奶牛乳的 C5 ~ C13 OCSFA 的含量最高，山羊乳

的 C9:0 和 C11:0 的含量最高，而驴乳的 C13:0 iso、C13:0 anteiso 和 C18:0 iso

的含量最高。

3.4、单不饱和脂肪酸的比较

如图 3c 所示，人乳和驴乳与其他乳能明显区分，因此，这些物种乳的

MUFA 组成具有明显特征。

MUFA 在人乳中含量最高，而在驴乳中最低。人乳中 MUFA 的多样性十分

有限，主要集中于 C16:1, C18:1 和 C20:1，这与文献报道的结果一致。在驴乳

中，C10:1、C12:1、C22:1 和 C24:1 的含量均为最高。值得注意的是 C10:1 c9

和 C22:1 c13，其含量分别达到 1.95%和 1.79%，而文献中从未报道过驴乳中

C10:1 c9 的含量，C22:1 c13 的含量也低于我们的结果。

二、研究成果

40

C18:1 作为乳中含量最高、异构体最多的 MUFA，极大程度上决定着

MUFA 的 FA 组成占比。其总含量在人乳中最高，达到 42.50%，而在驴乳中仅

为 18.26%，在所有乳样中含量最低。有文献报道了人乳中的 C18:1 含量为

18.2% ~ 38.8%，而驴乳中的 C18:1 含量为 21.9% ~ 27.9%，这与我们的结果存在

一定差距。在反刍动物乳中，C18:1 的总含量范围在 29.86%（娟珊奶牛乳）至

32.03%（水牛乳）之间。除 C18:1 外，乳中另一种主要的 MUFA 是 C16:1 c9。

C16:1 c9 是一种 n7 FA，由于其具有特殊的生理活性功能引起了广泛的关注。

C16:1 c9 在骆驼乳中含量最高，达到 6.64%，这与文献报道的结果一致。在人

乳和牛乳（荷斯坦奶牛乳、娟珊奶牛乳、水牛乳和牦牛乳）中，C16:1 c9 的含

量为 1.65%~1.75%。而在山羊乳和驴乳中，其含量分别为 1.04%和 2.28%。另

外，荷斯坦奶牛乳和娟珊奶牛乳中的 C14:1 的含量较高，骆驼乳中 C16:1 和

C17:1 的含量较高，牦牛乳中 C19:1 和 C20:1 的含量较高。

3.5、多不饱和脂肪酸的比较

如图 3d 所示，人乳、驴乳均能与其他乳区分开，因此，这些物种的 PUFA

组成也具有各自的特征。

人乳和驴乳的 PUFA 的含量较高，分别达到 22.36%和 19.42%。而在反刍

动物乳中，PUFA 的含量为 3.79%（水牛乳）~ 6.33%（牦牛乳）。LA 是人乳和

驴乳中最主要的 PUFA，分别达到 19.23%和 14.81%。而在反刍动物乳中，LA

的含量为 1.13%（牦牛乳）~ 2.60%（娟珊奶牛乳）。CLA n7 是乳中最重要的

CLA 之一，具有多种生物功能活性。CLA n7 在反刍动物乳中含量较高，为

0.74%（荷斯坦和娟珊奶牛乳）~ 2.57%（牦牛乳），而在人乳和驴乳中含量很

低，仅为 0.16%和 0.36%。CLA n6 是乳中另一种 CLA，在乳中的含量普遍较

低。CLA n6 在驴乳中含量仅有约 0.10%，却是本研究所有物种乳中含量最高

的。

n3 PUFA 对神经系统的发育和心血管疾病的预防具有重要的作用，包括

ALA、EPA、DPA n3、DHA 等。ALA 是乳中最主要的 n3 PUFA，在水牛乳中

含量最低，约为 0.14%，这与文献报道基本一致，而在驴乳中的含量最高，达

到 2.57%。驴乳中的 C20:3 也是本研究所有物种乳中含量最高的，达到 0.10%，

二、研究成果

41

但并未检测到 EPA 和 DHA。而在文献报道中，驴乳中的 EPA 和 DHA 含量也

很低，仅有 0.01%和 0.03%。另外，DHA 在人乳中的含量最高，达到 0.38%，

而 EPA 和 DPA n3 在牦牛乳和骆驼乳中的含量较高，在牦牛乳中为 0.06%和

0.21%，在骆驼乳中为 0.06%和 0.18%，值得关注。

过量摄入 n6 PUFA 会增加罹患慢性疾病的风险。在 n6 PUFA 中，LA、

GLA、C20:2、C20:3、AA 和 C22:4 在人乳中含量最高，尤其是 LA，高达

19.23%；而 C22:2、DPA n6 在驴乳中含量最高。n6/n3 的比值应控制在合理的

范围内，以保持 FA 的膳食平衡。人乳中 PUFA 的 n6/n3 高达 13.75，存在一定

的健康风险，这主要是 LA 含量过高造成的。而牦牛乳和骆驼乳的 n6/n3 较低，

分别为 1.09 和 1.78，这与文献报道的结果一致。

3.6、聚类分析

根据图 3a 和图 4，对所有乳进行聚类分析。如 PCA 图 3a 所示，基于 FA

能将人乳和驴乳与反刍动物乳明显区分，而对于反刍动物而言，骆驼乳和牦牛

乳能与其他反刍动物乳（荷斯坦奶牛乳、娟珊奶牛乳、水牛乳和山羊乳）区分

开。这与热图 4 的聚类关系一致，即荷斯坦奶牛乳/娟珊奶牛乳→山羊乳→水牛

乳→牦牛乳/骆驼乳→驴乳/人乳。

图 4 荷斯坦奶牛乳、娟珊奶牛乳、水牛乳、牦牛乳、山羊乳、骆驼乳、驴

乳和人乳中的脂肪酸组成热图

二、研究成果

42

四 、结论

本研究建立的 GC-MS 高通量检测方法能同时测定 69 种 FA，在灵敏度和

检测通量上具备优势，尤其是 OBCFA、MUFA 和 CLA。对荷斯坦奶牛、娟珊

奶牛、水牛、牦牛、山羊、骆驼和驴的生乳，以及人乳样品的 FA 组成进行测

定和系统比较，建立指纹图谱并分析 FA 组成特征。结果表明，荷斯坦奶牛

乳、娟珊奶牛乳、水牛乳和山羊乳的 FA 组成相似， SFA 含量较高。牦牛乳和

骆驼乳的 FA 组成相似，OBCFA 含量较高，而 PUFA 的 n6/n3 比值较低，是平

衡人类膳食结构的功能性食品。人乳和驴乳与这 6 种反刍动物乳的差异较大。

驴乳中的 PUFA 和 MSCFA 含量较高，而 MUFA 含量较低。人乳中 SFA 的含量

极低，包括 OBCFA，而 MUFA 和 PUFA 的含量则很高，其中 DHA 和 LA 的含

量远高于其他动物乳，PUFA 的 n6/n3 高达 13.75，而 MSCFA 和 CLA 的含量则

较低。

该研究成果已在国际学术期刊《Journal of Dairy Science》2021 年第 105 期

在线发表。王峰恩博士为第一作者，王加启研究员与张养东副研究员为共同通

讯作者。

——F. Wang, M. Chen, R. Luo, G. Huang, X. Wu, N. Zheng, Y. Zhang, J.

Wang. Fatty acid profiles of milk from Holstein cows, Jersey cows, buffalos, yaks,

humans, goats, camels, and donkeys based on gas chromatography–mass

spectrometry. Journal of Dairy Science, 2021, https://doi.org/10.3168/jds.2021-20750.

二、研究成果

43

亚麻籽类型对瘤胃发酵和微生物组成的影响

1、研究背景

亚麻籽中含有丰富的 α-亚麻酸（ALA），作为富含 ω-3 多不饱和脂肪酸

（n-3 UPFA）的饲料，已经广泛地用于提高乳中 n-3 UPFA 的饲料研究中。在

饲养试验中亚麻籽的饲喂方式有多种，其中完整亚麻籽和粉碎亚麻籽是主要的

两种饲喂形式。前人报道，与饲喂完整亚麻籽相比，饲喂粉碎亚麻籽提高乳中

的 n-3 UPFA（主要是 ALA）的效率更高。这个可能是由于与完整亚麻籽中

ALA 无法释放而直接排出体外，导致 ALA 转运至乳中的效率降低有关。此

外，可能不同处理亚麻籽中 ALA 在瘤胃释放不同，也会影响 ALA 转运至乳中

的效率。日粮多不饱和脂肪酸能够改变瘤胃微生物的组成，但是亚麻籽不同的

ALA 的释放形式或许会对瘤胃中微生物产生不同的影响，目前这方面的研究尚

缺。本试验的主要目的是探究饲喂粉碎亚麻籽与完整亚麻籽对瘤胃脂肪酸发酵

与瘤胃微生物组成的影响。我们猜测由于亚麻籽饲喂形式的不同，会对瘤胃脂

肪酸组成，发酵形式与瘤胃微生物的组成产生不同的影响。

2、试验设计

奶牛饲养参照中华人民共和国农业农村部 2004 年颁布的《奶牛饲养标准》

进行。试验选用 30 头荷斯坦奶牛，采用完全随机试验设计，将奶牛随机分为三

组。三组奶牛分别饲喂不含亚麻籽日粮（对照组；CK 组）、含完整亚麻籽日粮

（完整组；WF 组；能够每天为奶牛提供 1500 克完整亚麻籽）和含粉碎亚麻籽

的日粮（粉碎组；GF 组；每天为奶牛提供 1500 克粉碎亚麻籽）。试验期为 5

周，其中试验期最后 1 周采集瘤胃液，用于瘤胃液脂肪酸、pH 值、氨态氮

（NH3-N）、挥发性脂肪酸与瘤胃微生物组成的测定。

3、试验结果

3.1、对瘤胃脂肪酸组成的影响

二、研究成果

44

瘤胃液脂肪酸采用气相色谱-质谱法进行测定。如表 1 所示，试验结果发

现，在这三组中瘤胃中 ALA、二十碳五烯酸 (EPA)、总 n-3 UPFA 含量在 WF

组中最高（P<0.05），而在 CK 与 GF 组中没有差异（P>0.05）。此结果说明，

不同形式的亚麻籽对瘤胃脂肪酸组成的影响不同，而由于完整亚麻籽需要通过

奶牛反刍，而后由牙齿进行破碎释放 ALA，此过程持续时间长，因此在瘤胃中

保持较高的 ALA、EPA 与 n-3 UPFA 的含量。这种长时间的释放可能会使得奶

牛瘤胃中持续的发生 ALA 生物氢化作用，这也是导致完整亚麻籽中 ALA 转运

至乳中效率低的原因。

表 1 日粮添加粉碎或完整亚麻籽对瘤胃脂肪酸组成的影响 (g/100 g 总脂

肪酸)

Treatments1

Items CK WF GF P-value

C6:0, Caproic 0.61±0.25 0.50±0.23 0.51±0.29 0.597

C8:0, Caprylic 0.48±0.31 0.50±0.30 0.71±0.33 0.230

C10:0, Capric 3.80±1.18 2.24±1.62 2.08±0.90 0.606

C12:0, Lauric 2.16±0.94 3.25±1.04 3.12±1.17 0.963

C14:0, Myristic 11.07±2.55 11.91±2.16 9.41±2.90 0.192

C16:0, Palmitic 55.87±5.09b 57.72±2.74b 62.18±5.05a 0.013

C18:0, Stearic 6.69±0.83 8.38±2.53 7.16±1.39 0.101

Other-C18:11 0.18±0.03 0.22±0.05 0.25±0.07 0.057

t9-C18:1, Elaidic Acid 0.04±0.01a 0.03±0.01b 0.04±0.01a 0.018

c9,c12-C18:2, linoleic acid 1.07±0.24 0.86±0.32 1.22±0.58 0.164

c9,c12,c15-C18:3, (ALA) 0.21±0.06b 0.44±0.26a 0.33±0.19ab 0.039

c5,c8,c11,c14c17-C20:5 (EPA) 0.47±0.52 0.85±0.69 0.32±0.38 0.099

二、研究成果

45

Total n-3 UPFA 0.67±0.50b 1.25±0.67a 0.69±0.33b 0.036

C22:0, Docosanoic acid 0.03±0.01 0.02±0.01 0.02±0.01 0.212

c3-C22:1, cis-3-Docosenoate 0.08±0.02 0.06±0.03 0.07±0.04 0.334

ALA = α-linolenic acid; EPA = Eicosapentaenoic acid; n-3 UPFA = omega-3

polyunsaturated fatty acid

1 Other-C18:1 = c8-C18:1, c6-C18:1, and c9-C18:1

3.2、对瘤胃内环境的影响

瘤胃发酵指标如表 2 所示，奶牛每日摄入 1500g 粉碎亚麻籽或完整亚麻籽

对瘤胃 pH 值与 NH3-N 含量没有影响。但是，本试验发现日粮添加亚麻籽能够

影响瘤胃中挥发性脂肪酸（VFA）的摩尔比。其中不同形式的亚麻籽对 VFA 的

影响也不相同。与对照组相比，WF 与 GF 组中乙酸的摩尔比例降低，其中 GF

组最低（P <0.001）。而丙酸、丁酸、异丁酸、戊酸和异戊酸的摩尔比例变化

呈 CK＜WF＜GF 的趋势。日粮中添加完整和粉碎亚麻籽能够改变瘤胃发酵模

式，降低乙酸与丙酸的比例，但是乙酸与丙酸的比例在 WF 与 GF 组之间没有

差异。已知在添加同类型的亚麻籽后发现，随着添加量的增加瘤胃中 VFA 呈线

性变化。试验结果同样也发现瘤胃中 VFA 与 ALA 的释放量呈线性相关，同时

相对于完整亚麻籽，粉碎亚麻籽在瘤胃中 ALA 释放量更大。

表 2 日粮添加粉碎或完整亚麻籽对瘤胃发酵指标的影响

Treatments1

Items CK WF GF P-value

pH 7.07±0.14 6.94±0.23 6.86±0.26 0.115

NH3-N (mg/dL) 5.74±0.96 6.53±1.93 6.27±2.39 0.630

Molar proportion, %

Acetate 60.25±1.58a 52.02±1.85b 48.29±2.61c <0.001