█ MRT 2023 年度报告

﹣44﹣

表 2 丁酸钠对断奶前犊牛胃肠道发育的影响

对照组 试验组 SEM P 值

前胃

瘤胃容积, L 6.89 8.40 0.609 0.26

瘤网胃重, kg 1.04 1.39 0.088 0.04

瓣胃重, kg 0.24 0.30 0.021 0.23

皱胃重, kg 0.34 0.40 0.016 0.07

全肠道

重量, kg 4.91 5.57 0.211 0.12

长度, m 26.97 31.50 1.268 <0.01

十二指肠

重量, kg 0.42 0.47 0.102 0.10

长度, m 0.67 0.67 0.032 0.99

空肠

重量, kg 1.65 2.07 0.087 0.01

长度, m 21.26 24.94 0.770 0.01

回肠

重量, kg 0.24 0.27 0.015 0.38

长度, m 1.31 1.69 0.114 0.09

盲肠

重量, kg 0.12 0.13 0.006 0.49

长度, m 0.34 0.35 0.018 0.65

结肠

重量, kg 0.36 0.40 0.022 0.28

长度, m 2.73 3.11 0.115 0.10

直肠

重量, kg 0.43 0.53 0.046 0.31

长度, m 0.66 0.72 0.021 0.16

二、研究进展█

﹣45﹣

图 1. 丁酸钠对瘤胃上皮发育的影响。A: 试验组的瘤胃颅腹囊上皮。B: 对照组的瘤胃颅腹

囊上皮。C: 试验组的单个瘤胃上皮乳头。D: 对照组的单个瘤胃上皮乳头。E: 试验组和对

照组的瘤胃乳头长度。F: 试验组和对照组的瘤胃乳头宽度。G: 试验组和对照组的瘤胃乳头

表面积。比例尺为 1mm。

瘤胃上皮和空肠上皮的转录组数据以及瘤胃微生物的宏基因组

数据阐明了丁酸钠促进对犊牛生长和肠道发育促进作用的潜在机制。

如图 2A,B 所示，与对照组相比，在瘤胃上皮中鉴定出了 139 个上调

基因和 317 个下调基因，在空肠上皮中鉴定出 401 个上调基因和 186

个下调基因。

█ MRT 2023 年度报告

﹣46﹣

图 2. 丁酸钠对瘤胃上皮和空肠上皮中 GO 通路的影响。A: 瘤胃上皮中差异表达基因的数量

(上下)和富集的 GO。B: 空肠上皮中差异表达基因的数量(上下)和富集的 GO。红色代表上

调基因，蓝色代表下调的基因。DEG: 不同表达基因。

如图 3A,B 所示，KEGG 富集分析显示了丁酸钠影响的差异基因

富集到的 TOP 20 通路，包括趋化因子信号通路、细胞因子-细胞因子

受体信号通路、PPAR 信号通路、脂肪消化和吸收、酮体合成和降解、

氮代谢以及与炎症免疫相关的信号通路，如 NF-κB 信号通路、IL-17

信号通路、IgA 生成免疫网络通路等。图 4A 展示了瘤胃上皮中 NFκB 信号通路、IL-17 信号通路、趋化因子信号通路和细胞因子-细胞

二、研究进展█

﹣47﹣

因子受体信号通路中的差异基因，包括 NF-kappa B 信号通路中的

PPKCB, CXCL8, CCL4, CCL19, CXCL12，IL-17 信号通路中的 IL17A,

IL17B, CXCL2, CXCL10, CXCL5, CCL20, MMP9，趋化因子信号通路中

的 CCL20, CXCL2, CXCL12, CXCL5, CXCL10, CCL2, CCL4, CCL8 和

细胞因子-细胞因子受体相互作用通路中的 IL17A, IL17B, CCL19,

CCL4, CCL8, CXCL1, CXCL5, CXCL10, CXCL12。图 4B 展示了空肠上

皮中玉米四烯酸代谢通路、酮体合成和降解通路、IgA 生成免疫网络

通路和氮代谢通路中的差异基因，包括玉米四烯酸代谢通路中的

CYP4A11、PLA2G2F、AKR1C3、ALOX12E，酮体合成和降解通路中

的 HMGCS2、BDH1、LOC100295719，IgA 生成免疫网络通路中的

BOLA-DQB、CD28、LOC100295645 和氮代谢通路中的 CA1、CA2、

CA3、CA12。图 4C,D qPCR 结果验证了转录组结果的可靠性(图 4C,

4D)。

█ MRT 2023 年度报告

﹣48﹣

图 3. 丁酸钠对瘤胃上皮和空肠上皮中 KEGG 通路的影响。A: 瘤胃上皮中差异基因富集的

KEGG 通路。B: 空肠上皮中差异基因富集的 KEGG 通路。圆圈的大小代表基因的数量。圆

圈越大，差异基因数目越多。

二、研究进展█

﹣49﹣

图 4. 瘤胃和空肠中富集到的 KEGG 途径中的差异表达基因及其验证。A: 瘤胃上皮中与免

疫和炎症相关的 4 种 KEGG 途径中的差异表达基因。紫色代表 NF-Kappa B 信号通路。绿色

代表 IL-17 信号通路。红色代表趋化因子信号通路。蓝色代表细胞因子-细胞因子信号通路。

B: 空肠上皮中与免疫和能量代谢相关的 4 种 KEGG 途径中的差异表达基因。紫色代表脂肪

消化和吸收信号通路。绿色代表酮体的合成和降解信号通路。红色代表肠道免疫网络产生

█ MRT 2023 年度报告

﹣50﹣

IgA 信号通路。蓝色代表氮代谢信号通路。C: 瘤胃差异表达基因的 qPCR 验证。D: 空肠差

异表达基因的 qPCR 验证。x 轴表示基因，y 轴表示变化倍数(试验组 vs 对照组)。

如图 5A 所示，瘤胃微生物宏基因组测序结果表明，与对照相比，

丁酸钠显著影响了瘤胃微生物群落的组成。图 5B 显示了丁酸钠影响

的 TOP 30 瘤胃微生物种群，丁酸显著提高了香茅梭菌(Clostridium

citroniae)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、Cordyceps confragosa、优

杆菌(Eubacterium limmosum)和 Pelotomaculum thermopropionum 的相

对丰度。

二、研究进展█

﹣51﹣

图 5. 丁酸钠对瘤胃微生物组成的影响。A: 瘤胃微生物在物种水平上的主坐标分析。B: 丁

酸钠影响的 TOP30 物种。

关于瘤胃微生物的功能基因，如图 6A,B 所示，差异表达基因主

要富集在糖代谢相关途径，如果糖和甘露糖代谢、糖酵解、丙酮代谢、

丙酮酸代谢、磷酸戊糖途径、半乳糖代谢等。图 7A,B 进一步分析对

照组组和试验组碳水化合物代谢酶之间的差异发现，TOP 30 的碳水

█ MRT 2023 年度报告

﹣52﹣

化合物水解酶主要属于糖苷水解酶(GH)、糖基转移酶(GT)、多糖裂解

酶(PL)和碳水化合物结合裂解酶(CBM)，并且试验组中 GH、GT、PL、

CBM 数量也明显多于对照组。

图 6. 丁酸钠对瘤胃微生物 KEGG 通路的影响。A: 瘤胃微生物群富集的 TOP 20 KEGG 通

路。B: 碳水化合物代谢相关途径中差异基因的数量。

二、研究进展█

﹣53﹣

图 7. 丁酸钠对瘤胃微生物碳水酶的影响。A: 瘤胃微生物富集到的 GH 家族。B: 不同模块

中不同碳水化合物活性酶的数量。AA: 与碳水化合物水解酶协同作用的氧化还原酶；CBM:

碳水化合物结合裂解酶；CE: 水解碳水化合物的酯类；GH: 糖苷水解酶；GT: 糖基转移酶；

PL: 多糖裂解酶。

结论：本研究证明了在断奶前乳牛的日粮中添加丁酸钠可通过下

调 IL-17 和 NF-κB 信号通路，抑制趋化因子和细胞因子的分泌，影

响瘤胃微生物群落，激活碳水化合物代谢通路促进犊牛生长发育和胃

肠道发育。总而言之，丁酸盐通过抑制炎症、促进免疫和激活瘤胃微

生物代谢对生长和胃肠道发育具有良好的作用（图 8）。

█ MRT 2023 年度报告

﹣54﹣

图 8. 丁酸盐对瘤胃、瘤胃微生物群和空肠的影响概述图

研究成果已于 2023 年 4 月发表在《Animal Nutrition》杂志。该

成果由中国农业科学院科技创新工程(ASTIP-IAS12)和动物营养学国

家重点实验室(2004DA125184G2108)等项目资助，第一作者仲慧月，

通讯作者王加启、赵圣国。

――Huiyue Zhong, Wenjing Yu, Min Wang, Bo Lin, Xuezhao Sun,

Nan Zheng, Jiaqi Wang, Shengguo Zhao. Sodium butyrate promotes

gastrointestinal development of preweaning bull calves via inhibiting

inflammation, balancing nutrient metabolism, and optimizing microbial

community functions. Animal Nutrition. 2023. 14: 88-100

二、研究进展█

﹣55﹣

4. 日粮中添加鹰嘴豆素 A 对奶山羊泌乳性能、抗氧化能力、

瘤胃发酵及瘤胃微生物组的影响

鹰嘴豆素 A 是一种来源于红三叶草等豆科植物的异黄酮类化合

物，具有抗癌、抗炎、抗氧化和调节内分泌等多种生物学功能。除此

之外，鹰嘴豆素 A 能抑制脲酶活性，促进瘤胃发酵，提高微生物蛋白

产量和肉牛的平均日增重。因此，本试验的目的是研究鹰嘴豆素 A 对

奶山羊泌乳性能、抗氧化能力、瘤胃发酵及瘤胃微生物群的影响，为

鹰嘴豆素 A 在反刍动物生产中的应用，以及新型饲料添加剂的开发

提供有效的数据支撑。

本研究旨在评价 BCA 对奶山羊泌乳性能、氮代谢及健康的影响。

将 30 只泌乳中期的萨宁奶山羊随机分为 3 组:对照组、2 g/d BCA 组

（BL）和 6 g/d BCA 组（BH）。饲养 36 天后，将 30 只奶山羊转移

到单个代谢笼中。记录产奶量、采食量、粪便总量和排尿量，连续采

集样品 3 天。在随后的 4 天内采集血液和瘤胃液样本。从表 2 可以看

出，鹰嘴豆素A对奶山羊的体重和干物质采食量都没有影响（p > 0.05）。

饲喂高水平的鹰嘴豆素 A 显著提高了奶山羊的产奶量（p < 0.05），

与对照组和 BL 组相比分别提高了 25.34%和 30.71%，BL 组和对照组

之间的产奶量则没有差异（p = 0.064）。乳蛋白和乳总固形物的含量

随着鹰嘴豆素 A 水平的升高而升高，BH 组显著高于对照组（p < 0.05），

而对照组和 BH 组与 BL 组相比差异都不显著（p > 0.05），并且 BH

组的乳蛋白含量提高了 18.68%。BH 组和 BL 组的乳糖和乳脂肪含量

█ MRT 2023 年度报告

﹣56﹣

虽然高于对照组，但是差异不显著（p > 0.05）。与对照组相比，BL

组和 BH 组的饲料转化效率分别提高了 34.92%和 31.75%，差异显著

（p < 0.01）。

表 2 鹰嘴豆素 A 对体重、干物质采食量、产奶量和乳成分的影响

从表 3 可以看出鹰嘴豆素 A 显著降低了瘤胃中的 pH 值（p =

0.029），提高了总挥发性脂肪酸和乙酸的含量（p < 0.001），但是 BL

组和 BH 组之间差异不显著（p > 0.05）。BL 组丙酸的含量显著高于

对照组（p = 0.013），而 BH 组介于对照组和 BL 组之间。丁酸和戊

酸的含量随着鹰嘴豆素 A 的增加而增加，且 BH 组显著高于对照组

（p < 0.01），BL 组与对照组相比差异不显著（p > 0.05）。BH 组异

丁酸和异戊酸的含量显著高于 BL 组（p < 0.01），BH 组异戊酸的含

量还显著高于对照组（p = 0.016），BL 组和对照组相比差异不显著

（p > 0.05）。BL组和BH组氨态氮的含量分别降低了16.45%和18.16%。

二、研究进展█

﹣57﹣

表 3 鹰嘴豆素 A 对奶山羊瘤胃发酵的影响

如表 4 所示，与对照组相比，BL 组和 BH 组的谷胱甘肽过氧化

物酶活性分别提高了 14.83%和 44.81%，其中 BH 组显著高于对照组

（p = 0.019），BL 组与对照组和 BH 组相比差异均不显著（p > 0.05）。

鹰嘴豆素 A 对超氧化物歧化酶和过氧化氢酶的酶活性都没有显著影

响（p > 0.05）。与对照组和 BL 组相比，BH 组的总抗氧化能力分别

提高了 7.27%和 11.32%，其中 BH 组显著高于 BL 组（p = 0.028）。

从表 5 可以看出鹰嘴豆素 A 对总蛋白、白蛋白、球蛋白、尿酸、

肌酐和β-羟基丁酸的含量，以及谷丙转氨酶的活性没有显著影响（p >

0.05）。与对照组相比，BL 组的谷草转氨酶活性提高了 12.33%，BH

组降低了 20.32%，但差异均不显著（p > 0.05）。

█ MRT 2023 年度报告

﹣58﹣

表 4 鹰嘴豆素 A 对血浆抗氧化能力的影响

表 5 鹰嘴豆素 A 对血浆生化指标的影响

二、研究进展█

﹣59﹣

表 6 鹰嘴豆素 A 对血浆内分泌指标的影响

如表 6 所示，鹰嘴豆素 A 虽然降低了催乳素的水平，但是差异

不显著（p > 0.05），对胰岛素的水平没有影响（p > 0.05）。BH 组的

雌二醇和生长激素的水平分别提高了 34.87%和 49.41%，与 BL 组相

比差异显著（p < 0.05），BH 组和对照组相比虽然分别提高了 15.78%

和 24.51%，但是差异不显著（p > 0.05）。BL 组和 BH 组胰岛素样生

长因子 1 的含量分别提高了 28.26%和 26.79%，与 BL 组相比差异显

著（p < 0.05），BL 组和 BH 组之间没有差异（p > 0.05）。

图 1-A 是不同处理组之间瘤胃微生物菌群fi多样性的香农指数，

反应瘤胃微生物菌群的多样性，由图 1-A 可知对照组、BL 组和 BH

组之间的菌群相似度较高，各组间均没有显著差异（p > 0.05）。由图

2-B 可知对照组和 BL 组之间的瘤胃微生物物种相似度较高，但是组

内差异较大；而 BH 组的微生物物种相似度组内差异较低，但是与对

照组和 BL 组的组间相似度较低，PC1 和 PC2 的贡献率分别为 34.5%

和 19.5%。

█ MRT 2023 年度报告

﹣60﹣

为了进一步研究不同处理组之间瘤胃微生物的差异菌群，本研究

以 2.5 为 LDA 判别分析 Effect size 阈值，进行了差异菌群分析（图 1-

C），共得到了 60 个差异菌属，分别属于疣微菌门（Verrucomicrobiota）

（16 种，26.67%）、变形菌门（Proteobacteria）（5 种，8.33%）、

厚壁菌门（Firmicutes）（17 种，28.33%）、拟杆菌门（Bacteroidota）

（19 种，31.67%）、螺旋菌门（Spirochaetota）（2 种，3.33%）和未

分类的 UBP3（1 种，1.67%）。

由图 1-C 可知，疣微菌门（Verrucomicrobiota）的所有菌属，拟

杆菌门（Bacteroidota）的 UBA1195 属、Bact-11 属和 Bact-19 属，以

及厚壁菌门（Firmicutes）的 RUG350 属、UBA3857 属和 CAG-791 属

等在 CK 组中的相对丰度较高，并且随着鹰嘴豆素 A 的升高而逐渐

降低。拟杆菌门（Bacteroidota）的普雷沃氏菌 Prevotella sp002353585

和 Alloprevotella ，厚壁菌门（ Firmicutes ）的黄色瘤胃球菌

（Ruminococcus_flavefaciens）、真杆菌属（Eubacterium）、假丁酸弧

菌属（Pseudobutyrivibrio）和 Saccharofermentans 属，以及变形菌门

（Proteobacteria）的瘤胃杆菌属（Ruminobacter）和嗜淀粉瘤胃杆菌

（Ruminobacter_amylophilus）在 BL 组中的相对丰度最高，在 BH 组

中的相对丰度最低。而拟杆菌门中普雷沃氏菌属的

Prevotella sp900314945 和 Prevotella sp900319905，UBA3839 属和密

螺旋体 Treponema sp003455655 等在 BH 组丰度最高，在 BL 组的丰

度最低；丁香假单胞菌（Pseudomonas_E_syringae）和芽孢杆菌

（Bacillus）在 BL 组的丰度最高，CK 组中丰度最低。

二、研究进展█

﹣61﹣

图 1 鹰嘴豆素 A (BCA)对奶山羊瘤胃微生物群落结构的影响(n = 7，均值±SEM)。(A)瘤胃

微生物群落多样性(Shannon 指数)分析。(B)瘤胃微生物群落主成分分析。(C)瘤胃微生物差异

区系属水平线性判别(LDA)效应量分析。Ctrl：对照组;BL：低水平 BCA 组;BH：高水平 BCA

组。

█ MRT 2023 年度报告

﹣62﹣

结论：本研究证明饲喂鹰嘴豆素 A 提高了奶山羊饲料转化效率、

氮利用率和产奶性能，同时，饲喂鹰嘴豆素 A 提高了奶山羊的抗氧化

性能和调节内分泌激素水平，促进机体健康，且饲喂水平为 6 g/d 时

效果最显著.饲喂鹰嘴豆素 A 对瘤胃微生物的多样性没有影响，但是

提高了黄色瘤胃球菌（Ruminococcus_flavefaciens）、普雷沃氏菌

（Prevotella sp.）和 Alloprevotella sp.的相对丰度，降低了疣微菌门

（Verrucomicrobiota）的相对丰度。

研究成果已于 2023 年 2 月发表在《Frontiers in Microbiology》杂

志。该成果由国家自然科学基金资助项目、国家现代农业产业技术体

系、中国农业科学院科技创新工程和中国农业科学院农业科技创新工

程重大产出科研选题等项目资助，第一作者徐清彪、李彦军，通讯作

者赵圣国。

――Qingbiao Xu, Yanjun Li, Wenjuan Du, Nan Zheng, Jiaqi

Wang, Shengguo Zhao. Effect of dietary biochanin A on lactation

performance, antioxidant capacity, rumen fermentation and rumen

microbiome of dairy goat. Frontiers in Microbiology. 2023;14:1101849.

二、研究进展█

﹣63﹣

5. 奶牛瘤胃细菌群落与乳脂的关系

乳脂是牛奶中的主要营养成分之一，也是评价牛奶品质的关键指

标。脂肪酸（FA）是乳脂的重要组成部分，与人类健康的各种潜在益

处和风险相关。先前的研究表明，不饱和脂肪酸可以降低高胆固醇血

症和心血管疾病的风险，而饱和脂肪酸和反式脂肪酸则具有相反的作

用。最近的科学研究表明，支链脂肪酸和奇数链脂肪酸是食品中微量

但重要的生物活性成分，因其对炎症和癌症的保护作用而逐渐受到科

学家的关注。此外，多项研究表明，中链脂肪酸可用于治疗多种神经

和代谢疾病，例如阿尔茨海默症、癌症、糖尿病、肥胖等。乳脂肪酸

的类型、组成和含量近年来受到广泛关注，其主要由瘤胃微生物合成

和外源摄取。微生物发酵产生的丁酸被瘤胃上皮细胞吸收并转化为β

-羟基丁酸，乙酸和β-羟基丁酸被转运至乳腺合成短链和中链脂肪酸。

然而，长链脂肪酸主要来自膳食脂质和体脂肪。乳脂受瘤胃细菌、日

粮、饲养管理、奶牛健康状况、季节、胎次、泌乳阶段等多种因素影

响。在奶牛的瘤胃中，细菌可以通过发酵将植物纤维降解为挥发性脂

肪酸。据报道，瘤胃细菌对瘤胃发酵以及产奶量和乳成分的变化具有

显着影响，Firmicutes 与 Bacteroidetes 的比例与乳脂产量呈正相关。

Hassan 等人发现，日粮调节可以增加 Firmicutes 的相对丰富度，降低

Bacteroidetes 的相对丰富度，从而提高乳脂产量。同时有研究表明，

乳脂率与瘤胃中 Dialister、Megasphaera、Lachnospira 和 Sharpea 的

丰度相关。

█ MRT 2023 年度报告

﹣64﹣

以往的研究表明，乳脂与瘤胃微生物群之间存在关系。我们推测

高脂组和低脂组的瘤胃细菌组成不同，瘤胃发酵、瘤胃代谢产物、乳

脂组成和脂肪酸组成也存在差异。本研究目的是通过 16S rRNA 基因

测序技术分析 HF 组和 LF 组瘤胃细菌的差异，以及差异细菌与乳脂

的关系。本研究选取 45 头泌乳中期荷斯坦奶牛为试验动物，所有试

验动物在相同的饲养管理条件下连续饲养 14 天。并且记录产奶量，

然后采集生乳和瘤胃液样品。根据生乳乳脂率的高低进行排序，挑选

8 头生乳乳脂率高的奶牛（HF）和 8 头生乳乳脂率低（LF）的奶牛，

作为高、低乳脂率组的表型，采用 16S rRNA 基因测序技术测定两组

奶牛瘤胃液中的细菌群落。

如表 1 所示，两组奶牛的日产奶量和产奶量相近，无统计学意义

（P=0.958）；HF 组奶牛的 CP、NDF、ADF 和 DMI 的摄入量显著高

于 LF 组（P＜0.05）。乳脂率是最受关注的指标，HF 组奶牛的乳脂

率为 4.42，显著高于 LF 组（P＜0.01）。两组奶牛瘤胃发酵指标的分

析结果见表 2。两组奶牛瘤胃液的 pH 值和 NH3-N 浓度相近，差异无

显著性（P>0.05）。同时，两组奶牛的总 VFAs 和单个 VFA 差异也不

显著（P>0.05）。但值得注意的是，HF 组奶牛瘤胃液中的 VFAs 浓度

高于 LF 组。此外，两组奶牛之间乙酸与丙酸的比值以及各 VFAs 的

摩尔百分比均不显著，无统计学意义。

表 1 HF 组和 LF 组采食量和乳成分差异

Item HF LF SEM P value

DIM, d 153.00 152.00 4.003 0.958

Milk fat, % 4.42 2.85 0.209 0.001

Milk protein, % 3.31 3.09 0.046 0.009

Lactose, % 4.83 4.97 0.042 0.093

二、研究进展█

﹣65﹣

Non-fat milk solids, % 8.55 8.71 0.072 0.226

Total milk solid, % 12.97 11.56 0.201 0.001

Milk yield, kg/d 33.08 34.99 0.862 0.674

CP intake, kg/d 2.39 2.25 0.049 0.031

NDF intake, kg/d 13.17 12.29 0.306 0.036

ADF intake, kg/d 3.69 3.41 0.094 0.036

DMI, kg/d 21.02 19.62 0.485 0.036

Milk fat/Milk protein 1.34 0.92 0.056 0.001

TMS yield, kg/d 4.29 4.04 0.103 0.494

表 2 HF 组和 LF 组瘤胃发酵参数的差异

Item HF LF SEM P value

NH3-N, mg/dL 10.89 11.67 1.361 0.248

pH 6.90 6.73 0.074 0.318

VFA concentration, mmol/L

Acetic acid 10.46 10.35 0.609 0.753

Propionic acid 4.19 3.94 0.342 0.916

Isobutyric acid 0.67 0.61 0.062 0.713

Butyric acid, 2.87 2.70 0.343 0.916

Isovaleric acid 0.46 0.40 0.079 0.958

Valerate acid 0.37 0.36 0.027 0.833

Acetate to propionate ratio 2.58 2.69 0.092 0.753

Total VFA 19.02 18.38 1.409 0.834

Molar proportion, %

Acetic acid 0.56 0.57 0.011 0.712

Propionic acid 0.22 0.21 0.004 0.957

Isobutyric acid 0.03 0.03 0.001 0.811

Butyric acid, 0.14 0.14 0.007 0.749

Isovaleric acid 0.02 0.02 0.002 0.907

Valerate acids 0.02 0.02 0.001 0.317

对 16 头奶牛的瘤胃液样本进行 16S rRNA 基因测序分析，共获

得 1,624,665 个序列，平均每个样本有 10,1541±4,613 个序列。在对

测序结果进行质量控制处理后，利用瘤胃细菌的α多样性分析得出了

细菌丰富度指数。结果如图 1 所示，HF 组的细菌丰富度指数 Sobs、

█ MRT 2023 年度报告

﹣66﹣

Simpson 和 Shannon 显著高于 LF 组（P<0.05、P<0.05、P<0.01）。这

表明 HF 组瘤胃中的细菌丰度较高。通过基于 OTU 的物种丰度信息，

绘制了 PCA 图，以显示两组奶牛之间和内部的相似性。PCA 图显示，

PC1 和 PC2 的变异度分别为 56.67%和 21.93%。此外，HF 组和 LF 组

奶牛瘤胃细菌组成明显不同，表明 HF 组和 LF 组奶牛瘤胃细菌结构

存在显著差异（图 2）。在 PCA 图中，群落结构相似度高的样品趋于

聚类，而群落差异越大，距离越远。由此可见，HF 组奶牛瘤胃菌群

结构相似度明显高于 LF 组。

经过聚类分析，共发现 25 个细菌门。其中，拟杆菌门和厚壁菌

门的相对丰度超过 93.0%（图 3-A）。在 HF 组中，厚壁菌门与拟杆

菌门的比例为 0.873，在 HF 组中为 0.724。如图 3-B 所示，两组共检

测到 225 个菌属，其中 Prevotella_1 的相对丰度最高，占细菌总数的

20% 以上，其次是 Succiniclasticum 和 Prevotella_7 。 LF 组 的

Succinlasticum 是 HF 的 1.69 倍（HF11.39%，LF19.22%），Prevotella_7

是 HF 的 3.14 倍（HF 2.83%，LF 8.89%）。两组细菌共有 8 个不同

属，基本属于拟杆菌门和厚壁菌门（图 4）。HF 组奶牛瘤胃液中

Prevotellaceae_UCG-001 、 Candidatus_Saccharimonas 、

Prevotellase_UCG-003 、 Ruminococcus_1 、

Lachnospiracea_XPB1014_group 、 Lachspiracea_AC2044_group ，

probable_enus_10 和 U29-B03 的相对丰度显著高于 LF 组奶牛

（P<0.05）。

二、研究进展█

﹣67﹣

图 1 HF 组和 LF 组间α多样性指数比较

图 1 HF 组和 LF 组间瘤胃细菌 PCA 分析

█ MRT 2023 年度报告

﹣68﹣

图 3 HF 组和 LF 组奶牛瘤胃细菌在门（A）和属（B）水平的相对丰度。

图 5 瘤胃细菌与乳成分及瘤胃发酵参数的相关性分析

采用 Spearman 相关分析法对 HF 组和 LF 组奶牛的乳成分、瘤胃

发酵指标和瘤胃细菌相对丰度之间的相关性进行了分析。结果如图 5

所示， Prevotellaceae_UCG-001 、 Candidatus_Saccumonas 、

二、研究进展█

﹣69﹣

Prevotelaceae_UGG-003 、 Ruminococcus_1 、

Lachnospiracea_XPB1014_group 、 Lachspiracea_AC2044_group ，

probable_genus_10 和 U29-B03 细菌相对丰度与乳脂率呈显著正相关，

均与非乳固体和乳糖含量呈负相关。在瘤胃发酵指标中，8 种瘤胃差

异菌的相对丰度均与 pH 呈正相关，但与 NH3-N 呈负相关。

Prevotellacea_UCG-003 的相对丰度与 VFAs 呈正相关。

图 6 HF 组和 LF 组中不同脂肪酸组的差异

两组奶牛共有 22 种脂肪酸存在显著差异（P<0.05）（表 3，图

6）。HF 组奶牛的 C7:0、C8:0、C9:0、C10:0、C11:0、C12:0、C13:0

和 MCFA 显著高于 LF 组奶牛（P<0.05）。相反，HF 组的奶牛具有

C16:1 c7、C17:1 t10、C18:1 c9、C18:3 c6、c9、c12、C20:1 c11、C20:2

c11、c14、C22:0、C22:1 c13、C20:3 c11，c14、C17、C20:4 c5、c8、

c11、c14、C20:5 c5，c8、c11、c14，C17、C24:0、C22:4 c7,c10,c13,C16

和 C22:5 c7,c10,c13,C16,c19 显著高于 LF 奶牛（P＜0.05）。SCFA、

█ MRT 2023 年度报告

﹣70﹣

LCFA、SFA、MUFA、PUFA 和 Trans 含量在两组之间无显著差异

（P>0.05）。

表 3 HF 组和 LF 组脂肪酸差异

Fatty acid HF LF SEM P-value

C7:0 0.01 0.00 0.002 0.027

C8:0 1.16 1.00 0.040 0.046

C9:0 0.04 0.02 0.005 0.012

C10:0 2.59 2.10 0.103 0.016

C11:0 0.03 0.00 0.007 0.004

C12:0 2.87 2.32 0.116 0.024

C13:0 0.06 0.03 0.007 0.005

C16:1 c7 0.14 0.15 0.005 0.079

C17:1 t10 0.01 0.02 0.001 0.009

C18:1 c9 20.04 22.40 0.616 0.036

C18:3 c6, c9, c12(GLA) 0.04 0.05 0.002 0.005

C20:1 c11 0.05 0.06 0.002 0.041

C20:2 c11, c14 0.03 0.04 0.002 0.004

C22:0 0.02 0.03 0.001 0.014

C22:1 c13 0.05 0.07 0.003 0.009

C20:3 c11, c14, c17(ω-3) 0.03 0.04 0.002 0.009

C20:4 c5, c8, c11, c14(AA) 0.06 0.07 0.002 0.009

C23:0 0.03 0.04 0.002 0.021

C20:5 c5, c8, c11, c14, c17(EPA/ω-3) 0.04 0.05 0.002 0.014

C24:0 0.02 0.03 0.001 0.014

C22:4 c7, c10, c13, c16 0.05 0.06 0.003 0.008

C22:5 c7, c10, c13, c16, c19(DPA/ω-3) 0.05 0.07 0.003 0.006

采用气相色谱-质谱联用技术检测生乳中的脂肪酸，共测定了 59

种脂肪酸，并与脂肪酸进行了相关性研究。结果如图 7 所示，

Prevotellaceae_UCG-001 的相对丰度与 C14:0 iso、C15:0 iso 和 C18:0

呈正相关（P<0.05）；Ruminococcus_1 的相对丰度与 C18:1t9 呈正相

二、研究进展█

﹣71﹣

关（P<0.05）；Lachnospiraceae_XPB1014_group 的相对丰度与 C7:0

呈正相关（P<0.05）；Lachnospiraceae_AC2044_group 的相对丰度与

C18:1 t9 和 C18:1 t11 呈正相关（P<0.05）；U29-B03 的细菌丰度与

C15:0iso 呈正相关（P<0.05）。总之，这 8 种差异细菌与短链和中链

脂肪酸呈正相关。然而，它与长链脂肪酸呈负相关。

图 7 瘤胃细菌与乳脂肪酸的相关性分析

结论：

HF 和 LF 奶牛瘤胃微生物区系多样性和丰度存在显著差异。瘤

胃细菌在 HF 中的丰富度显著高于 LF，HF 具有相似的微生物群落结

构，菌落差异小。Prevotellaceae_UCG-001、Candidatus_Saccharimonas、

Prevotellase_UCG-003 、 Ruminococcus_1 、

Lachnospiraceae_XPB1014_group 、 Lachospiracea_AC2044_group ，

probable_genus_10 和 U29-B03 细菌与乳脂率呈显著正相关。

Prevotellaceae_UCG-003 可以提高 VFAs 的产量。此外，我们还发现

Prevotellaceae_UCG-001 对长链脂肪酸 C18:1 t9、C18:1 t11 的 C14:0

█ MRT 2023 年度报告

﹣72﹣

iso、C15:0 iso、C18:0 和 Lachnospiraceae_AC2044_group 具有显著的

沉积作用。

该研究成果 2023 年 10 月发表在《Fronters in Microbiology）》

上，该研究佀博学和刘凯珍为共一，张养东、王加启为通讯作者。本

研究得到了国家重点研发计划（2022YFD1600104）、动物营养与饲

养国家重点实验室（2004DA125184G2108）、CARS 专项资金（CARS36）和农业科技创新计划（ASTIP-IAS12）的资助。

—Boxue Si, Kaizhen Liu, Guoxin Huang, Meiqing Chen Jiyong Yang,

Xufang Wu, Ning Li, Wenhao Tang, Shengguo Zhao, Nan Zheng,

Yangdong Zhang, Jiaqi Wang. Relationship between rumen bacterial

community and milk fat in dairy cows. Fronters in Microbiology.

https://doi.org/10.3389/fmicb.2023.1247348.

二、研究进展█

﹣73﹣

6. 舍饲和放牧的奶牛饲喂方式对原料奶风味的影响

感官属性在决定消费者对乳制品的接受度方面起着关键作用。乳

制品的感官品质直接取决于生牛乳的风味。新鲜牛奶具有独特而微妙

的细腻风味，很容易受到影响。对于原料奶，饲喂模式是一个直接而

关键的因素。放牧模式的饲喂系统生产的奶产品已经逐渐受到消费者

的追捧，通常意味着更健康、更绿色和更原始，被认为是与动物福利

和环境保护相关联的高品质产品。与青贮饲料喂养的奶牛相比，以天

然牧草作为饮食的放牧型奶牛的产品在食品生产者和消费者中具有

额外的附加价值，消费者愿意为此支付更高的价格。牧场的植物成分

是影响牛奶及奶产品特性的重要因素。一些研究表明牧场的植物组成

与牛奶的挥发性组分之间存在关系。牛奶中的大多数挥发性化合物起

源于饲料，牧草和饲料中的风味物质可能通过在瘤胃中吸收代谢或呼

吸转移到奶中。

在这项研究中，在同一地区同时获得了以两种不同饲养方式（放

牧和舍饲）荷斯坦牛的生乳单体样品。HS-SPME/GC-MS 结合智能感

官技术的优势，评估放牧和牧场饲喂对生乳风味的影响。综合阐述了

不同饲喂方式下生乳的香气成分和风味特性，同时分析了风味差异。

为原料奶质量控制提供了参考，为提高乳制品感官品质和识别不同饲

喂系统来源的生乳提供了技术手段和新的见解。

试验分为两组，2022 年 12 月的第三周，在中国新疆维吾尔自治

区喀什地区采样。舍饲组：从牧场室内饲喂系统下收集了 12 个荷斯

█ MRT 2023 年度报告

﹣74﹣

坦牛单体生乳样品，牧场规模> 300 头泌乳奶牛，每天挤奶 2-3 次。

放牧组：从该地区个体养殖农户处收集 12 个来自放牧饲养系统的荷

斯坦牛生乳单体样品。生乳样品采集后立即-20 ℃冻存待测。牧场舍

饲系统的 TMR 日粮由玉米青贮、燕麦草、棉壳和精料组成，其中包

括玉米、棉花蛋白、豆粕、麸皮、瘤胃蛋白、糖蜜、矿物质和维生素

等。放牧饲养系统的饮食主要成分为玉米秸秆、玉米和麸皮的混合物、

油渣、燕麦草和其他在放牧期间自由觅食的草原植物。生乳中挥发性

化合物通过 HS-SPME/GC-MS 测定。生乳中气味特征通过电子鼻进

行检测。生乳中滋味属性通过电子舌进行检测。

舍饲组和放牧组原料奶气味轮廓存在较大差异（如图 1 所示）。

挥发性化合物的微小变化可能导致传感器响应之间的差异，在 E-nose

分析过程中，可以直观地观察到数据采集过程中各传感器响应信号的

变化曲线。根据每个传感器对某种特征气体的响应强度，可以在分析

中确定样品挥发的主要特征气体。虽然两组生乳样品在电子鼻检测初

期，W5S 传感器（红色）的富集度都是最高的，但响应强度差距很大，

W5S 传感器对放牧模式下的生乳中的响应超过 12，在饲养模式下对

生乳的响应在 2 以下，推测在放牧模式下生乳中挥发性组分氮氧化物

丰度较高。这个响应和 GC-MS 的结果是一致的。随着富集时间的增

加，两组样品的 W2S 传感器（浅蓝色）持续增长并达到了最高响应，

最终稳定在高水平。

二、研究进展█

﹣75﹣

图 1 不同饲喂方式下生乳样品的响应曲线（A）放牧；（B）舍饲

具体的滋味属性的评价值是使用仿生仪器电子舌的人工唾液（电

子舌参比溶液）作为标准获得的相对输出值，人工唾液是模拟人类口

腔中仅存在唾液时的状态，由 KCL 和酒石酸配制，因此，酸味的无

味点为-13，咸味的无味点为-6，其他滋味属性的无味点味觉值为 0，

以此为基准进行评价，当样品的味觉值低于无味点时，表示样品没有

该味道，反之亦然。基于电子舌人工类脂膜传感器对样品溶液的响应，

生乳样品滋味属性评分值如表 5-1 所示。独立样本 t 检验以确定显著

差异，除酸味和鲜味外，两组生乳样品在其他所有滋味属性上均表现

出显著性。

表 1 不同饲喂系统生乳样品电子舌滋味属性结果

分组 酸味 苦味 涩味 苦味后味 涩味后味 鲜味 丰富性 咸味 甜味

放牧 -39.76±0.57 2.38±0.52 -2.41±0.342 -0.20±0.17 0.13±0.051 8.76±0.60 12.87±2.21 11.88±0.28 12.57±0.13

舍饲 -40.86±0.50 0.042±1.332 -4.38±1.30 1.73±1.154 0.51±0.35 9.60±0.55 11.07±1.80 12.85±0.53 11.79±0.39

P value 0.37 0.02 0.01 0 0 0.77 0.24 0.04 0.01

偏最小二乘回归-判别分析的得分图（图 2A）上，模型样本组的

区分效果良好，饲喂系统对生乳滋味属性的影响显著共有四个味觉属

█ MRT 2023 年度报告

﹣76﹣

性。模型变量的变量权重值（VIP）大于 1 被认为对样本组的区分具

有重要的贡献，依次分别为苦味、涩味、苦味后味和丰富性（图 2B）。

双标图（图 2C）解释了不同饲喂系统的生乳样本和电子舌人工类脂

膜传感器之间的相关性。放牧组生乳样品和苦味、涩味以及丰富性的

分布非常接近，具有较强的相关程度。苦味后味和咸味和舍饲组生乳

样品的相关程度更高。

图 2 不同饲喂系统生乳的电子舌 PLS-DA 结果（A）得分图；（B）VIP 值；

（C）双标图

二、研究进展█

﹣77﹣

通过顶空固相微萃取/气相色谱-质谱联用(HS-SPME/GC-MS)对

原料奶中挥发性化合物进行分析，发现所有样品中总共含有 20 种化

合物（表 2）。包括 1 种醛（糠醛），1 种酮（2-壬酮），5 种醇（3，

4-二甲基戊醇、1-辛烯-3-醇、2-呋喃甲醇、2-乙基-1-己醇、1-庚醇），

11 种酸（乙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、十二烷酸、十八烷

酸、壬酸、正癸酸、9-癸烯酸）和 2 种酯（己酸乙酯、甲氧基苯基肟）。

表 2 HS-SPME/GC-MS 鉴定的挥发性化合物

序号

No.

化合物

Compounds

保留时间

Retention time

CAS

化学式

Chemical formula

1 己酸乙酯 11.82 123-66-0 C8H16O2

2 3,4-二甲基戊醇 13.78 64502-86-9 C7H16O

3 2-壬酮 14.24 821-55-6 C9H18O

4 醋酸 15.09 68475-71-8 C2H4O2

5 1-辛烯-3-醇 15.12 3191-86-4 C8H16O

6 糠醛 15.19 1998/1/1 C5H4O2

7 2-乙基-1-己醇 15.6 104-76-7 C8H18O

8 1-庚醇 15.2 111-70-6 C7H16O

9 丁酸 17.32 1977-33-9 C10H19NO5

10 戊酸 17.31 109-52-4 C5H10O2

11 2-呋喃甲醇 17.83 98-00-0 C5H6O2

12 甲氧基苯基肟 18.81 1775-61-7 C8H9NO2

13 己酸 19.79 8454/7/2 C6H12O2

14 庚酸 20.92 1173022-17-7 C7H14O2

15 辛酸 22 124-07-2 C8H16O2

16 十二烷酸 24.01 143-07-7 C12H24O2

17 十一烷酸 27.57 9011-21-6 C27H56O8

18 壬酸 23.01 112-05-0 C9H18O2

19 正癸癸酸 24 334-48-5 C10H20O2

20 9-癸烯酸 24.53 14436-32-9 C10H18O2

█ MRT 2023 年度报告

﹣78﹣

挥发性化合物与主要智能感官信号的相关性如图 3 所示。挥发性

风味化合物绘制在 Y 轴上，而 X 轴是电子鼻的主要传感器和电子舌

头的关键味道属性。大多数化合物与来自电子鼻和电子舌的关键传感

器显著相关。W1S 和 W2S 对样品分化的贡献是一致的，它们与十二

烷酸、肟-、甲氧基苯基-、糠醛、十八烷酸和壬烷酸呈负相关。W5S

传感器的响应与十二烷酸和十八烷酸呈显著正相关，与壬烷酸呈显著

负相关。电子舌的主要味觉特性与挥发物的相关结果为:苦味和涩味

与十二烷酸、1-己醇、2-戊醇和 3,4-二甲基戊醇呈正相关;这三种味觉

特性均与 1-辛烯-3-醇呈负相关。这些结果表明，智能传感装置与气相

色谱-质谱相似。此外，这表明电子鼻可以通过对原料奶中挥发性化合

物的特异性反应来区分放牧和室内喂养方式。智能感官技术与主要挥

发性风味化合物的相关性可以进一步区分样品，并解释这些方法之间

的差异。这对于识别或追踪来自不同喂养方式的原料奶至关重要。

图 3 不同饲喂系统生乳的挥发性组分和主要传感器相关性结果

二、研究进展█

﹣79﹣

基于 HS-SPME/GC-MS 的检测方法对来自不同饲养系统的生乳

中挥发性化合物定性定量，甲氧基苯基肟、糠醛、十八烷酸和十二烷

酸是放牧组生乳中特征组分，2-壬酮、庚酸和正癸酸是舍饲组特征组

分。电子鼻对于不同饲喂系统的生乳分类效果良好，W2W、W1W、

W5S 和 W6S 传感器发挥重要作用。涩味、苦味、咸味、甜味、涩味

后味、苦味后味和丰富性在不同饲喂系统的生乳中均表现出显著差异。

放牧组生乳苦味、涩味以及丰富性表现突出，舍饲组生乳苦味后味、

涩味后味、甜味和咸味属性评分更高。

通过风味区分两种饲喂系统来源的原料奶，三种方法均有效可行，

风味组分和关键贡献传感器存在显著相关性。

该研究成果已发表在《Foods》杂志。该研究得到国家重点研发计

划、国家农业产业技术体系等项目资助。迟雪露为文章第一作者，刘

慧敏为文章通讯作者。

—CHI XUELU, YUAN NING, ZHANG YAGNDONG, ZHENG

NAN, LIU HUIMIN. Effect of a Dairy Cow’s Feeding System on the

Flavor of Raw Milk: Indoor Feeding or Grazing. Foods. 2023; 12(9):1868.

█ MRT 2023 年度报告

﹣80﹣

7. 基于优化的 GC-MS 方法分析中国零售牛奶脂肪酸组

成：营养意义

牛奶是一种营养丰富的食品，已逐渐成为人类日常饮食中不可或

缺的食物，在过去十年中，中国人均乳制品年消费量增长了 36.3%，

从 31.1 千克增至 42.3 千克。脂肪酸（FA）作为其重要的组成成分，

包括饱和脂肪酸（SFA）、单不饱和脂肪酸（MUFA）、多不饱和脂

肪酸（PUFA）等。FA 对人类健康至关重要，不同 FA 健康效用不同。

因此，牛奶 FA 组成与营养价值密切相关。牛乳中含有 400 多种 FA；

然而，大多数 FA，尤其是那些低丰度的 FFA，在之前的报告中没有

得到量化。由于 FA 在牛奶中种类众多浓度差异较大，同时测定多种

成分是一项极具挑战性的工作。

当前研究表明，由于消费者对牛奶是如何生产知之甚少，也不了

解牛奶 FA 组成的意义，因此他们很难理解牛奶 FA 组成与人体健康

的关系。为了让人们更容易理解 FA 组成，研究人员提出了致动脉粥

样硬化指数（AI）和致血栓指数（TI）等 FA 指数，以评估食物对心

血管健康（CVH）的影响，并量化 FA 组成与人体健康的相关性。此

外，评估膳食摄入量（包括脂肪酸摄入量）是监测人群营养状况的重

要工具。目前的营养推荐建议将 SFA 和反式脂肪酸（TFA）的摄入量

分别限制在能量摄入量的 10%和 1%以下，并尽可能增加膳食中不饱

和脂肪酸（UFA）的摄入量。美国、英国和韩国对零售市场上的牛奶

成分进行了系统研究，而在中国开展的研究很少。以往研究表明，不

同国家和地区的牛奶 FA 组成可能存在很大差异。因此，有必要根据

对牛奶FFA组成的评估来确定本国或本地区居民的适宜膳食摄入量。

二、研究进展█

﹣81﹣

在中国各地的零售牛奶调查中，关于 FA 组成与营养价值相关性

的信息十分有限，这可能会影响消费者的选择和人体健康。因此，本

研究的目的是：(i)利用优化的高通量 FA 测定方法，全面描述中国各

地零售牛奶的 FA 组成；(ii)评估零售牛奶的 FA 指数和 FA 摄入量对

营养的潜在影响。

1 材料与方法

样品采集

牛奶样本（n=186）于 2021 年从中国四个地区（东北和内蒙古、

华北、西北和华南）的超市采集，包括 44 个品牌和 22 个省份。样品

为全脂牛乳和巴氏杀菌牛乳，采集后在-20℃下保存至分析。

样品前处理

根据我们之前的研究，我们开发了一套样品前处理程序，包括从

牛奶中提取脂质和将 FA 转化为 FAME。首先将冷冻的牛奶样品在 40℃

的水浴中预热，然后小心摇匀。提取牛奶脂质时，将 2 毫升牛奶样品

与 4 毫升正己烷/异丙醇（v/v，3/2）溶液混合，涡旋后离心。收集上

层正己烷，然后用正己烷再次萃取，收集所有萃取的上层正己烷并混

合在一起。将混合后的正己烷与 2 毫升甲醇 NaOH 溶液（2%）混合，

在 50℃下加热 20 分钟，然后与 2 毫升乙酰氯甲醇溶液（10%）混合，

在 90℃下加热 150 分钟，进行甲基化。冷却至室温后，向混合物中加

入 5 毫升超纯水。然后萃取并稀释上层正己烷相。然后加入无水硫酸

钠（0.5 克），将混合物涡旋 30 秒以进一步脱水。上清液与内标物混

合，用正己烷稀释，然后使用气相色谱-质谱法（GC-MS）进行分析。

█ MRT 2023 年度报告

﹣82﹣

GC-MS 分析

使用 Agilent 7890A-7000B MS 检测器系统的气相色谱仪分析

FAMEs。使用毛细管色谱柱 CP-Sil 88（100 m × 0.25 mm × 0.20µm）

分离 FAMEs。使用适用的气相色谱温度程序和 19 个时间窗口的选择

离子监测（SIM）模式对方法进行了改进。选择了四个特征离子对每

个分析物和 IS 进行定性和定量，并将信噪比（S/N）最低的离子定为

定量离子。通过比较牛奶样品中各 FAME 的保留时间和特征离子与

相应 FAME 标准的保留时间和特征离子，对牛奶样品中的各 FAME

进行定性分析。单个 FAME 的定量分析是通过外标法计算和 IS 校正

进行的，即使用 IS 校正，计算每个 FAME 标准的曲线回归方程值。

FA 值是用 FAME 转化为 FA 的化学计量系数计算得出的。FA 成分

结果以 g/100g FA 表示。

2 结果

2.1 中国零售牛奶脂肪酸组成

中国零售牛乳的 FA 图谱见图 1。中国零售牛奶中 SFA 与 UFA

的比例为 7:3（图 3A）。ECSFA、OCSFA 和 BCSFA 是牛奶 SFA 的

重要组成部分。C14:0、C16:0 和 C18:0 是含量前三的 ECSFA，而 C15:0

和 C17:0 是含量前二的 OCSFAs（图 3B）。n-9、n-6 和 n-7 UFA 是牛

奶中 UFAs 的主要成分，而其它 UFAs 含量相对较少，占总 FAs 的

<1%（图 3A）。在我们的研究中，OA（C18:1 c9）是牛奶中最主要的

n-9 脂肪酸，占 n-9 脂肪酸总量的 96%。LA 和 C18:2 c12 是牛奶中主

要的 n-6 UFA，分别占 n-6 UFA 总量的 60%和 13%。ALA、DPA、

二、研究进展█

﹣83﹣

EPA 和 ETA 是牛奶中主要的 n-3 UFA，分别占 n-3 UFA 总量的 49%、

18%、16%和10%。此外，我们发现C10:1 c9是牛奶中唯一的n-1 UFA，

而 C14:1 c9、C16:1 c9 和 C18:1 c6 分别是牛奶中主要的 n-5、n-7 和 n12 UFA。以往的研究报道了 n-9、n-6 和 n-3 UFA 的功能，因此这类

FA 在牛奶中的含量已被广泛研究。我们的研究结果提供了有关牛奶

中其他次要 UFAs 含量的信息，可为今后牛奶脂肪酸的营养功能研究

提供参考。

█ MRT 2023 年度报告

﹣84﹣

Figure 1 Fatty acid profiles of bovine retail milk in China. (A) Contribution (%) of each fatty acid

group to total fatty acid of milk; (B) Contribution (%) of individual fatty acid to total

corresponding fatty acid group of milk.

表 1 列出了中国四个地区零售牛奶中的脂肪酸组成。不同地区的

牛奶 FAs 的浓度在统计学上存在显著差异，包括单个 FA，如（C4:0、

C15:0、C15:0 anteiso、VA、LA、CLA、ALA、ARA）和 FA 组，如

OCSFA、BCSFA、n-1 UFA、n-5 UFA、n-6 UFA、n-7 UFA 和 n-12

UFA）存在显著差异。然而，C16:0、C18:1 c9、n-3 UFA、EPA、DPA、

DPA n-6、SFA、MUFA 和 PUFA 等 FA 含量在不同地区的牛奶中无

显著差异。综上所述，虽然次要脂肪酸在数量上显示出地区间较小差

异，但主要脂肪酸大多没有显示出显著差异。因此，不同地区的牛奶

脂肪酸总体组成在数量上相似，次要脂肪酸差异不大。

Table 1 Regional variation in the fatty acid composition of retail milk samples

FA (g/100g FA) NECa

(n=8) NCb(n=51) NWCc

(n=13) SCd(n=114) Mean SEM P valuee

Individual FA

SFAf

ECSFAg

C4:0 2.52c

3.42a

2.90b 3.23a

3.02 0.037 **

C6:0 1.63b 2.04a

1.73b

1.96a

1.84 0.021 **

C8:0 1.06b 1.22a

1.09b 1.20a

1.14 0.011 **

C10:0 2.76 2.74 2.73 2.78 2.75 0.022 ns

C12:0 3.38 3.19 3.38 3.29 3.31 0.025 ns

C14:0 11.41a

10.74b 11.33a

10.65b

11.03 0.062 **

C16:0 34.25 32.58 33.83 33.38 33.51 0.202 ns

C18:0 10.46 10.57 9.99 10.28 10.32 0.070 ns

C20:0 0.08b 0.16a

0.15a

0.16a

0.14 0.005 **

C22:0 0.05b 0.06ab 0.07a

0.07a

0.06 0.002 *

C24:0 0.04b 0.06a

0.07a

0.07a

0.06 0.003 ns

二、研究进展█

﹣85﹣

FA (g/100g FA) NECa

(n=8) NCb(n=51) NWCc

(n=13) SCd(n=114) Mean SEM P valuee

OCSFAh

C5:0 0.02b 0.04a

0.03a

0.04a

0.03 0.001 **

C7:0 0.02b 0.02a

0.02a

0.03a

0.02 0.001 *

C9:0 0.03b 0.05a

0.05a

0.06a

0.05 0.001 **

C11:0 0.06b 0.08a

0.08a

0.09a

0.08 0.002 *

C13:0 0.10b 0.12a

0.12a

0.12a

0.11 0.002 *

C15:0 0.88c

0.95b 1.04a

0.97b 0.96 0.007 **

C17:0 0.35b 0.46a

0.43a

0.47a

0.43 0.005 **

C19:0 0.03b 0.04a

0.03ab 0.04ab 0.03 0.002 ns

C21:0 0.08 0.11 0.12 0.11 0.11 0.005 ns

C23:0 0.08 0.14 0.13 0.13 0.12 0.005 ns

BCSFAi

C13:0 iso 0.01b 0.02ab 0.02ab 0.03a

0.02 0.002 *

C13:0 anteiso 0.003b 0.02ab 0.01ab 0.03a

0.01 0.002 *

C14:0 iso 0.05b 0.07a

0.07a

0.08a

0.06 0.002 **

C15:0 iso 0.10b 0.13ab 0.12ab 0.15a

0.13 0.004 **

C15:0 anteiso 0.28b 0.32ab 0.32ab 0.35a

0.32 0.007 *

C16:0 iso 0.11b 0.14a

0.14a

0.16a

0.14 0.003 **

C17:0 iso 0.20 0.22 0.22 0.25 0.22 0.006 ns

C17:0 anteiso 0.27 0.29 0.29 0.32 0.29 0.007 ns

C18:0 iso 0.02b 0.04ab 0.04ab 0.05a

0.04 0.002 *

UFAj

n-1 UFAk

C10:1 c9 0.27 0.31 0.30 0.32 0.30 0.004 *

C12:1 c11 NA NA NA NA NA

n-3 UFAl

C18:3 c9c12c15 0.29b 0.32a

0.35a

0.36a

0.33 0.007 **

C18:4 c6c9c12c15 NA NA NA NA NA

C20:3 c11c14c17 0.08a

0.03ab 0.08b

0.08ab 0.07 0.006 *

C20:5 c5c8c11c14c17 0.07 0.13 0.13 0.13 0.11 0.006 ns

C22:3 c13c16c19 NA 0.06 0.05 0.04 0.04 0.004 ns

C22:5 c7c10c13c16c19 0.07 0.13 0.13 0.13 0.12 0.005 ns

C22:6 c4c7c10c13c16c19 NA NA NA NA NA

n-5 UFAm

█ MRT 2023 年度报告

﹣86﹣

FA (g/100g FA) NECa

(n=8) NCb(n=51) NWCc

(n=13) SCd(n=114) Mean SEM P valuee

C14:1 t9 0.03 0.04 0.03 0.04 0.04 0.002 ns

C14:1 c9 0.63c

0.80a

0.73b 0.77ab 0.73 0.007 **

C15:1 t10 NA NA NA NA NA

C15:1 c10 NA NA NA NA NA

n-6 UFAn

C10:1 c4 NA NA NA NA NA

C18:1 c12 0.51 0.61 0.52 0.54 0.54 0.012 ns

C18:2 t9t12 0.07c

0.27a

0.17b

0.23ab 0.18 0.010 **

C18:2 c9t12 0.05 0.06 0.06 0.05 0.05 0.001 ns

C18:2 t9c12 0.05a

0.02b

0.04a

0.03ab 0.03 0.002 *

C18:2 c9c12 2.51a

2.56a

2.11b 2.50a

2.42 0.027 **

C18:2 t10c12 NA NA NA NA NA

C18:3 c6c9c12 0.13 0.15 0.17 0.16 0.15 0.004 ns

C20:2 c11c14 0.09 0.17 0.16 0.16 0.14 0.006 ns

C20:3 c8c11c14 0.12b 0.17a

0.17a

0.17a 0.16 0.004 **

C20:4 c5c8c11c14 0.12b 0.18a

0.21a

0.21a

0.18 0.008 *

C22:2 c13c16 NA NA NA NA NA

C22:4 c7c10c13c16 0.07 0.12 0.10 0.09 0.09 0.007 ns

C22:5 c4c7c10c13c16 0.07 0.12 0.12 0.12 0.11 0.005 ns

n-7 UFAo

C10:1 c3 NA NA NA NA NA

C12:1 c5 NAb

0.005ab 0.01ab 0.01a

0.01 0.001 *

C16:1 t9 0.05c

0.08c

0.07bc 0.07ab 0.07 0.002 **

C16:1 c9 0.92c

1.35a

1.11b

1.28a

1.17 0.019 **

C17:1 t10 NA NA NA NA NA

C17:1 c10 NA NA NA NA NA

C18:1 t11 0.72ab 0.81a

0.61b 0.70ab 0.71 0.015 **

C18:1 c11 0.72b

1.10a

0.93a

1.08a

0.96 0.022 **

C18:2 c9t11 0.24b 0.36a

0.26ab 0.33a

0.30 0.011 *

C18:2 c9c11 0.05ab 0.04c

0.06a

0.05bc 0.05 0.001 **

C18:2 t9t11 0.05 0.05 0.06 0.05 0.05 0.001 ns

n-9 UFAp

C16:1 c7 0.17 0.20 0.19 0.20 0.19 0.002 ns

C18:1 t9 0.20b 0.27a

0.24ab 0.26a

0.24 0.006 *

二、研究进展█

﹣87﹣

FA (g/100g FA) NECa

(n=8) NCb(n=51) NWCc

(n=13) SCd(n=114) Mean SEM P valuee

C18:1 c9 20.50 18.35 19.17 18.21 19.06 0.206 ns

C19:1 t10 NA NA NA NA NA

C19:1 c10 NA NA NA NA NA

C20:1 t11 NA NA NA NA NA

C20:1 c11 0.09 0.11 0.16 0.14 0.12 0.006 ns

C22:1 t13 NA NA NA NA NA

C22:1 c13 0.07 0.14 0.16 0.15 0.13 0.008 ns

C24:1 c15 NAb 0.03a

0.04a

0.02a

0.02 0.002 *

n-12 UFAq

C18:1 t6 0.15c

0.27a

0.21bc 0.24ab 0.22 0.008 **

C18:1 c6 0.36b 0.49a

0.42a

0.44a

0.43 0.007 **

C19:1 t7 NA NA NA NA NA

C20:1 c8 0.16a

0.06c

0.13ab 0.09bc 0.11 0.005 **

FA group

∑ SFA 70.32 70.03 70.54 70.51 70.35 0.235 ns

∑ ECSFA 67.63 66.79 67.26 67.06 67.19 0.245 ns

∑ OCSFA 1.64b 2.00a

2.06ab 2.04ab 1.94 0.021 **

∑ BCSFA 1.04b 1.24ab 1.22ab 1.41a

1.23 0.032 *

∑ UFA 29.68 29.97 29.46 29.49 29.65 0.235 ns

∑ n-1 UFA 0.27b 0.31a

0.30a

0.32a

0.30 0.004 *

∑ n-3 UFA 0.50 0.67 0.74 0.74 0.66 0.024 ns

∑ n-5 UFA 0.66c

0.85a

0.76b

0.81ab 0.77 0.008 **

∑ n-6 UFA 3.78ab 4.41a

3.83b

4.28ab 4.08 0.066 *

∑ n-7 UFA 2.76b

3.79a

3.11b

3.58a

3.31 0.051 **

∑ n-9 UFA 21.04 19.10 19.96 18.99 19.77 0.201 ns

∑ n-12 UFA 0.67b 0.83a

0.76a

0.77a

0.76 0.011 *

∑ MUFAr

25.55 25.04 25.03 24.58 25.05 0.225 ns

∑ PUFAs

4.13 4.93 4.43 4.91 4.60 0.090 ns

∑ n-3 PUFAt

0.50 0.67 0.74 0.74 0.66 0.024 ns

∑ n-6 PUFAu

3.28ab 3.81a

3.31b 3.74ab 3.53 0.060 *

∑ CLAv 0.35 0.45 0.38 0.44 0.40 0.012 ns

∑ TFAw 1.31c

1.83a

1.43bc 1.63ab 1.55 0.030 **

a

NEC, Northeast China and Inner Mongolia. b

NC, North China. c

NWC, Northwest China. d

SC,

South China. e

Significances were declared at **, P < 0.01; * P < 0.05; ns, P > 0.05. Different

█ MRT 2023 年度报告

﹣88﹣

lowercase letters indicate a significant difference (p < 0.05).

2.2 中国零售牛奶脂肪酸营养健康指数

利用 FA 的部分指标评价牛奶及乳制品的营养品质，具体指标见

表 2。FA 指标结果显示，除 n-6/n-3 PUFA 外，不同地区牛奶的 P/S、

AI、TI、HPI 和 h/H 均无显著差异。较低的 AI 和 P/S 以及较高的 TI、

HPI 和 h/H 值的营养摄入有利于心血管健康，这表明零售牛奶对心血

管健康的营养意义相似。体内 n-6 PUFA 和 n-3 PUFA 分别诱导促炎

和抗炎反应，其比例与均衡饮食有关。西北和华南地区牛奶的 n-6/n3 PUFA 含量低于其他地区牛奶。更低 n-6/n-3 PUFA 的比例意味着该

地区牛奶的更倾向于均衡膳食，并更有利于人类健康。

Table 2 Nutritional indices for assessing fatty acids quality of retail milk samples

Health-related

FA indices

NECa

(n=8) NCb(n=51) NWCc

(n=13) SCd(n=114) Mean SEM P valuee

n-6/n-3 PUFAf

6.56a

6.63ab 5.54b

5.51b

6.06 0.13 **

P/Sg

0.06 0.07 0.06 0.07 0.07 0.00 ns

AIh 2.83 2.66 2.84 2.75 2.77 0.04 ns

TIi

3.52 3.30 3.42 3.34 3.39 0.04 ns

HPIj

0.36 0.38 0.36 0.38 0.37 0.00 ns

h/Hk

0.52 0.50 0.49 0.50 0.50 0.01 ns

a

NEC, Northeast China and Inner Mongolia. b

NC, North China. c

NWC, Northwest China. d

SC,

South China. e

Significances were declared at **, P < 0.01; * P < 0.05; ns, P > 0.05. Different

lowercase letters indicate a significant difference (p < 0.05).

2.3 中国消费者通过零售牛奶摄入的脂肪酸

为了确定不同地区牛奶中的脂肪酸组成差异是否会造成有营养

意义的差异，我们对不同地区零售牛奶中的脂肪酸摄入量进行了评估

二、研究进展█

﹣89﹣

（表 3）。总体而言，无论在哪个地区，脂肪酸的摄入量都在相似的

范围内。世界卫生组织（WHO）建议饱和脂肪酸摄入量应小于能量摄

入量的 10%，中国营养学会将饱和脂肪酸摄入量的可接受宏量营养素

分布范围（AMDR）定为：4-17 岁儿童小于能量摄入量的 8%，18 岁

以上成人小于能量摄入量的 10%。零售牛奶中的 SFA 占 SFA 总摄入

量的 33%（基于世界卫生组织的建议值）或 33%-41%（基于中国营养

学会的建议值）。虽然中国营养学会没有规定反式脂肪酸的最大摄入

量，但世界卫生组织建议反式脂肪酸的摄入量应小于能量摄入量的

1%。据估计，中国各地零售牛奶中反式脂肪酸的摄入量为每日反式脂

肪酸最高建议摄入量的 6%-9%，远低于世界卫生组织建议的最高值。

根据世界卫生组织推荐的 UFA 摄入量，中国消费者从零售牛奶

中摄入的 UFA 将占总 UFA 摄入量的 7%。此外，中国营养学会建议

n-6 和 n-3 PUFA 的 AMDR 分别为能量摄入量的 2.5%-9%和 0.5%-2%。

根据本研究的结果和中国目前的牛奶摄入量，全国零售牛奶中 n-6

PUFA 和 n-3 PUFA 的摄入量分别为 2%-7%和 2%-6% AMDR。此外，

中国营养学会建议，LA 和 ALA 的充足摄入量分别为能量摄入量的

4%和 0.6%。零售牛奶的摄入量占充足摄入量的 3%。中国营养学会将

EPA+DHA 的 AMDR 定为 250 毫克/天-2000 毫克/天。我们的研究表

明，饮用零售牛奶可摄入的 EPA+DHA 为 AMDR 的 0.6%-4.9%。由

于零售牛奶中的 EPA 和 DHA 含量较低，而且人类膳食中 ALA 的转

化效率较低，牛奶中的 EPA 和 DHA 供应量极低；因此，必须从其他

食物中额外摄入 EPA 和 DHA。尽管目前的研究估计了乳制品中 FA

█ MRT 2023 年度报告

﹣90﹣

摄入量的潜在变化，但对人体健康的任何潜在影响都会受到其他食物

中 FA 摄入量的影响。未来的研究应调查牛奶中各个成分的营养作用。

Table 3 Recommended dietary intakes of fatty acid with comparison to estimated intakes

from retail milk

FA

Recommended dietary intakesa

(mg/d)

Estimated intakes from retail milkb

(mg/d)

Chinese

Nutrition

Society

World Health

Organization

NECc

(n=8) NCd(n=51) NWCe

(n=13) SCf

(n=114) Mean

SFAg

< 18162 -

22703

< 22703

7482

(7085 -

7876)

7451

(6884 -

8026)

7505

(7186 - 8024)

7502

(6885 -

8374)

7485

(6884 -

8374)

UFAh 36324

3158

(2760 -

3552)

3189

(2611 -

3752)

3134

(2613 - 3450)

3137

(2263 -

3751)

3155

(2263 -

3752)

n-6 PUFAi

5676 - 20432

349

(313 - 373)

405

(275 - 561)

352

(261 - 581)

398

(236 - 583)

376

(236 -

583)

n-3 PUFAj

1135 - 4541

53

(47 - 67)

72

(28 - 156)

78

(41 - 199)

79

(35 - 165)

71

(28 -

199)

LAk

9081

267

(239 - 292)

272

(205 - 348)

225

(188 - 277)

266

(172 - 350)

258

(172 -

350)

ALAl

1362

30

(27 - 36)

34

(17 - 56)

37

(28 - 62)

38

(22 - 62)

35

(17 -

62)

EPA+DHAm 250 - 2000

7

(6 - 9)

14

(5 - 40)

14

(6 - 38)

14

(5 – 34)

12

(5 -40)

TFAn 2270

140

(113 - 186)

195

(134 - 290)

152

(80 - 254)

174

(89 - 254)

165

(80 -

290)

二、研究进展█

﹣91﹣

3 结论

我们改进了气相色谱-质谱法，该方法灵敏度高、线性关系好、准

确度和精密度高，可同时分析牛奶样品中的 82 种脂肪酸。对地区影

响的分析表明，中国不同地区牛奶脂肪酸的总体组成在数量上相似，

次要脂肪酸的差异很小。考虑到中国零售牛奶中的脂肪酸组成和乳脂

摄入量，地区差异对脂肪酸摄入量的影响有限。此外，通过牛奶摄入

的反式脂肪酸和反式脂肪酸的估计摄入量分别约占最高推荐值的三

分之一和小于 10%。不同地区牛奶对健康的潜在影响并不一致，除 n6/n-3 PUFA 外，其他脂肪酸营养健康指数的结果表明，市售牛奶的地

区差异对心血管健康的影响不大。在今后的研究工作中，应进一步开

展系统的临床试验，以确定牛奶的营养价值。

研究成果已在国际学术期刊《Frontiers in Nutrition》上发表。该

研究得到国家重点研发计划“畜禽新品种培育与现代牧场科技创新”

重点专项“奶业全产业链高效优 质生产关键技术”项目

（No.2022YFD1301004）等资助，陈美庆为第一作者，张养东和王加

启研究员为共同通讯作者。

— — CHEN MEIQING, WANG FENGEN, WU XUFANG, SI

BOXUE, PAN JUNYU, ZHENG NAN, ZHANG YANGDONG, WANG

JIAQI. Updating the fatty acid profiles of retail bovine milk in China based

on an improved GC-MS method: implications for nutrition. Frontiers in

Nutrition. 2023, 10: 1204005.

█ MRT 2023 年度报告

﹣92﹣

领域二：奶产品质量安全风险评估与营养功能评价

1. 调研 5 种特色奶畜生鲜乳中黄曲霉毒素 M1 污染情况

奶业创新团队调研报道了 2016 年中国牛奶、羊奶、水牛奶、骆

驼奶和牦牛奶这 5 种特色奶畜生鲜乳中黄曲霉毒素 M1 污染情况，为

保障乳制品质量安全、进行科学的霉菌毒素防控提供了数据支撑。相

关研究成果发表在国际毒理学专业期刊《Toxins》上。

据郑楠研究员介绍，本次从四川、山东、陕西、甘肃、新疆等地

共采集了 445 批生鲜乳样品。牛奶中的黄曲霉毒素 M1 含量为 0.005-

0.191 µg/L，羊奶中的黄曲霉毒素 M1 含量为 0.005-0.135 µg/L，水牛

奶中的黄曲霉毒素 M1 含量为 0.005-0.089 µg/L，骆驼奶和牦牛奶中

的黄曲霉毒素 M1 含量为 0.005-0.007 µg/L，均符合国家的限量标准

（0.5 µg/L）。骆驼奶和牦牛奶这两种特色乳的 M1 含量远低于中国

和欧盟的限量标准。团队又进一步将本次调研数据与其他国家特色奶

畜生鲜乳中黄曲霉毒素 M1 污染情况进行对比，结果显示：中国的这

5 种特色奶畜生鲜乳中黄曲霉毒素 M1 污染的风险较低，质量安全处

于历史最佳水平。

二、研究进展█

﹣93﹣

该研究得到国家自然科学基金、中国农业科学院重大任务、现代

农业产业技术体系、中国农业科学院科技创新工程项目的支持。郑楠

研究员为第一作者，王加启研究员为通讯作者。

Zheng N, Min L, Li D, Tan S, Gao Y, Wang J. Occurrence of Aflatoxin

M1 in Cow, Goat, Buffalo, Camel, and Yak Milk in China in 2016. Toxins

(Basel). 2022 Dec 10;14(12):870. doi: 10.3390/toxins14120870.