《食品科学》：中国农业科学院油料作物研究所陈洪、魏芳教授等：基于脂质组学揭示饲喂裂殖藻粉对山羊乳脂质
2023-05-15 23:28:38
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二十二碳六烯酸（DHA）具有促进人体神经系统和视网膜的发育、调节认知行为障碍综合征、减少产后抑郁等诸多生理功能。虽然α-亚麻酸（α-ALA）可以在人体内转化成DHA，但转化效率非常有限（＜0.05%），需要通过外界膳食摄入补充。山羊乳营养组成与母乳相近，富含脂质、蛋白质、维生素等生物活性物质，具有易消化、不易过敏、改善肠道健康和抗氧化、有效预防疾病等生理活性。但由于反刍动物瘤胃生物氢化的作用，山羊乳中DHA的水平含量较低。
脂质组学是针对生物体脂质进行全面分析研究的学科。随着质谱分析技术的发展，四极杆-飞行时间质谱等高分辨质谱，凭借高通量、高灵敏度的强大分析能力，已经被逐渐应用于生物脂类成分、食品质量安全与脂质生物功能等食品科学领域。 中国农业科学院油料作物研究所冉世前、陈洪*、魏芳*等基于气相色谱（GC）法和超高效液相色谱-四极杆-飞行时间质谱（UPLC-Q-TOF-MS）法探究饲喂DHA菌粉添加量对山羊乳脂脂质组成及含量的影响，并与市售纯牛乳和DHA牛乳进行差异性分析。进一步改善山羊乳营养品质，解决膳食DHA来源单一的问题，为婴幼儿配方奶粉及富DHA功能性乳脂产品的开发和营养调控提供有力的理论依据和参考。 如图1所示，饲喂不同添加量菌粉对山羊乳脂肪酸含量有显著影响（P＜0.05）。随菌粉添加量的增加，山羊乳脂肪酸含量呈先减后增的趋势，但总体脂肪酸含量较对照组显著降低，其原因可能是实验组日粮中含较高的不饱和脂肪酸能够影响反刍动物瘤胃微生物发酵，导致乙酸（合成乳脂的主要碳源）发酵受到影响和trans-10脂肪酸异构体产生，从而导致山羊乳脂肪含量下降。对照组山羊乳脂肪酸含量显著高于纯牛乳（P＜0.05），但市售纯牛乳和DHA牛乳中脂肪酸含量无显著差异（P＞0.05）。 如表3所示，山羊乳和牛乳中共检测到22种脂肪酸，肉豆蔻酸（C14:0）、棕榈酸（C16:0）和油酸（C18:1）是山羊乳和牛乳主要脂肪酸组成，占总脂肪酸组成60%左右。山羊乳中的中链脂肪酸（MCFAs）相对含量高于牛乳，饲喂菌粉之后，山羊乳中MCFAs的相对含量显著提高（P＜0.05）。作为羊乳中特征脂肪酸，辛酸（C8:0）和癸酸（C10:0）的相对含量要显著高于牛乳（P＜0.05），并在饲喂菌粉后相较于对照组都有显著提高；MCFAs有助于促进肠胃健康、免疫调节和抗菌等生理功能，对吸收不良综合征以及营养不良症都有很好的预防和改善作用。饲喂菌粉对山羊乳中DHA的含量有显著影响，随菌粉添加量的增加，山羊乳中的DHA相对含量显著提高，菌粉量由0 g/d→30 g/d→50 g/d区间，DHA的富集效果最显著；并且山羊乳中DHA最高含量达到0.5 g/L，显著高于DHA牛乳0.26 g/L（P＜0.05）。表明通过添加菌粉，可以有效提高山羊乳中DHA含量，进一步提高山羊乳营养价值。 由图2可知，在对照组（纯羊乳）、实验组山羊乳（DHA羊乳）和纯牛乳、DHA牛乳中分别鉴定出275、288和224、256 种脂质分子，其中TAG数量最多，其次为PE。并对应鉴定出29、42 种和6、35 种DHA脂质，表明菌粉的摄入，一定程度上丰富了山羊乳中DHA脂质分子种类。3 饲喂菌粉对山羊乳脂质含量的影响及与牛乳脂质的差异性比较 如图3所示，饲喂菌粉对山羊乳脂质组成有显著影响，且山羊乳脂质含量显著高于牛乳（P＜0.05）。TAG是山羊乳和牛乳主要脂质组成，占总脂质含量的98%，其次是磷脂（PLs）和DAG，乳中的游离脂肪酸（FA）和Cer含量相对较低。随着菌粉添加量的增加，山羊乳中TAG、DAG、PLs的含量呈先减后增的趋势。 甘油酯包括TAG、DAG和MAG，是动物乳中主要脂质组成。TAG是乳中主要的甘油酯，占乳脂质的98%左右，是乳脂中最主要的能量物质，同时对乳的质地和风味也有重要影响；但TAG摄入过量同样会导致高血压、肥胖症等疾病发生。由图4可知，山羊乳和牛乳中TAG分子总碳原子数分布在C30～C55之间。牛乳TAG含碳数在C44～C54的比例要显著高于羊乳，而山羊乳TAG含碳数在C30～C43的比例比牛乳高。结合脂肪酸组成分析结果，进一步表明在山羊乳中比牛乳中含有更丰富的MCFAs，而牛乳含有更丰富的LCFAs。 如图5A所示，通过聚类分析，各组平行样本均归为一类，牛乳与羊乳差异显著分别聚为两大类，G-A组和G-C组归于同一子集，2组之间脂质组成最为相似。图中颜色显示出各组间脂质组成丰度变化，DAGs在牛乳中的含量显著高于山羊乳，但山羊乳中TAG、Cer和PLs的含量更高。饲喂菌粉后，G-B组与对照组相比，SM显著降低，而LPE则显著增高。由图5B可知，各组内平行样本差异较小，而各组间差异显著，PC1和PC2累计贡献率超过83%。牛乳于羊乳分别位于横坐标轴两侧，证明PC1为物种差别，而DHA含量（PC2）决定了各组分别位于纵坐标两侧，DHA含量随菌粉添加量的增加而增加，但菌粉添加量超过50 g/d时，对山羊乳中脂质的影响已经趋于“饱和”状态，并呈现负相关性，从而G-C组中DHA含量最高。通过统计学分析，本研究所得结果可进一步为乳制品品种鉴定提供方法与数据支持。4 饲喂菌粉对山羊乳DHA型脂质含量的影响及变化规律 由图6可知，在纯羊乳和纯牛乳中，DHA相对含量极低；但在山羊乳中，随菌粉添加量的增加，山羊乳中的DHA相对含量显著提高，菌粉量由0 g/d→30 g/d→50 g/d区间，DHA的富集效果最显著；DHA相对含量在纯羊乳中0.06%，而在菌粉B中达到2.18%，富集效果超过35倍。DHA在乳中主要结合在甘油酯上，少部分与磷脂结合。这与TAG为乳中主要脂质有关。其中TAG（10:0/16:0/22:6）、TAG（TG 8:0/16:0/22:6）、TAG（16:0/18:1/22:6）和TAG（12:0/16:0/22:6）是山羊乳中主要GPs-DHA，占总DHA含量75%以上，而在牛乳中TAG（16:0/18:1/22:6）、TAG（16:0/16:0/22:6）、TAG（14:0/16:0/22:6）、TAG（10:0/16:0/22:6）是主要的GPs-DHA。山羊乳较牛乳含更丰富的PLs-DHA。山羊乳PLs-DHA主要与PE结合，并且还发现了以缩醛磷脂酰乙醇胺结合的DHA（PE-P-DHA），这是在牛乳中没有发现的。 基于GC和UPLC-Q-TOF-MS探究饲喂菌粉添加量对山羊乳脂肪酸组成及全脂质组成的影响，并与市售纯牛乳和DHA牛乳进行差异性分析。山羊乳脂质含量显著高于牛乳，C14:0、C16:0和C18:1是山羊乳和牛乳主要脂肪酸组成。饲喂菌粉显著增加山羊乳中DHA含量，并与菌粉添加量存在量效关系；尤其是菌粉量由0 g/d→30 g/d→50 g/d区间，DHA的富集效果非常明显，菌粉添加量50 g/d为山羊乳中DHA富集的最佳添加量。TAG是2种乳中主要的脂质成分，其次是DAG和PLs，牛乳中TAG碳原子数主要在C44～C54之间，而山羊乳中TAG碳原子数主要在C30～C43范围内，表明山羊乳含有更加丰富的MCFAs，而牛乳含有更丰富的LCFAs。山羊乳中磷脂的含量显著高于羊乳，PC、PE、SM是山羊乳和牛乳主要的极性脂质，山羊乳含有更丰富的PE，而牛乳中SM的含量更高。DHA在山羊乳和牛乳脂质中主要以GPs-DHA形式存在，而山羊乳较牛乳含更丰富的PLs-DHA。该实验进一步丰富了我国婴儿替代乳制品研究数据，通过在日粮中添加DHA原料，能够使DHA在山羊乳中得到很好的富集，进一步提高山羊乳的营养价值，解决目前膳食DHA来源单一的问题。本研究为婴幼儿配方奶粉及富DHA功能性乳脂产品的开发和营养调控提供有力的理论依据和参考，并为乳制品类型的鉴定提供了方法与数据基础。 魏芳，博士，中国农业科学院油料作物研究所，研究员，博士生导师,油料品质化学与加工利用团队执行首席。主要从事油料脂质组/代谢组高效分析关键技术、油料品质特性剖析与加工利用等研究，并取得重要进展。主持国家、省部级竞争性科研项目10余项，参加完成了国家科技支撑计划等多项重大课题研究。在国内外重要期刊上发表论文95篇，其中SCI收录65篇（单篇最高影响因子16）。获国家发明专利授权11项，软件著作权2项。参编专著5部（英文专著2部）。担任《中国油料作物学报》青年编委，《Human Nutrition & Metabolism》副主编。获得中国农科院青年科技创新奖和湖北省技术发明一等奖。入选湖北省新世纪高层次人才工程人选，中国农科院“青年英才计划”培育工程人选和“3551光谷人才计划”人选。2020年获湖北省百名优秀女性科技创新人才。 陈洪，1964年6月出生，博士，研究员，博士生导师。1986年大学毕业于武汉大学化学系，2002年博士研究生毕业于武汉大学分析化学专业，获博士学位。2003年7月-2005年7月，日本学术振兴会(Japan Society For The Promotion Of Science，JSPS）博士后研究员。 2001年7月-2003年7月在中国农科院油料作物研究所质检中心工作, 主要研究领域为农产品质量标准与食品安全。承担了国家853项目和国家“十五”科技攻关项目的研究工作。 主持申报的“转基因油菜安全评价高通量检测技术研究”获2002年度湖北省第一届青年杰出人才基金计划项目资助。2005年8月回到中国农业科学院油料作物研究所工作，继续从事食品科学、生物炼制和油料作物脂质化学与营养技术平台构建及功能脂质产品研发与应用的研究工作。主持承担参加国家自然科学基金项目、国家863高新技术项目、国家外国专家局引进国外技术、管理人才项目计划项目、国家人事部留学人员科技活动项目和省市级国际合作项目等项目。2005年以来，发表论文100余篇（其中SCI论文60余篇），申请获准国家发明专利10项。 冉世前，男，中国农学科学院油料作物研究所2019级硕士研究生，专业为食品加工安全，研究方向为脂质分析与营养，中国农学科学院油料作物研究所油料品质化学与加工利用团队成员，主要从事乳脂分析以及乳脂营养调控方面的研究。
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