青海不同地區(qū)牦牛乳礦物質(zhì)元素含量比較研究

陳元元，崔占鴻，王迅，劉書杰，孫璐

（青海大學畜牧獸醫(yī)科學院 青海高原牦牛研究中心 青海省高原放牧家畜動物營養(yǎng)與飼料科學重點實驗室，西寧 810016）

0 引 言

中國是世界上牦牛存欄量最多的國家，主要分布在青海、西藏、四川、甘肅等地[1-2]。牦牛作為該區(qū)域的優(yōu)勢畜種，對高海拔、低氧、高寒、干旱等惡劣的生存環(huán)境具有良好的適應能力，是當?shù)啬撩袢椤⑷狻⑵っ戎匾a(chǎn)生活資料來源。牦牛乳與普通牛乳相比產(chǎn)量極低[3]，其整個泌乳期約為150 d，年奶產(chǎn)量為147～487 kg，蛋白質(zhì)含量4.37%～6.16%，脂肪含量4.57%～7.38%，乳糖含量3.20%～5.15%[4]，顯著高于普通牛乳。

牛乳中礦物質(zhì)的含量與牛乳的理化性質(zhì)及穩(wěn)定性有著重要關系[5]。牛乳及其制品是現(xiàn)代飲食中Ca的主要來源，乳中其他礦物質(zhì)在維持生物體的各種理化功能也發(fā)揮著基礎性的作用[6]。常量元素K參與血壓調(diào)節(jié)[7]，Ca參與血管、內(nèi)分泌和神經(jīng)肌肉功能的調(diào)節(jié)[8]，磷（P)有助于酪蛋白膠束的穩(wěn)定[9]，Ca和P以不溶性磷酸鈣形式附著在酪蛋白上，使不溶的磷酸鈣變得可溶并利于吸收，這在骨骼和牙齒的生長中發(fā)揮重要作用[10]。Na參與神經(jīng)沖動的傳遞[11]，Mg充當體內(nèi)多種酶的輔助因子，并在對抗氧化應激和減少炎癥以及減少肌肉損傷方面發(fā)揮著重要作用[12]。微量元素Fe參與血紅蛋白的生成，Cu參與生理平衡的調(diào)節(jié)[13]，Zn參與體內(nèi)多種生化及酶促反應[14]，Co參與維生素B12的合成，Mn在免疫功能及凝血中起重要作用[15]。乳中礦物質(zhì)的含量受飼糧、季節(jié)、生長階段及管理方式等多種因素影響[16-17]。當前對于牦牛乳的研究主要集中在氨基酸、脂肪酸和生物活性物質(zhì)等功能性成分含量、調(diào)控及其制品研發(fā)和加工特性等方面[18-19]，關于牦牛乳中的礦物質(zhì)元素[20]多集中于對不同乳源的比較。牦牛乳是青藏高原地區(qū)重要的畜產(chǎn)品資源，青海省是我國牦牛畜產(chǎn)品主要輸出地，解析青海不同地區(qū)牦牛乳中礦物質(zhì)元素含量對進一步研究牦牛乳營養(yǎng)品質(zhì)和乳制品加工性能具有重要意義。

青海省是青藏高原的重要組成部分，草地類型多樣，針對青海省內(nèi)不同地區(qū)牦牛乳中礦物質(zhì)含量缺乏系統(tǒng)性研究的問題，本研究采用火焰原子吸收儀測定青海省6個地區(qū)牦牛乳中9種礦物質(zhì)元素，比較分析各地區(qū)牦牛乳礦物質(zhì)含量的差異及相關關系，補充青海省牦牛乳的礦物質(zhì)數(shù)據(jù)庫，為牦牛乳產(chǎn)品的開發(fā)提供基礎研究。

1 材料與方法

1.1 采樣信息

2019年7～8月，在青海省6個行政區(qū)域，選選取自然放牧條件下全天候隨群放牧4～5胎、健康的泌乳中期青海高原牦牛。采樣期間母牦牛與犢牛分開飼養(yǎng)，連續(xù)3 d在出牧前和歸牧后分別采集乳樣，將早晚乳樣等量混合后取50 m L于離心管中，添加0.5%布羅波爾溶液置于液氮中速凍，帶回實驗室，保存于-20℃冰箱備測。具體采樣點信息見表1。

表1 采樣點基本信息

1.2 主要儀器與試劑

TAS-990 Super火焰原子吸收儀，北京普析通用儀器有限責任公司；馬弗爐，天津市泰斯特儀器有限公司；ME-104電子天平，梅特勒-托利多儀器有限公司；烘箱，上海一恒科學儀器有限公司；電熱爐，天津市泰斯特儀器有限公司。

布羅波爾，美國陶氏；分析純鹽酸，超純水。

1.3 測定方法

牦牛乳中礦物質(zhì)元素使用火焰原子吸收儀參考何立榮等[21]的方法測定，儀器工作條件的設定參考周義秀等[22]的方法。具體操作如下，用移液槍準確移取10 mL牦牛乳于25 mL陶瓷坩堝中，置于電爐子上濃縮、碳化后放在馬弗爐內(nèi)650℃灼燒3～4 h灰化至完全變成灰色粉末狀，取出坩堝冷卻至室溫后，加入5 mL（1∶3）鹽酸，充分溶解后置于電爐子上小火煮沸，再用定量濾紙過濾，收集濾液于25 mL具塞比色管中定容后備用。用火焰原子吸收儀測定牦牛乳中Co、Cu、Fe、Mn、Zn的含量，再用25倍稀釋液測定Ca、Mg的含量，最后用500倍稀釋液測定K、Na的含量。

標準曲線的制作：將Fe、Cu、Co、Ca、Mg以0.2 mg/L濃度梯度配制濃度為0～1 mg/L標準品溶液，K、Na、Zn、Mn以0.1 mg/L濃度梯度配制濃度為0～0.5 mg/L標準品溶液，按照火焰原子吸收儀的操作說明進行定量測定，做出待測礦物質(zhì)元素的標準曲線。各元素標準曲線及其相關性見表2。

表2 礦物質(zhì)標準曲線及相關系數(shù)

1.4 統(tǒng)計分析

熵權法是一種反映評價指標離散程度，客觀反映各指標重要性的一種算法；逼近理想解排序（technique for order preferenceby similarity to ideal solution,TOPSIS)是一種對有限個待評價方案與理想話目標接近程度進行排序，對現(xiàn)有方案進行優(yōu)劣評價的方法，結(jié)果用相對貼合度表示，相對貼合度越大表示方案越優(yōu)。熵權法TOPSIS綜合評價模型通過構建標準化矩陣，確定指標權重和正、負理想解，計算歐氏距離，最終確定綜合評價指數(shù)[23]。

采用Excel 2010進行數(shù)據(jù)整理，SPSS 22.0軟件對實驗數(shù)據(jù)進行（ANOVA)分析（P<0.05)和相關性分析，并采用Sigmaplot 14.0作柱狀圖。采用R 4.0.5 plyr數(shù)據(jù)包進行熵權法TOPSIS分析并做圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 青海省不同地區(qū)牦牛乳礦物元素含量特性

由圖1可知青海省6個地區(qū)牦牛乳中K、Ca、Na、Mg等常量礦物元素含量，結(jié)果顯示6個地區(qū)的4種常量元素間均存在差異，玉樹和囊謙地區(qū)牦牛乳K元素含量差異不顯著（P>0.05)，但顯著高于其他4個地區(qū)（P<0.05)，其中囊謙縣牦牛乳K元素含量最高為1 909.210 mg/L，貴南縣含量最低為1 018.529 mg/L。貴南縣牦牛乳Ca元素含量為285.983 mg/L，顯著高于其他5個地區(qū)（P<0.05)，玉樹牦牛乳的Ca元素含量顯著低于其他5個地區(qū)（P<0.05)，為128.041 mg/L。Na元素在貴南縣牦牛乳中的含量最高為476.461 mg/L，在稱多縣含量最低，為359.491 mg/L。稱多縣牦牛乳M g元素含量為87.194 mg/L，顯著高于其他5個地區(qū)（P<0.05)，囊謙和玉樹2個地區(qū)之間含量差異不顯著（P>0.05)，但顯著低于其他3個地區(qū)（P<0.05)，囊謙縣含量最低為60.660 mg/L。

圖1 牦牛乳礦物元素含量

由圖1可知貴南縣的牦牛乳中Fe元素含量最高，為1.155 mg/L，玉樹州含量最低為0.766 mg/L。共和縣牦牛乳Cu元素含量顯著高于其他5個地區(qū)（P<0.05)，為0.823 mg/L，其中曲麻萊縣顯著高于其余4個地區(qū)（P<0.05)，囊謙縣為0.075 mg/L，顯著低于其他5個地區(qū)（P<0.05)。牦牛乳中Zn元素在貴南縣含量最高，為4.932 mg/L，曲麻萊縣顯著低于其他5個地區(qū)（P<0.05)，為3.975 mg/L。稱多縣牦牛乳中Co元素含量為0.206 mg/L，顯著高于其他5個地區(qū)（P<0.05)，貴南、曲麻萊和共和顯著低于其余3個地區(qū)（P<0.05)，但這三者之間差異不顯著（P>0.05)，其中曲麻萊縣含量最低，為0.103 mg/L。貴南縣牦牛乳中Mn元素含量最高，為0.182 mg/L，顯著高于其余4個地區(qū)（P<0.05)，玉樹州含量最低，為0.023 mg/L。

2.2 青海省不同地區(qū)牦牛乳礦物元素相關性分析

采用SPSS 22.0對83份牦牛乳樣的礦物質(zhì)元素含量進行Pearson相關性分析，由表3可知牦牛乳中各礦物質(zhì)元素之間存在相關性。Ca含量和Mn、Na含量呈極顯著正相關（P<0.01)，Ca含量和Co、K含量呈極顯著負相關（P<0.01)；Co含量和K含量呈極顯著正相關（P<0.01)，和Cu、Mn含量呈極顯著負相關（P<0.01)；Cu含量和Mg含量呈極顯著正相關（P<0.01)，和K含量呈極顯著負相關（P<0.01)；Fe含量和K含量呈極顯著負相關（P<0.01)；K含量和Mg、Mn含量呈極顯著負相關（P<0.01)。

表3 礦物質(zhì)元素Pearson相關性分析 mg/L

2.3 熵權法TOPSIS評價

采用熵權法TOPSIS綜合評價模型對不同地區(qū)牦牛乳各礦物質(zhì)元素進行綜合評價，如圖2所示，貴南地區(qū)貼合度最高為0.71，共和地區(qū)貼合度為0.35，曲麻萊地區(qū)貼合度為0.25，囊謙地區(qū)貼合度為0.30，稱多地區(qū)貼合度為0.27，玉樹果青牧場貼合度最低為0.18。因此，從礦物質(zhì)元素含量角度來看，貴南地區(qū)牦牛乳品質(zhì)高于其余5個地區(qū)。

圖2 青海不同地區(qū)牦牛乳礦物質(zhì)含量綜合評價

3 結(jié) 論

本研究顯示青海省不同地區(qū)牦牛乳礦物質(zhì)元素K、Ca、Na、M g、Fe、Cu、Zn、Co和M n的含量存在 差異，與前人[20,24]研究結(jié)果一致。四川省不同地區(qū)麥洼牦牛乳中礦物質(zhì)元素含量也是不同的，由此可見地區(qū)差異普遍影響著牛乳中礦物質(zhì)元素的含量[25-28]。葉丹等[29]采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-OES)測定西藏不同海拔高度地區(qū)牦牛乳中Ca、Na、Mg、Fe、Cu、Zn的含量，結(jié)果顯示不同海拔高度地區(qū)Ca、Na、Mg元素含量差異顯著，F(xiàn)e、Cu、Zn含量差異不顯著。劉益利等[25]對四川省不同泌乳期麥洼牦牛乳中礦物質(zhì)含量進行測定，結(jié)果顯示青海省牦牛乳中K和Co高于四川麥洼牦牛乳，而Ca、Mg、Cu、Zn和Mn低于四川麥洼牦牛乳。周義秀等[22]采用火焰原子吸收法測定了青海省澤庫縣（海拔約為3 600 m)牦牛乳礦物含量，得出同一物候期牦牛乳常量元素K、Ca、Na、Mg含量和微量元素Fe、Cu、Zn、Co、Mn的含量。該結(jié)果中K、Na、Mg、Fe、Cu元素含量均高于本試驗的研究結(jié)果；Ca元素含量略高于貴南縣而明顯高于其余5個地區(qū)；Zn元素含量均明顯低于本試驗研究結(jié)果；Co元素含量高于貴南、共和和曲麻萊地區(qū)，而低于玉樹、囊謙和稱多地區(qū)；Mn元素含量略低于貴南縣，而明顯高于其余5個地區(qū)，可見青海省不同地區(qū)牦牛乳礦物質(zhì)含量存在差異。因此可通過測定不同地區(qū)的牦牛乳礦物質(zhì)含量，建立健全牦牛乳數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)牦牛乳產(chǎn)地追溯，提高乳制品的安全，為生產(chǎn)嬰幼兒奶粉提供更優(yōu)質(zhì)的牦牛乳源。

馬靜等[30]研究發(fā)現(xiàn)青海省不同地區(qū)的牧草常規(guī)養(yǎng)分與乳品質(zhì)的存在相關性。周義秀等[22]研究表明牧草中礦物質(zhì)的含量影響著牦牛乳中礦物質(zhì)的含量產(chǎn)生影響，青海省草地類型多樣，本研究中青海不同地區(qū)放牧牦牛乳礦物質(zhì)含量的不同可能與牧草營養(yǎng)成分有關。牛乳中超過65%的Ca與酪蛋白膠束有關，同時酪蛋白膠束可能含有約三分之一的Mg[31]，由此可見，牦牛乳中礦物質(zhì)含量也可能與酪蛋白含量有關。有研究表明放牧管理影響了牛乳中Sn的濃度[32]，這可能與放牧活動的增加導致的土壤攝入量的增加有關；同時牛乳中某些金屬元素主要來源于土壤及水源[33]，因此放牧管理、土壤及水源也可能會對牦牛乳中礦物質(zhì)含量產(chǎn)生影響。與普通牛乳相比，有機牛乳中的K、Ca等元素含量較高，而Fe、Cu、Zn、Mn等元素含量較低，青貯玉米可提高牛乳中Ca的含量[34]；放牧牦牛補飼精料可顯著提高乳中各種礦物質(zhì)元素的含量[35]；史卉玲[36]指出，在飼糧精粗比不變的情況下，提高青貯苜蓿在粗料中的比例可顯著提高奶牛血液中的Ca含量；輝芳等[37]研究表明，妊娠后期對母驢飼喂中、低能量水平的飼糧，可以提高初乳中K、Ca、Mg、Fe、Cu、Zn、Co和Mn含量。由此可見牦牛乳中礦物質(zhì)元素含量也同時會受到飼糧類型及其結(jié)構等的影響。綜上所述青海省不同地區(qū)牦牛乳中礦物質(zhì)含量的差異可能由乳中蛋白質(zhì)含量、飼糧類型及結(jié)構、放牧管理方式及水源和土壤等多重因素產(chǎn)生。

金屬硫蛋白是一類低分子量且富含半胱氨酸的金屬結(jié)合蛋白，其主要功能是調(diào)節(jié)某些金屬元素的細胞代謝[38]。相關性分析結(jié)果顯示牦牛乳中Zn和Cu含量呈顯著負相關（P<0.05)，這很可能是這兩種元素競爭金屬硫蛋白結(jié)合位點的結(jié)果[39]。單強[40]指出添加富Cr酵母添加劑可不同程度提高牛血漿及乳中Mn含量，這可能是由于轉(zhuǎn)鐵蛋白可與多種金屬元素離子結(jié)合，同時Cr與Mn存在相互競爭的關系而導致的。乳中各礦物質(zhì)元素含量之間存在相關性，如Zn-Mn、Ca-Cu、Ca-Mn、Ca-Zn、Ca-Mg均存在正相關關系[41]，與本研究結(jié)果相似，但各礦物質(zhì)元素之間的內(nèi)在聯(lián)系值得進一步的研究與探討。根據(jù)本研究結(jié)果顯示牦牛乳中各礦物質(zhì)元素含量存在的各種相關關系，以期為精準調(diào)控牦牛乳中礦物質(zhì)元素的含量提供參考。

熵權法TOPSIS綜合評價結(jié)果顯示，6個地區(qū)中貴南牦牛乳礦物質(zhì)含量得分最高；玉樹州牦牛乳礦物質(zhì)含量綜合評價最低，特別是Ca、Cu和Mn元素的含量明顯低于其他地區(qū)，因此可適量提高該地區(qū)牦牛Ca和Cu的攝入量，從而提高該地區(qū)牦牛乳Ca、Cu、Mn、Mg和Fe元素的含量，而降低K和Co元素的含量，也可適量添加飼糧Cr元素含量從而提高Mn和Ca元素含量。