《Food Chemistry Advances》：Effect of pasture and total mixed ration-based diets on the composition of whole milk powder and whole milk digestate
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本研究探讨了不同奶牛饲养系统（多年生黑麦草、黑麦草/白三叶草混合牧草及舍内全混合日粮）对全脂乳粉（WMP）组成的影响。研究人员通过生产WMP并进行体外消化实验，系统分析了其矿物质、脂肪酸、氨基酸、蛋白质组及肽组特征。研究发现，日粮类型显著影响WMP的硒、碘含量、脂肪酸谱（如共轭亚油酸和棕榈酸）及蛋白质组学特征，但静态体外消化对不同日粮来源的WMP消化产物组成差异的影响并不显著。该研究为理解饲养系统如何影响乳制品营养品质及其在消化后的变化提供了重要见解。
牛奶是人体营养的重要组成部分，它不仅是哺乳动物新生儿的“完全食品”，在人的整个生命周期中也提供了高密度、高生物利用度的宏量和微量营养素，其营养价值是许多植物基“奶”替代品难以比拟的。因此，牛奶及乳制品在全球食品体系中占据着至关重要的地位。其中，全脂乳粉（Whole Milk Powder, WMP）是一种高价值商品，它不仅保留了牛奶中的脂肪，还常被用作全脂酸奶的原料，在食品援助计划中更是重要的全面营养来源。然而，牛奶的组成并非一成不变，它受到品种、遗传、健康状况、季节以及——最为关键的因素之一——饲养系统的深刻影响。
在全球范围内，奶牛饲养主要分为两种模式：一种是传统的、依赖自然气候条件的牧草放牧系统，在爱尔兰、新西兰等温带草原气候国家较为普遍；另一种是集约化程度更高的舍内全混合日粮（Total Mixed Ration, TMR）系统，通过精密的饲料配比控制营养摄入，以实现更高的产奶量。随着乳业集约化发展，TMR系统日益普及，但牧草饲养因其对牛奶品质的潜在益处，近年来也重新受到关注。那么，一个核心问题摆在了科学家面前：这两种截然不同的饲养方式，究竟会对作为终端商品的全脂乳粉的成分产生怎样的影响？更进一步，当我们摄入这些乳粉后，它们在消化过程中的“命运”又会因源头不同而有所区别吗？这些差异最终如何影响我们对营养的获取和健康？
为了回答这些问题，来自爱尔兰Teagasc食品研究中心的研究团队开展了一项严谨而系统的研究。他们在最新一期《Food Chemistry Advances》上发表了研究成果，详细比较了由三种不同日粮（纯多年生黑麦草-GRS、黑麦草/白三叶草混合牧草-CLV、以及舍内TMR）的奶牛所产牛奶制成的全脂乳粉，并利用国际通用的INFOGEST 2.0静态体外消化模型，模拟了人体胃肠消化过程，生成了相应的消化产物（Digestate），从而全面解析了“从饲料到消化”全链条中的成分变化。
研究人员为了完成这项复杂的系统比较，运用了多种现代分析技术。研究的样本来源于一个设计严谨的动物试验，将54头荷斯坦/弗里生奶牛随机分为GRS、CLV和TMR三组，在产犊中期收集其原料乳。所有原料乳经过标准化的预热、巴氏杀菌、均质、蒸发和喷雾干燥工艺，制成全脂乳粉，以确保处理过程的一致性。在分析层面，研究采用了多种技术：使用凯氏定氮法和罗兹-哥特里法测定基本成分；借助电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）分析矿物质含量；通过气相色谱-火焰离子化检测器（GC-FID）详细解析总脂肪酸（FA）和游离脂肪酸的组成；利用氨基酸分析仪测定总氨基酸和游离氨基酸谱；采用拉曼光谱（Raman spectroscopy）快速、无损地评估类胡萝卜素含量和脂肪酸不饱和度；通过十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）和激光共聚焦显微镜观察蛋白质和脂肪在消化前后的形态变化；最后，运用基于质谱的蛋白质组学（Proteomics）和肽组学（Peptidomics）技术，深度挖掘了不同日粮来源乳粉中蛋白质的丰度差异以及消化后释放的肽段特征。
研究结果
3.1. 全脂乳粉及复原乳的特性
3.1.1. 全脂乳粉的基本组成
分析显示，三种日粮来源的全脂乳粉在总蛋白、真蛋白和总脂肪含量上没有显著差异。非蛋白氮（NPN）含量在TMR组样品中略高，但差异不显著，这可能与TMR日粮中较高的粗蛋白含量有关。
3.1.2. 全脂乳粉的矿物质组成
矿物质分析发现了一个明确趋势：TMR来源的乳粉中硒（Se）和碘（I）的浓度显著高于GRS和CLV来源的乳粉。这很可能源于TMR日粮中添加的矿物质补充剂。这一发现具有双重意义：一方面，TMR奶可作为这些必需微量元素更丰富的膳食来源；另一方面，对于婴儿配方奶粉（IMF）生产商而言，需注意TMR奶较高的碘含量可能接近法规上限。
3.1.3. 全脂乳粉的总氨基酸组成
总氨基酸分析显示差异有限。CLV组乳粉的蛋氨酸砜（由蛋氨酸氧化而来）含量显著高于TMR组；两种牧草组（GRS和CLV）的酪氨酸含量显著高于TMR组；而TMR组的组氨酸含量则显著高于GRS组。这些细微差异可能与不同饲料的氨基酸组成或补充情况有关。
3.1.4. 全脂乳粉的脂肪酸甲酯谱
这是研究中差异最显著的领域之一。TMR来源的乳粉含有显著更高的棕榈酸（C16:0）、亚油酸（C18:2 n6c）等；而两种牧草来源的乳粉则含有显著更高的α-亚麻酸（C18:3 n3）、顺-9，反-11共轭亚油酸（CLA）和二十碳五烯酸（EPA， C20:5）。这些差异清晰地反映了日粮对牛奶脂肪组成的塑造：TMR中的谷物浓缩料导致了更多饱和及Omega-6脂肪酸的积累，而新鲜牧草则贡献了更多有益的多不饱和脂肪酸和Omega-3脂肪酸。CLA在牧草奶中含量更高，因其与多种健康益处相关而备受关注。
3.1.5. 复原全脂乳粉的拉曼光谱分析
拉曼光谱为快速区分不同日粮来源的乳制品提供了有力工具。光谱显示，牧草来源（GRS和CLV）的复原乳在代表类胡萝卜素和碳碳双键（C=C）振动的特征峰强度上明显高于TMR来源的样品。计算出的脂肪酸不饱和度也印证了这一点（CLV: 0.46， GRS: 0.40， TMR: 0.29）。这从分子层面解释了为何牧草黄油和乳粉通常颜色更黄。
3.1.6. 复原全脂乳粉的缓冲能力
三种复原乳的缓冲曲线相似，在对应于体外消化胃阶段（pH 3.0）和肠阶段（pH 7.0）的pH值附近，缓冲能力没有实质性差异。这表明它们相似的蛋白质和矿物质组成决定了其整体缓冲特性的一致。
3.1.7. 复原全脂乳粉的蛋白质组学特征
深度蛋白质组学分析揭示了更细微的差异。在主成分分析中，TMR组的样品能明显与两个牧草组的样品区分开来，而GRS和CLV组则有部分重叠。定量比较发现，尽管鉴定到的蛋白质总数很多（190个），但在设定阈值下，表现出丰度显著差异的蛋白质数量相对较少。例如，乳铁蛋白（Lactotransferrin）在牧草组（CLV和GRS）中的含量显著高于TMR组。这表明，在未消化的全脂乳中，尽管日粮是唯一变量，但仍能基于特定蛋白质的存在、缺失或相对丰度进行区分。
3.2. 体外消化对复原全脂乳粉蛋白质和脂肪组分的影响
3.2.1. 凝胶电泳和共聚焦显微镜图像
SDS-PAGE结果显示，消化后的样品中清晰的蛋白质条带基本消失，表明INFOGEST方法有效地水解了蛋白质。共聚焦显微镜图像也显示，消化后样品中的蛋白质（绿色）和脂肪球（红色）荧光信号显著减弱或消失，证实了消化过程的彻底性。三种日粮来源的样品在这些形态学变化上没有表现出差异。
3.2.2. 游离氨基酸组成
消化过程大量释放了游离氨基酸，但三种日粮来源的消化产物在游离氨基酸的释放程度上没有显著差异。消化也使得原本在酸水解中会被破坏的色氨酸得以被定量检测。
3.2.2. 游离脂肪酸谱
在未消化的乳粉中，三种日粮间的游离脂肪酸含量无显著差异。消化后，TMR消化物中释放的C18:2（亚油酸）显著多于牧草组，而牧草组消化物中释放的C18:3（α-亚麻酸）则多于TMR组，这在一定程度上反映了它们总脂肪酸组成的差异。
3.2.4. 消化全脂乳的肽组学特征
对消化产物中小于30 kDa的肽段进行分析，共鉴定到73个 distinct 肽段，归属于35个蛋白质组。定性比较发现，少数肽段存在“有或无”的差异。例如，来自组蛋白甲基转移酶的两个肽段仅在CLV和TMR消化物中检测到，而来自β-酪蛋白的不同肽段则在特定组别中有无。通过与乳源生物活性肽数据库比对，鉴定出的部分肽段序列与已知的具有血管紧张素转换酶（ACE）抑制、二肽基肽酶-IV（DPP-IV）抑制、免疫调节、抗氧化等生物活性的肽段相匹配。这提示不同日粮来源的乳粉经消化后可能释放出具有不同潜在健康功效的肽段“指纹”，但需要进一步的功能验证。
结论与讨论
本研究首次对GRS、CLV和TMR三种日粮系统生产的全脂乳粉进行了从成分到体外消化的全方位、多组学表征，极大地拓展了我们对饲养系统影响乳制品品质的理解。
研究证实，日粮系统对全脂乳粉的组成具有显著影响，尤其是在矿物质（硒、碘）和脂肪酸谱方面，TMR与牧草系统产品存在鲜明对比。拉曼光谱作为一种快速、无损的技术，能有效区分不同日粮来源的产品，为验证“草饲”或“牧草喂养”标签声明提供了新的潜在工具。蛋白质组学分析虽然揭示的差异蛋白数量有限，但证明了即使是未消化的全脂乳，其蛋白质组成也受到日粮的微妙影响。
然而，本研究最引人深思的发现在于消化环节。尽管原料乳粉在成分上存在差异，但使用静态体外消化模型（INFOGEST 2.0）模拟消化后，三种日粮来源的消化产物在整体蛋白质水解程度、游离氨基酸释放模式以及游离脂肪酸谱上的差异变得不再显著或非常有限。这表明，在这种标准化的“批量”消化模拟中，日粮来源造成的初始成分差异，在经过剧烈的酶解过程后，可能被“均质化”了。
这一结果提示我们，要更精确地评估不同来源食品在真实消化环境中的营养释放动力学和生物可利用性，静态消化模型可能具有局限性。它无法复现体内消化时复杂的动态过程，如胃排空速率、pH梯度变化、消化酶分泌的时空动态等。因此，研究人员在文末提出，未来的研究可以采用动态体外消化系统，来探究不同日粮来源的乳制品在整个消化过程中营养成分（氨基酸、肽、脂肪酸）释放的“ kinetics（动力学）”是否确实存在差异，以及这些差异是否在消化过程的特定阶段更为明显。
总之，这项研究不仅详细描绘了“饲料如何改变牛奶”，更将探究延伸至“消化如何改变这些不同来源的牛奶”，为理解从农场到餐桌、再到人体吸收的全链条营养变化搭建了重要的科学桥梁。它表明，评价食品的营养价值，不能只看其出厂成分表，还需要深入了解其在消化过程中的行为，而这正是未来个性化营养和食品设计需要攻克的前沿课题。
