3-硝基氧丙醇对丹麦红牛乳成分及奶酪加工特性的影响

《International Dairy Journal》：Effect of 3-Nitrooxypropanol on milk composition and cheese-making properties in milk from Danish Red cows

　　

本研究的目的是确定在泌乳丹麦红牛日粮中添加3-硝基氧丙醇（3-NOP）对乳成分性状和奶酪加工特性的影响。研究采用交叉设计，共纳入来自商业牧场的320头奶牛，分为2个试验期，每期奶牛被分配到2个处理组之一：（1）对照日粮；（2）在对照日粮基础上添加58 mg/kg饲料干物质的3-NOP。研究人员从各处理组采集部分个体奶牛乳样，分析乳的一般成分、脂肪酸（FA）组成、蛋白质组成、酪蛋白胶束尺寸及凝乳特性。此外，研究人员使用GreenFeed装置测定了部分动物的肠道气体排放。添加3-NOP与乳中β-羟基丁酸（BHB）浓度降低相关，而乳脂肪、蛋白质含量及FA组成未观察到显著变化。在蛋白质组成方面，α_s1-酪蛋白（CN）的相对比例增加，而其他主要蛋白质或其蛋白型（proteoforms）在添加3-NOP后未见变化。此外，添加3-NOP未影响凝乳酶诱导的乳凝乳能力。气体排放测量证实了3-NOP的甲烷减排效果。总体而言，以58 mg/kg饲料干物质的剂量向泌乳丹麦红牛饲喂3-NOP可降低甲烷排放，且对用于奶酪生产的乳成分及凝乳能力无不利影响。

**论文解读：3-硝基氧丙醇对丹麦红牛乳成分及奶酪加工特性的影响**

**一、研究背景与问题**

奶牛乳中蛋白质的数量和组成直接影响其营养特性和加工特性。乳蛋白中约80%为酪蛋白（CN），包括α_s1-、α_s2-、β-和κ-酪蛋白，它们与钙磷等矿物质形成酪蛋白胶束。凝乳酶诱导的凝乳是奶酪和发酵乳制品生产的基础，该过程中κ-酪蛋白的多电解质刷被酶解切割，破坏胶束间斥力，促使胶束聚集形成凝胶。既往研究表明，蛋白质组成的微小差异即可显著改变乳的凝乳能力，因此理解影响乳蛋白谱及凝乳特性的因素十分必要。

遗传变异和翻译后修饰（PTM）导致乳蛋白组成的高度变异性，而饲喂和管理措施通常对蛋白组成影响较小，相关变化主要与日粮代谢能（ME）和蛋白质含量有关。近年来，动物饲料行业出现了旨在减少反刍动物肠道甲烷（CH₄）排放的新型饲料添加剂，其中3-硝基氧丙醇（3-NOP）在奶牛中显示出显著的CH₄减排效果。3-NOP的作用机制是抑制产甲烷菌中甲基辅酶M还原酶（MCR）的活性，从而阻断甲烷生成的最后一步。这可能导致瘤胃发酵参数和微生物生态改变，并可能通过影响干物质采食量（DMI）、微生物蛋白合成和营养利用效率，间接改变乳成分。已有研究一致报道3-NOP改变乳脂肪酸（FA）组成，但多数研究未发现乳蛋白含量显著变化。然而，有研究者观察到3-NOP可增加乳中酪蛋白含量，或改变特定酪蛋白的相对比例。尽管这些变化被认为与乳中各蛋白间的相互关系有关，但尚无研究对3-NOP饲喂奶牛乳中蛋白质组成进行深入分析，并将其与乳蛋白的功能特性相联系。

考虑到3-NOP可能影响乳蛋白组成及其凝乳特性，研究人员设计了本研究，旨在评估3-NOP对奶牛乳成分（包括FA组成、蛋白质谱和凝乳酶凝乳特性）的影响。

**二、研究设计与技术方法**

试验在丹麦一个商业化牧场进行，时间为2021–2022年冬季。采用交叉设计，包含两个15天的试验期和9天适应期。试验奶牛饲喂部分混合日粮（PMR），干物质采食量（DMI）为22.2 kg/d，3-NOP添加量为58 mg/kg日粮干物质（经采食量校正后）。共选取76头奶牛（每处理38头）用于乳样分析，另选52头奶牛用于气体排放数据收集，其中19头奶牛同时属于两个数据集。

关键技术方法包括：（1）使用Milkoscan 7 RM红外分析仪测定乳一般成分（脂肪、蛋白、尿素、BHB、丙酮和体细胞数）；（2）采用反相液相色谱-质谱联用（LC-MS）鉴定和定量乳蛋白谱及特定PTM蛋白型；（3）使用Zetasizer LAB测定酪蛋白胶束尺寸；（4）基于扩散波光谱（DWS）的Rheolaser? Master系统测定凝乳酶诱导凝乳的流变学特性，包括弹性指数（EI）、凝胶点、最大弹性指数（EI_max）和凝块硬化速率（CFR）；（5）使用GreenFeed装置测定个体动物的CH₄、CO₂和H₂排放。

**三、研究结果**

**3.1 乳成分性状**

一般乳成分分析显示，3-NOP处理对乳脂肪、蛋白质和尿素含量无显著影响。但3-NOP组乳中β-羟基丁酸（BHB）浓度显著低于对照组（P < 0.001），且两组乳中BHB浓度均低于亚临床酮病的阈值（0.08 mmol/L），表明奶牛能量需求得到充分满足。丙酮含量和体细胞数（SCC）在两组间无显著差异。乳FA组成方面，3-NOP处理未引起任何FA的显著变化，这可能表明丹麦红牛对3-NOP的乳脂代谢响应低于荷斯坦牛。乳蛋白组成中，仅α_s1-CN的相对比例在3-NOP组显著升高（P = 0.03），而其他主要蛋白（α_s2-CN、β-CN、κ-CN、α-乳清蛋白、β-乳球蛋白）及其蛋白型均无显著变化。酪蛋白胶束尺寸在处理间无差异。

**3.2 乳的凝乳能力**

采用Rheolaser系统监测凝乳酶诱导的凝乳过程，获得的MSD曲线和EI曲线符合典型乳凝胶特征。结果显示，凝乳参数T1（EI开始增加的时间）、凝胶点、T3（EI达到稳定的时间）、EI_max和CFR在处理间均无显著差异。由于乳蛋白含量和组成在处理间差异很小，这一结果在预期之中。

**3.3 肠道气体排放**

与对照组相比，3-NOP组奶牛的CH₄产量（g/d）和CH₄强度（g/kg能量校正乳）分别平均降低38.5%和36.2%。CO₂产量在3-NOP组显著降低，但CO₂强度存在处理与胎次的交互作用：3-NOP对初产牛无影响，但显著增加了经产牛的CO₂强度。H₂排放（产量和强度）在处理与胎次之间存在交互作用，3-NOP补充导致经产牛的H₂排放增加幅度大于初产牛。

**四、讨论与结论**

本研究中3-NOP的甲烷减排幅度（约38%）处于既往同类剂量研究报道的较高范围，且这是首个针对丹麦红牛的研究，可能反映品种、管理体系和基础日粮差异的影响。气体排放数据验证了3-NOP在该牧场的甲烷减排效果。乳成分和凝乳特性未受3-NOP不利影响，这对奶农、生产者和消费者是有利的，因为（1）有助于在不影响乳品质的前提下采用3-NOP添加剂；（2）支持标准化的产品加工流程，维持现有乳制品营养和感官特性的一致性；（3）符合消费者期望。

研究结论是：3-NOP补充在丹麦红牛中证实具有甲烷减排效果，且未改变整体乳成分、详细FA组成和凝乳酶诱导凝乳特性。在详细蛋白组成中，观察到α_s1-CN相对比例增加，其他主要乳蛋白及其蛋白型保持不变。未来应进一步研究酸诱导凝胶等乳蛋白相关特性，以及检测乳中是否存有3-NOP代谢产物。