奶牛乳房炎是全世界奶牛業(yè)中最常見、治療最昂貴、造成損失最大的疾病之一，嚴重影響牛乳營養(yǎng)品質(zhì)。臨床乳房炎在我國發(fā)病率高，更有不良商家在健康原料乳中摻雜乳房炎牛乳，不僅嚴重影響乳制品的風味品質(zhì)，更對消費者的健康影響極大。代謝組學是對生物體內(nèi)代謝物進行定量分析并尋找代謝物與生理病理變化關(guān)系的一種新型研究方式。電子鼻和電子舌統(tǒng)稱智能感官，是一種模擬人類味覺和嗅覺的仿生儀器。
本研究以健康牛乳與臨床乳房炎牛乳為研究對象，采用代謝組學技術(shù)結(jié)合智能感官比較樣品的風味和滋味物質(zhì)差異，旨在為鑒別健康牛乳和臨床乳房炎牛乳提供數(shù)據(jù)支持，為原料乳質(zhì)量控制提供科學依據(jù)，進而提高乳制品的風味品質(zhì)。
01 乳成分分析結(jié)果
如表1和圖1所示，脂肪質(zhì)量分數(shù)、密度、蛋白質(zhì)量分數(shù)、冰點4 個指標P值均小于0.05，具有顯著差異，與健康組相比，乳房炎組牛乳脂肪質(zhì)量分數(shù)顯著降低（P＜0.05）。脂肪在體細胞數(shù)量較多的牛乳中顯著下降，可能是由于乳房發(fā)炎期間乳腺細胞合成和分泌能力下降。乳房炎牛乳中蛋白質(zhì)含量增加，可能是由于奶牛患乳房炎后會增加乳房毛細血管的通透性，從而使蛋白含量增加。其余指標在兩種牛乳間差異不顯著（P＞0.05）。
由圖2可知，電子鼻可以有效區(qū)分臨床乳房炎牛乳和健康牛乳樣品，PC1貢獻率達92.7%，可以很好地反映樣品的整體信息。電子鼻的18 個傳感器對兩種牛乳的風味化合物皆有響應(yīng)，并且響應(yīng)值各不相同。除LY2/LG傳感器響應(yīng)強度差異不顯著，其余17 個傳感器對兩種牛乳的響應(yīng)值均表現(xiàn)出顯著差異（P＜0.05）。在健康牛乳中，T70/2、T40/2傳感器有顯著響應(yīng)，對應(yīng)香氣增加。在乳房炎牛乳中，P30/1、LY2/gCT、P40/2、LY2/G等傳感器具有顯著響應(yīng)，對應(yīng)的不愉快臭味增加。結(jié)合傳感器對應(yīng)參考化合物的風味特征，由表2可知，奶牛患乳房炎后，其分泌的乳汁不新鮮，存在一定的刺激性氣味，加工價值降低。
03 電子舌分析結(jié)果
由圖3電子舌PCA圖可知，乳房炎組和健康組牛乳滋味不同，有明顯區(qū)分，PC1貢獻率為67%，所占權(quán)重大，PC2貢獻率為33%。所用傳感器包括CTS（咸）、NMS（鮮）、AHS（酸）、SCS（苦）、ANS（甜）5 個專一屬性和2 個綜合屬性（PKS、CPS）。健康牛乳中ANS傳感器有顯著響應(yīng)，乳房炎牛乳中SCS傳感器響應(yīng)強度較高。其余傳感器探頭響應(yīng)強度有差異但不顯著。
如圖4所示，利用基于H NMR的代謝組學技術(shù)從牛乳樣本中共精確定性和定量54 種分子，主要為氨基酸、有機酸、碳水化合物、核苷、核苷酸及其衍生物等化合物。
利用基于H NMR的代謝組學技術(shù)結(jié)合智能感官、乳成分分析儀，探究臨床乳房炎對牛乳理化特性、風味和滋味物質(zhì)的影響。結(jié)果表明，電子鼻和電子舌能夠成功區(qū)分健康牛乳和乳房炎牛乳氣味和滋味的差異。采用H NMR技術(shù)對健康牛乳和乳房炎牛乳的小分子物質(zhì)進行測定，共分析鑒定出54 種化合物，其中23 種分子含量在兩組牛乳樣本中差異顯著。具體表現(xiàn)為乳房炎牛乳中氨基酸和有機酸的含量明顯增加，導致乳制品產(chǎn)生不愉悅的酸臭味。本研究為鑒別健康牛乳和臨床乳房炎牛乳提供數(shù)據(jù)支持，為原料乳質(zhì)量控制提供科學依據(jù)，有助于提高乳制品的風味品質(zhì)。
參考文獻：盧璇,張茜,趙宇軒,等.基于代謝組學技術(shù)結(jié)合智能感官探究臨床乳房炎對牛乳風味和滋味物質(zhì)的影響[J].食品科學,2023,44(20):260-267.
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本研究以健康牛乳與臨床乳房炎牛乳為研究對象，采用代謝組學技術(shù)結(jié)合智能感官比較樣品的風味和滋味物質(zhì)差異，旨在為鑒別健康牛乳和臨床乳房炎牛乳提供數(shù)據(jù)支持，為原料乳質(zhì)量控制提供科學依據(jù)，進而提高乳制品的風味品質(zhì)。
01 乳成分分析結(jié)果
如表1和圖1所示，脂肪質(zhì)量分數(shù)、密度、蛋白質(zhì)量分數(shù)、冰點4 個指標P值均小于0.05，具有顯著差異，與健康組相比，乳房炎組牛乳脂肪質(zhì)量分數(shù)顯著降低（P＜0.05）。脂肪在體細胞數(shù)量較多的牛乳中顯著下降，可能是由于乳房發(fā)炎期間乳腺細胞合成和分泌能力下降。乳房炎牛乳中蛋白質(zhì)含量增加，可能是由于奶牛患乳房炎后會增加乳房毛細血管的通透性，從而使蛋白含量增加。其余指標在兩種牛乳間差異不顯著（P＞0.05）。
表1 乳房炎牛乳和健康乳成分含量及變化趨勢
圖1 顯著性差異指標箱線圖
02 電子鼻分析結(jié)果由圖2可知，電子鼻可以有效區(qū)分臨床乳房炎牛乳和健康牛乳樣品，PC1貢獻率達92.7%，可以很好地反映樣品的整體信息。電子鼻的18 個傳感器對兩種牛乳的風味化合物皆有響應(yīng)，并且響應(yīng)值各不相同。除LY2/LG傳感器響應(yīng)強度差異不顯著，其余17 個傳感器對兩種牛乳的響應(yīng)值均表現(xiàn)出顯著差異（P＜0.05）。在健康牛乳中，T70/2、T40/2傳感器有顯著響應(yīng)，對應(yīng)香氣增加。在乳房炎牛乳中，P30/1、LY2/gCT、P40/2、LY2/G等傳感器具有顯著響應(yīng)，對應(yīng)的不愉快臭味增加。結(jié)合傳感器對應(yīng)參考化合物的風味特征，由表2可知，奶牛患乳房炎后，其分泌的乳汁不新鮮，存在一定的刺激性氣味，加工價值降低。
圖2 健康和乳房炎牛乳的電子鼻PCA得分圖(A)和載荷圖(B)
表2 不同傳感器對應(yīng)的參考化合物
表2 不同傳感器對應(yīng)的參考化合物
由圖3電子舌PCA圖可知，乳房炎組和健康組牛乳滋味不同，有明顯區(qū)分，PC1貢獻率為67%，所占權(quán)重大，PC2貢獻率為33%。所用傳感器包括CTS（咸）、NMS（鮮）、AHS（酸）、SCS（苦）、ANS（甜）5 個專一屬性和2 個綜合屬性（PKS、CPS）。健康牛乳中ANS傳感器有顯著響應(yīng)，乳房炎牛乳中SCS傳感器響應(yīng)強度較高。其余傳感器探頭響應(yīng)強度有差異但不顯著。
圖3 健康和乳房炎牛乳的電子舌PCA得分圖(A)和載荷圖(B)
04 H NMR分析結(jié)果如圖4所示，利用基于H NMR的代謝組學技術(shù)從牛乳樣本中共精確定性和定量54 種分子，主要為氨基酸、有機酸、碳水化合物、核苷、核苷酸及其衍生物等化合物。
圖4 乳房炎乳HNMR波譜圖
乳酸、異亮氨酸、醋酸、亮氨酸、3-羥基丁酸、精氨酸、纈氨酸在乳房炎牛乳中含量較高，其中4 種屬于氨基酸類，其余3 種屬于有機酸類。研究表明，在臨床乳房炎牛乳樣中，游離氨基酸（異亮氨酸、亮氨酸、精氨酸、纈氨酸）含量明顯增加 。氨基酸含量顯著增加的原因可能是較高的病原特異性發(fā)酵和蛋白質(zhì)降解活性增強 。根據(jù)氨基酸的呈味特性與味覺強弱，將纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、精氨酸歸類于苦味氨基酸。因此，可以判斷乳房炎牛乳具有明顯的苦味。乳酸可以由牛乳中的微生物產(chǎn)生，也可以通過乳房炎癥后上皮細胞無氧呼吸產(chǎn)生。牛乳中的細菌會導致獨特的代謝圖譜，表現(xiàn)為乳酸含量升高。在本研究中，臨床乳房炎組的乳酸代謝水平顯著增加。醋酸是牛乳關(guān)鍵風味成分，具有較強的酸味，在較高濃度下會產(chǎn)生異味。丁酸在低濃度時具有奶香味，而含量過高時就會呈現(xiàn)較強的酸臭味。
與健康牛乳相比，乙酰肉堿、組氨酸、丙二酸鹽、二甲基砜、麥芽糖、胞嘧啶核苷、三甲胺氮氧化物、肌酸、膽堿、檸檬酸、延胡索酸酯、順烏頭酸、2-氧戊二酸鹽、肌酸酐、乳糖、甘氨酸在乳房炎牛乳中含量下降。這些分子主要參與能量和碳水化合物代謝、蛋白質(zhì)代謝。三羧酸循環(huán)是主要的代謝途徑，參與此代謝的化合物如檸檬酸、順烏頭酸、2-氧戊二酸鹽在乳房炎牛乳樣品中含量顯著減少。檸檬酸可與糖共同代謝，在酶的催化下經(jīng)多次轉(zhuǎn)化最終形成丙酮酸，而丙酮酸的消耗則可能會產(chǎn)生其他揮發(fā)性風味物質(zhì)。延胡索酸酯是三羧酸循環(huán)和尿素的中間產(chǎn)物。體細胞數(shù)量高的乳房炎牛乳中延胡索酸酯含量下降的原因可能是因為細菌感染或酮癥導致三羧酸循環(huán)功能受損，影響能量代謝，從而引起延胡索酸酯從乳腺上皮分泌或泄漏到牛乳中。甘氨酸是結(jié)構(gòu)最簡單的天然氨基酸，參與體內(nèi)多種代謝過程，是肝臟中合成肌酸的主要氨基酸。肌酸大部分以磷酸肌酸的形式存在于肌肉中，參與能量代謝。乳糖是牛乳中一種重要的碳水化合物，當奶?；寂R床乳房炎后，乳腺細胞膜被破壞，血液成分流入牛乳中。為維持滲透壓穩(wěn)定，乳糖含量下降。肉堿是機體內(nèi)一種氨基酸衍生物，參與體內(nèi)骨骼肌能量代謝、脂代謝、糖代謝等過程。肉堿在中間代謝的主要功能是將長鏈脂肪酸從細胞質(zhì)運輸?shù)骄€粒體基，其前體物質(zhì)是賴氨酸和甲硫氨酸，因此肉堿的缺乏會導致氨基酸代謝譜異常。肉堿在臨床乳房炎牛乳中含量下降的原因可能是能量代謝受損。
04 結(jié)論與健康牛乳相比，乙酰肉堿、組氨酸、丙二酸鹽、二甲基砜、麥芽糖、胞嘧啶核苷、三甲胺氮氧化物、肌酸、膽堿、檸檬酸、延胡索酸酯、順烏頭酸、2-氧戊二酸鹽、肌酸酐、乳糖、甘氨酸在乳房炎牛乳中含量下降。這些分子主要參與能量和碳水化合物代謝、蛋白質(zhì)代謝。三羧酸循環(huán)是主要的代謝途徑，參與此代謝的化合物如檸檬酸、順烏頭酸、2-氧戊二酸鹽在乳房炎牛乳樣品中含量顯著減少。檸檬酸可與糖共同代謝，在酶的催化下經(jīng)多次轉(zhuǎn)化最終形成丙酮酸，而丙酮酸的消耗則可能會產(chǎn)生其他揮發(fā)性風味物質(zhì)。延胡索酸酯是三羧酸循環(huán)和尿素的中間產(chǎn)物。體細胞數(shù)量高的乳房炎牛乳中延胡索酸酯含量下降的原因可能是因為細菌感染或酮癥導致三羧酸循環(huán)功能受損，影響能量代謝，從而引起延胡索酸酯從乳腺上皮分泌或泄漏到牛乳中。甘氨酸是結(jié)構(gòu)最簡單的天然氨基酸，參與體內(nèi)多種代謝過程，是肝臟中合成肌酸的主要氨基酸。肌酸大部分以磷酸肌酸的形式存在于肌肉中，參與能量代謝。乳糖是牛乳中一種重要的碳水化合物，當奶?；寂R床乳房炎后，乳腺細胞膜被破壞，血液成分流入牛乳中。為維持滲透壓穩(wěn)定，乳糖含量下降。肉堿是機體內(nèi)一種氨基酸衍生物，參與體內(nèi)骨骼肌能量代謝、脂代謝、糖代謝等過程。肉堿在中間代謝的主要功能是將長鏈脂肪酸從細胞質(zhì)運輸?shù)骄€粒體基，其前體物質(zhì)是賴氨酸和甲硫氨酸，因此肉堿的缺乏會導致氨基酸代謝譜異常。肉堿在臨床乳房炎牛乳中含量下降的原因可能是能量代謝受損。
利用基于H NMR的代謝組學技術(shù)結(jié)合智能感官、乳成分分析儀，探究臨床乳房炎對牛乳理化特性、風味和滋味物質(zhì)的影響。結(jié)果表明，電子鼻和電子舌能夠成功區(qū)分健康牛乳和乳房炎牛乳氣味和滋味的差異。采用H NMR技術(shù)對健康牛乳和乳房炎牛乳的小分子物質(zhì)進行測定，共分析鑒定出54 種化合物，其中23 種分子含量在兩組牛乳樣本中差異顯著。具體表現(xiàn)為乳房炎牛乳中氨基酸和有機酸的含量明顯增加，導致乳制品產(chǎn)生不愉悅的酸臭味。本研究為鑒別健康牛乳和臨床乳房炎牛乳提供數(shù)據(jù)支持，為原料乳質(zhì)量控制提供科學依據(jù)，有助于提高乳制品的風味品質(zhì)。
參考文獻：盧璇,張茜,趙宇軒,等.基于代謝組學技術(shù)結(jié)合智能感官探究臨床乳房炎對牛乳風味和滋味物質(zhì)的影響[J].食品科學,2023,44(20):260-267.
提醒：文章僅供參考，如有不當，歡迎留言指正和交流。且讀者不應(yīng)該在缺乏具體的專業(yè)建議的情況下，擅自根據(jù)文章內(nèi)容采取行動，因此導致的損失，運營方不負責。如文章涉及侵權(quán)或不愿我平臺發(fā)布，請聯(lián)系小編。
