牛奶体细胞数的影响因素及其调控技术

■陈连民 陈前岭 王梦芝

(1.扬州大学动物科学与技术学院，江苏扬州 225009；2.江苏省泗阳县畜牧兽医站，江苏泗阳 223700)

牛奶体细胞数（Somatic cell count，SCC）是指每毫升牛奶中所含有体细胞的数量，SCC上升会引起奶牛产奶量下降以及乳成分的改变，影响牛奶品质、加工工艺以及乳制品风味的稳定[1]。当前大多数发达国家已经将SCC的检测作为原料奶收购质量安全评价的一项重要指标。以美国为主导的西方发达国家对原料奶收购SCC限定在75万个/ml，欧盟则要求更高，限定在40万个/ml。我国奶业总体生产水平较低且各地区参差不齐，因此仍未对原料奶收购SCC做出限定，这与发达国家相比存在一定的差距[2]。因此，发掘能够在生产实践中降低SCC切实有效的办法对于我国高品质牛奶的生产具有切实的意义。本文即对SCC的来源与危害、主要影响因素以及调控技术进行综述，旨在为生产中降低原料乳体细胞数提供一些技术参考。

1 牛奶体细胞的来源及其对生产的影响

1.1 来源

牛奶中的体细胞包括从乳腺腺泡脱落的上皮细胞和参与机体免疫的巨噬细胞、淋巴细胞、多形核嗜中性白细胞等免疫细胞。健康泌乳牛乳腺分泌的牛奶中体细胞组成主要为巨噬细胞（45%～88%）、多形核白细胞（2%～40%）和淋巴细胞（6%～20%）以及极少量的嗜酸性粒细胞和乳腺脱落的上皮细胞。健康奶牛会因品种、年龄胎次等原因引起SCC数量一定程度波动，但稳定在20～30万个/ml[3-4]。当奶牛乳腺被外源致病菌如：大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等感染引起炎症时，牛奶体细胞的组成种类以及数量会随着自身免疫防御机制的起动，在短短几个小时内迅速发生大的上升，免疫细胞组成类型中90%以上为嗜中性粒细胞，嗜中性粒细胞主要起着抗炎的防御功能作用[5-6]。

1.2 对奶牛生产性能的影响

高SCC奶对奶牛生产性能的危害主要表现在两个方面：其一，造成产奶量的下降。前人大量基于SCC与产奶量的关系回归分析发现，SCC在20万个/ml的基础上每增加10万个/ml，产奶量将减少2.5%[7]；其二，造成乳成分组成及理化性质的改变。Kitchen（1981）总结了高SCC乳和正常乳成分组成的差异发现，相对于正常乳高SCC乳的乳蛋白、乳脂以及乳糖含量出现不同程度下降，但差异并不显著。在对总乳蛋白的组成成分进一步分析中发现：相比正常乳，高SCC乳中酪蛋白比正常乳低近19%、乳清蛋白则高出正常乳95%、乳铁蛋白和免疫球蛋白又分别高出正常乳40倍和12倍[8](见表1)。血清白蛋白、乳铁传递蛋白及免疫球蛋白是反映机体免疫状态的重要指标，其浓度的上升反映出机体正由生产状态下酪蛋白的合成转向免疫防御状态下免疫球蛋白等的合成，导致牛奶成分的改变。另外，高SCC牛奶也增加了致病菌和抗生素残留的风险。因为高SCC奶预示着奶牛乳房炎的发生，致病菌对患有炎症的乳房分泌的牛奶污染将增加，生产中为迫切保证奶产量用抗生素进行治疗的可能性也会增加，药物残留将对人类健康造成极大危害[9]。

表1 常乳与高SCC乳成分组成比较[8](%)

1.3 对原料乳加工的影响

高SCC原料乳影响酸奶发酵、牛奶风味以及奶酪、黄油等产品品质主要与其组分和理化性质有关。高SCC奶中乳脂较低，影响黄油的产量；乳蛋白中酪蛋白含量低，影响奶酪的加工及品质[10]。高SCC奶中还含有较多白细胞。白细胞一方面会产生免疫球蛋白等抑菌因子抑制乳酸菌的繁殖，影响酸奶发酵；另一方面，白细胞中含有过氧化氢酶，能够催化奶中不饱和脂肪酸过氧化物裂解，产生有不良气味的羰基化合物从而影响产品风味[11]。此外，因奶中SCC较高，牛奶导电性增加，离子平衡被打破，表现为钠离子和氯离子增加，钙离子和钾离子减少，原料乳pH值波动变大。在酸奶发酵中，益生菌对牛奶pH值有着严格的要求，pH值的波动影响了接种菌种的繁殖以及凝乳酶的产生，使凝固型酸奶乳清析出，凝乳疏松而易碎裂，酸奶发酵品质难以稳定。另外，钠离子和氯离子的增加也使牛奶易产生苦味和咸味，影响口感[12]。

2 牛奶体细胞数的主要影响因素

SCC受多种因素的影响，如：奶牛的不同泌乳阶段SCC变化差异与不同泌乳时期泌乳量差异有关。健康乳腺产生SCC相对恒定，在泌乳的高峰期由于产奶量较高SCC得以稀释降低，而泌乳初期和干奶期奶牛泌乳量相对较低，使得SCC处在较高水平[13]。此外，不同遗传种质资源、环境因素、饲养管理因素也会引起SCC的变化[14]。以上因素对SCC变化都有着不同程度的影响，但相关学者研究认为外源致病菌对乳腺的侵袭感染是引起SCC大幅度变化的主要原因[15-16]。

前人研究发现乳腺是否受外源病原微生物感染而患有炎症与乳中SCC存在紧密的相关关系，一般认为乳中SCC达到50万/ml以上奶牛即可判定患有不同程度的乳房炎[17-18]。致病菌通过乳导管入侵乳腺内部并释放炎症因子，白细胞和乳腺上皮细胞产生必要的炎症反应以消除入侵的病原体。这些细胞通过释放趋化因子，使血管中多形核细胞作变形运动迅速向炎症部位富集，进行免疫防御，这时牛奶中体细胞90%以上为嗜中性粒细胞。嗜中性粒细胞可以通过吞噬作用消灭病原体，在吞噬的过程中多形核白细胞能够释放氧化活性物质进入病原体的空泡中杀灭入侵病原体[15-16]。乳腺感染初期，奶中SCC会迅速变化并在炎症进一步加剧时达到峰值，然后再随着炎症的恢复逐步下降，且这种变化趋势与所感染的致病菌种类也有着很大的关系[19]。Haas等对274个牛场2万多头奶牛不同病原菌造成的乳腺感染对SCC变化的影响结果表明：由大肠杆菌感染乳腺引起的乳中SCC变化在感染时出现高峰（150～200万/ml），感染后下降较快，而被金黄色葡萄球菌感染的乳腺乳中SCC高峰值较高（180～220万/ml），且在感染后较长的一段时间内SCC不能恢复到正常水平[20]。

3 降低牛奶体细胞的调控技术及其机制

3.1 微生态活菌制剂

微生态活菌制剂降低SCC的作用机理主要表现在两个方面。第一，通过发酵改善饲料的营养成分，提高饲料消化吸收效率，改善泌乳性能从而降低SCC数量。在发酵过程中，微生物分泌蛋白酶等可以将饲料中的大分子蛋白降解为小分子蛋白或者小肽，动物采食发酵后的饲料蛋白质的吸收利用效率进一步提高。并且在发酵过程中微生物可以非蛋白氮等合成微生物蛋白，进一步提高饲料蛋白含量。在利用白腐真菌、黄孢原毛平革菌等对反刍动物粗饲料进行发酵时，木质纤维素的复杂结构可以被破坏，从而提高中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、酸性洗涤木质素、纤维素及半纤维素等在瘤胃中的降解率，提高乙酸等挥发性脂肪酸的产生量进而机体的能量供应增加，泌乳性能也将得到提高[21]。另外，利用微生物对饲料进行发酵可以消除饲料中的一些抗营养因子如游离棉酚、植物凝集素、黄曲霉素B1等，降低了此类物质对动物机体的危害，提高饲料消化利用效率从而提高泌乳量，减少SCC。

第二，通过在宿主胃肠道建立优势微生物区系，保证消化道内环境的稳定健康，并释放抗菌肽等活性物质改善机体免疫从而降低SCC。日粮添加益生菌，动物采食后在适宜消化道环境下迅速繁殖建立优势菌群与有害菌争夺消化道附着点以及营养物质，并产生抗菌肽等具广谱抗菌作用的先天性免疫重要效应分子参与宿主免疫防御，杀灭入侵的外源病原微生物。当前关于抗菌肽的杀菌机制研究主要分为胞外杀菌和胞内杀菌两种。胞外杀菌是因为带正电荷的抗菌肽分子与革兰氏阳性菌细胞膜上的磷壁酸、脂磷壁酸、赖氨酰磷脂酰甘油结合或与通过静电吸引与革兰氏阴性菌细胞膜上脂多糖的负电荷结合于磷脂膜上，随后抗菌肽的疏水端插入细菌胞膜的脂质膜中，牵引整个分子进入质膜，扰乱质膜上脂质和蛋白排列顺序，再通过分子间的位移聚合形成跨膜离子通道使细胞内容物外泄，胞内因离子大量丢渗透压变化而死亡；胞内杀菌指的是抗菌肽能够穿过胞膜进入胞质，抑制细胞内的生化过程。如抗菌肽in⁃dolicidin能够抑制大肠杆菌DNA的合成以及向RNA的转录，引起蛋白合成降低从而最终导致细菌死亡[22-23]。除了抗菌肽的直接杀菌作用，其也可以通过间接机制发挥抗感染保护作用。如低浓度下可作为免疫调节分子调节机体免疫功能、抑制脂多糖诱导的前炎症细胞因子的产生、作为趋化因子诱导细胞因子产生等[24]。

3.2 中草药制剂

中草药在降低SCC中，一方面其作为免疫调节剂对乳房炎有着预防和治疗的效果。中草药中免疫增强物质包括能够激活T细胞、B细胞、自然杀伤细胞（LAK）等免疫细胞，产生诸如IL-3、CSFS等活性因子进而补体途径的多糖类；能够有效促进动物吞噬细胞吞噬功能、淋巴细胞转化及抗体与干扰素的产生皂苷类；含有复杂杂环结构的有特殊生物活性，起抗炎和免疫调节作用的生物碱类；能够显著提高抗原免疫原性的黄酮类以及具有抗菌、抗炎、抗过敏作用的挥发性油类[25-26]。有关奶牛日粮添加中草药的研究证实其可以提高血清蛋白水平，增强中性粒细胞的吞噬能力，并能够抑制大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、链球菌等有害菌增殖从而对乳房炎起到防治的作用。王子敬等（2013）用金银花、连翘、蒲公英等6种中草药饲喂患乳房炎的奶牛，发现治愈率高达80%，并且提高了产奶量降低了SCC[27]。

另一方面，也有研究报道饲喂当归、党参、山渣、王不留行等原料混合而成的中草药添加剂，能够延缓乳腺细胞衰老退化，提高血清生长激素水平以及抗氧化指标，使得SCC得以降低[28-29]。近年来关于细胞衰老退化的基因研究发现，调控细胞衰老退化的基因大多可归类到AMPK、SIR-2、TOR以及IIS这4条信号通路[30]。在借助野生型线虫N2模型研究中草药成分淫羊藿苷对IIS通路影响中发现其次级衍生物淫羊藿次苷II（ICS II）可以显著提高N2线虫热应激及氧化应激能力，延缓衰老相关肌肉萎缩并能降低PolyQ、Aβ1-42蛋白毒性，通过抑制IIS通路增强FOXO/DAF-16转录活性，发挥抗衰老作用[31]。此外，因中草药制剂组分配比复杂，各种药物成分间的组合效应也是影响其作用效果发挥的重要因素。在用灰关联度分析方法研究指纹图谱和药效之间的关系中发现，指纹图谱中各个峰所代表的中草药黄氏各化学成分与提高机体免疫力作用具有一定关联（R2＞0.6），说明黄芪提高机体免疫力作用依赖其“化学成分群”的共同作用[32]。祁生旺等（2011）利用金银花、连翘、黄柏等纯中药制剂研究其对SCC的改善效果发现中药制剂的使用有降低SCC的趋势，但差异并不显著，认为可能与其成分配比也有一定关系[33]。

3.3 能量补充剂

奶牛产犊后启动泌乳，但因产犊应激等造成其采食量下降并且日粮的消化吸收率也会出现下滑，而产奶量则是快速增加，造成其摄入的能量等营养物质与产奶输出不对等，产生能量负平衡（NEB）现象。处于NEB的奶牛体脂、体蛋白会大量动员以满足产奶需要，大量的体脂动员会增加肝脏代谢的负担引起酮病、脂肪肝等代谢病，进而影响奶牛的机体健康以及产奶性能[34-35]。正是在奶牛围产期这一特殊时期，通过饲喂能量补充剂达到缓解其因能量不足造成的掉膘现象，保证产奶牛身体健康及产奶量，并对外源致病菌具有较强免疫抵抗能力，这将极大地降低乳房炎等疾病的发生几率，从而对SCC的调控起到作用。

目前，市场上已被开发的能量补充剂包括过瘤胃葡萄糖、淀粉、脂肪、氨基酸以及丙二醇等。王聪等（2013）向日粮中添加不同剂量能够被瘤胃壁快速吸收，并通过糖异生作用转化为葡萄糖的丙二醇制剂，研究其对围产期奶牛血液生化指标的影响。发现试验组在奶牛分娩后的前3周其血糖浓度显著地高于对照组，且血清中胰岛素的浓度也有一定的增加，认为丙二醇的使用缓解了奶牛NEB，并缓解了肝脏的代谢负担[36]。张克春等（2002）研究日粮添加过瘤胃脂肪对牛奶体细胞数影响，发现过瘤胃脂肪可以降低SCC，并缓解奶牛NEB相关的尿酮、游离脂肪酸等指标。除此以外，在对血液红细胞和白细胞进行计数时发现过瘤胃脂肪酸的使用并未对血液红细胞数造成影响，而血液白细胞数则有升高的趋势，说明试验组牛机体血清免疫指标可能优于对照组[37]。以上研究结果表明通过能量补充剂缓解奶牛NEB有着很好的效果，并能一定程度降低SCC改善乳品质，但这种通过改善NEB提高免疫能力从而降低SCC的具体机制鲜见报道。

3.4 维生素以及微量元素

有关维生素A、维生素C、维生素E、β-胡萝卜素、微量元素锌、硒等可以降低SCC的研究早有报道。此类物质为机体必不可少抗氧化养分，能够增强机体对乳房炎的抵抗能力，维持机体免疫细胞和上皮组织结构的完整性[38]。奶牛感染乳房炎后，随着感染程度的加深其血浆中维生素A及β-胡萝卜素的含量会进一步降低。维生素A具有增强机体清除过量自由基的功能，因而能够提高动物的免疫力。当维生素A缺乏时，会造成免疫球蛋白分泌量的减少，上皮细胞的免疫功能受阻，对抗原的免疫反应下降[39]。β-胡萝卜素一方面作为维生素A的前体物质，起着与其相似的功能；另一方面，其在低抗氧自由基对细胞损伤方面和维持机体抗氧化功能方面具有重要作用[40]。

乳腺乳头管表层具有一角蛋白层，是乳头上皮的第一道屏障。Salama等（2000）在泌乳羊的研究中用蛋氨酸锌饲喂奶山羊，发现试验组SCC相比对照组下降了24%，认为可能是因锌能够促进角蛋白的生成而提高乳房抗感染的能力。另外，锌因参与多种还原酶的组成和活化而具一定抗氧化作用[41]。吴显实（2009）[42]报道奶牛日粮添加富硒益生菌可以显著地降低SCC，并且检测了丙二醛等脂质过氧化产物，发现富硒益生菌的使用显著地降低了脂质的过氧化水平，提高了奶牛机体的抗氧化能力。

4 小结

微生态制剂、中草药制剂及能量补充剂等新型添加剂在改善奶牛机体健康和调控SCC中的运用，打破了以往通过单纯使用抗生素进行治疗的格局，缓解了药物残留造成的牛奶质量安全及环境污染等问题，也加快了畜牧生产的新鲜绿色无公害，环境友好可持续发展步伐。然而，虽然相关新型添加剂在SCC调控中的使用效果已在生产实践中得到证实，但诸如微生态制剂如何通过建立其优势区系达到调控SCC的机制；中草药制剂中具体是哪种或几种成分对SCC调控起主要作用等目前还不得而知。因此，未来在新型SCC调控剂的开发利用中还需要注重相关主要成分的挖掘及其具体的调控机制的研究。