采用响应面法对伊犁马乳脂率影响条件的研究

韩　东，刘玲玲，何美升，于　茜，马海玉，姜　鑫，曹　行，刘武军*（.新疆农业大学动物科学学院，新疆　乌鲁木齐　830052；2.新疆维吾尔自治区畜牧总站，新疆　乌鲁木齐　830009）



采用响应面法对伊犁马乳脂率影响条件的研究

韩东1，2，刘玲玲1，何美升1，于茜1，马海玉1，姜鑫1，曹行1，刘武军1*
（1.新疆农业大学动物科学学院，新疆乌鲁木齐830052；2.新疆维吾尔自治区畜牧总站，新疆乌鲁木齐830009）

摘要：以伊犁河谷地区昭苏马场的36匹伊犁马为研究对象，并采集其泌乳期的产奶量，利用乳成分测定仪测定马匹的乳脂率，分析乳脂率的影响因素，通过响应曲面的分析获得最佳变量水平。采用Box-Behnken Design响应曲面法对影响乳品品质的因素、不同胎次、不同时间段和不同泌乳月份进行探讨。结果表明在伊犁马第8胎次、采样时间点为16时、泌乳月份为8月时，乳脂率为最佳水平，为1.01%，为乳品质的选择提供基础参考。

关键词：伊犁马；乳脂率；响应面法

10.16863/j.cnki.1003-6377.2016.01.006

新疆是我国多民族聚居地，马匹种类众多，而马乳的资源也非常丰富。多个民族素有引用马乳和酸马乳的传统习惯[1]。乳营养丰富，是人类膳食结构中营养结构比较完善的一种食物，富含人类及新生儿所需的各种重要营养物质，包括氨基酸、维生素、矿物质等，参与人类大脑、免疫、神经和骨豁等系统的发育过程[2]。考核乳品质质量的重要指标一般为乳中蛋白质、干物质、脂肪、尿素氮以及体细胞数。乳蛋白质主要成分的含量对其营养价值和加工工艺有重要的影响[3]。乳脂肪除可为机体提供能量外，还具有一些生理活性，研究指出，乳脂中的中短链脂肪酸及不饱和脂肪酸均有益于人类健康[4]。马乳中的乳蛋白、乳脂肪含量和能量值都比较低，乳糖含量则较其他物种乳高。对牛奶过敏症婴儿来说，马乳是可以替代牛奶的食品。

在三岁之前对食物过敏的婴儿约占3%，Iacono等进行临床研究，首次指出这类儿童可食用驴奶，在后续研究中表明，马属动物(马、驴)乳的耐受性比反刍动物乳的耐受性高，原因可能是单胃的马属动物的特性与人类的生理特点比较接近[5]。在人们生活水平提高的同时，人们因为马乳独特的营养价值和保健功能而对马乳的需求越来越高。因此有必要对乳用型马匹培育，而且马乳饮品在我国的市场前景非常广阔。但是目前国内对伊犁马乳乳成分的研究较少，对乳的研究主要集中在奶牛方面。在吐尔逊古丽的研究中，探讨荷斯坦牛乳脂率、乳蛋白率的影响因素及其之间的相关关系[6]。王文强研究了不同泌乳阶段、不同胎次以及不同产奶量对常规乳成分及主要物理指标的影响[7]。本研究分析不同胎次、不同时间段以及不同泌乳月份对乳成分指标（乳脂率）的影响，为乳成分的最佳平衡点提供基础依据。

1　材料与方法

1.1材料

1.1.1试验对象

以昭苏马场中的第4、7、8胎次各12匹伊犁马为研究对象。

1.1.2产奶量数据采集

根据马的生理特点，母马每天挤乳4次（11时、13时、16时、18时），然后对当次泌乳量进行称量并对数据进行记录。

1.1.3日产奶量计算

利用萨伊金公式[8]，对母马日产奶量进行计算，用Excel整理产奶量数据。

1.1.4乳样的采集

在试验结束时，用流量计对36匹伊犁马逐匹取样，每匹马的采样量50 mL，使用专用的采样瓶。

1.1.5乳样的保存及运输

样品保存在2℃～7℃条件下，样品采集完成后，利用保温箱尽快将样品送回指定测定实验室，尽量在运输中保持低温条件，同时防止过度的摇晃。

1.1.6乳成分测定

利用乳成分测定仪测定乳脂率。

1.2分析方法

采用Design Expert 8.05软件中的Box-Behnken Design响应曲面法不同因素对乳品品质的影响。

1.3乳品品质试验设计

以乳品品质指标乳脂率为响应面值Y，以不同胎次（X1）（第4胎次、第7胎次、第8胎次）、不同时间点（X2）（11时、13时、16时）和不同泌乳月份（X3）（8月、9月、10月）为主要的考察因子（自变量），通过响应曲面的分析获得最佳变量水平。

2　结果与分析

2.1伊犁马乳成分的响应面实验设计

根据Box-Behnken中心组合实验设计原理，选取不同胎次、不同时间段、不同泌乳期三个影响因子，乳脂率为指标进行响应面实验设计，响应面设计因素水平如表1。

表1　响应面分析因子和水平表

2.2响应面实验结果分析

利用响应面法选择最佳乳成分水平，实验结果见表2。

表2　Box-Behnken实验设计与数据分析

续上表

2.3回归模型分析

对模型进行回归方程系数显著性分析见表3。

表3　Box-Behnken实验方差分析

对回归模型的方差分析可看出：p模型<0.01，表明模型高度显著，不同处理间的差异极显著；本研究所得模型的修正系数R2adj为0.7649，表明此模型可以对76.49%响应值的变化进行解释，因此，能够用该模型分析及预测乳脂率。

由表3可知，模型中二次项X1X2、X1X3差异显著（P<0.05）；二次项X12差异极显著（P<0.01）；一次项X1差异极显著（P<0.01），表明实验因素对响应值（乳脂率）的影响是一种非线性关系。因此，可以用此模型来分析和预测乳脂率最佳变量水平。

2.4参数估计

利用Design Expert软件对表2实验数据进行回归分析，回归系数见表4。

表4　回归模型参数估计

由表4可知，不同因素及各因素相互作用乳脂率的影响程度不同，从而得出二次多元回归模型：Y= 0.85+0.026X1+0.073X2-0.044X3+0.075X1X2-0.093X1X3+0.01X2X3-0.11X12-0.014X22-0.016X32。

2.5伊犁马乳中乳脂率响应面分析

经Box-Behnken Design响应曲面法分析，乳脂率的响应面如图1。

图1　不同胎次与不同时间段的响应曲面图

图1为泌乳月份固定在0水平即时间为9月，不同时间段与不同胎次的交互作用对伊犁马乳中乳脂率的影响。由图1可知，当胎次固定不变时，随着时间段的不同，乳脂率呈现上升的趋势。当固定时间段不变时，随着胎次的增加，乳脂率呈现先上升后下降的趋势。

图2　不同胎次与不同泌乳月的响应曲面图

图2为时间段固定在0水平即时间在13时，不同胎次与不同泌乳月份的交互作用对乳脂率的影响。由图2可知，当胎次固定不变时，随着泌乳月份的增大，乳脂率呈现上升的趋势。当泌乳月份固定不变时，随着胎次的增大，乳脂率呈现先上升后下降的趋势，上升趋势明显。

图3　不同时间段与不同泌乳月的响应曲面图

图3为胎次固定在0水平即在第7胎次时，不同时间段与不同泌乳月份的交互作用对乳脂率的影响。由图3可知，当固定时间段不变时，随着泌乳月份的增大，乳脂率呈现先上升后下降的趋势，但变化趋势不明显。当固定泌乳月份不变时，随着时间段的增加，乳脂率呈现先上升的趋势，上升趋势不明显。

3　讨论

3.1响应面法的应用

两个或者许多个因素之间的相互作用是通过响应面法来研究的[9]。它是在设计合理的实验情况下，通过对采集的数据进行处理，建立数据与所研究的对象之间的一种数学关系，即数学方程，通过对方程的研究，得出最佳的参数[10]。即建立因素与结果之间的公式，将因素与各因素之间的相互作用对响应值的影响进行定量化[11]。近年来响应面方法已成为降低成本、提高产品质量、优化加工工艺条件[12-13]、解决实践中实际问题的一种相当有效的方法，它已经广泛应用于农业、食品加工、化学等领域。且有研究利用响应面法对蛋白质进行分析[14]，因此利用响应曲面法分析影响乳脂率的因素是可行的。

3.2不同因素对乳品品质的影响

3.2.1胎次对乳脂率的影响

胎次对乳脂率有显著影响。随着胎次的增加，乳脂率呈先上升后下降的趋势，即乳脂率从第4胎次开始呈上升趋势，在第7胎次后开始下降。在吐尔逊古丽对荷斯坦牛的研究结果发现，乳脂率在第2胎次有所下降，在第4胎次之后又波动性上升[15]。与本研究结果不一致，原因可能是伊犁马产奶量变化导致。在陈艳珍的研究中发现，乳牛的胎次不同，其产奶量和乳成分的含量也不相同，乳成分一般在第1胎时最高，后随着年龄增大，牛乳中乳脂的含量呈降低趋势[16]。与本研究中在第7胎次后乳脂率呈降低趋势的结果一致。

3.2.2不同时间段对乳脂率的影响

在对奶牛乳脂率的研究中，早上牛奶的乳脂率偏低，中午时乳脂率比较高，晚上的乳脂率在一天中最高，但是产奶量却是最低的，对于不同的奶牛群，挤奶的时间应当不同，缩小时间对乳脂率造成的差异[17]。本研究结果为下午乳脂率最低，与郑瑞波等的研究结果不一致，原因可能是伊犁马的泌乳特点与奶牛不同，同时在饲养管理方面也不同。

3.2.3泌乳月份对乳成分的影响

泌乳月不同，乳脂肪含量有不同变化。本研究结果中，在泌乳后期乳脂率含量较高。据报道，在奶牛泌乳期的前2～3个月中，乳脂率的含量较低，后随着泌乳期的增加，乳脂率呈现上涨的趋势。在整个泌乳期中，乳成分一直处于波动状态，在分娩前后的几个小时内乳成分变动最大。泌乳时期的不同，乳中的蛋白质、糖类、脂肪、维生素及无机物也不同，同时含有不同的脂肪组成[18]。

3.3最佳乳蛋白率条件的确立和模型验证实验

利用Design-Expert软件预测乳脂率达到最大值时各因素的最佳水平。结果表明，当X1（不同胎次）为7.74，X2（不同时间段）为16 h，X3（不同泌乳月份）为8月，乳脂率达到最大值1.01%。为方便控制实验的条件，确定最佳乳脂率因素为不同胎次在第8胎次，时间点为16 h，泌乳月份为8月。对结果的可靠性进行验证，即在最佳水平下进行3组平行实验，所得乳脂率平均值为0.92%，与1.01%值比较接近，由此可见该模型能够预测乳脂率的高低。

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Study on Influence Against Butterfat Content of Ili Horse by Response Surface Methodology

HAN Dong2,LIU Ling-ling1,HE Mei-sheng1,YU Xi1,MA Hai-yu1,JIANG Xin1, CAO Hang1,LIU Wu-jun1*
（1.College of Animal Science,Xinjiang Agricultural University,Urumqi,830052，China; 2.Animal Husbandry Station of Xinjiang Uygur Autonomus Region,Urumqi830009，China）

Abstract:The paper studies 36 Ili horses from Zhaosu Horse Farm in Yili River Valley through collecting their milk yield during their lactation period,measuring their butterfat content by using of milk component tester,analyzing the factors that affect butterfat content to obtain the best variable level via Response Surface Methodology,and discusses the factors that affect milk quality in different parities,period,and months of lactation by means of Response Surface Methodology of Box-Behnken Design,and it is concluded that the butterfat content of 1.01% is the bestwhen Ili horses have 8th fetus with the sampling time of 16:00 and in August as their lactation period,which provides basic reference for the selection ofmilk quality.

Key words:Ilihorse;butterfat content；response surfacemethodology

收稿日期：2015-12-03，修回日期：2015-12-16

通讯作者：刘武军（1966-），女，新疆人，博士，教授，博士生导师，研究方向：分子遗传学、反刍动物生产。

作者简介：韩东（1981-），男，新疆人，本科，硕士研究生，研究方向：动物遗传育种。

基金项目：国家科技支撑计划项目课题（2012BAD44B01）；自治区重大专项课题（201130101-3）

中图分类号：S821

文献标识码：A

文章编号：1003-6377（2016）01-0023-07