羊奶的功能特性及其掺假鉴别方法研究进展

吴小松

（国家药品监督管理局高级研修学院研修二部，北京 100073）

0 引言

羊奶因营养丰富、容易消化吸收等优势被视作动物乳品中的精品，并享有“奶中之王”的美称，是世界公认的最接近人乳的动物乳品[1]。山羊奶产业在我国奶业中占有重要地位，目前我国已培育出西农萨能奶山羊、关中奶山羊、崂山奶山羊和文登奶山羊等十余品种，饲养集中于陕西、山东、河北等省区。因奶山羊具有适应能力强、繁殖快、产奶周期短、污染小、效益高等优点，正逐渐成为促进农民增收、丰富乳品消费结构、助力产业扶贫的重要产业，引起了国家与社会的高度重视[2]。2005年以来，我国奶山羊养殖业进入高速发展阶段，15年间，我国奶山羊存栏量从400万只增长到30 654.77万只。专家预测，未来10年内，中国将是除羊奶酪之外的其他羊奶类产品的主要出口国[3]。

机遇与挑战并存，我国奶山羊的数量虽多，但奶山羊全年约有200～240 d的泌乳期，日产量不足5 kg，导致羊奶产量增长困难。此外，羊奶产量高峰期与消费淡季重合，且羊奶价格较牛奶偏高，羊奶的羊膻味难消除，这些因素都制约了我国羊奶产业的发展[4]。为了提高羊奶产量与质量，相关学者通过改变饲料配方、热处理、添加吸附剂等加工工艺[5-8]改善与提高羊乳品质。除此之外，羊奶产量低，价格高，为了降低成本，市面上羊奶掺假问题日渐凸显。为全面了解羊奶，更好的应用与提高羊奶产品品质，解决羊奶掺假问题，更好的发展羊奶产业。本文从羊奶的理化特性、营养物质组成、功能作用以及羊奶掺假的鉴别方法几个角度阐述羊奶作为未来潜在功能性产品的优势以及羊奶掺假的鉴别方法，为羊奶产品的开发与品质提升提供理论背景。

1 羊奶的理化特性及功能特性

1.1 物理性质

羊奶呈白色，具有乳香味，略带膻味。羊奶比牛奶具有更高的黏度、折射率和更低的凝固点。羊奶的密度为1.029～1.039 g/cm3，冰点为-0.540～-0.573℃，p H为6.50～6.80，折射率为1.450±0.39，黏度为2.12 m Pa·s[9]。由于羊本身脂腺和羊油酸、羊脂酸和葵酸的含量相对较高[10]，使得羊奶带有膻味。羊奶中总固体含量较高，且羊奶中蛋白质的水结合能力较强，这使得羊奶的密度和黏度也相对较高，因此羊奶相关制品的感官特性也较为突出。

1.2 营养物质组成

羊奶与牛奶相比，羊奶易于消化且致敏性低。羊奶富含矿物质、蛋白质、有益脂肪，被认为是功能性生物活性肽的良好来源。羊奶与牛奶中成分含量有明显的差异性，羊奶和牛奶营养物质含量对比如表1所示。研究表明，母羊是季节性繁殖而奶牛则是全年性繁殖，这是其营养物质含量差异性的主要因素[11]。

表1 羊奶和牛奶营养物质含量对比表[12] %

1.2.1 蛋白质

羊奶中蛋白质含量较高，以乳清蛋白和酪蛋白为主。羊奶中酪蛋白胶团微粒较小，其中β-酪蛋白溶解性强，这使得山羊奶更加有利于人体的消化吸收[13]。如表2所示，山羊的品种不同其蛋白含量也具有较大差异，不同地域、不同饮食以及不同品种都会影响山羊奶中蛋白质的含量。但总体上，羊奶中的蛋白组成更接近于人乳，并含有人体所必需的8种必需氨基酸，且羊奶中丝氨酸、丙氨酸、组氨酸、缬氨酸和赖氨酸含量较高。羊奶的高营养价值与脯氨酸含量有关，它会影响血红蛋白的产生[14]。乳清蛋白中支链氨基酸和参与新陈代谢的必需氨基酸的浓度较高，如亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸，可提高新陈代谢的速度[15]。

表2 不同品种山羊奶中蛋白质成分含量的比较[20] %

羊奶中的蛋白质易受山羊的泌乳期以及加工条件，如热处理、p H、无机盐等因素的影响。不同泌乳期的羊奶中蛋白质含量有不同的特点，初乳中乳清蛋白的变性温度、疏水性和浑浊度均显著高于其他哺乳期，具有较好的乳化性、持油性和起泡性等功能特性。初乳中酪蛋白浑浊度、粒径、保水能力和发泡性能均显著高于其他哺乳期，而变性温度和乳化性能则相反[16]。羊奶加工过程中的热处理会诱导羊奶中的蛋白质由拉伸结构（β-折叠和β-转角）向球状结构（无规则卷曲和α-螺旋）转化，并会导致羊奶中蛋白质（β-酪蛋白、αS1-酪蛋白、αS2-酪蛋白）的分布发生改变，进而影响羊奶的热稳定性[17]。羊奶产品加工过程中的pH也会对蛋白质的稳定性产生一定的影响，在p H为7.7时，羊奶蛋白的热稳定性最差。乳蛋白的浊度在碱性条件下较低，且羊奶蛋白在碱性条件下具有较好的乳化稳定性和保油能力，而在酸性条件下羊奶蛋白具有较好的发泡性、泡沫稳定性和保水能力[18]。在羊奶产品加工过程中添加具有较强螯合性的无机盐如柠檬酸钠等，可以改变羊奶中蛋白的空间构象，明显提高羊奶的稳定性[19]。

1.2.2 脂肪

羊奶脂肪含量较高，含有97%～99%的游离脂质，其中97%以甘油三酯的形式存在，其余的（1%～3%）结合脂质中主要包含中性脂质、糖脂和磷脂[21]。羊奶中的短链脂肪酸和中链脂肪酸含量较高，占比分别为5.%1～9.8%和9.4%～17.8%，而牛奶中相应的脂肪酸含量分别为4.9%～7.1%和5.8%～9.7%[1]。山羊乳脂中的中链脂肪酸（辛酸和癸酸）和支链脂肪酸，如4-甲基-和4-乙基-辛酸，赋予羊奶独特的风味。相对于长链饱和脂肪酸，婴儿更容易吸收中链饱和脂肪酸，这意味着羊奶脂肪在配方奶粉中可能更有利。羊奶中小脂肪球的比例高于大脂肪球，91%的羊奶脂肪球直径＜4μm，一般为3.0μm和3.6μm[22]，而牛奶中90%的脂肪球直径＞4μm[21]，因此羊奶中很少形成奶油层，这也使羊奶成为奶酪和酸奶生产的理想型原料。

相关研究表明羊奶脂肪比牛奶脂肪具有更高的胃消化率，羊奶中甘油三酯的消化速度比牛奶快，这是因为在羊奶甘油三酯中sn-1/3位置酯化的中链脂肪酸百分比较高，同时脂肪球比表面积较大，有利于甘油三酯的脂解[23]，羊乳脂中甘油三酯的独特结构和脂肪球比表面积大的特性赋予了其更高的消化率。同时羊奶脂肪的稳定性是影响羊奶产品储藏运输及维持其在保质期内良好风味和品质的重要因素。羊奶在加工过程中，乳脂肪的稳定性易受温度、超高压等条件的影响，如当温度为75℃时，乳脂肪稳定性最好，经超高压处理的羊奶脂肪的稳定性降低，当压力为200 MPa时，乳脂肪的稳定性最好[24]。

1.2.3 碳水化合物

乳糖是羊奶中重要的碳水化合物，羊奶中乳糖含量与牛奶中含量差异不大，但羊奶中的乳糖在总固形物中的占比为22%～27%，低于牛奶总固形物中乳糖33%～40%的占比量。羊奶中的乳糖含量易受泌乳期的影响，随着奶山羊泌乳期的延长，乳糖含量呈先增加后减少的趋势[25]。

山羊奶中还存在着少量的寡糖、糖肽、糖蛋白和核苷酸糖等其他类型的碳水化合物。山羊奶中的低聚糖具有相当大的抗原特性，对促进宿主肠道菌群的生长具有重要意义。在新生儿中，山羊奶低聚糖的浓度高于牛奶。与其他反刍动物品种相比，山羊奶中的寡糖浓度相当于牛奶的10倍，且山羊奶中的寡糖在结构上与母乳寡糖更相似[21]，同时含有丰富的三磷酸腺苷(ATP)，饮用羊奶时不会产生腹胀、腹泻等症状，可缓解乳糖不耐症[26]。

1.2.4 维生素和矿物质

羊奶中富含维生素A、烟酸、硫胺素、核黄素和泛酸。与牛奶相比，羊奶中维生素A的含量更高，其中B族维生素尤其是烟酸的含量很高[27]。维生素易受到热处理、光、金属离子的影响，在加工过程中极其不稳定，易损失，而且胡萝卜素大部分转换为视黄醇，这是羊奶色泽比牛奶更白的主要原因。

羊奶富含矿物质，其中钙、磷、镁、锌、锰以及铜的含量均高于牛奶，其钙磷比例接近2∶1[28]，是维持人体骨骼生长的基本元素，对新生儿至关重要，也是骨质疏松患者的优异钙源。但羊奶中铁含量较低，食用时应注意对铁的补充。羊奶中的矿物质含量是动态变化的，易受奶山羊泌乳时间、饲养条件、繁殖季节等因素的影响。

1.3 羊奶的功能特性

羊奶不但营养丰富，同时也具有较好的功能作用。早在中国古代典籍中就多有记载，如在《食疗本草》中记载道：“羊乳补肺肾气，和小肠，亦主消渴，治虚劳，益精气；合脂作羹食，补肾虚”；中国药典巨著《本草纲目》记载道：“羊乳甘温，无毒，补寒冷虚乏，润心肺、冶消渴、疗虚劳、益精气、补肺肾气和小肠气”、“含之治口疮，解蜘蛛咬毒”；《魏书》中记载道：“常饮羊乳，色如处子”，由此可见对于羊奶的功能作用我国已早有研究。

1.3.1 抗氧化

山羊奶中含有较多的维生素C、维生素A、维生素E以及类胡萝卜素等抗氧化物质。维生素C是最强和毒性最小的天然抗氧化剂之一。它是羊奶中的主要水溶性抗氧化剂，可作为强自由基清除剂。维生素C可以清除超氧化物、氧化铁、一氧化氮和烷基。羊奶中加入了维生素C和甲醇，以提高风味和光氧化稳定性。与未补充样品相比，维生素C和甲醇补充样品具有更好的风味和光氧化稳定性。维生素C显著抑制了浅暴露牛奶中核酸的降解，抗氧化活动主要归因于对单氧的清除作用[29]。维生素C对婴儿非常有帮助，因为它在肉碱的合成和提高铁的吸收方面起着关键作用。抗坏血酸的氧化取决于温度、光线、氧气和催化剂的含量。

维生素A和E被认为是主要脂溶性抗氧化剂，这些维生素的主要工作是保护多不饱和脂肪酸和相关的生物化学化合物免受过氧化。类胡萝卜素是亲脂性分子，倾向于在膜或脂蛋白中积累。乳脂肪球膜被认为是最易挥发的自氧化部位。β-胡萝卜素被认为是一种预防性抗氧化剂，它可以淬灭单线态氧，一分子β-胡萝卜素可以淬灭250至1000分子的单线态氧。类胡萝卜素作为单线态氧和其他活性氧的清除剂[30]。在羊奶中的各种抗氧化系统中，类胡萝卜素是单线态氧和过氧自由基的清除剂。

α-生育酚可被认为是牛奶中最重要的脂溶性抗氧化剂之一，因为它存在于乳脂肪球膜中。它可以作为牛奶中单线态氧的预防、断链抗氧化剂和猝灭剂[31]。由于光氧化和铜污染，牛奶会产生异味。羊奶中抗氧化剂的存在可以通过提供质子来抑制自由基机制，从而抑制自氧化的发生。维生素E可抑制纤溶酶的活性；一种蛋白水解酶，其次可以直接清除自由基[32]。在生育酚中，α-生育酚被认为是更强大的自由基清除剂，β-生育酚、γ-生育酚和δ-生育酚的抗氧化活性比α-生育酚低约80%～90%[33]。γ-生育酚具有很高的功能价值，它可以捕获氮氧化物种类，有助于身体预防心血管疾病和癌症。因此，通过饮用山羊奶可以起到抗氧化的功效作用。

1.3.2 免疫调节

山羊奶低聚糖在半抗原诱导的结肠炎大鼠模型中显示出抗炎作用。Daddaoua等人[34]研究了山羊奶寡糖在由半抗原三硝基苯磺酸(TNBS)诱导的大鼠实验性结肠炎症模型中的作用。对于大鼠的治疗，Martinez-Ferez等人[35]富集山羊奶寡糖渗透物。该渗透液含有200～240 mg/L山羊奶寡糖，但也含有2.25 g/L乳糖。与未接受山羊奶寡糖的对照大鼠相比，每天喂食500 mg/kg冻干山羊奶寡糖渗透物的大鼠表现出明显更少的症状，还观察到炎症因子白细胞介素1β(IL-1β)和诱导型一氧化氮合酶 (iNOS)的结肠表达下调以及环氧合酶2(COX 2)减少，其不直接参与炎症，但可用作炎症的标志物。

体外和体内研究强调了短链脂肪酸和中链脂肪酸对大肠杆菌、单核细胞增生李斯特菌和金黄色葡萄球菌的抗菌特性[36]。用乳脂球膜中存在的神经节苷脂补充配方奶粉可降低早产儿粪便大肠杆菌的水平并增加双歧杆菌的水平[37]。正如母乳所证明的那样，来自乳脂肪消化的脂肪分解产物具有类似洗涤剂的特性，并通过破坏脂质膜对病毒、细菌、真菌和原生动物具有保护作用。乳脂球膜的磷脂，如鞘磷脂、神经节苷脂和鞘糖脂，直接或通过其代谢物具有免疫调节作用和对病原体的保护作用。例如，鞘磷脂在小肠下半部被鞘磷脂酶水解成神经酰胺和鞘氨醇，导致鞘磷脂及其代谢物在小肠和结肠中活跃，发挥杀菌和抗炎活性[38]。对病原体的保护主要是乳脂球膜糖脂上存在聚糖，减少病原体对肠黏膜的黏附。

此外，山羊奶中含有多种活性生长因子如转化生长因子（Transfer growth factor,TGF）、成纤维细胞生长因子（Fibroblast growth factor,FGF）、胰岛素样生长因子（Insulin-like growth factors,IGFs）等。这些生长因子具有修复肌肤与黏膜的功能，可以对人体的免疫系统起到调节作用。

1.3.3 调节肠道菌群

山羊奶中的表皮生长因子（Epidermal growth factor,EGF）是调节人体肠道的主要功能性物质，其可以促进人体肠胃上皮细胞的增殖和分化，是肠道平衡的调控因子。EGF具有特别的空间结构且具有极强的稳定性可以抵御胃肠道中多种酶的消化作用。相关研究表明EGF可以修复肠道受损细胞促进新生动物对蛋白的吸收和利用，EGF还可通过调控并激活PI3KAKT和RASMAPK信号通路，促进修复受损肠道进而提高机体小肠对养分的吸收和利用率[39]。山羊奶中EGF含量高于牛奶，且营养成分更接近人乳，因此更易被人体消化吸收，在调节人体肠道功能方面优于其他乳制品。

与母乳喂养婴儿的粪便微生物群相比，出生时喂养全羊配方奶粉的婴儿的粪便微生物群与2个月大时喂养牛奶配方的婴儿更相似[40]。正如预期的那样，母乳喂养婴儿的粪便样本中双歧杆菌科的含量高于配方奶喂养婴儿的粪便样本。与牛奶相比，山羊奶对肠道微生物群落和小鼠代谢的影响更大。山羊奶还阻止了大肠杆菌和鼠伤寒沙门氏菌分离物对Caco-2细胞的黏附。此外，山羊奶中的低聚糖使婴儿双歧杆菌对HT-29肠细胞的黏附增加了8倍[41]。上述研究表明，山羊奶对胃肠道环境和新陈代谢具有较大影响，因此有必要在该领域进行进一步研究，特别是对人体进行临床试验。

2 羊奶掺假鉴别方法

随着人们追求健康的意识逐渐提高，对羊奶的营养价值的逐步认识，但伴随着羊奶价值的升高，羊奶掺假的问题也逐渐凸显，开发检测羊奶掺假的方法变得尤为必要。保加利亚在1932年发表了检测羊奶掺假的相关方法[42]。Aschaffenburg和Dance率先发表了通过凝胶电泳检测山羊奶中牛奶掺假的方法[43-44]。Furtado在1983年利用不连续PAGE检测巴氏杀菌山羊奶中的牛奶掺假[45]。由于山羊奶中αS1-CN的含量自然低于牛奶，因此在真正的山羊奶和具有与牛αS1-CN相同的电泳迁移率，可能与添加到山羊奶中的牛奶量直接相关[46]。Iverson在1989年通过使用脂肪酸丁酯的程序温度GLC评估了134种奶酪的脂肪酸谱，证明了世界各地都发生着绵羊和山羊奶酪的掺假情况[47]。山羊奶和绵羊奶奶酪与牛奶奶酪中的低链脂肪酸模式并不相同。在奶酪制作过程中，牛奶替代山羊奶或绵羊奶的量越多，月桂酸：癸酸（C12∶C10）的平均比例就会越大。后来，莫利纳等人在1996年开发了使用天然和变性牛β-LG的蛋白质印迹法，用于检测添加到非牛乳奶酪中的牛乳。乳清的天然PAGE或从酪蛋白级分中分离的β-LG的等电聚焦，然后用抗牛β-LG抗血清进行免疫检测。对来自奶酪的乳清蛋白的天然PAGE板进行免疫印迹分析，可以检测到在山羊奶酪中掺假量低于1%的热变性乳清蛋白或巴氏杀菌牛奶[48]。López-Calleja等人在2004年使用物种特异性PCR技术检测掺入牛奶的绵羊和山羊奶。使用与保守DNA序列互补的正向引物以及对奶牛具有特异性的反向引物，从牛奶DNA中产生了223 bp的片段，但未获得扩增信号[49]。将来自绵羊或山羊奶的DNA应用于牛-绵羊和牛-山羊的生奶、巴氏杀菌或灭菌奶混合物鉴别时，发现牛奶的特异性检测具有良好的灵敏度阈值 (0.1%)[50]。在后续工作中，López-Calleja等人在2005年验证了鉴定绵羊纯度技术的有效性，具有相似的灵敏度阈值(0.1%)[51]。2012年，在巴西，小农生产者协会开展了一项研究，主要目的是调查和抵制掺假行为[52]。该研究采集了160份新鲜散装山羊奶样品，开发、标准化和验证了双重PCR检测方法，检出限为羊奶中掺入0.5%的牛乳。经分析表明，市场上41.2%的山羊奶都掺有牛奶。2014年，Golinelli等人同样使用双重PCR检测方法，发现当地生产的山羊奶酪（巴西4个品牌的20批）经过测试均掺有牛奶，但是标签上并没有标明添加牛奶[53]。此外，在受邀参加测试的102名普通消费者中，几乎有一半消费者能够察觉到山羊奶酪掺入了牛奶。陈等人在2016年使用蛋白质组学来量化添加到山羊奶中牛奶的百分比[54]。用β-LG中的标志性胰蛋白酶肽作为标记物。发现超高效液相色谱三重四极杆质谱法具有较高的准确度、选择性、线性和精密度，可用来检测羊奶掺假问题。未来，随着相关技术的发展，光谱化学检测技术将不断应用在羊奶掺假的鉴别方法中，提高鉴别效率，严格把控羊奶产品的质量。

3 展望

羊乳作为我国第二大乳业，势必将迎来新的发展机遇。未来，奶羊养殖业中优良奶羊品种的积极引进，培养优质奶羊种群，推进标准化规模养殖场的建设，促进适度规模养殖。并在未来进一步研究羊奶的掺假鉴别的方法，提高羊奶产品的品质质量，避免掺假羊奶制品在市面流通而产生的不良影响。企业和高校共同协作，通过产学研结合的模式开发不同风味的羊奶制品，满足消费者的消费需求，促进羊奶精深加工，推动羊奶产业的发展。