不同品种奶牛产奶量、乳成分、血清生化指标与乳钙含量的相关性研究

卢 娜 刘高飞 王雅晶 邵 伟 余 雄** 李胜利**

(1.新疆农业大学动物科学学院，乌鲁木齐 830052；2.中国农业大学动物科技学院，动物营养学国家重点实验室，北京市生鲜乳质量安全工程技术研究中心，北京 100193；3.内蒙古蒙牛乳业(集团)股份有限公司，呼和浩特 011500)

钙是人体必需的常量元素，对调节机体系统、组织、器官的正常生理功能起着重要作用，人体细胞的活动也受钙的调控。当长时间的摄入钙缺乏时，可造成钙代谢紊乱，引发骨质疏松、内分泌失调、心脑血管和神经系统等疾病[1]。截至2011年，国家食品药品监督管理局批准的补钙产品已高达1 740多种[2]。主要的含钙药物有如下特点：碳酸钙等无机钙虽钙含量高，但吸收率低且对胃有强烈的刺激性；乳酸钙和葡糖糖酸钙等有机钙吸收率优于无机钙，胃肠刺激小，但钙含量低，胃内分解为钙离子(Ca2+)后易于结合草酸等阻碍钙的吸收[3]。牛奶是人类优质的钙源补充剂，其钙、磷比例约为1.3∶1.0，恰好符合人体对钙、磷的吸收比例，易于吸收[4-5]。我国牛奶中乳钙含量通常为1 030 mg/kg[6]，而欧洲牛奶中乳钙含量为1 020～2 200 mg/kg[7]。Mestawet等[8]试验报道，不同品种山羊的牛奶中蛋白质、脂肪、乳糖和乳钙含量等差异很大。同一品种奶牛的乳矿物质含量个体差异也比较大，但同一个体在整个泌乳阶段的乳钙含量变化不大[9-10]。另外，Van Hulzen等[11]通过对388个牧场的1 860头初产的荷兰荷斯坦奶牛的乳成分研究表明，基因对乳钙、乳磷和乳镁含量的影响比牧场管理对其的影响更大。因此，牛奶中乳钙含量与奶牛品种密切相关，而有关乳钙含量与产奶量、乳成分和血清生化指标相关性的研究甚少。因此，本试验选择国内常见的4个奶牛品种，通过检测产奶量、乳成分和血清生化指标，研究不同品种奶牛的乳钙含量与产奶量、乳成分和血清生化指标的相关性，为获取高钙奶提供全面的理论依据，满足人类对高钙奶的需求。

1 材料与方法

1.1 试验设计

本试验牛奶样品采集于牧场1(河北唐山某牧场)的娟姗牛、牧场2(新疆某牧场)的西门塔尔牛、牧场3(内蒙古通辽某牧场)的西门塔尔牛和荷斯坦杂交牛(西荷F1牛)、牧场4(北京某牧场)的荷斯坦牛，共计4个牧场的4个不同品种奶牛的牛奶样品，牧场养殖规模均在1 000头以上。分别选取4个牧场的泌乳天数为100～150 d、胎次1～3胎、健康无疾病的奶牛各50头，于气温(14±4) ℃的某日采集样品，记录当日3次产奶量，采集当日早、中、晚3次奶样，再从其中随机挑选30头采集早、中、晚3次血液样品，即每个品种奶牛采集150个奶样，90个血样。各个牧场奶牛的饲粮均参照NRC(2001)配制，试验饲粮组成及营养水平见表1。

表1 试验饲粮组成及营养水平(干物质基础)Table 1 Composition and nutrient levels of experimental diets (DM basis) %

续表1项目Items品种 Breed娟姗 Jersey西门塔尔 Simmental西荷F1 Simmental×Holstein F1荷斯坦 Holstein粗蛋白质 CP15.3115.3615.8316.98中性洗涤纤维 NDF33.9134.0334.2633.69酸性洗涤纤维 ADF18.2119.6219.8819.44粗灰分 Ash10.209.909.619.33粗脂肪 EE6.194.424.206.53钙 Ca1.231.121.221.16磷 P0.310.330.350.34

1)精料为牧场自配。Concentrate was made up by farms.
2)产奶净能为计算值，其他营养水平为实测值。NELwas a calculated value, while the other nutrient levels were measured values.

1.2 样品采集及处理

1.2.1 饲粮

采集饲粮样品，将所收集样品置于65 ℃烘箱烘干48 h，回潮48 h后制成风干样，粉碎后保存待测。

1.2.2 奶样

各牧场均为3次挤奶制度，每次挤奶时采集奶样100 mL，其中50 mL奶样放入-4 ℃冰箱冷藏，冷藏样品运送至蒙牛当地事业部实验室进行乳脂率等常规检测；剩余50 mL奶样于-20 ℃保存，用于检测乳钙、乳磷、乳镁和乳锌含量。当日所采集的3次奶样均分开检测。

1.2.3 血样

于采集奶样的同时采血10 mL，将采集的血样于4 000 r/min离心10 min后，将所得上清液分装在1.5 mL离心管中，-20 ℃保存待测。

1.3 检测指标及测定方法

1.3.1 饲粮的营养成分

分别采用GB/T 6435—2014、GB/T 6432—1994、GB/T 6433—2006、GB/T 6438—2007、乙二胺四乙酸二钠络合滴定法和钼黄比色法检测饲粮中的干物质(DM)、粗蛋白质(CP)、粗脂肪(EE)、粗灰分(Ash)、钙和磷的含量。采用Van Soest等[12]的方法测定饲粮中中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量。

1.3.2 乳成分

乳蛋白率、乳脂率和乳糖率采用乳成分分析仪(Foss FT120)测定。乳钙、乳镁和乳锌的含量采用日立(ZA3000)原子吸收分光光度计，分别按照GB/T 5009.92—2003、GB/T 5009.90—2003、和GB/T 5009.14—2003的方法测定。乳磷含量按照GB/T 5413.22—2010的方法测定。

1.3.3 血清生化指标

血清甲状旁腺激素(PTH)含量采用酶联免疫吸附测定(ELISA)法测定，试剂盒由上海朗顿生物科技有限公司提供。血清碱性磷酸酶(ALP)活性及钙、磷和镁的含量采用试剂盒(南京建成生物工程研究所)测定。血清维生素D含量采用高效液相色谱法测定。

1.4 统计分析

数据先用Eel 2007进行统计整理，采用SPSS 19.0统计软件进行单因素方差分析和一般线性模型(GLM)分析相关性。Duncan氏多重比较法进行差异显著性检验，P<0.05表示差异显著，P<0.01表示差异极显著，结果以平均值±标准差表示。

2 结 果

2.1 不同品种奶牛的产奶量和乳成分

由表2可知，荷斯坦牛的产奶量显著高于其他品种奶牛(P<0.05)，其他3个品种之间差异不显著(P>0.05)。娟姗牛的乳蛋白率显著高于西门塔尔牛、西荷F1牛和荷斯坦牛(P<0.05)，且西门塔尔牛和西荷F1牛显著高于荷斯坦牛(P<0.05)，西门塔尔牛和西荷F1牛之间差异不显著(P>0.05)。娟姗牛和西门塔尔牛的乳脂率及乳钙、乳磷、乳锌含量显著高于西荷F1牛和荷斯坦牛(P<0.05)；西荷F1牛的乳钙、乳磷和乳锌含量高于荷斯坦奶牛，但差异不显著(P>0.05)；西荷F1牛和荷斯坦牛的乳糖率显著高于娟姗牛(P<0.05)；娟姗牛的乳镁含量显著高于西门塔尔牛和西荷F1牛(P<0.05)，西门塔尔牛、西荷F1牛和荷斯坦牛之间的乳镁含量差异不显著(P>0.05)。

表2 不同品种奶牛的产奶量和乳成分Table 2 Milk yield and milk composition of different dairy cow breeds

同行数据肩标不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，相同或无字母表示差异不显著(P>0.05)。表3同。
In the same row, values with different small letter superscripts mean significant difference (P<0.05), while with the same or no letter superscripts mean no significant difference (P>0.05). The same as Table 3.

2.2 不同品种奶牛的血清生化指标

由表3可知，各品种奶牛的血清PTH和镁含量差异不显著(P>0.05)。娟姗牛和西门塔尔牛的血清ALP活性显著高于西荷F1牛和荷斯坦牛(P<0.05)；西荷F1牛的血清钙和磷含量显著高于其他3个品种奶牛(P<0.05)，其他3个品种之间的血清钙含量差异不显著(P>0.05)；娟姗牛和荷斯坦牛的血清磷含量显著高于西门塔尔牛(P<0.05)，且娟姗牛和荷斯坦牛之间差异不显著(P>0.05)。西荷F1牛和荷斯坦牛的血清维生素D含量显著高于娟姗牛和西门塔尔牛(P<0.05)。

表3 不同品种奶牛的血清生化指标Table 3 Serum biochemical indices of different dairy cow breeds

2.3 不同品种奶牛乳钙含量与产奶量、乳成分、血清生化指标的相关性分析

由表4可知，4个品种奶牛的乳钙含量与乳蛋白率及乳锌、乳磷含量均呈显著或极显著正相关(P<0.05或P<0.01)，乳钙含量与产奶量、乳脂率、乳糖率以及血清ALP活性和PTH、维生素D、钙、磷、镁含量均无显著相关性(P>0.05)。

表4 不同品种奶牛乳钙含量与产奶量、乳成分、血清生化指标的相关性Table 4 Correlations of milk calcium content with milk yield, milk composition and serum biochemical indices of different dairy cow breeds

*表示显著相关(P<0.05)，**表示极显著相关(P<0.01)。
* mean significant correlation (P<0.05), ** mean highly significant correlation (P<0.01)。

3 讨 论

3.1 不同品种奶牛的产奶量和乳成分

不同品种奶牛的生产性能、体型和生理特征的差异，导致其对于饲喂的营养水平、饲粮种类以及挤奶设备等需求差异很大[13]。因此，在同一牧场或统一营养条件下，4个品种不能同时并存。本试验采样的4个牧场，其饲喂管理均较符合该品种特有的生理特点。来自同一牧场的娟姗牛产奶量显著低于荷斯坦牛，平均每天低4.92 kg[14]。西门塔尔牛和荷斯坦牛的年产奶量差异显著，分别为4.7和6.5 t[15]。李亚昆等[16]研究表明，蒙荷F1与弗荷F1的305 d产奶量分别比荷斯坦牛少了398和538 kg。荷斯坦牛的日产奶量是本试验选择的4个品种中最高的，其余3个品种奶牛之间日产奶量差异不显著。

娟姗牛原产于英吉利海峡的娟姗岛，主要以乳蛋白率和乳脂率高而闻名[17]。与荷斯坦牛相比，乳蛋白率高20%左右[18]。西门塔尔牛的乳蛋白率为4.02%，显著高于荷斯坦牛[19]。西荷F1牛的乳蛋白率比荷斯坦牛高0.07%，差异显著[16]。本试验结果与上述报道一致，娟姗牛、西门塔尔牛和西荷F1牛的乳蛋白率均显著高于荷斯坦牛。

关于乳脂率，娟姗牛显著高于荷坦牛[20]。孙悦等[19]研究表明，西门塔尔牛乳脂率显著高于荷斯坦牛。同时西荷F1乳脂率显著高于荷斯坦牛[21]。娟姗牛与荷斯坦牛的乳糖率差异不显著[20]。孙悦等[19]研究表明，西门塔尔牛与荷斯坦牛乳糖率差异不显著。傅春泉等[22]研究发现，西荷F1牛与荷斯坦牛的乳糖率分别为5.02%和5.11%，差异不显著。本试验除西荷F1牛与荷斯坦牛的乳脂率无显著差异，娟姗牛乳糖率显著低于荷斯坦牛，其他均与上述报道一致，娟姗牛和西门塔尔牛乳脂含量显著高于西荷F1牛和荷斯坦牛。西门塔尔牛、西荷F1牛和荷斯坦牛3个品种之间乳糖率差异不显著。

Van Hulzen等[11]对荷兰388个牧场的1 860头初产荷斯坦牛乳研究表明，基因对乳钙、乳磷和乳镁含量的影响比牧场管理更大。林波等[23]通过采集不同品种奶样分析，娟姗牛和荷斯坦牛的乳钙含量分别为150和120 mg/dL，乳镁含量分别为12.5和10.1 mg/dL，乳锌含量分别为0.40和0.42 mg/dL。王阳等[24]研究报道，经产娟姗牛和荷斯坦牛分娩后120 h的乳钙含量分别为147.07和106.49 mg/dL，乳镁含量分别为24.7和13.77 mg/dL。关于西门塔尔牛和西荷F1牛乳钙、乳镁和乳锌含量报道较少。本试验中，娟姗牛和西门塔尔牛乳钙、乳磷和乳锌含量显著高于西荷F1牛和荷斯坦牛。关于乳镁含量与上述报道不一致，娟姗牛与荷斯坦牛差异不显著。

3.2 不同品种奶牛中乳钙含量与乳成分的关系

Gaucheron[25]报道，不同品种奶牛乳钙含量变化很大，且乳蛋白率较高的牛奶中矿物质含量也较高。Poulsen等[26]通过对乳制品加工厂2010年整年大约275个供应商(不同品种)的奶样进行汇总分析得出结论，乳钙含量和乳蛋白率呈显著正相关，认为可能是由于它们具有相同的代谢途径。2010年，Bijl等[27]对20个乳企每周的大罐奶采集奶样检测乳成分，并与20世纪30～60年代乳成分比对，分析后得到结论，牛奶中总钙含量和乳蛋白率呈显著正相关，相关系数为0.725。本试验与上述报道基本一致，单个品种奶牛的乳蛋白率和乳钙含量呈均显著正相关。Bijl等[27]研究发现，乳钙含量与乳磷含量呈显著正相关。Rodríguez等[28]在1995年整年期间，针对8个不同牧场平均每15 d采集1次新产牛大罐奶样品，分析乳钙、乳镁和乳锌等矿物质元素含量，结果显示，乳钙含量显与乳锌含量显著相关，与乳镁含量相关性不大。本试验中，4种品种的乳钙含量与乳磷、乳锌含量均具有正相关性。这也说明，奶牛品种的差异并未影响乳蛋白率和乳钙、乳锌的分泌。

对乳钙含量与乳蛋白率和乳磷、乳锌含量高度相关性的解释是：乳蛋白的80%是由酪蛋白组成，牛奶中的酪蛋白不是单独存在的，而是和其他阴阳离子相互缠绕在一起而形成的复合物，即酪蛋白胶束[29]。牛奶中72%钙和48%磷含量存在于酪蛋白胶束。此外，酪蛋白胶束还与不同的阳离子[三价铁离子(Fe3+)、铜离子(Cu2+)、Ca2+、锌离子(Zn2+)和镁离子(Mg2+)]结合后存在于牛奶中，牛奶中的阳离子与酪蛋白胶束结合的顺序为Fe3+>Zn2+>Ca2+> Cu2+>Mg2+[30]。这说明乳中Zn2+比Ca2+与牛奶中的酪蛋白结合能力更强。因此，乳钙、乳蛋白、乳磷和乳锌均结合在酪蛋白胶束并大量分布在乳蛋白中，所以乳钙含量与乳蛋白率和乳磷、乳锌含量呈高度正相关。

3.3 不同品种奶牛血清生化指标与乳钙含量的相关分析

PTH是调节血清钙、磷水平的主要激素之一。傅春泉等[22]试验发现，西门塔尔牛与荷斯坦牛的杂交后代第1胎泌乳母牛(西荷F1牛)与同龄荷斯坦奶牛的血清PTH含量分别为66.25和76.08 nmol/L，差异不显著。与上述报道相似，本试验不同品种奶牛的血清PTH含量差异不显著。此外，本试验结果表明，乳钙含量与血清PTH含量相关系数很低。甲状旁腺激素相关蛋白(PTHrP)和PTH有一定的同源性，且通过相同的受体发挥相似的生物学作用[31-32]。Barlet等[33]和Van Houten等[34]报道，在哺乳动物特别是山羊和老鼠的研究表明，PTHrP是提高乳钙含量的主要因素。Onda等[35]在荷斯坦奶牛的研究中得出结论，牛奶中PTHrP的合成和分泌与乳钙含量密切相关。然而，本试验中乳钙含量的差异性是否与PTHrP有关，还需要开展进一步的研究。

ALP是一种糖蛋白，正常生理状态下该酶是在乳脂肪球形成过程中作为浆膜的一部分进入血中的，在泌乳早期和中期血清ALP活性较高。血清ALP活性是反映钙、磷代谢的重要指标，也是反映动物机体成骨细胞和骨生成的一种重要的生化指标。彭洁等[36]对槟榔江水牛、摩拉水牛和荷斯坦奶牛的血清ALP活性比对，2种水牛的血清ALP活性显著高于荷斯坦奶牛。本研究中娟姗牛和西门塔尔牛血清ALP活性显著高于西荷F1和荷斯坦奶牛，表明娟姗牛和西门塔尔牛钙和磷在骨骼中沉积多，骨生成代谢旺盛。

一般认为，乳钙含量与血清中Ca2+的浓度相关。Boudon等[37]报道，通过调整饲粮阴阳离子差(DCAD)值至400时，可以降低血清中Ca2+的浓度，却提高了牛奶中Ca2+的浓度，证实了血清钙含量和乳钙含量不存在相关性。主要是因为：当血清中钙含量降低时，泌乳期动物大量动员骨骼中沉积的钙，满足乳腺中乳钙的含量；当血清中钙含量增高时，机体将多余的钙重吸收，一部分沉积于骨骼，一部分排出体外。因此，血清钙含量对于乳钙含量的影响不大。另外，居星耀等[38]和何丽等[39]指出，血清中维生素D、钙、磷、镁的共同作用能够促进骨骼生长。本试验结果证实，乳钙含量与血清中钙代谢的常规指标的含量无显著相关性。

4 结 论

品种对于乳钙含量的影响较大，娟姗牛和西门塔尔牛乳钙含量较高，荷斯坦奶牛的乳钙含量最低但产奶量最高。乳钙含量与乳蛋白率和乳锌、乳磷含量呈正相关，与血清ALP活性和PTH、维生素D、钙、磷、镁含量无相关性。

StudyonCorrelationsbetweenMilkYield,MilkCompositionandSerumBiochemicalIndiceswithMilkCalciumContentofDifferentDairyCowBreeds

LU Na1,2LIU Gaofei1,3*WANG Yajing2SHAO Wei1YU Xiong1**LI Shengli2**

(1.

CollegeofAnimalScienceandTechnology,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi830052,China; 2.BeijingEngineeringTechnologyResearchCenterofRawMilkQualityandSafetyControl,StateKeyLaboratoryofAnimalNutrition,CollegeofAnimalScienceandTechnology,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100193,China; 3.InnerMongoliaMengniuDairy(Group)Co.,Ltd.,Hohhot011500,China)

Abstract: This study was conducted to test the milk yield, milk composition and serum biochemical indices of different dairy cow breeds, and to research the correlations between them with milk calcium content, to provide the theoretical basis for acquisition of high calcium milk sources. There were 4 different breeds of healthy dairy cows with the condition of 100 to 150 lactation days and parity 1 to 3, which were from 4 farms including Jersey, Simmental, Simmental×Holstein (S×H F1) and Holstein as the experimental subjects, and collected the samples at a certain date when the temperature was (14±4) ℃. Milk yield was recorded 3 times a day,milk samples were collected from all cows 3 times a day in the morning, noon and night. Then serum samples were collected from 30 cows randomly selected from the above 50 cows in each farm, 3 times a day in the morning, noon and night. Thereby we got 150 milk samples for testing milk components and 90 serum samples for testing the serum biochemical indices from each breed of dairy cow. The correlation of milk calcium content with milk yield, milk composition and serum biochemical indices were analyzed. The results showed as follows: 1) the milk yield of Holstein cows was significant higher than that of other breed cows (P<0.05), the milk protein rate of Jersey cows was significant higher than that of other breed cows (P<0.05), the milk fat rate and contents of calcium, phosphorus and zinc in milk of Jersey and Simmental cows were significant higher those of S×H F1and Holstein cows (P<0.05), the milk lactose content of S×H F1and Holstein cows was significant higher than that of Jersey cows (P<0.05), the milk magnesium content of Jersey cows was significant higher than that of S×H F1and Simmental cows (P<0.05). 2) The serum alkaline phosphatase (ALP) activity of Jersey and Simmental cows was significant higher than that of S×H F1and Holstein cows (P<0.05), the contents of calcium and phosphorus in serum of S×H F1cows were significant higher those of other breed cows (P<0.05), the serum phosphorus content of Jersey and Holstein cows was significant higher than that of Simmental cows (P<0.05), the serum vitamin D content of S×H F1and Holstein cows was significant higher than that of Jersey and Simmental cows (P<0.05). 3) The milk calcium content was significantly positively correlated with milk protein rate and contents of zinc and phosphorus in milk of the 4 dairy cow breeds (P<0.05 orP<0.01), while there was no correlation between milk calcium content with other indices including milk yield, milk fat rate, milk lactose rate and ALP activity and parathyroid hormone (PTH), vitamin D, calcium, phosphorus, magnesium contents in serum (P>0.05). In conclusion, breeds has great influence on milk calcium content, the milk calcium content of Jersey and Simmental cows is relatively higher whereas the Holstein cows has the lowest milk calcium content and the highest milk yield. Milk calcium content is positively correlated with milk protein rate and contents of zinc and phosphorus, and has no correlation with the ALP activity and PTH, vitamin D, calcium, phosphorus, magnesium contents in serum.[ChineseJournalofAnimalNutrition,2018,30(8)：3302-3310]

Keywords: dairy cows; breed; milk composition; milk calcium; correlation