牛乳的营养及功能

乳因奶畜品种不同，其营养成分存在较大的区别。同畜种的乳，因饲料、饲养环境、管理方法、年龄、胎次、泌乳期、个体特性等，都会对乳的营养成分产生不同程度的影响。目前，世界上的奶种主要有：牛乳、水牛乳、牦牛乳、山羊乳、绵羊乳、骆驼乳、马乳、驯鹿乳等。本文以牛乳为例进行介绍。
    牛乳是我国奶类的主要品种。奶牛主要品种是荷斯坦（黑白花）奶牛，在我国分布广，从北到南，从东到西，从城市到农村，都有饲养，市场上供应的乳品绝大部分是牛乳制成的。牛乳中含有迄今为止所知道的所有营养素，是最接近完善的食物。主要营养素是：水、蛋白质、脂肪、乳糖、矿物质、维生素、酶类、核苷和核苷酸、激素及生长因子等。
    一、乳蛋白质
    蛋白质是牛乳的主要营养成分之一。不同动物乳，其蛋白质含量有所区别，大体含量为：人乳1.0%；牛乳3.2%；牦牛乳5.8%；水牛乳3.8%；山羊乳3.2%；绵羊乳4.6%；马乳2.5%；骆驼乳3.6%。
    乳蛋白质主要由两大部分组成，即酪蛋白和乳清蛋白。酪蛋白与乳清蛋白比例约80：20（质量比）。酪蛋白、乳清蛋白是在乳腺中合成的，在自然界其它地方不存在。乳蛋白中还有血清白蛋白、免疫球蛋白及其它微量蛋白。血清白蛋白、免疫球蛋白则是来自血液的转移。
    牛乳中含有全部必须氨基酸，1升牛乳中可以满足或超过成年人每日必需氨基酸的需要量。所以，牛乳蛋白被称为“完全蛋白质”和最好的蛋白质。牛乳蛋白质消化吸收率比植物蛋白质高。牛乳蛋白质消化吸收率一般为90—100%，而植物蛋白质只有80—90%。由于牛乳蛋白质已经呈良好的乳浊状态分散于乳液中，所以消化吸收的速度也比肉、蛋、鱼、面包等快。乳蛋白质也是能量的来源。牛乳由于含水分较多，所以单位重量牛乳的热量供给较低，每100克牛乳（平均组成的）可提供288千焦的热量。按牛乳成分划分，蛋白质热量占19%。
    （一）酪蛋白  当脱脂乳PH值调整到4.6（等电点）、温度为20℃时，沉淀下来的蛋白质就是酪蛋白。酪蛋白是乳蛋白的主要蛋白质，约占总蛋白量的80%。酪蛋白不是单一蛋白质，而是由a-酪蛋白、β-酪蛋白、κ-酪蛋白组成。酪蛋白是典型的含磷蛋白，a-酪蛋白、β-酪蛋白在牛乳中是以酪蛋白酸钙-磷酸钙复合形态存在，可用弱酸或凝乳酶使其凝结。所以，牛乳可以用来制作干酪、干酪素等产品。
    （二）乳清蛋白 当脱脂乳PH值调整到4.6（等电点）、温度为20℃时，没有发生沉淀，而仍然保留在乳清中的蛋白质被称为乳清蛋白，约占牛乳蛋白的20%。乳清蛋白主要有：β-乳球蛋白（β-lg）、a-乳白蛋白（a-la）、血清白蛋白（SA）及免疫球蛋白（Ig）。这四类蛋白质约占乳清蛋白的85%以上，此外还有一些其他微量的蛋白质等。其中β-乳球蛋白（β-lg）、a-乳白蛋白（a-la）、血清白蛋白（SA），分别占总乳清蛋白的50%、20%和10%。由于乳清蛋白生物学上的意义，是生产婴幼儿配方乳粉的蛋白质配料。
    牛乳血清白蛋白来自血液，乳中含量较低，占总氮量的0.3%—1.0%。血清白蛋白在牛乳中的生物学意义不大。在不含β-乳球蛋白（β-lg）的乳中，如人乳，血清白蛋白（SA）可结合脂肪酸，促进脂肪酶的活性。
    免疫球蛋白在常乳中含量为0.6—1g/L（约占总氮量的3%），初乳中可达100g/L。乳中的免疫球蛋白可分为三类，即IgG、IgA、IgM，IgG可进一步分为IgG1和IgG2。牛乳中的IgG占优势，而人乳中以IgA为主。免疫球蛋白的主要生理功能是对幼仔提供免疫保护。犊牛出生后3天内其肠道是开放的，大分子物质，如IgG可以以完整形式直接吸收进入血液。犊牛出生时血液中无免疫球蛋白，吸食初乳3小时后IgG出现在血液中，一直可以持续三个月。
    其他微量蛋白有：乳铁蛋白、骨桥蛋白、血管源蛋白、激肽原、血浆铜蓝蛋白等。这里重点介绍一下乳铁蛋白。
    乳铁蛋白（LF）是一种铁结合糖蛋白，红色转铁蛋白家族，在大多数生物活性液包括乳中表达，是哺乳动物的先天免疫系统的一个主要部分。保护范围从大范围的微生物直接的抗菌，包括细菌、病菌、真菌、寄生虫，到抗炎和抗癌活性。1939年首次在牛乳中发现乳铁蛋白，1960年从人乳中分离出乳铁蛋白并定性。乳铁蛋白由乳腺上皮细胞合成，在不同的动物乳中其浓度是不同的。人类、猪和小鼠乳中含量很丰富，但在其它动物如牛和其它反刍动物的乳中含量较低。牛乳（常乳）含量一般为30mg/L，人乳（常乳）为1000mg/L，初乳中的乳铁蛋白含量会高几倍。乳铁蛋白的免疫性能影响先天和后天的免疫，特别是口服牛乳铁蛋白似乎影响小鼠的粘膜和系统免疫反应。
    二、乳脂肪
    乳脂肪是乳中主要的能量物质和重要营养成分，是迄今为止已知的组成和结构最复杂的脂肪。不同动物乳，脂肪含量有所不同，大体含量为：人乳4.5%；牛乳3.9%；牦牛乳6.5%；水牛乳7.4%；山羊乳4.5%；绵羊乳7.2%；马乳1.9%；骆驼乳4.0%。以牛乳为例，脂肪占总能量的50%。
乳脂肪所提供的热量约占牛乳总热量的一半。乳脂肪中约95%为三酰甘油，其余为磷脂、胆固醇和其它类脂及游离脂肪酸。三酰甘油是由长链和短链脂肪酸以一种有序的系统控制过程与甘油分子结合而形成的。C4——C16脂肪酸是由乳腺合成的，约占脂肪酸总量的60%。C18或更长的脂肪酸直接由血液吸收而来，约占脂肪酸总量的40%。乳脂中的磷脂和某些长链不饱和脂肪酸具有多种生理活性，可作为体内一些生理活性物质的前体，因而十分重要。另外，乳脂中的某些成分具有抗菌、抗癌和抗氧化的作用。
    乳脂肪是脂溶性维生素的重要来源。乳脂肪中含有全部已知的脂溶性维生素A、D、E、K。其中维生素A和胡萝卜素含量很高，胡萝卜素摄入人体后，会形成维生素A，同时还赋予牛乳以淡黄色。乳脂肪作为人机体的组成部分、热量供给、脂溶性维生素来源，每天必须摄入一定数量的脂肪，才能维持人体健康。
    乳脂肪是芳香味道的主要来源。牛乳的风味组成非常复杂，有许多成分组成，目前认为至少有120多种乳脂肪风味成分被鉴别出来。新鲜乳脂肪中浓度很低的短链及中链脂肪酸（C4—C12）是牛乳风味的关键成分。由于这些挥发性脂肪酸溶点低，在室温下呈液态，易挥发，所以赋予乳脂肪以特有的香味和柔润的质体。所以，食用脱脂乳您会感觉稀薄、寡淡无味。如果没有特殊的需要，建议食用全脂乳。
    乳脂肪成微细的球状乳浊液形式分散于乳汁中。乳中，脂肪球的大小因乳牛的品种、泌乳期、饲料以及乳牛的健康状况不同而有区别。乳脂肪球是稳定的，其外面包裹着一层乳脂球膜，保护脂肪免受脂肪酶的攻击，并使脂肪悬浮在乳汁中。脂肪球的直径范围0.5—5μm，每毫升乳中有大约150亿个脂肪球。乳脂的熔化温度宽泛，为-35—38℃，有相当比例在10—20℃熔化。乳脂肪的熔点低于人的体温，同时它本身已经具备了很好地乳化状态，所以乳脂肪是一种消化吸收率很高的食用脂肪。
    谈到乳脂肪，要重点谈一下胆固醇、反式脂肪酸、共轭亚油酸。
    胆固醇是一种重要的生物物质，是细胞膜的重要成分，也是一些激素和维生素D的前体。但，胆固醇已经和许多危害人体的疾病具有相关性，像动脉硬化、胆固醇胆结石和某些遗传性疾病，谈到胆固醇让人感到害怕。乳中的胆固醇是由乳腺组织自身合成的，或从血浆脂蛋白中摄取。不同动物乳中的胆固醇差异不大。相对于其他动物类食物来说，牛乳中的胆固醇含量是相当低的，约占脂肪总量的0.3%，仅为12mg/100g。而人乳中是相对高的，为25mg/100g；全蛋396mg/100g，蛋黄（液体）1260mg/100g；猪肉65mg/100g；猪肝354mg/100g；牛肉70mg/100g牛肝360mg/100g。近来，越来越多的实验表明，食用全脂牛乳并不会导致人血浆胆固醇含量增加。这可能与牛乳中某些可降低血浆胆固醇水平的成分有关，如：乳清酸、乳糖、钙、多不饱和脂肪酸。
    反式脂肪酸在不同食物中呈不同的异构体。在植物油氢化过程中，主要形成的是广泛的反式单不饱和脂肪酸，如反式-9 C18:1，反油酸。乳脂肪中主要的反式脂肪酸是反式-11 C18:1 ，十八碳烯酸。不同反式脂肪酸异构体有不同的生理影响。有证据表明，来自氢化植物油中的反式脂肪酸会对低密度脂蛋白和动脉粥样硬化的其它风险性因素产生不利影响，而乳脂肪中的反式脂肪酸——十八碳烯酸不会产生有害影响。原因是，十八碳烯酸的重要性在于它作为共轭亚油酸的主要异构体——瘤胃酸（顺式-9 反式-11 C18:2）的前体，与共轭亚油酸（CLA）的含量成线性相关关系。经计算，反式-11 C18:1的脱饱和作用是乳脂肪里顺式-9 反式-11 C18:2的主要来源。许多大型研究表明，动物或乳反式脂肪酸的摄入与冠心病风险明显呈负相关。并且随着反式脂肪酸摄入量的增加，无明显的逆趋势或至少没有变化。
    共轭亚油酸（CLA）是含有共轭不饱和双键亚油酸（C18:2）的位置和几何异构体的统称。共轭亚油酸最具有生物活性的异构体是顺式-9 反式-11 C18:2，其含量为总共轭亚油酸异构体的82%。大量研究表明，共轭亚油酸对人体有多重健康益处。包括：抗癌、抗动脉硬化、抗糖尿病、免疫调节、促进生长、减少身体脂肪等。共轭亚油酸是在反刍动物的瘤胃里，通过对瘤胃酸的氢化过程合成的。日粮是决定乳脂中的共轭亚油酸含量的主要因素，而品种、年龄、泌乳期的影响很小。夏季、新鲜的青饲料会增加含量，饲料中增加亚麻籽、葵花籽会增加含量，增加深海鱼油要比增加植物脂肪含量高。正常饲养条件下，共轭亚油酸含量在2—37mg/g脂肪；通过调整饲料构成，共轭亚油酸的含量可提升2—3倍。
    三、乳糖
    在自然界中，乳糖是哺乳动物乳汁中特有的成分，也是存在于乳中最主要的碳水化合物。乳糖的含量，因动物种类不同含量有所差异，大体为：人乳6.7%；牛乳4.6%；牦牛乳4.6%；水牛乳4.8%；山羊乳4.3%；绵羊乳4.8%；马乳6.2%；骆驼乳5.0%。
    牛乳中所含糖类99.8%为乳糖，此外还有少量的葡萄糖、果糖、半乳糖。由于乳糖可以通过结晶的方式提纯，因此在牛乳的各组成成分中，其性质较早得到了广泛研究。乳糖属双糖，水解时可分解成一分子葡萄糖和一分子半乳糖。乳糖在水中溶解度要低于其它糖类，但在乳中却呈溶解状态存在。乳的甜味就源于乳糖，乳糖的甜度相当于蔗糖的0.4（蔗糖1.0；果糖1.2；葡萄糖0.7）。乳糖的血糖生成指数为46（葡萄糖100；绵白糖84；蔗糖65；果糖23；麦芽糖105；蜂蜜73）。
    乳糖虽然属于碳水化合物，是乳能量的一部分。乳糖代谢生成半乳糖，半乳糖对于婴幼儿智力发育非常重要，它能促进脑苷脂类和粘多糖类的生成，所以生产婴幼儿配方乳粉的碳水化合物必须是乳糖，而且要占到碳水化合物总量的90%以上。乳糖衍生的产物有：乳果糖、乳糖醇、乳糖酸和低聚半乳糖。乳果糖、低聚半乳糖是益生菌——双岐杆菌生长的促进剂；乳果糖、乳糖醇不易被消化，可以作为可溶性纤维的来源，并被广泛用于治疗便秘。乳糖的另一个重要特点，是能促进肠道内乳酸菌的生长，从而可以抑制肠道内异常发酵所造成的不良影响。乳糖可以促进钙的吸收。
    关于乳糖不耐受症。人们食用牛乳后，消化乳糖需要乳糖酶来帮助，将乳糖分解成葡萄糖和半乳糖，这样才能被小肠壁吸收。患有乳糖不耐受症的人，其消化道缺乏乳糖酶，乳糖不能被分解和吸收，但却为胃肠道里的细菌提供了丰富的营养，细菌分解乳糖产生大量的二氧化碳，导致大量排气。过量的乳糖也会使小肠渗透压失衡，从而影响小肠对水分的吸收，还可能引起腹泻。虽然乳糖不耐受症不危及生命，但它使人很不舒服。应该指出的是，乳糖不耐受不是一种疾病，相反，它被视为是进化过程中的正常现象。大多数人在2岁后断奶，乳糖酶的分泌开始下降。事实上，人是唯一成年后还以乳为主要食物的哺乳动物。克服这种现象的措施是：断奶后要坚持喝牛乳，食用乳制品，继续保持肠道乳糖酶的活性；喝牛乳、食用乳制品要伴随着一日三餐进食，减轻反应；食用低乳糖乳制品，如酸乳、干酪、无乳糖牛乳等。
    四、乳矿物质
    乳中的矿物质又称无机盐或灰分。乳中的矿物质，除了碳、氢、氧、氮以外，主要有：钙、磷、钠、氯、钾、镁、硫等。此外还有微量元素，包括：钴、铜、碘、铁、锰、钼、硒、锌、铝、钛、硼、溴、氟、硅等。各种动物乳中灰分含量（占干物质%）：人乳0.2；牛乳0.7；牦牛乳0.9；山羊乳0.8；绵羊乳0.9；马乳0.5；骆驼乳0.8。
    乳中的盐类碱性成分多于酸性，因此，牛乳的灰分呈碱性。绝大部分的盐类呈离子状态存在于乳中。乳中的矿物质不是恒定的，受很多因素影响，如泌乳期、动物营养状况、环境、遗传因素等。
    人乳和牛乳中矿物质的含量（mg/L）
                                人乳                                            牛乳    
矿物质       平均值           范围                 平均值               范围
    钙             350         320—360            1210             900—1400
    磷             145         140—150            950               700—1200
    钠             150         110—210             470              300—700
    钾             600          570—620           1500             1000—2000
    镁              28            26—30               120                 50—240
    氯             430          350—550           1030              800—1400
    钙、磷含量高是牛乳的一个显著特点，钙高达1200mg/L，磷含量为950mg/L，比值为1.3：1，钙磷比例合适。按中国营养学会发布的《中国居民膳食营养素推荐摄入量(RNIs)》，每天推荐摄入量，11—17岁少年儿童，钙1000mg，磷1000mg；18岁—50岁成年人，钙800mg，磷700mg；50岁以上成年人，钙1000mg，磷700mg。如果一个人每天食用500毫升牛乳，就能摄入600mg的钙，可以满足成年人一天摄入量的75%，少年儿童、老年人一天摄入量的60%。再加上食用的其它食物钙，钙的摄入量完全可以满足身体需要。
    矿物质在人体构成上所占数量虽然很小，但却是不可缺少的。如，血液中的钙质是构成骨骼和牙齿的主要材料，还可以帮助血液凝固，维持正常的心肌活动；镁是某些酶类的活化剂，参与新陈代谢的合成和分解过程；血色素中的铁、铜，甲状腺素中的碘和胰岛素中的锌，都是维持生命不可缺少的物质。乳中无机盐的另一个特点是，各种无机盐之间是处于平衡状态，能够维持身体的正常生理功能。如钙和磷的比例适于构成骨骼，钾和钠的比例适于维持体液的渗透压以及体液的酸碱平衡。
    五、乳维生素
    牛乳中含有至今已知的所有维生素。脂溶性维生素如：A、D、E、K；水溶性的如：B（B1、B2、B6、B12）族、C、烟酸、生物素、泛酸、叶酸等。维生素是维持生命和健康所必需的一大类营养素，虽然量非常微少，但对维持机体正常生长及调节其生理机能方面却非常重要。机体不能自身制造维生素，所需的维生素全靠从食物中摄取和补充。当饮食中不能提供足够的维生素时，正常代谢会发生紊乱，导致缺乏症状、疾病，有时甚至导致死亡。
    乳是哺乳动物幼仔出生后很长一段时间内唯一的食物来源，含有足够数量的所有维生素可以维持新生儿正常的生长。根据物种不同，这一阶段从几周到几个月不等。不同物种乳中维生素含量差异较大，牛乳是人类饮食中重要的维生素来源，特别是维生素B2、B12。维生素A、E的含量取决于牛的日粮摄入和乳中的脂肪含量。B族维生素和维生素K是由瘤胃细菌合成。维生素C在牛的肝脏中并且也可能在其它组织中（小肠和肾脏）合成。很明显，鲜乳中维生素的浓度取决于牛日粮的组成及季节。
    六、乳中的核苷和核苷酸
    核苷是吡啶和嘌呤的N-糖苷，核苷酸是核苷的D-磷酸化酯。牛乳中含有核苷和核苷酸以作为游离基存在于乳中的嘧啶和嘌呤。它们是乳中非蛋白氨的组成部分。不同种类泌乳动物，核苷、核苷酸的组分和浓度各不相同，而且分娩后浓度达到最高，伴随着泌乳期过程逐渐降低。牛初乳和常乳中的核苷含量是31—156μmol/L。人乳中的核苷在数量上、质量上都与牛乳有明显差别。牛初乳和常乳中的核苷酸含量是39—504μmol/L，人乳中的核苷酸含量要超过牛乳。乳中核酸总量（RNA、DNA）目前已被测出，牛乳中含量为190—580mg/L，人乳中含量为118—720mg/L。
尽管核苷和核苷酸在乳和其它食物中只是一种微量成分，但是它们对于细胞功能、代谢、能量储存和传递都是必要的，况且它们还是核酸的单体前提。核苷、核苷酸及相关化合物被认为是组织快速生长的必要成分，特别是对于新生儿具有疗效作用。对于母乳喂养的婴儿，它被认为是专门促进铁吸收的因子；可刺激a-脂蛋白的合成，并参与脂类代谢；可显著改善早产儿体重、体长、头围等指标；加强免疫反应。目前，世界上许多国家要求婴幼儿乳粉生产添加核苷酸，我国的标准也有规定。
    七、乳中的激素及生长因子
    牛乳本身含有多种内源性激素和生长因子，目前已检测到50种以上，随着检验技术的不断改进，将会有更多的激素和生长因子被发现。
    （一）激素   牛乳中报道的激素和类激素物质主要有：性腺激素、肾上腺激素、垂体激素、下丘脑激素、其它激素。如：雌激素5—10pg/mL；孕激素2—13ng/mL；雄激素0—50pg/mL；糖皮质激素0—50ng/mL；5a-雄-3，17-二酮3ng/mL；泌乳素5—200ng/mL；生长激素0—1ng/mL；促性腺激素释放激素0.5—3.0ng/mL；促甲状腺激素释放激素0—0.5ng/mL；生长激素抑制素10—30ng/mL；甲状旁腺激素-相关蛋白40—100ng/mL；胰岛素5—40ng/mL；褪黑激素5—25pg/mL。
    乳中激素的生理功能是多方面的。主要有：1、乳中激素影响乳腺的生长、发育及成熟；2、乳中激素通过传递代谢信息，有促进新生子生长、免疫系统发育、肠胃道和神经分泌系统发育，以及调剂新生子组织器官生理活动和代谢功能的作用；3、乳中富有多种营养物质，包括多种生理活性物质，因此，乳中激素有运转生物活性物质、体现多种生理功能和免疫保护作用。
    （二）生长因子  
    牛乳和初乳中的生长因子主要有：类胰岛生长因子（IGF）-I；转化生长因子（TGF）-β2；表皮生长因子（EGF）；碱性成纤维细胞生存长因子（bFGF）和成纤维细把奥生长因子（FGF）-2等，含量都在5—1000ng/mL。它们在初乳中的浓度一般比常乳中的高。
    乳生长因子具有多种生理功能。表皮生长因子家族成员的功能是刺激表皮细胞、上皮细胞、胚胎细胞的增殖，它们还能抑制胃酸分泌，促进伤口愈合和骨吸收。转化生长因子（TGF）-β家族在胚胎形成、组织修复、骨和软骨的形成，以及免疫系统的控制中起着重要的作用。类胰岛生长因子（IGF）-I可以刺激细胞生长、分化，参与葡萄糖的摄取和合成糖原。成纤维细把奥生长因子（FGF）-2刺激内皮细胞、成纤维细胞、上皮细胞的增殖、迁移和分化，以及参与血管形成、胶原蛋白和纤维连接蛋白的合成以及造血等功能。乳生长因子已被用于发展伤口愈合的治疗性药物和肠胃道疾病的治疗。