反刍动物乳是世界上主要的食用乳品，国际奶业联合会统计发现，2016年反刍动物乳占世界总乳量的99.52%，其中牛乳占反刍动物乳的82.56%，因此牛乳是人类乳制品的最主要来源。牛乳中含有丰富的乳蛋白、乳糖、乳脂、维生素和金属元素等，对人的营养与健康有着重要的作用^[1]。以前的研究主要集中于乳成分方面，但是随着人们对生活品质要求的不断提升，研究人员开始关注提高乳品质和牛乳中有利于人们健康的组分，包括牛乳中的不饱和脂肪酸等，不饱和脂肪酸主要包括ω-3多不饱和脂肪酸(也称为ω-3脂肪酸)、ω-6多不饱和脂肪酸，以及反刍动物特有的共轭亚油酸^[2]等。

ω-3多不饱和脂肪酸为人体的必需营养元素，对人体的健康和神经系统发育^[3]以及心血管疾病、肿瘤、糖尿病、肾脏疾病等的预防及治疗具有积极作用^[4]，对儿童的认知行为有利，并能改善儿童的健康^[5]等。ω-3多不饱和脂肪酸主要包括α-亚麻酸(ALA)、二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)，此外还有十八碳四烯酸(SDA)、二十碳四烯酸(ARA)、二十二碳五烯酸(DPA)等。人类饮食中富含ω-3多不饱和脂肪酸的食品主要为亚麻籽(油)、鱼油、微藻和动物乳。其中亚麻籽(油)主要富含ALA，组成单一。鱼油中主要含有EPA和DHA，但是随着海洋环境污染的加剧，鱼油中的有害成分明显提高^[6]。Voorspoels等^[7]试验发现，在几乎所有比利时日常食品中，鱼类中多氯联苯含量最高。微藻中DHA含量高，但是由于微藻培养受到多种因素的影响，用于食品的量有限。牛乳中含有多种ω-3多不饱和脂肪酸，但是含量较低，且含量受多种因素的影响。因此，提高牛乳中ω-3多不饱和脂肪酸的含量有利于丰富富含ω-3多不饱和脂肪酸食品种类，提高人们生活水平。本文主要综述影响牛乳中ω-3多不饱和脂肪酸富集的因素，为调控牛乳中ω-3多不饱和脂肪酸提供理论依据。

1 牛乳中ω-3多不饱和脂肪酸的含量

牛乳中ω-3多不饱和脂肪酸种类多但是含量较少^[8]。牛乳中的ω-3多不饱和脂肪酸包括ALA、EPA、DHA和DPA等，目前的研究主要集中于牛乳中ALA、EPA和DHA含量的调控方面。表 1中列出2000—2018年间文献中报道的牛乳中每100 g脂肪中ALA、EPA和DHA这3种ω-3多不饱和脂肪酸的含量^[9-25]。从表中数据可以看出，牛乳中EPA的含量在多数的文献中略高于DHA但是数值差异较小，而牛乳中ALA含量最高，但是即使是含量最高的ALA其含量也不足牛乳脂肪的1%^[26]。各牛乳中ALA、EPA和DHA含量变化幅度较大，每100 g牛乳脂肪中ALA质量变化范围为0.16~0.77 g，平均值为0.470 g，EPA质量变化范围和平均值分别为0.003~0.140 g和0.050 g，DHA质量变化范围和平均值分别为0~0.16 g和0.047 g。

2 影响牛乳中ω-3多不饱和脂肪酸富集的因素

哺乳动物体自身缺少Δ12和Δ15去饱和酶^[3]，体内无法通过脂肪从头合成途径合成ω-3多不饱和脂肪酸。动物体自身虽然可以以ALA为底物合成一定量的更长链的ω-3多不饱和脂肪酸，但是合成量有限，因此牛乳中的ω-3多不饱和脂肪酸主要来自于饲粮。如图 1所示，奶牛从饲粮中获取ω-3多不饱和脂肪酸主要经过瘤胃、肠道、淋巴系统、血液、乳腺的吸收并转运至乳中^[27-31]。在这个转运过程中，饲粮中ω-3多不饱和脂肪酸的含量能够影响乳中ω-3多不饱和脂肪酸的转运量，饲粮中的ω-3多不饱和脂肪酸在反刍动物体内转运的过程经过瘤胃的生物氢化作用、小肠及淋巴组织等转运的损失以及动物体内各器官内氧化供能和组织修复等利用，均会影响转运至乳中ω-3多不饱和脂肪酸的量。其中，瘤胃氢化作用会使饲粮中70%~90%的不饱和脂肪酸转化为饱和脂肪酸^[32]，影响ω-3多不饱和脂肪酸进入小肠，进而影响ω-3多不饱和脂肪酸的吸收。ω-3多不饱和脂肪酸从毛细血管中转运至乳腺细胞的过程中，主要有2种转运方式——自由扩散和主动运输，其中主动运输为主要的转运方式，这主要受转运蛋白的影响，因此瘤胃的生物氢化作用和乳腺细胞的转运是调控ω-3多不饱和脂肪酸转运至乳中的关键。总的来说，影响牛乳中的ω-3多不饱和脂肪酸富集的主要因素包括饲粮、瘤胃生物氢化作用和乳腺细胞的转运。此外，奶牛的泌乳时期和胎次等因素也会对牛乳中ω-3多不饱和脂肪酸的富集产生影响。

2.1 饲粮因素

牛影响乳中ω-3多不饱和脂肪酸富集的主要因素是饲粮，目前用于提高牛乳中ω-3多不饱和脂肪酸含量的饲料源主要有鱼油^[33]、亚麻籽^[34]及亚麻籽油^[35]、富含DHA的藻类(algae)和微藻(microalgae)^[1]以及嘉种籽^[36]等其他油料作物。这些饲料中，鱼油含有多种ω-3多不饱和脂肪酸，包括ALA、EPA和DHA等，藻类和微藻含有丰富的DHA，而亚麻籽、亚麻籽油和嘉种籽含有丰富的ALA。

2.1.1 亚麻籽或亚麻籽油

在奶牛饲粮中添加亚麻籽或亚麻籽油能够提高牛乳中ALA的含量。与其他油料作物或油脂相比，亚麻籽或亚麻籽油中ALA含量比较高，因此对牛乳中ALA含量的影响也较明显。Pi等^[26]分别在奶牛饲粮中添加4%的亚麻籽或4%的橡胶籽后发现，虽然添加橡胶籽和亚麻籽均能提高牛乳中ALA的含量，但是添加亚麻籽的效果更为明显。Caroprese等^[37]在不同品种奶牛饲粮中添加1.93%的亚麻籽(添加量为干物质重量的1.93%)或1.93%的棉花籽后也发现，添加亚麻籽组牛乳中ALA含量的提高效果更为明显。动物体本身无法合成ALA，因此牛乳中的ALA主要来自于饲粮，且随着饲粮中ALA含量的增加牛乳中ALA含量也增加。Yang等^[38]报道，通过十二指肠向奶牛的体内添加100、200和300 g的ALA后发现，牛乳中ALA的含量呈线性提高。Resende等^[11]在试验中同样也发现，随着奶牛饲粮中富含ALA的亚麻籽添加量的增加，牛乳中ALA的含量呈线性提高。Chilliard等^[19]的试验发现，无论是添加亚麻籽还是亚麻籽油，均能增加牛乳中ALA含量。在亚麻籽油添加方面，Cattani等在奶牛饲粮中添加亚麻籽油也同样发现亚麻籽油的添加量与牛乳中ALA含量呈线性相关。此外，虽然在动物体内能够以ALA为前体物合成碳链长度大于18的ω-3多不饱和脂肪酸如EPA、DHA等^[39]，但是合成量很少，主要用于机体消耗，对牛乳中的EPA、DHA含量的影响不显著^[40]。因此，虽然亚麻籽或亚麻籽油能够明显的增加牛乳中ALA的含量，但对DHA、PEA含量没有显著影响，而人们对PEA、DHA等ω-3多不饱和脂肪酸的关注度不断提升，单一的提高ALA已经不能满足人们的需求。

2.1.2 鱼油

鱼油含有种类丰富的ω-3多不饱和脂肪酸，其中EPA和DHA含量最为丰富^[38]，饲粮中补充鱼油能够明显提高牛乳中EPA和DHA的含量^[41]。Pirondini等^[13]在奶牛饲粮中添加鱼油后发现，牛乳中DHA和EPA的含量明显提高。Vahmani等^[16]给奶牛每天补饲200 g鱼油后发现，与对照组相比，添加鱼油组牛乳中每100 g脂肪中EPA的质量提高了约2.5倍，DHA的质量提高了约7.0倍，但是ALA含量没有显著变化。Vargas-Bello-Pérez等^[42]同样也发现添加鱼油提高牛乳中DHA和EPA的含量，同样对牛乳中ALA的含量没有显著影响，这主要是由于鱼油中DHA和EPA含量高，而ALA含量低，鱼油中的ALA主要被生物氢化作用以及机体所消耗，因此转运至乳中的量较少。Whitlock等^[21]的试验发现，在补饲一定量的鱼油的同时补饲一定量含ALA的豆油后，牛乳中ALA、DHA和EPA的含量均有显著增加。鱼油虽然能够明显提高牛乳中EPA和DHA的含量，但是效果不一。Vahmani等^[16]、Pirondini等^[13]和Whitlock等^[21]的试验中鱼油添加量分别为200、184和230 g/d，Vahmani等^[16]试验中牛乳中EPA和DHA含量相对于对照组增加明显，Pirondini等^[13]试验中虽然牛乳中EPA和DHA含量出现提高，但是提高量较少。Vargas-Bello-Pérez等^[42]试验中鱼油添加量为500 g/d，相对于对照组，牛乳中DHA含量增加明显，但EPA含量与Vahmani等^[16]试验相比增加不明显。不同试验结果存在差异，一方面可能与鱼油的种类差异有关，不同的鱼油内ω-3多不饱和脂肪酸的含量与比例不同，从而对牛乳中脂肪酸成分的影响不同；另一方面可能与鱼油在奶牛体内的代谢有关系，但是具体的影响机理有待进一步的探究。但是，随着市场上鱼油需求量的急剧增加^[43]导致鱼油的价格升高，以鱼油为饲料资源饲喂动物对饲养成本增加过高，从而导致ω-3多不饱和脂肪酸乳的成本较高。

2.1.3 微藻或藻类

微藻或藻类作为饲料除了能够为动物提供优质的蛋白质、维生素外，还能够为机体提供丰富的ω-3多不饱和脂肪酸，微藻或藻类的ω-3多不饱和脂肪酸以DHA和EPA为主，其中DHA含量最为丰富。目前微藻或藻类多用于禽类和猪的生产中，但是随着微藻或藻类的不断开发，微藻或藻类将会成为奶牛生产潜在的优质饲料来源^[44-45]。微藻富含ω-3多不饱和脂肪酸，因此奶牛饲粮中添加微藻能够明显提高牛乳中ω-3多不饱和脂肪酸的含量。Sinedino等^[10]发现，在奶牛饲粮中添加100 g微藻(DHA质量为10 g)后，对照组每100 g乳脂肪酸中ALA、EPA和DHA质量分别为0.273、0.022和0.002 g，添加微藻组每100 g乳脂肪酸中ALA、EPA和DHA质量分别为0.318、0.028和0.242 g，牛乳中3种ω-3多不饱和脂肪酸的含量均升高，其中DHA含量升高最明显，升高了120倍。但是微藻对于牛乳中ALA、EPA和DHA含量影响的研究结果并不一致，Moran等^[9]同样在试验中给奶牛补饲含有16 g DHA的100 g微藻后，与对照组相比，添加微藻组牛乳中EPA和DHA含量均提高，但是ALA含量差异不显著。其中对照组每100 g乳脂肪酸中DHA质量为0 g，而添加微藻组每100 g乳脂肪酸DHA质量为0.1 g。同样，藻类对于牛乳中ALA、EPA和DHA含量的影响效果也不一样。Moate等^[15]在试验中发现，随着饲粮中藻类添加量的增加，牛乳中DHA和EPA的含量呈线性增加，而ALA的含量呈线性降低。但是Stamey等^[46]在试验中发现，随着同种藻类添加量的增加，牛乳中DHA的含量呈线性增加，但是ALA和EPA的含量差异不显著。总的来说，奶牛补饲微藻或藻类能够明显提高牛乳中DHA的含量，但是对牛乳中ALA和EPA含量的影响不一。一方面是由于微藻或藻类的种类不同，其各种ω-3多不饱和脂肪酸含量不同。Ryckebosch等^[47]对多个种类微藻进行检测，发现不同微藻中所含的各种ω-3多不饱和脂肪酸的量不一致，且差距较大，所检测的微藻提取的油脂中ALA、EPA和DHA含量的范围分别为0.3~92.0 mg/g、3~193 mg/g和0~46 mg/g。另一方面可能与微藻或藻类在动物体内代谢有关，微藻或藻类中的某些物质或组成比例能够使得更多的DHA过瘤胃，从而提高牛乳中DHA的含量，但是具体的影响机理有待进一步的研究。

总的来说，亚麻籽作为ω-3多不饱和脂肪酸的饲料源，虽然能够为奶牛提供丰富的ω-3多不饱和脂肪酸，但是仅能够明显提高牛乳中ALA的含量，对其他ω-3多不饱和脂肪酸含量的影响不显著；同样，多数的微藻或藻类对牛乳中DHA含量有明显的提高效果，对EPA含量也有一定的提高作用；鱼油虽然能够明显增加牛乳中EPA和DHA的含量，但是对牛乳DHA含量的提高效果没有微藻显著。而对各种富含ω-3多不饱和脂肪酸的饲料进行组合饲喂，饲料之间达到互补效应，有利于丰富和提高牛乳中ω-3多不饱和脂肪酸的含量。

2.2 瘤胃生物氢化作用因素

在体内代谢的过程中，生物氢化作用是影响牛乳中ω-3多不饱和脂肪酸富集的最主要的限制因素，因此降低瘤胃的生物氢化率，有利于提高牛乳中ω-3多不饱和脂肪酸的含量。在瘤胃中有60%~90%的不饱和脂肪酸通过生物氢化作用转化为其他脂肪酸，而以钙盐或其他形式添加则生物氢化作用将降低至30%~40%^[27]。Bernal-Santos等^[48]分别通过皱胃和瘤胃添加富含十八碳四烯酸(SDA)的大豆油发现通过皱胃添加豆油更能明显地提高牛乳中SDA以及其他形式ω-3多不饱和脂肪酸的含量，而通过瘤胃添加豆油对牛乳中各ω-3多不饱和脂肪酸成分含量的影响不显著。瘤胃中不饱和脂肪酸的生物氢化作用主要是由瘤胃微生物引起的。有试验发现溶纤维素丁酸弧菌(Butyrivibrio fibrisolvens)与白色瘤胃球菌(Ruminococcus albus)是引起瘤胃中不饱和脂肪酸氢化的主要细菌^[49]。真菌在瘤胃中的数量很少，与细菌相比氢化效率低，因此在瘤胃氢化过程中贡献小，对于真菌与脂肪生物氢化的研究^[50]相对较少。此外，还可以通过改变饲粮中的不饱和脂肪酸的比例降低瘤胃生物氢化作用。Shingfield等^[51]在饲粮中单独添加亚麻籽油、鱼油或二者混合添加后发现，添加油脂能够提高ALA的生物氢化率，但是相比添加鱼油，亚麻籽油与鱼油混合添加能够显著降低瘤胃DHA和EPA的生物氢化率。Kairenius等^[33]在试验中分别设定对照组、鱼油添加组、鱼油和向日葵籽油添加组以及鱼油和亚麻籽油添加组，同样发现添加油脂会提高瘤胃ALA的生物氢化率，但是相比于单独添加鱼油来说，混合添加鱼油和向日葵籽油以及鱼油和亚麻籽油显著提高了瘤胃DHA和EPA的生物氢化率。试验结果产生差异的原因可能是Shingfield等^[51]和Kairenius等^[33]试验中试验动物的品种不同，Shingfield等^[51]试验中用的是肉牛而Kairenius等^[33]试验中用的是奶牛，肉牛瘤胃中微生物的组成与奶牛不同，从而影响瘤胃的生物氢化作用，其具体原因有待进一步研究。但是，即使通过调节饲粮中不饱和脂肪酸的组成来调节瘤胃生物氢化率，瘤胃生物氢化率仍高于90%，Kairenius等^[33]的试验中鱼油和亚麻籽油添加组瘤胃ALA的生物氢化率更是高达98.8%。

目前多数的研究报道，奶牛饲粮中添加不饱和脂肪酸能够降低瘤胃中主要生物氢化微生物的丰度，例如有试验发现饲粮中添加ω-3多不饱和脂肪酸能够降低瘤胃主要参与生物氢化的细菌溶纤维素丁酸弧菌的丰度^[52-53]。虽然饲粮中添加ω-3多不饱和脂肪酸能够降低目前已知的主要氢化细菌丰度，但是瘤胃的生物氢化率并没有降低。Kairenius等^[33]在试验中添加鱼油后发现瘤胃ALA的生物氢化率提高，而在添加鱼油的基础上添加亚麻籽油或向日葵籽油后发现，瘤胃ω-3多不饱和脂肪酸生物氢化率均显著提高，总ω-3多不饱和脂肪酸的生物氢化量也提高。由此推测，一方面，由于目前主要的生物氢化细菌并非在瘤胃中发挥主要作用，瘤胃中可能存在一种未知的菌，在添加ω-3多不饱和脂肪酸后其丰度增加，从而提高瘤胃生物氢化率；另一方面，可能是瘤胃中引起多不饱和脂肪酸发生生物氢化的酶的活性受到多不饱和脂肪酸的作用，导致酶的氢化活性极大提高，从而提高瘤胃生物氢化作用；此外，还有可能是，在多不饱和脂肪酸的刺激下，主要的已知生物氢化菌分泌生物氢化酶的活性提高，虽然该菌的丰度降低，但是酶的分泌量提高。目前对于瘤胃生物氢化作用的机理研究尚不明确，有待进一步的研究。

总之，目前降低瘤胃生物氢化率的方法主要为2种：其一，对饲粮中的不饱和脂肪酸进行过瘤胃保护，减低饲粮中不饱和脂肪酸的生物氢化率；其二，调节瘤胃内环境从而改善瘤胃生物氢化率，主要是调节瘤胃内的微生物的组成。而同时调节饲粮中各不饱和脂肪酸的比例来抑制不饱和脂肪酸的生物氢化，目前抑制作用不明显，具体的抑制机理有待进一步研究。

2.3 乳腺细胞的转运因素

牛乳中脂肪酸的主要来源有2个：一个是通过乳腺细胞的从头合成途径合成，而后分泌到乳中；另一个是通过从血液中吸收进乳腺，经过乳腺加工分泌到乳中。而牛乳脂肪酸中的ω-3多不饱和脂肪酸全部来自血液。ω-3多不饱和脂肪酸从血液进入乳腺有2种方式——自由扩散和主动运输，其中主动运输是主要的转运方式。ω-3多不饱和脂肪酸的主动转运主要受到乳腺上皮细胞转运蛋白的影响，目前已知的转运蛋白主要有脂肪酸转运蛋白家族(FATPs)、脂肪酸转位酶(FAT/CD36)、膜脂肪酸结合蛋白(FABPpm)和Caveolin-1蛋白。目前已知的脂肪酸转运蛋白家族有6个(FATP1~6)，有试验证明脂肪酸转运蛋白家族能够参与长链脂肪酸的转运^[54]，但是转运机制尚不明确。脂肪酸转位酶在长链脂肪酸的转运中起到重要的作用，有试验发现当敲除脂肪酸转位酶的合成基因后，脂肪酸的摄取量显著减少^[55]。多数研究发现膜脂肪酸结合蛋白和Caveolin-1蛋白这2种蛋白能够协助脂肪酸转位酶调控长链脂肪酸的转运^[56]。

乳腺上皮细胞对不同ω-3多不饱和脂肪酸的转运可能存在差异，有试验发现增加饲粮中鱼油的添加量(分别为0、1%、2%、3%)后，牛乳中EPA和总ω-3多不饱和脂肪酸的含量呈线性提高，但是DHA的含量并非呈线性提高，而是随着添加量的提高前期呈线性，在添加量达到3%时出现下降，此时牛乳中DHA含量低于添加量为2%时^[25]。这可能是由于不同ω-3多不饱和脂肪酸的转运存在竞争，但是具体的机理尚不明确，探究其转运机理有利于提高血液中ω-3多不饱和脂肪酸转运到乳中的效率。

2.4 奶牛的泌乳时期和胎次因素

在奶牛生产中，奶牛的泌乳时期和胎次对牛乳中脂肪酸的组成以及各脂肪酸的产量均可产生影响^[57-58]。随着泌乳天数的增加，乳脂含量也逐渐增加，乳中脂肪酸的组成也随之变化。Stoop等^[57]对398个牧场中的1 933头奶牛整个产奶期乳脂肪组成进行分析后发现，在奶牛泌乳中期时，牛乳中十八碳不饱和脂肪酸含量最低，其中ALA属于十八碳不饱和脂肪酸，但是该试验中未能单独对牛乳中ALA含量进行分析，而测得十八碳不饱和脂肪酸包括油酸、亚油酸和ALA，其中ALA所占比例很小，因此不能确定泌乳天数对牛乳中ALA含量是否产生影响。Kay等^[59]的试验中测定了泌乳前期第1周、第8周和第16周牛乳中各脂肪酸的组成，检测后发现不同泌乳时期牛乳中ALA的含量差异不显著；同样，卜登攀^[60]在试验中同样也发现泌乳时期对牛乳中ALA含量的影响不显著。胎次对牛乳中ω-3多不饱和脂肪酸含量的影响结果也不尽一致。Samková等^[61]在试验中发现，随着胎数的增加，牛乳中ALA的含量呈下降的趋势，但初产奶牛与第2胎奶牛乳中ALA含量差异不显著，同时第2胎奶牛的泌乳量高于初产奶牛。但是，多数研究发现胎次对牛乳中ω-3多不饱和脂肪酸的含量没有显著影响^{[58, 60, 62]}。

总的来说，泌乳时期和胎数对牛乳中ω-3多不饱和脂肪酸含量的影响不显著，少数研究认为第2胎次之后牛乳中ω-3多不饱和脂肪酸含量与胎次呈负相关。据此可知，在第2胎奶牛泌乳中期，牛乳中ω-3多不饱和脂肪酸的含量较高。

3 小结

ω-3多不饱和脂肪酸作为人体的必需营养素已经受到人们的关注，因此开发富含ω-3多不饱和脂肪酸的牛乳成为一种趋势。牛乳中ω-3多不饱和脂肪酸的富集主要受到瘤胃生物氢化作用和饲粮中ω-3多不饱和脂肪酸含量以及组成的影响，瘤胃生物氢化作用是主要的限制因素，饲粮中不饱和脂肪酸含量是主要的影响因素；此外，乳腺细胞的转运也会影响牛乳中ω-3多不饱和脂肪酸的富集。提高牛乳中的ω-3多不饱和脂肪酸含量的饲料原料主要为亚麻籽、鱼油和微藻，但是亚麻籽中ω-3多不饱和脂肪酸组成单一，鱼油价格较贵，而微藻受种类等方面的影响较大，且其在奶牛体内的作用机制尚不明确。

总的来说，探究不同饲料原料中ω-3多不饱和脂肪酸的转运机理，包括瘤胃的生物氢化作用和乳腺的转运机理，一方面可以通过过瘤胃包被、不同脂肪酸之间互作等方法，或者开发一种瘤胃生物氢化抑制剂，来降低瘤胃生物氢化作用；另一方面可以通过探究乳腺上皮细胞转运蛋白与脂肪酸之间的关系，提高乳腺对于血液中各ω-3多不饱和脂肪酸的转运，从而降低ω-3多不饱和脂肪酸在奶牛体内的消耗，提高牛乳中ω-3多不饱和脂肪酸在的含量。