功能型乳制品作为连接乳业与大健康产业的重要载体,展现出巨大的发展潜力。雌马酚(equol)作为一种由异黄酮经肠道微生物代谢产生的植物雌激素,因较其前体物质展现出更强的生物学活性而备受关注[1-2]。研究发现,雌马酚具有抗氧化[3-4]、抗炎[5]和类雌激素生物学功能[6]等多种生理作用,对预防慢性疾病、改善人体健康具有潜在价值。但是仅有30%~50%的人群具有特定的肠道菌群结构,可以将饮食摄入的异黄酮转化为雌马酚,这类人群被称为“雌马酚生产者”[7-9]。已有大量研究发现通过调控奶牛饲粮中异黄酮含量,可以提高牛奶中雌马酚含量,从而为“非雌马酚生产者”群体提供稳定的雌马酚膳食来源[10-12]。因此,牛奶作为一种日常消费广泛且营养全面的食品载体,被赋予新的功能化开发潜力。本文综述了近年来奶牛合成雌马酚的生理基础与营养调控的研究进展,旨在为开发功能乳制品、激活健康消费提供科学依据。
1 雌马酚的生物学活性与健康功能
2 牛奶中雌马酚的来源、生成与转移
2.1 牛奶雌马酚的理化特性与分布
2.2 瘤胃微生物对异黄酮的代谢转化
植物源异黄酮多以糖苷形式存在,需经水解为苷元后方能发挥生物学活性[42]。通过酶的催化或在酸性环境下,异黄酮糖苷可以水解为苷元,异黄酮苷元经去甲基化及还原反应最终转化为雌马酚[36]。不同于人类仅部分个体具备代谢异黄酮产生雌马酚的能力,反刍动物普遍具备该代谢能力,其核心机制在于瘤胃复杂的微生物群落结构。Wang等[35]从牛瘤胃内容物中分离出一种菌株编号为Niu-O16的棒状革兰氏阳性厌氧菌,发现其能够在厌氧环境下将异黄酮大豆苷元和染料木素分别转化为二氢大豆苷元(dihydrodaidzein,DHD)和二氢染料木素(dihydrogenistein,DHG)。卜莹等[38]进一步研究揭示了红三叶草异黄酮[主要为刺芒柄花素(formononetin)和鹰嘴豆芽素A(biochanin A)]的代谢通路:刺芒柄花素经去甲基化生成大豆苷元,随后依次转化为DHD和O-去甲基安哥拉紫檀素(O-desmethylangolensin,O-DMA),最终生成S-雌马酚;而鹰嘴豆芽素A则经去甲基化生成染料木素,最终生成对乙基苯酚(图2)。
2.3 雌马酚在奶牛体内的吸收、转运与结合态转化
综上所述,牛奶中雌马酚的生成与转移是一个涵盖饲粮、瘤胃微生物和宿主生理多环节协同作用的复杂生物过程。这些过程不仅决定了牛奶中雌马酚的含量与存在形态,也反映了反刍动物在异黄酮代谢方面的独特生理优势。未来研究应结合微生物组学、代谢组学及合成生物学技术,深入解析核心菌群及关键酶系的功能机制,探索通过饲粮调控或微生态干预实现雌马酚代谢的精准调控与高效转化,为开发具有特定生物学活性的功能型乳制品提供理论基础与技术支撑。
3 饲粮调控牛奶雌马酚研究进展
3.1 异黄酮主要饲料来源
提高饲粮中异黄酮的含量有助于增加牛奶中雌马酚的含量[46]。研究发现,在奶牛饲粮中添加大豆异黄酮后,牛奶中的雌马酚含量从77.78 μg/L增加至186.30 μg/L[47]。在奶牛饲粮中补充新鲜或青贮红三叶草时,牛奶中的雌马酚含量会显著升高[48-50]。饲粮中的红三叶草与大豆是牛奶雌马酚的主要来源[34]。其中,红三叶草中异黄酮含量较高,为10~25 mg/g干物质(DM),主要成分为刺芒柄花素、染料木素、大豆苷元以及鹰嘴豆芽素A[35],其中刺芒柄花素的含量最高,达到0.8~11.0 mg/g DM[48]。大豆作为常见的饲料原料,其异黄酮含量显著低于红三叶草,约为红三叶草的1/10,为1.2~4.2 mg/g DM,主要成分为大豆苷元和染料木素[51]。紫花苜蓿及菊苣等饲草虽然含有一定量的植物雌激素,但饲喂后对牛奶中雌马酚含量的提升效果远低于红三叶草[52]。饲喂白三叶草的奶牛,其牛奶中雌马酚含量仅为饲喂红三叶草组的1/4[11]。此外,葛根、甘草等植物虽同样富含异黄酮,但此类植物对牛奶中雌马酚含量的影响并不显著[34,53]。
3.2 饲料原料中异黄酮含量的影响因素
3.3 饲养管理模式对牛奶中雌马酚含量的影响
3.4 饲粮中异黄酮含量对转化效率的影响
表1 饲粮中异黄酮摄入量对转化效率的影响Table 1 Effect of isoflavones intake in diet on conversion efficiency[61] |
| 饲粮中异黄酮摄入量 Isoflavones intake in diet/(mg/d) | 牛奶中雌马酚产量 Equol production in milk/(mg/d) | 转化效率 Conversion efficiency/% |
|---|---|---|
| 6 496.70 | 2.90 | 0.03~0.05 |
| 12 992.40 | 3.99 | 0.02~0.04 |
| 19 480.10 | 3.56 | 0.01~0.02 |
4 小结
牛奶中雌马酚的生成和调控是一个复杂的过程,受多种因素的影响。异黄酮作为牛奶中雌马酚的前体物质,其在奶牛体内的代谢转化主要依赖于瘤胃中的微生物群体。通过调控饲粮中的异黄酮含量,可以显著提高牛奶中雌马酚产量。但是异黄酮在从饲粮转移到牛奶的过程中存在速率限制,单纯提高饲粮中异黄酮含量并不能按比例增加牛奶中雌马酚含量。因此,未来的研究应聚焦于调控微生物群落、优化饲粮配方等方面,以提高牛奶中雌马酚产量。此外,加工过程对牛奶中雌马酚的稳定性也有显著影响。不同的加工方式,如热处理、发酵和脱脂等,可能导致雌马酚含量的变化,所以在乳制品加工过程中需要特别考虑如何保留雌马酚。这些研究不仅为牛奶中雌马酚的调控提供理论依据,也为开发富含雌马酚的功能性乳制品提供可行的策略。