项目文章 | 添加RPM如何增加牛乳营养价值？

多组学研究揭示了保护瘤胃蛋氨酸对奶牛乳中营养成分的影响

期刊：Food Research International

影响因子：6.5

时间：2021.8

单位：浙江大学

2021年8月，浙江大学在Food Research International发表了名为“Multi-omics revealed the effects of rumen-protected methionine on the nutrient profile of milk in dairy cows”的研究论文。本研究利用代谢组学-微生物组学的技术和方法，研究蛋氨酸对牛乳功能营养成分的影响。结果显示，添加RPM后，牛奶中的功能性营养物质α-酮戊二酸等显著增加，并通过多组学联合分析发现嗜热放线菌、无甾醇枝原体属和蔗糖发酵菌与α-酮戊二酸呈现显著相关性。这些发现为开发富含功能性营养素α-酮戊二酸或高乳脂的功能性乳制品提供了新的见解。迈维代谢提供了广泛靶向代谢组服务。

牛奶是全球人类饮食中营养丰富的乳制品。氨基酸是合成牛奶必不可少的营养物质，蛋氨酸是奶牛体有限的氨基酸，因此过瘤胃保护性蛋氨酸(RPM)被广泛用于提高奶牛乳性能。然而，以往关于RPM补充的研究大多集中在提高奶牛产奶量和健康方面。对牛奶中的营养成分知之甚少，尤其是对人类健康有益的小分子功能物质(如有机酸)。有报道称，瘤胃微生物组成对牛奶营养成分有很大影响。因此，本研究基于广靶靶向代谢组学及16S rRNA基因测序分析揭示蛋氨酸补充对牛奶营养成分的影响，为开发生产功能性乳制品的营养策略提供新的见解。

研究路线

研究结果

1、品质指标检测——泌乳性能和乳成分对补充RPM的反应

泌乳品质的反应结果如表1所示。第8周和第0周相比，牛奶产量、蛋白质产量、乳糖、门冬氨酸和SCC没有发现差异，而乳脂产量、ECM、FCM、脂肪浓度、Total solid显著增加，蛋白质浓度趋于降低。

2、广泛靶向代谢组分析——添加RPM影响牛奶营养成分

经过质控后，共鉴定到牛奶中的443种代谢物。根据PCA (图1a)和PLS-DA分析(图1b)第0周和第8周之间的区别趋势。这些代谢物被分为15个类别，前4类占总代谢物的60%(图1c)。氨基酸类物质最丰富，占总物质的20%，含有89种代谢产物。有机酸及其衍生物占16%，含有72种代谢产物。甘油磷脂占14%，含有62种代谢产物。脂肪酰基占10%，含有44种代谢产物。聚类热图显示了前100种代谢物在0周和8周之间具有明显差异(图1d)。此外，在第0周和第8周之间，根据差异倍数>2、预测的可变重要性(VIP) > 1和P < 0.01(图2a和2b)筛选差异代谢物。其中四种化合物，包括烟酰胺-氮氧化物、胞苷，α-酮戊二酸，和Phe-Val小肽，在第8周比第0周更高(图2b)。KEGG富集分析结果显示上调的代谢产物参与D-谷氨酰胺和D-谷氨酸代谢、精氨酸生物合成、丁酸代谢和柠檬酸循环途径(图2c)。此外，11种代谢物在第0周更高(图2b)，并且这些代谢物仅在丙酸酯代谢中显著富集(图2c)。

图1. 添加RPM奶牛乳中的代谢组学分析

图2. 代谢物差异分析

3、16s分析——奶牛瘤胃发酵和细菌组成

瘤胃发酵参数的结果如表2所示。与第0周相比，总VFA浓度趋于更高，其中乙酸盐和丙酸盐的含量更高，而戊酸盐在第8周较低。对处理前后微生物组分析，与第0周相比，第8周的Chao 1指数更高；然而，Shannon指数在第0周和第8周之间没有差异(图3a)。PCoA在属水平上没有显示第0周和第8周之间瘤胃菌群的明显分离(图3b)。菌群丰度分析显示，在科和属水平上没有观察到细菌群落组成的显著差异(图3c)。LDA分析结果显示，在科水平上有83个细菌分类群和48个细菌属，在第0周和第8周之间有显著差异(图3d)。在属水平上，19个SDB种的相对丰度在第8周较高，包括醋酸菌、未分类的f_Lachnospiraceae和蔗糖发酵菌，而29个SDB种在第0周较高(图3d)。

图3. 添加RPM后奶牛瘤胃菌群的变化

4、代谢组与16s联合分析——微生物菌群与代谢物存在显著相关性

通过Spearman相关分析，在第8周和第0周观察到瘤胃中的高SDB和牛奶中的SDM之间的相关性。热放线菌、无甾醇枝原体属和蔗糖发酵菌与α-酮戊二酸呈显著正相关，未分类_脱落酸杆菌与α-酮戊二酸呈显著负相关(图4)。

图4. 添加RPM后奶牛乳中差异菌群和差异代谢物的斯皮尔曼相关性

迈维小结

本研究利用代谢组学-微生物组学的技术和方法，研究添加RPM后对牛乳中营养成分的影响。结果如下：

品质指标检测显示，乳脂产量、ECM、FCM、脂肪浓度、Total solid显著增加，蛋白质浓度趋于降低；

代谢组数据分析：共鉴定出443种代谢物，其中在氨基酸、有机酸、脂质中有显著变化；

16s测序分析显示，添加RPM后显著改变牛乳中微生物菌群；

多组学联合分析显示，热放线菌、无甾醇枝原体属和蔗糖发酵菌与α-酮戊二酸呈显著正相关。

综上所述，添加RPM是通过增加牛乳中功能性成分和有益菌群而显著改善牛乳的营养品质。这些发现为开发富含功能性营养素α-酮戊二酸或高乳脂的功能性乳制品提供了新的见解。

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