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學術園地

乳成分分析結果之新應用

◎ 新竹分所 王思涵、廖曉涵、李佳馨、林宗毅 編譯

前言
 　　乳牛群飼養管理與育種的挑戰在於必須持續地精進，以符合不斷變化的生產環境及社會經濟的約束。而如何達成不同時間框架下的目標，大量的表型資料回饋是提升飼養管理及育種的關鍵方法。由於，血液循環與乳汁生產間關係密切，乳成分作為牛群管理工具已是無庸置疑的，而利用傅立葉紅外線光譜法（fourier-transforminfrared spectroscopy, FTIR）進行乳成分分析，如乳脂肪、乳蛋白質、乳糖及尿素氮等除納入乳成分計價或常規檢測項目外，這些資料更廣泛的被酪農、營養師或獸醫師作為管理泌乳牛群之重要依據。隨著FTIR分析技術的進步，生乳中較複雜且非例行性檢測之成分分析方法已於各乳品檢驗室中被應用，包括特定短、中、長鏈脂肪酸或乳鐵蛋白含量等。而這些更細緻的乳成分變化已開始為乳牛群性能改良計畫（dairy herd improvement, DHI）提供分析快速、可信賴性高且平價之乳牛育種所需之巨量表型資料來源，或許將開啟乳牛育種的新紀元。接下來跟各位酪農分享FTIR於乳成分分析之應用及各種乳成分分析結果在飼養管理與育種的應用，並說明這對乳牛產業又會帶來甚麼影響。

FTIR 於乳成分分析之應用
 　　光譜法的簡單定義為物質與電磁輻射間的交互作用。以不同的物質與電磁輻射交互作用差異作為物質間的分類依據，光譜法主要的交互作用類型包括吸收、放射及反射等。牛奶分析使用之吸收紅外光譜為近紅外線區域即光譜範圍介於800–2,500nm或4,000–12,500cm-1，但乳成分檢測更常用的光譜範圍實為2,500–25,000nm或400–4,000cm-1之間。目前除體細胞數分析外，FTIR已成為乳成分分析標準或常規的檢測方法，且這些數值也廣泛被用來作為繁殖和管理依據之一。在歐洲已經有幾個專案計畫利用FTIR光譜資料來進行不同牛群管理與育種基礎，例如RobustMilk以乳脂肪酸及乳鐵蛋白應用為主；GreenHouseMilk以光譜分析乳成分預測並評估甲烷排放量；OptiMIR著重於光譜分析技術開發；GplusE利用光譜資料收集牛群健康表型性狀。

以乳成分評估泌乳牛群健康與繁殖
 　　透過乳成分來了解牛群健康狀況不僅取得資料容易且具代表性，舉例來說乳脂肪下降症（milk fat depression, MFD）可能與亞急性瘤胃過酸症（subacute ruminalacidosis, SARA）有關；高乳脂肪與乳蛋白質比值，可能意味著牛隻處於能量負平衡甚至會導致酮症、第四胃異位、卵巢囊腫、蹄葉炎及乳房炎的發生。以乳中尿素氮與蛋白質含量作為判斷瘤胃蛋白質與能量平衡與否之基礎，因為這與瘤胃中氮的利用率與氨的排放間有關。而新的乳成分應用包括乳脂肪酸、β-羥基丁酸（β-hydroxybutyrate, BHB）及乳鐵蛋白（lactoferrin），特定乳脂肪酸（C18:1cis9）或BHB含量變化可以做為牛隻能量利用指標；乳鐵蛋白可來評估乳房炎。

以乳成分評估乳品質及乳製品
　　乳製品在市場上的價值與其富含的營養物質有關，而生乳計價標準多半由乳脂肪與乳蛋白質的含量所決定。在以乳酪、乾酪或起士等乳製品消費為主的國家，生乳品質評估除依據乳脂肪含量、乳蛋白質含量、牛乳凝結度及酸度等，近年來乳脂肪酸的組成已被認為是影響乳製品品質的關鍵之一（例如:生乳中短、中及長鏈脂肪酸含量與奶油的塗抹容易度有關）。另外，乳成分中有益於人體的營養物質如礦物質含量，目前雖無法藉由快速、便宜的分析方式獲得，但以FTIR分析生乳中礦物質含量正被開發中，許多專家認為乳中礦物質測定與應用，在牛隻健康管理或乳製品價值層面的發展相當具有潛力。

以乳成分評估牛隻溫室氣體排放量
 　　動物會直接或間接受到環境溫度或濕度的影響，同樣的環境也會直接或間接被動物排出之氣體或糞尿所影響。近年來，由於氣候變遷使得如何評估牛體對氮或磷的代謝或利用效率、噯氣產生甲烷的排放量等研究議題被熱烈討論。反芻動物若不能有效利用飼糧中氮和磷，則會導致糞尿中的氮排放量上升，同樣的乳中尿素氮含量過高也意味著乳牛未能有效利用飼糧中的蛋白質。酪農或反芻動物營養師可利用尿素氮評估飼糧是否提供過多蛋白質來源或進一步探究造成牛體的蛋白質利用率低的原因。另外，乳脂肪酸的合成與瘤胃發酵狀況有關，且牛隻採食的原物料如草料或精料等，都會影響瘤胃發酵。飼糧組成、乳脂肪酸比例及甲烷排放量間，雖然有相關性但須釐清脈絡仍多，初步研究結果發現乳脂肪酸C14:0iso及C15:0iso含量與牛隻甲烷排放量呈現正相關；乳脂肪酸C18:1trans-10+11含量與牛隻甲烷排放量呈現負相關。
　　藉由這篇研究報告的回顧，我們知道FTIR分析乳成分的技術已經相當成熟，不僅被乳業先進國家視為乳成分分析之標準方法外，針對牛群健康、行為與環境影響甚至人體健康需求，利用FTIR進行新的乳成分檢測技術開發包括各類乳脂肪酸、乳鐵蛋白甚至乳礦物質含量，擴大應用乳成分資料作為乳牛飼養管理與育種預測等研究也成顯學。進階的基因體學及大數據分析工具的導入，搭配乳成分的表型巨量數據資料收集，新性狀提供新育種價值創造新的育種目標，朝將更貼近新世代動物福祉與社會經濟要求邁進。

參考文獻
Gengler, N., H. Soyeurt, F. Dehareng C. Bastin, F. Colinet, H. Hammami, M.- L. Vanrobays, A. Lainé, S. Vanderick, C. Grelet, A. Vanlierde, E. Froidmont, and P. Dardenne. 2016. Capitalizing on fine milk composition for breeding and management of dairy cows. J. Dairy Sci. 99:4071-4079.




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