牦牛骨資源綜合利用的研究現狀與展望

倪蘊琪，唐靜儀，劉懷高，羅永康， 洪 惠

（1. 中國農業大學食品科學與營養工程學院，北京 100083；2. 人民國肽集團有限公司，北京 100016）

0 引言

牦牛主要生活在我國青藏高原等空氣稀薄的高海拔地區，是一種耐低溫、耐力強的珍稀牛種。牦牛是唯一能在青藏高原及其毗鄰的高寒牧區繁衍的牛亞科動物，有 “高原之舟” 和 “全能家畜” 的美譽[1-2]。我國是世界上牦牛飼養最多的國家，據統計，2017 年我國牦牛飼養總量約991 萬頭，其中青海約452 萬頭、四川約271 萬頭、西藏約160 萬頭、甘肅約104 萬頭、新疆約4 萬頭[3]。牦牛骨作為牦牛肉加工過程中產生的主要副產物，營養豐富，但我國還未大規模加工利用牦牛骨，目前牦牛骨主要用于直接煲湯食用、生產牦牛骨粉和制造相機明膠等[4-5]，牦牛骨的利用率和附加值較低[6]。因此，結合國內外牦牛骨利用的研究現狀，綜述了牦牛骨的特性、牦牛骨的綜合利用的研究進展，并對牦牛骨的利用發展方向進行探討，旨在為牦牛骨后期的資源綜合利用技術提升提供參考，增加牦牛骨的利用率。

1 牦牛和牦牛骨的特性

1.1 牦牛的分布與特性

牦牛在動物分類學上屬?？?、牛亞科、牛屬，是我國青藏高原高寒地帶及毗鄰地區的特有畜種。我國是擁有牦牛數量最多的國家，主要分布于青海、西藏、四川、甘肅、新疆、云南。我國有12 個地方品種和1 個培育品種：青海高原牦牛、西藏高山牦牛、娘亞牦牛、帕里牦牛、西藏斯布牦牛、四川九龍牦牛、麥洼牦牛、木里牦牛、甘肅天祝白牦牛、甘南牦牛、巴州牦牛和云南中旬牦牛及培育的大通牦牛。2019 年牦牛養殖向南部、西部、北部繼續轉移，并且存欄量增加。其中，發展速度較快的?。▍^） 有南部產區的四川、廣西、貴州、云南、江西、湖南、湖北，西部產區的甘肅、青海、新疆；北部產區的內蒙古、吉林、黑龍江，南部產區最具發展潛力。

我國牦牛主要產區和產地分布見圖1。

經過長期的自然選擇和人工選擇，牦牛在形態特征、生理特性等方面形成了一系列對嚴寒貧瘠、復雜多變生態環境的適應性[7-8]。牦牛全身被毛，皮膚粗厚且皮下脂肪沉積多，可適應低溫環境；牦牛氣管短而粗大、胸腔發達、血液中血紅細胞和血紅蛋白含量高，能適合海拔高、氣壓低和氧氣少的高寒地區[9]。

1.2 牦牛骨的特性

牦牛骨占牦牛體重的20%～30%[10]，牦牛骨髓是藏族人傳統的名貴食物，牦牛骨中含有豐富的骨膠原、脂肪、軟骨素、維A、維B1、維B2、維K、Ca、Fe、Zn 等人體必需的有益礦物元素同時，牦牛骨還是理想的天然鈣源，其中2∶1 的鈣磷比非常接近人體鈣吸收的最佳比例[11]。

索有瑞[12]使用220FS 原子吸收光譜儀測定了牦牛的頭骨、助骨、肢骨、脊椎骨等骨頭的礦物質組成及其含量。結果表明，牦牛骨中含有K，Na，Ca，Mg，P，Cu，Zn，Fe，Mn，Ni，Pb，Cd 等12 種礦物質，其中常量元素以礦物質鈣含量為最高，其次為磷、鈉、鉀，微量元素有鋅、鐵、銅、錳等。不同部位牦牛的骨頭礦物質含量有所不同但差別不大，其中頭骨中鈣與磷的含量最高且比例適合人體吸收。同時，補充牦牛骨中的這些營養成分有助于老年人預防骨質疏松癥，也有助于兒童和青少年的骨骼健康生長發育[13]。

2 牦牛骨的綜合利用

近年來，牦牛骨資源利用主要有骨粉、明膠、蛋白胨、牦牛軟骨素等一些基礎生化原料和牦牛骨壯骨粉等保健食品，同時牦牛骨食品開發也有一定的發展，如牦牛骨湯、牦牛骨粉、牦牛骨發酵食品等。

牦牛骨的主要應用見圖2。

2.1 牦牛骨食用產品

目前，使用牦牛骨開發的食品主要有牦牛骨湯，或將牦牛骨粉作為輔料添加至其他食品中，但總體開發的食品品種單一。牦牛骨食品主要在西部牦牛產地附近銷售，由于牦牛骨加工方式及運輸成本問題，在離牦牛產地較遠的地區牦牛骨產品市場占有率低，因此開發多樣性的牦牛骨食品具有廣闊的前景。

2.1.1 牦牛骨湯

牦牛骨湯是指主料為牦牛骨，加入適量姜絲、香蔥、料酒等輔料，熬制數小時得到的高湯食品。湯羹是我國大眾喜歡的傳統菜肴。牦牛骨湯的煮制方式對其營養成與風味有一定的影響[14]，目前一般采用常壓煮制、高壓煮制或者先高壓再常壓這3 種方式煮制。相對肉類產品而言，骨湯營養價值豐富，含有容易被人體吸收利用的短肽游離氨基酸、維生素和礦物質元素等營養成分[15]，是優質蛋白質營養資源[16]，含有磷蛋白、軟骨素等生理活性物質，開發潛力巨大。用骨熬湯是傳統習慣，民間也有流傳骨湯補鈣之說[17]。制作經過原料處理與清洗、蒸煮、添加輔料、去除油脂、去除骨渣、濃縮這幾個步驟[18]。

現在對于牦牛骨湯的品質評價標準主要分為2 種：一種是以某一種營養物質的含量作為評價標準，另一種是以湯的風味作為評價標準。

黃一平等人[19]通過炮制方法測定牦牛骨水溶性浸出物及鈣的含量，得出最佳的炮制方法：先將牦牛骨200 g 用武火砂鍋炒7 min 至黃棕色→迅速篩去沙子→趁熱放入醋中浸泡3 min→鼓風機于120 ℃下干燥4 h，通過該工藝炮制后鈣的含量達到1.75 mg/g。

魏秋霞等人[20]研究發現，牦牛的腿骨是制作牦牛骨濃縮湯的最佳原料，在制作過程中添加雞肉、鴨肉、豬肚3 種配料能夠增加湯的香味并且能遮蓋牦牛骨腥味。另外，加入醋能夠調節骨湯風味，也能一定程度上提高骨湯中鈣含量，但醋量不能過大，否則牦牛骨濃縮湯感官評價急劇下降，超過口感可耐受極限。最佳的配料比例為：每500 g 牦牛腿骨添加3 種配料各60～80 g，同時添加1.5～6.0 mL 醋有助于提高湯中的含鈣量，通過該配料煮制濃縮后得到的鈣含量為3.25 mg/g。

魏秋霞等人[14]對骨湯制作工藝進行研究，發現高壓煮制牦牛骨湯的固形物含量、粗蛋白含量略高于常壓處理，而其他理化指標，如氨基酸態氮、蛋白質水解指數、游離氨基酸含量、膠原蛋白含量等，常壓煮制均顯著高于高壓煮制，常壓比高壓煮制骨湯揮發性成分更多，感官評價結果更好。鄭婭等人[18]在得到較高蛋白質含量的骨頭湯后，使用GC/MS 對濃縮牦牛骨湯風味的成分進行測量。結果表明，經過真空蒸發濃縮后牦牛骨湯香味成分比未經濃縮的牦牛骨湯多。張玉斌等人[21]對冷凍干燥工藝條件進行研究，將牦牛骨湯真空冷凍干燥成便攜、營養美味的速食產品，發現最佳條件為物料厚度3 mm，真空度20 Pa，冷凍干燥時間6 h，預凍溫度-40 ℃，此條件下所得凍干濃縮牛骨湯料溶解性良好，符合速溶的標準，且能在一定程度上保證骨湯的品質。

牦牛骨湯冷凍干燥后可解決牦牛骨湯不易貯存、運輸的問題，在非牦牛骨產地，消費者也可便捷食用牦牛骨湯。有關冷凍與解凍時間間隔對牦牛骨湯品質是否有影響還需進一步研究；在牦牛骨湯煮制工藝研究中，既得到較高的多種營養物質含量又獲得良好口感風味的煲湯工藝也有待進一步的研究。

2.1.2 牦牛骨粉

牦牛骨粉是將干凈的鮮牦牛骨通過清洗、預煮、冷卻、脫脂、粗研磨、細研磨等工藝加工而制成。趙勇等人[22]在不同條件下對各種牦牛骨進行處理后制得骨粉樣品。采用原子吸收光譜法火焰法測定骨粉中各種元素的含量，發現不同加工方法對于牦牛骨骼中各元素含量影響較大。目前，牦牛骨粉的制備一般分為浸沒煮骨法、高溫蒸骨法、低溫冷凍制骨法[23]等方法。利用以上方法制牦牛骨粉雖然簡單且能保留牦牛骨中大部分的營養物質，但蒸煮過程中不能充分脫去牦牛骨中的油脂，易引起牦牛骨粉的變質[24]。為解決蒸煮對牦牛骨脫脂率低的問題，秦曉潔等人[25]研究使用超聲輔助有機溶劑脫脂，牦牛骨粉與脫脂劑比例1∶6，在超聲功率500 W 下脫脂30 min 后，脫脂率可達到92%，且超聲波脫脂法造成的礦物質流失率低于蒸煮脫脂法。該工藝脫脂率高、操作方便，在對牦牛骨脫脂要求高的生產中可推廣使用。

牦牛骨粉是一種優質的有機鈣源，還含有骨膠、氨基酸等營養物質，食用牦牛骨粉在相同計量條件下比食用碳酸鈣有更高的鈣吸收率，并可以增加骨密度[26]。牦牛骨粉可作為營養強化劑添加到其他食品中以提高該食品的營養成分。陳文華等人[27]將超細牦牛骨粉添加到火腿腸中，火腿中鈣含量提高了20 倍。胡迤蕭[28]研究了在小麥粉中添加超微牦牛骨粉制備牦牛骨面條，綜合面條營養價值、質構特性、貯藏時間等方面，得出添加牦牛骨粉含量最佳比例為4%，添加后面條的鈣含量由124.32 mg/kg 提升到1 666.48 mg/kg，有效提高了面條的含鈣量且對面條的風味影響較小。

2.1.3 牦牛骨發酵類食品

牦牛骨在發酵產品中也有廣泛的應用。馬國福等人[29]研究了植物乳酸菌對牦牛骨乳醬發酵的影響，植物乳酸菌不僅能有效抑制各種雜菌的生長，而且通過控制植物乳酸菌的發酵底物量、發酵時間、發酵溫度還可以控制牦牛乳醬品的品質，最佳的生產條件為在牦牛骨粉（粒度100 目） 中添加105CFU/g 接種量的植物乳酸菌發酵劑，1.0%葡萄糖，50 mg/kg脂肪酶，在35 ℃條件下發酵24 h。植物乳酸菌還有助于人體腸道的消化吸收、提高人體的免疫力。

陳丹等人[30]研究得出，乳酸菌會將牦牛骨中的羥磷灰石晶體和無定型磷酸氫鈣以乳酸鈣、氨基酸鈣的形式游離出來，游離形式的鈣更有利于人體吸收。牦牛骨泥經過乳酸菌發酵還可以制成營養豐富、風味獨特的香腸[31]。高昆[32]使用牦牛骨髓制備牦牛骨髓醬，檢測出牦牛骨髓醬中蛋白質、脂肪、鈣、磷等營養物質含量遠高于豬肉和牛奶中的營養物質含量，計算牦牛骨髓醬成品單價比牦牛骨單價高出10 倍有余，扣除所有生產牦牛骨髓醬的成本仍然有較大的利潤空間，是提高牦牛骨利用價值的好案例。

2.2 牦牛骨中膠原蛋白（多肽） 提取與利用

膠原多肽是膠原經蛋白酶降解后得到的相對分子質量為3～20 kU 的具有特殊生理活性的生物活性肽[33]，是動物體內最豐富的蛋白類型，廣泛應用在化妝、醫療、新型生物材料[34]等領域。牦牛骨中膠原蛋白占總蛋白質量的35%～40%[35]。目前，牦牛骨膠原蛋白的提取一般采用酶法提取、酸法提取、堿法提取或綜合提取等方法，其中酶解法中常用的酶有中性蛋白酶、菠蘿蛋白酶和木瓜蛋白酶等。使用上述提取法只是膠原蛋白的粗提取。李帆等人[36]使用木瓜蛋白酶制備牦牛骨蛋白多肽，水解度可達到8.53%。膠原蛋白粗提取后還可以通過鹽析、透析、離心、電泳、色譜、膜分離技術等純化處理[37]。王曉軍[38]分別制出酸法提取并透析提純的牦牛骨膠原蛋白、酶法提取并透析提純的牦牛骨膠原蛋白，得出酶法膠原蛋白得率3.32%高于酸法膠原蛋白得率2.24%。

骨膠原多肽營養價值豐富，且易于被人體吸收，牦牛骨經過酶解工藝可獲得牦牛骨多肽。劉靜等人[39]以水解度和可溶性多肽得率為標準，通過正交試驗得出最適用酶為堿性蛋白酶。瞿瑗等人[40]研究表明，酶解牦牛骨制得的免疫活性肽對小白鼠脾淋巴細胞增殖有良好的效果。Li F 等人[41]研究表明，牦牛骨制備的膠原蛋多肽組成與性能，得出具有很強的吸水、吸油、蓄水、乳化等特性，牦牛骨多肽在食品、化妝行業前景廣闊。葉孟亮等人[42]使用胰蛋白酶、堿性蛋白酶、風味蛋白酶、復合蛋白酶、中性蛋白酶和木瓜蛋白酶6 種商業酶對牦牛骨膠原蛋白進行了酶解，并對其蛋白酶解液促進成骨細胞增殖效果進行比較，得出中性蛋白酶的蛋白酶解液對促進成骨細胞增殖的效果最佳。Ye M L 等人[43]從牛骨膠原中分離和鑒定成骨生物活性肽。通過對GP-16 和GD-18的分子對接研究，揭示激活成骨細胞增殖的主要原因是多肽與表皮生長因子受體形成氫鍵。賈偉[44]發現，甘南牦牛肋骨堿性蛋白酶制備多肽（YBCP） 比CaCl2和葡萄糖酸鈣對人成骨細胞模型有更強的促增長趨勢。姜海洋[45]分離純化并鑒定了牦牛骨膠原多肽，得到了具有DPPH 自由基清除率的抗氧化肽并驗證了其對DPPH 自由基的清除率，說明了牦牛骨粉可用于抗氧化活性肽的制備。于小棟[46]采用超高壓耦合酸酶法提取牦牛骨膠原蛋白，以DPPH·和OH·清除率為指標制備牦牛骨膠原抗氧化肽，以ACE 酶活性抑制率為指標制備ACE 抑制肽。Song Gao 等人[47]研究表明，口服YBHs （牦牛骨木瓜蛋白酶水解產物） 對環磷酰胺誘導的免疫抑制BALB/c 小鼠的先天性和適應性的免疫功能具有調節作用，攝入YBHs可能會對預防由人體衰老或免疫抑制劑引起的免疫抑制有一定的有益作用。此外，由于YBHs 中含有大量低分子量肽，YBHs 也可能對腸道微生物群具有潛在的抑菌作用。Ye M L 等人[48]對牦牛骨膠原蛋白水解物進行了連續純化，采用MTT 法檢測多肽對MC3T3-E1 成骨細胞增殖的影響，并通過分子對接模擬，選擇了最有效的肽，對其潛在的分子機制進行了研究，說明了牦牛骨源性肽有作為功能性食品的成骨成分的可能性。

2.3 牦牛骨在醫療上的應用

秦曉潔[49]用牦牛骨粉飼喂骨質疏松模型大鼠，發現大鼠血清中骨鈣素、堿性磷酸酶和抗酒石酸酸性磷酸酶的含量顯著增加，表明牦牛骨粉一定程度上表現出抗骨質疏松活性。使用牦牛骨粉制成的藥丸可驅寒去濕通氣血、治療骨關節病，關節病患者通過4 個月治療能減輕關節疼痛、改善膝關節功能[50]。文鵬程[51]利用超微粉碎技術將牦牛骨粉碎至0.20～0.45 μm 制成平均粒徑為16 μm 的微膠囊，患者服用后利于牦牛骨營養元素在人體的緩慢釋放、也有利于腸道吸收。Y Jianmin 等人[52]從牦牛胸骨上提取到純度為92.5%硫酸軟骨素，使用硫酸軟骨素成分藥物可以緩解關節疼痛、防止冠心病發作。

2.4 牦牛骨在感光材料上的應用

粉碎后的牦牛骨經洗滌脫脂，加酸去雜，浸泡熬煮后濃縮成膠凍狀即為骨膠。優質的骨膠稱作明膠，醫藥上用明膠來制丸劑、膠囊，食品工業上用明膠來制肉凍、醬類及軟糖等，明膠還可用作微生物的培養基及照相用明膠[11]。

明膠是制備感光材料用量最大、性能最復雜的一種原料，在感光材料中發揮著重要作用。國外彩色感光材料用的照相明膠主要以新鮮牛骨料為原料。多年來，我國照相明膠長期以來依賴進口。為促進民族感光材料工業的發展，利用牦牛骨制作彩色感光材料用于照相明膠的研制是目前的一種趨勢。

鹵化銀具有感光的性能，在受光照射后，可以形成銀的影像。照相明膠能使感光銀鹽懸浮，并控制鹵劑的成熟，等到乳劑層被曝光和沖洗后，會形成由金屬銀組成的黑白影像，再用底片印制拷貝后得到影像（圖3）。在膠片上最后形成的影像，對黑白片來說影像是由金屬銀構成的，而彩色片的彩色影像則是由染料組成的。李榮等人[53]在綜合制作工序中各種影響因素后，利用特種樹脂除鐵后將明膠中鐵含量控制在10 μg/g 之內，并改良過濾條件，嚴控工藝流程，研究出了一套生產中可行的用牦牛骨制彩色感光材料用照相明膠的生產工藝。

一種典型的Ag+明膠纖維相紙的具體構成見圖3。

圖3 一種典型的Ag+ 明膠纖維相紙的具體構成

2.5 牦牛骨制作的工藝品

牦牛骨自身含油量豐富、硬度較高，用其加工成工藝品后，工藝品色澤光滑且在盤完過程中不容易開裂，所以牦牛骨是制作工藝品的優質選材。藏族的宗教文化對其配飾的藝術形態具有重大的影響[54]。用牦牛骨或牦牛角制作的具有藏民族特色的裝飾、工藝品，因其精美的外觀和優良的制作工藝，以及包含良好的祝福和宗教寓意，深受消費者喜愛。利用牦牛骨制作的工藝品逐漸成為藏族的代表物。牦牛骨經商家打磨，制成圓狀或片狀珠子，串編而成手鏈、項鏈、小掛飾等[55]。

3 結語

隨著我國畜牧業及相關加工產業的發展，牦牛及牦牛骨的產量在不斷增長。牦牛骨中各種元素含量比其他動物骨較高，并且牦牛骨骨密度大、骨質優良，是目前市面上最優質的小分子骨膠原肽提取源。但牦牛骨相對于牦牛肉、奶和皮毛，其綜合利用率低，所以牦牛骨骼的技術開發和綜合利用仍有很大的潛力。

隨著對牦牛骨資源的綜合利用的重視，該領域近年來取得了一定的研究成果，主要表現在以下幾個方面。①牦牛骨已經由原來單純的骨粗粉制造發展到目前的骨成分提純和應用；②牦牛骨的開發和利用從最初的大鍋熬煮提取、蒸發、濃縮到目前利用高壓技術、離心分離技術、生物工程技術、噴霧干燥技術和超微粉碎技術等，在一定程度上提高了勞動生產率、產品質量和經濟效益；③在現代生物分離技術、產品檢測技術等支撐下，牦牛骨的開發利用領域取得了一定的社會效益和經濟效益，但是目前牦牛骨的研究主要為骨的超細粉碎和骨蛋白開發等基礎研究，牦牛骨資源的高附加值產品不多。

從產品的角度出發，可以考慮從以下幾個方面來提高牦牛骨資源的利用率。①在食品方面，可考慮將骨湯混合其他食材進行冷凍干燥研制濃縮牦牛骨湯、火鍋底料等濃縮骨湯類產品，研制新型牦牛骨發酵食品，作為增加食品鈣含量的添加劑等；②在醫藥方面，可利用牦牛骨各種微量元素含量高的特點，研制生產高礦物質元素含量的營養保健產品，可利用超微粉碎技術制作補鈣制劑治療骨關節病，可制成復合人工骨，以及提取硫酸軟骨素制作緩解關節疼痛、防止冠心病發作等藥物；③在化工方面，可利用牦牛骨中含有豐富膠原蛋白的優點，采用酶法提取、酸法提取、堿法提取或綜合提取等方法對牦牛骨中的膠原蛋白進行提取，可優化牦牛骨肽提取工藝，最大程度地獲取優質肽資源，并研究牦牛骨肽的具體組成，可利用牦牛骨制備的膠原蛋白多肽具有很強的吸水、吸油、蓄水、乳化等特性，研制新型化妝用品。

多方面開發牦牛骨資源具有廣闊的市場前景，研究新的牦牛骨利用技術、方法，可使牦牛骨在食品、醫藥、工業等領域發揮出更大的價值。此外，牦牛骨的深加工帶來的高附加值有利于提高產地的GDP，同時有助于解決就業及扶貧問題。