撰稿人：沛川-遗传生物学博士、生物科技公司科学家；
普科“生物医药”版特邀撰稿人
牛奶是深受大家喜爱的“天然饮品”。营养丰富、老少咸宜。虽然经常喝，可是很多关于牛奶的小秘密大家还不清楚。比如说：牛奶含有哪些营养物质？牛奶里有没有防腐剂？该选全脂奶还是脱脂奶？每天该喝多少？什么样的牛能产好奶？今天我们就聊一聊牛奶的前世今生。
首先，人是从什么时候开始喝牛奶的呢？
在约1万年前的新石器时代，发生了“农业革命”，由此改变了依靠打猎和采集植物及果实为生的早期人类的生活方式。当人类从游猎转为定居方式之后，开始野生动物的驯养并发展畜牧业，由此开启了奶类的使用及其加工和储藏。有考古学证据表明，大约在公元前5千至6千年，在近东以及南欧地区的人们就已经在饮用牛奶，而在英国及北欧地区则是在公元前4千年左右。
荷兰的荷斯坦牛（Holstein）乳牛（图片来源于网络[1]）
在古埃及，奶类及奶制品是专供国王、贵族、祭司和有钱人享受的专用品；
在公元前5世纪，欧洲的牛和羊是根据它们所产的奶来估价的；
大概在公元14世纪，牛奶逐渐变得比羊奶更受欢迎，而欧洲奶牛被带到北美洲则是在17世纪早期。
在1884年，在美国纽约州，人们发明了用于承装牛奶的玻璃奶瓶。
到了1930年代，农场开始用大体积的钢制贮奶箱替代了小型奶罐。而伴随着内表面使用塑料涂层的纸质奶盒的发明，新鲜牛奶可以被贩卖到更远的地方。（摘自 https://www.dairygoodness.ca/milk/the-history-of-milk）
罐装牛奶为什么能放几个月都不变质？是防腐剂吗？
说起这个，就需要专门介绍一个微生物学的重要发现了。在1862年，法国微生物学家巴斯德发明了适合于牛奶等富含营养的液体的灭菌方法，由此带来了工业届革命性的进步。在经过高温消毒以后，牛奶可以被贮存并且运输到远离农场之外的其它地方进行销售。而1895年则见证了工业用巴式灭菌机器的发明及应用。
正在做实验的路易 其实，巴斯德博士所发明的灭菌方法很简单，就是把酒类及奶类等液体在60至65摄氏度的温度下进行快速加热；在这种条件下，包括葡萄球菌、致病大肠杆菌、沙门氏菌以及李斯特菌等有害细菌的数量都会被降低1千万倍左右（～）。如今看来，我们可能会认为这个原理是再简单不过的。然而在150年前，当人们并不了解复杂多样的微生物世界之时，想要弄明白究竟是什么导致疾病以及如何对付病原体，都无异于和探索天书一样困难。
如果，我们现在所食用的牛奶是在74摄氏度经过15秒钟加温消毒（“低度巴氏消毒”），可以杀死绝大多数微生物，并且失活一部分蛋白酶，然而不会改变牛奶的其它特征，那么产品包装上会注明“巴氏消毒”（“pasteurized”）。
如果是在90摄氏度经过15秒钟“高度巴氏消毒”，则基本上可以杀死所有微生物，失活绝大多数蛋白酶，并且造成部分乳清中的蛋白质变性沉淀。
然而，在118摄氏度经过20秒钟消毒，在杀死所有微生物（包括孢子）以及失活所有蛋白酶的同时，还会造成牛奶中所含蛋白质及糖类形成棕色物质。
此外，如果在145摄氏度经过4秒钟高温消毒，则可以减少上述物理化学变化。这种牛奶会被标记为“消毒”（“sterilized”），“超高温处理”（“ultra-heat-treating，UHT”）或者“超巴氏消毒”（“ultra-pasteurized”），原则上可以在室温下保存几个月，完全没有必要添加防腐剂哦。
那，脱脂牛奶又是怎么来的？
经由低速离心（5千至1万倍重力加速度）之后，牛奶可被分成上层的少量奶油（cream）以及下层的脱脂牛奶（skim milk），此外还有少量的细胞沉淀。就像下图这样：
图片来源于网络[2]
如果再把脱脂牛奶高速离心（5万倍或者更大的重力加速度）之后，其成分就会进一步分离。如果，把离心后的液体放在显微镜下进行观察，就会看到如下的情形：
图片来源于网络[3]
这是来自于由美国伊利诺伊州大学动物学系WalterHurley教授所指导的“哺乳生物学”课程（ANSC 438）。左图是在放大5百倍以后所看到的脱脂牛奶，其中所含脂肪球体直径在0.1到15微米左右，密度为0.92克／毫升。右图是在放大5万倍以后所看到的牛奶乳清，其中所含酪蛋白（casein）胶体大小为10到300纳米左右，密度为1.11克／毫升。每一个胶体所含酪蛋白分子数量在2万至15万左右，而每100克酪蛋白则可以结合携带约8克钙离子。
牛奶真的营养丰富吗？
从其成分来看，牛奶确实含有丰富的营养物质，包括各种脂肪酸、蛋白质、氨基酸、糖类、维生素以及矿物质等。它还含有免疫球蛋白、短肽、多胺类化合物以及蛋白酶等具有生物活性的物质。牛奶中的脂肪酸形成上面所说的大小不一的球状“乳悬体”，而蛋白质则形成很多胶体，由主要成分酪蛋白所形成的胶体还含有大量钙离子，而乳糖及其它可溶性矿物质则被溶解于水中。
注：以上表格内容翻译自由挪威奥斯陆大学Ana Haug等人所发表的有关牛奶与人体健康的一篇综述文章[1]。其中的营养成分含量以及膳食营养标准数据由原文作者分别从美国农业部以及2004年出版的《营养学》第2版获得。至于说原文作者列举了其中一些营养成分对于人体健康的作用，对此我只是进行了翻译，对于其中一些说法保留不同意见。
营养这么好，我每天喝多少合适呢？
考虑到目前所建议的每日摄入脂肪总量（男性，不超过70克；女性，不超过56克）以及饱和脂肪总量（男性，不超过21克；女性，不超过17克），如果每天喝500毫升全脂牛奶，也就达到了饱和脂肪摄入量的一半左右。全脂牛奶含有约3.3%的脂肪，而对于常见的脱脂牛奶来说，在去除一部分脂肪酸以后，含有约2%或者1%的脂肪（如下图所示）。
大家可以参考下图斟酌一下自己每天的牛奶摄入量哦。
原图来源[4]
什么样的牛产的奶最好呢？
牛奶的组成成分有很大程度的可变性，这受到奶牛的品种、年龄、营养状态，还包括哺乳期和乳房健康情况等影响。比如说初乳（在奶牛生产前后数日所分泌的乳汁）所含的蛋白质数量几乎可以达到哺乳后期水平的两倍左右，而对于初生牛犊来说，这种母体的变化与其在生长发育过程对于营养成分的需要以及免疫系统功能的形成是相关的。
很重要的一点是，处于哺乳期的奶牛需要大量的营养物质，才能够维持其产奶量以及牛奶中所含脂肪水平。缺乏足够的饲料供应会导致产奶量及乳脂水平下降，而如果在饲料中增加谷物并减少粗饲料（包括青草、干草以及青贮饲料）到30%以下，将刺激产奶量的上升，然而却会降低乳脂水平。此外，如果给奶牛饲喂精制饲料、玉米片以及含有不饱和脂肪酸的添加剂（例如鳕鱼肝和植物油），还包括一些农作物（如嫩燕麦和珍珠粟）等，都会导致牛奶中所含脂肪水平的下降。与此相反，增加含有饱和脂肪酸的饲料以及粗饲料的比例，则可以提高乳脂水平。
一头奶牛一年能产10吨奶？真的假的？
这个说法不算夸张，我们以荷兰奶牛为例。一头健康成熟的荷兰奶牛的体重可以达到700多公斤，肩高在160厘米左右；在产奶高峰期，一头奶牛每年可以出产约10吨（2.3万磅）牛奶，可以提供约400公斤（860磅，全重的3.8%左右）的乳脂和300余公斤（720磅，全重的3.2%左右）蛋白质[2]。
中国人喝牛奶喝得多吗？
中国人对于牛奶及奶制品的消费量其实并不高。以下是一些国家在2011年的人均消费数量。
原图来源[5]不难看出，中国的奶制品消费量与产量远不成正比，其中一个原因可能是大家对它的怀疑态度。很多人认为牛奶含有大量饱和脂肪酸，可能会增加超重、肥胖及心血管疾病的风险。
那么是不是这样呢？对此我将在后续文章中进一步讨论。
敬请期待！
审稿及推荐：
1. 李泽慧- 中药学硕士、生物医学博士、生物研发公司科学家；普科“生物医药-前沿科技版”版主。 致力于研究食物营养成分在癌症发病及治疗过程中的作用，为战胜癌症开辟新的思路。
2. 不留名学者-美国PMG 乳制品发酵方向在读博士；普科“食品与营养版”特邀审稿人。
版主寄语：
生物医学奥妙无穷，生物科技层出不穷。我们愿架起老百姓与生物科技之间的桥梁，让更多人了解疾病及其治疗背后的秘密。
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本文参考文献：
1. Haug A, Høstmark AT, Harstad OM. Bovine milk in human nutrition--a review. Lipids Health Dis. 2007 Sep 25;6:25. DOI:10.1186/1476-511X-6-25
2. http://www.holsteinusa.com/holstein_breed/holstein101.html
图片来源
1. http://www.hunland.com/en/holstein-friessian
2. http://ansci.illinois.edu/static/ansc438/Milkcompsynth/milkcomp_fat.html
3. http://ansci.illinois.edu/static/ansc438/Milkcompsynth/milkcomp_protein.html
4. https://greatist.com/health/cows-milk-benefits-comparison
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