Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Concentration of protein in bovine milk is one of the most significant milk quality parameters, to a large extent determining the price for milk to the producer. Mastitis is a common disease among dairy cows, negatively affecting not only milk yield but also milk protein composition. Milk from mastitic cows tends to have lower cheese yield, negatively affected processability properties and sensory quality, due to changed protein quality and composition. Poorer milk protein quality would have an economically negative impact on dairy industry. Only few studies have investigated the short term effects of mastitis on milk protein composition. Considering the severe secretory damage on the epithelial gland cells caused my mastitis, the risk of altered milk protein concentrations immediate after withdrawal time is imminent.

The objective with this study was to follow the changes in milk protein composition from the time of mastitis treatment during the withdrawal period and until five days after the withdrawal time has expired. The proteins studied are α-lactalbumin and β-lactoglobulin, αS2-casein, αS1-casein, αS0-casein, κ-casein and β-casein. The hypothesis was that protein composition is still affected after the elapse of the withdrawal time.

Sample collection and analysis were performed during summer and autumn 2009. The animals used were seven cows with mastitis, of which five Swedish Red (SRB) and two Holstein breed. Cows were housed at Jälla agricultural school and at Kungsängens Research Station, close to Uppsala, Sweden. Collection of udder composite milk samples started on the first milking after administration of the antibiotic treatment and proceeded during treatment and withdrawal periods until five days after end of withdrawal time. From each animal, approximately 30 samples were taken in connection with morning and afternoon milking over 15 days. The experiment period was divided into three parts: treatment period, withdrawal period and the five days after the end of the withdrawal period. Protein analysis was performed with capillary electrophoresis (CE). CE separates protein due to their physiochemical properties by an electric gradient making proteins migrate through a capillary in different velocities depending on their respective charge in a determined pH. Protein quantification was obtained by comparing electropherogram protein peak areas with those of Sigma standards. Concentrations of individual proteins during treatment period, withdrawal period and post withdrawal period respectively were compared with concentrations in reference bulk tank milk. Also, milk from cows infected by different pathogens was compared regarding protein composition.

Concentrations of whey proteins analysed, α-LA and β-LG (α-lactalbumin and β-lactoglobulin) did not change noticeable during the period of mastitis treatment and recovery. Concentrations of individual caseins analysed (αS2-CN, αS1-CN, αS0-CN, κ-CN and β-CN) were found to be highest during treatment period, lower during the withdrawal period and lowest after the withdrawal period. All casein concentrations except that for κ-CN were lower during the first five days after the withdrawal time had expired than in normal bulk tank milk. The hypothesis that protein composition is still affected after the withdrawal time has expired cannot be rejected. The question when protein concentrations in milk normalize after treatment can still not be answered. For most animals and most proteins analyzed in this study, protein levels seemed to continue decreasing or increasing by the last sample taking. In future studies, the length of the experiment period must be extended to find the time when protein concentrations may normalize or stabilize. Concentrations of individual proteins showed large variation between animals. Various pathogens causing the mastitis may also affect milk protein concentrations differently. Therefore, to be able to draw more reliable conclusions from results in future studies, number of animals studied must be greater.

Proteinsammansättning är en av de viktigaste kvalitetsparametrarna hos mjölk. Samtidigt påverkar mastit, en av de vanligaste produktionssjukdomarna hos mjölkkor, både proteinhalten och proteinsammansättningen i mjölken negativt. Mjölk från kor med mastit har generellt sämre processegenskaper, sensorisk kvalitet och hållbarhet och ger färre kg ost per kg mjölk, vilket torde innebära stora ekonomiska förluster för mejerierna. Karenstiden, d.v.s. den tiden då mjölken inte får levereras till mejeriet, syftar till att restsubstanser av använda läkemedel i mjölken ska hinna minska till lägsta tillåtna gränsvärde. När karenstiden bestäms beaktas dock inte mjölkens sammansättning. Få studier har utrett hur proteinsammansättningen i mjölk från kor med klinisk mastit förändras under behandling och karenstid. Med bakgrund av de allvarliga skadorna mastit orsakar i den sekretoriska juvervävnaden är sannolikheten stor att mjölkens proteinsammansättning inte har återgått till det normala vid karenstidens slut.

Syftet med denna studie var att följa förändringar i mjölkens proteinsammansättning från behandlingens början till fem dagar efter karenstidens slut. De enskilda proteinerna vars koncentration analyserades var vassleproteinerna α-laktalbumin, β-laktoglobulin och kaseinerna αS2-kasein, αS1-kasein, αS0-kasein, κ-kasein och β-kasein. Hypotesen var att proteinsammansättningen hos mjölken från en ko med mastit är påverkad av mastiten ännu efter karenstidens slut.

Studien utfördes under sommaren och hösten 2009. Korna som användes i försöket var av rasen SRB (Svensk Röd och vit Boskap) och två av rasen SRB (Svensk Låglandsboskap), samtliga med mastit. Djuren fanns på Kungsängens försöksgård och på Jälla Naturbruksgymnasium utanför Uppsala. Mjölkningspersonalen tog samlingsprover från juvrets alla juverdelar vid varje mjölkningstillfälle med start efter behandlingens början. Provtagningen pågick t.o.m. fem dagar efter karenstidens slut. Behandlingstiden och karenstiden var vanligen fem respektive sex dygn. Försöksperioden delades in i tre perioder: behandlingstid, karenstid och fem dygn efter karenstid. För analys av mjölkens proteinsammansättning användes kapillärelektrofores (CE). CE separerar proteiner m.a.p. fysiokemiska egenskaper med en elektrisk gradient som får proteiner att migrera olika snabbt genom en kapillär beroende på sin laddning i ett givet pH. Koncentrationer av de enskilda proteinerna under behandlingstid, karenstid och efter karenstiden jämfördes med koncentrationer i normal tankmjölk. Vidare jämfördes proteinsammansättningen i mjölk mellan kor hos vilka olika patogener orsakat mastiten.

Koncentrationer av vassleproteinerna (α-laktalbumin och β-laktoglobulin) förändrades inte nämnvärt under försöksperioden. Kaseinerna däremot (αS2-kasein, αS1-kasein, αS0-kasein, κ-kasein och β-kasein) visade sig ha högst koncentration under behandlingstiden för att sedan sjunka under karenstiden och vara som lägst efter karenstidens utgång, då halterna var lägre än i normal tankmjölk. Hypotesen att proteinsammansättningen ännu är påverkad av mastiten efter karenstidens slut kunde inte förkastas. Hos flertalet djur verkade förändringen i koncentration för merparten proteiner fortsätta vid tidpunkten för den sista provtagningen. Tidpunkten då proteinkoncentrationen i mjölken eventuellt stabiliseras eller normaliseras torde vara senare än 15 dygn efter påbörjad behandling mot mastit. Variationen mellan individer m.a.p. koncentration av proteiner i mjölken var stor. Olika patogener orsakande mastiten antas också ha påverkat proteinsammansättningen på olika sätt. I fortsatta studier krävs ett större djurantal och en längre försöksperiod för att kunna dra säkra slutsatser av resultaten.