王 燕 侯鹏霞,* 李 丹 李 博 施 安 陈志龙 孙文阳 黄晓瑜 张恩平** 梁小军**

(1.西北农林科技大学动物科技学院,杨凌 712100;2.宁夏农林科学院动物科学研究所,银川 750000;3.宁夏农林科学院固原分院,固原 756000)

牛肉蛋白质含量高,脂肪含量低,微量元素和矿物质含量丰富,食用牛肉更符合现代人健康低脂的饮食观念[1]。随着生活质量的提高,人们对肉品质要求越来越高,涉及肉品质(熟肉率、系水力、剪切力和肌内脂肪含量等指标)的研究越来越受到从业者关注[2]。酵母多糖是酵母细胞壁的重要组成部分,β-葡聚糖和甘露聚糖是其主要活性物质。研究表明,酵母多糖可提高动物生长性能[3-6],在改善肉品质方面具有积极作用[7-8]。武晓红等[9]研究报道,饲粮添加0.2%酵母多糖可改善肉鸡屠体性能和肉质性状;熊子标[10]研究报道,饲粮添加2%酵母培养物可改善四川白鹅肉质嫩度。目前,关于酵母多糖的研究主要集中在单胃动物,对反刍动物肉品质影响的研究鲜有报道。因此,本试验在前期研究[11]基础上,进一步研究饲粮添加酵母多糖对育肥牛屠宰性能和肉质风味的影响,为酵母多糖在肉牛生产的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验方法

选择健康的16月龄、体重550 kg左右的西门塔尔杂交育肥牛40头,随机分为4组,每组10头。对照组饲喂基础饲粮,3个试验组分别饲喂在基础饲粮中添加5、10和15 g/(d·头)酵母多糖(主要成分及含量:甘露聚糖≥20%,β-葡聚糖≥20%,粗蛋白质≥25%,水分≤6%)的饲粮。基础饲粮根据NRC(2016)肉牛饲养标准结合养殖场生产实际配制,其组成及营养水平参照前期研究[11]。预试期10 d,正试期94 d。

1.2 饲养管理

试验开始前对圈舍进行打扫、消毒。试验牛分圈舍群饲,各组按试验设计饲喂对应饲粮,基础饲粮以全混合日粮(TMR)形式饲喂,每日2次(08:00和16:00),自由饮水。每日晨饲时,将酵母多糖用水溶解喷洒于试验组饲粮表面(确保育肥牛短时间内采食完)。其他饲养管理条件保持一致。

1.3 指标测定

1.3.1 屠宰性能

饲养试验结束后,对照组和试验组[体增重最好的15 g/(d·头)酵母多糖添加组]各选择3头体重接近平均值的牛进行屠宰试验。屠宰前禁食24 h,禁水2 h。颈动脉放血屠宰,测定宰前活重、胴体重、背膘厚(电子数显游标卡尺,TK13-CD-P20M)和眼肌面积(数字式求积仪,QCJ-2000)等,测定方法参照NY/T 2660—2014《肉牛生产性能测定技术规范》[12]。

1.3.2 肌肉理化性质和化学成分

试验牛屠宰后45 min,测定左半侧胴体背最长肌pH(pH测定仪,pH-STAR);取左半侧胴体背最长肌2.0 kg,测定熟肉率、系水力、剪切力以及粗蛋白质和粗脂肪含量。熟肉率、系水力按照NY/T 1333—2007《畜禽肉质的测定》[13]测定;剪切力按照NY/T 1180—2006《肉嫩度的测定 剪切力测定法》[14]测定;粗蛋白质含量按照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》[15]第2法进行测定;粗脂肪含量按照GB 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》[16]第2法进行测定。

1.3.3 电子鼻感官测定

屠宰后,取左半侧胴体背部肌肉50 g,4 ℃熟化24 h。将肉样切成肉糜状,剔除脂肪和筋膜,称取10 g放入15 mL进样瓶密封,每个样品平行重复3次,室温条件下静置30 min后,使用电子鼻(PEN3,德国Airsense公司)测定挥发性气味物质。试验参数:1 Hz采样频率,200 mL/min进气流速,60 s清洗时间,60 s进样时间。电子鼻性能和参数见表1。

1.3.4 气相色谱-质谱联用(GC-MS)分析

取背最长肌10 g左右,于2 mL冻存管分装,立即投入液氮,带回实验室于-80 ℃保存,用于测定挥发性风味物质。色谱条件:色谱柱为DB-5 MS(30 m×250 μm×0.25 μm),载气为高纯氦气,流速为3 mL/min,前进样口温度为280 ℃,进样量为1 μL,分流进样,溶剂延迟6.27 min。升温程序:初始温度50 ℃保持1 min,10 ℃/min升温至310 ℃,保持8 min。质谱条件:电喷雾离子源温度250 ℃,传输线温度180 ℃,电离电压-70 eV。扫描质量范围为50～500 m/z,扫描速率12.5 spectra/s。以上检测由北京诺禾致源科技股份有限公司完成。

1.4 数据统计与分析

屠宰性能和肉品质数据在Excel 2019中采用单因素方差分析(one-way ANOVA)进行分析,结果用“平均值±标准误”表示,P<0.05为差异显著,0.051.0、FC>1.2或FC<0.833且P<0.05,同时对筛选出的差异代谢物进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 酵母多糖对育肥牛屠宰性能的影响

由表2可知,与对照组相比,试验组育肥牛宰前活重显著提高(P<0.05),胴体重、屠宰率和眼肌面积无显著差异(P>0.05),但胴体重和眼肌面积分别提高了7.28%和11.54%;试验组背膘厚显著低于对照组(P<0.05)。

表2 酵母多糖对育肥牛屠宰性能的影响

2.2 酵母多糖对育肥牛肌肉理化性质和化学成分的影响

由表3可知,与对照组相比,试验组育肥牛背最长肌pH45 min、熟肉率、系水力和粗蛋白质含量均无显著差异(P>0.05);试验组背最长肌剪切力无显著差异(P>0.05),但较对照组降低了5.77%;试验组背最长肌粗脂肪含量有提高的趋势(P=0.078)。

表3 酵母多糖对育肥牛肌肉理化性质和化学成分的影响

2.3 酵母多糖对育肥牛肌肉气味轮廓的影响

由表4可知,试验组育肥牛肌肉W3S传感器响应值显著高于对照组(P<0.05),说明饲粮添加酵母多糖能促进育肥牛肌肉中合成更多的长链烷烃芳香物质。对2组样品10种传感器响应值进行PCA,结果如图1-a所示,主成分1(PC1)和主成分2(PC2)的贡献率分别为76.7%和11.9%,总贡献率为88.6%,说明PC1和PC2能反映样本总体特征的大部分信息,试验组和对照组气味轮廓存在一定差异。根据肌肉气味响应值绘制气味雷达图,以反映2组牛肉总体轮廓信息,结果如图1-b所示,W1W、W2W和W5S传感器响应值较其他传感器高,说明西门塔尔杂交育肥牛肌肉中可能含硫化合物和氮氧化合物较多。

表4 酵母多糖对育肥牛肌肉气味响应值的影响

图1 PCA得分图(a)和电子鼻气味响应值雷达图(b)

2.4 酵母多糖对育肥牛肌肉风味物质的影响

2.4.1 多元统计分析

2.4.1.1 PCA

通过对样本进行无监督模式识别的PCA,初步了解了各组样本的总体代谢差异和组内样本间变异度大小,结果如图2所示,PC1、PC2和主成分3(PC3)贡献率分别为46.11%、24.39%和12.31%,2组样品明显分开。

2.4.1.2 PLS-DA

为了消除其他因素的影响,进一步采用有监督的PLS-DA进行统计分析,结果如图3-a所示,可见组间样品无交叉重叠部分,区分度良好,说明饲粮添加酵母多糖对肌肉代谢物有显著影响。对照组内样品间虽有离散,但小于组间差异。PLS-DA模型参数R2Y表示模型的解释率,Q2Y用于评价模型的预测能力,R2Y越接近1,表明模型越稳定可靠,且R2Y大于Q2Y时表示模型建立良好。本研究中,R2Y和Q2Y分别为0.94和-0.12,说明该模型的解释率高,且R2Y大于Q2Y,说明该模型建立良好。此外,为了避免过度拟合,本研究还进行了PLS-DA模型验证(置换检验n=200),结果如图3-b所示,置换回归曲线R2与Q2截距分别达到0.95和-0.92,R2大于Q2且Q2回归线与Y轴截距小于0,说明模型稳健可靠且不存在过拟合现象。以上结果说明样品具有足够的重现性,适合于后续的分析验证。

图3 PLS-DA得分图(a)和模型验证图(b)

2.4.2 差异代谢物分析

以VIP>1.0、FC>1.2或FC<0.833且P<0.05作为筛选差异代谢物的条件,由表6可知,与对照组相比,试验组筛选出2种显著上调差异小分子代谢物——磷酸吡哆醛和赤藓糖-4-磷酸(P<0.05),可作为潜在标记物。

表5 酵母多糖对育肥牛背最长肌差异代谢物的影响

2.4.3 层次聚类分析

为了全面直观地显示样本间的关系及代谢物在不同样本中的表达模式差异,对差异代谢物进行层次聚类分析,结果如图4所示,对照组和试验组样本通过聚类出现在同一簇中,并且具有类似表达模式的代谢物聚类在同一簇内,说明组间整体代谢物相对定量值层次聚类区分明显。

3 讨 论

3.1 酵母多糖对育肥牛屠宰性能的影响

屠宰性能是衡量畜禽产肉量、饲料转化率和饲养管理水平的重要指标。黄文明等[17]、李俊朋等[18]研究报道,饲粮添加酵母培养物对育肥牛屠宰率、胴体产肉率和眼肌面积均无显著影响;赵国宏等[19]研究报道,饲粮添加不同水平酵母培养物对育肥湖羊胴体重、屠宰率及眼肌面积等均无显著影响。本试验中,2组之间育肥牛胴体重、屠宰率和眼肌面积差异不显著,与上述研究结果一致。值得注意的是,虽然无统计学上的显著差异,但酵母多糖添加组育肥牛胴体重和眼肌面积较对照组分别提高了7.28%和11.54%,说明饲粮添加酵母多糖在一定程度上改善了育肥牛胴体品质,提高了产肉性能。

all_Control:对照组样本 samples in control group;all_Test:对照组样本 samples in test group。

3.2 酵母多糖对育肥牛肌肉理化性质和化学成分的影响

西门塔尔牛肉脂肪少而分布均匀,蛋白质含量高,矿物质含量是猪肉的2倍以上。pH、系水力、熟肉率、剪切力以及粗蛋白质和粗脂肪含量等是衡量肉品质高低的常用指标。栗哲[20]研究报道,饲粮添加酵母水解物对荷斯坦阉牛肌肉pH、熟肉率和系水力均无显著影响;Zhang等[21]研究报道,饲粮添加1 g/kg β-葡聚糖对肉仔鸡胸肌pH无显著影响。本试验中,饲粮添加酵母多糖对育肥牛肌肉pH、熟肉率和系水力均无显著影响,与上述研究结果一致。剪切力是牛肉嫩度的重要体现,剪切力越小,肌肉越嫩,肉品质越高。栗哲[20]研究报道,饲粮添加酵母水解物可显著降低荷斯坦阉牛肌肉剪切力,提高肉质嫩度;窦晓利等[22]研究报道,饲粮添加酵母培养物显著降低了黑山羊肌肉剪切力,改善了肌肉嫩度;Geng等[8]研究报道,饲粮添加50 g/d酵母培养物可改善牛肉嫩度,提升牛肉风味。本试验中,2组之间育肥牛肌肉剪切力差异不显著,但试验组剪切力较对照组降低了5.77%,说明饲粮添加酵母多糖在一定程度上改善了牛肉嫩度。

动物机体中脂类沉积主要取决于受饲粮因素影响较大的脂肪沉积率,沉积顺序为皮下组织>内脏组织>肌肉组织[17]。马吉锋等[23]研究报道,饲粮添加酵母细胞壁多糖有提高滩羊屠宰率、减少背膘厚的趋势。本试验中,试验牛20月龄左右出栏,宰前活重均在700 kg以上[11],而试验组育肥牛背膘厚显著低于对照组,而粗脂肪含量有显著高于对照组的趋势,说明饲粮添加酵母多糖能够促进肉牛肌肉组织脂肪沉积;此外,饲养时长适宜,也有利于更多脂肪沉积于肌肉组织[24]。肌肉常规营养成分是反映肉品质的客观指标,肌内粗蛋白质和粗脂肪含量直接决定肌肉营养价值[25],而且我国消费者喜欢脂肪含量丰富的牛肉[26]。De Ondarza等[27]、Poppy等[28]研究报道,酵母及其衍生物可提高奶牛牛奶中乳蛋白和乳脂含量;栗哲[20]研究报道,饲粮添加酵母多糖显著提高了荷斯坦阉牛肉肌间脂肪含量,提高了粗蛋白质含量。本试验中,酵母多糖添加组育肥牛肌肉粗脂肪含量有显著高于对照组的趋势,可能是因为酵母多糖提高了养分消化率和能量利用水平,促进了肌内脂肪沉积,从而改善了肉品质。

3.3 酵母多糖对育肥牛肌肉气味轮廓的影响

风味品质是重要的食用品质,是消费者最终评价肉质的关键指标,影响消费者的长期购买决策[29]。电子鼻是测定肉质风味的一种常用手段,可对样品中物质做出快速分析,试验结果可反映样品的气味特征,迄今为止已广泛应用于食品及产品加工领域、掺假和溯源地追踪等方面[30-31]。田晓静等[32]报道,电子鼻技术能有效应用于检测肉质新鲜度、掺假和品质判定等方面。马小明等[33]通过电子鼻检测了饲喂不同配方饲粮的滩羊肉风味,发现不同配方饲粮喂养的滩羊肉风味能被很好地区分。本研究通过电子鼻检测发现,酵母多糖添加组育肥牛肌肉的W3S传感器响应值显著高于对照组,W3S传感器对长链烷烃芳香物质敏感,说明饲粮添加酵母多糖显著促进了肌肉中长链烷烃芳香类物质的合成。此外,W1W、W2W和W5S传感器对样品挥发性化合物显示出较强的响应,说明西门塔尔杂交育肥牛肉中含有丰富的含硫化合物和氮氧化合物。电子鼻可反映肉中气味轮廓,但作用较局限,不能把肉质中具体的挥发性化合物信息表示出来[34],因此本研究进一步采用GC-MS技术详细地分析肉中挥发性风味化合物的构成。

3.4 酵母多糖对育肥牛肌肉风味物质的影响

GC-MS主要是将样品组分质谱图和标准谱库的质谱图进行比较,初步确定样品中未知组分的结构信息,并用峰面积归一法来确定各组分相对含量[34],是一种常用的检测技术。李娟[35]把电子鼻测定和GC-MS技术相结合,对华中、华北、华东、西南和西北5个地区酱卤牛肉风味进行比较,发现不同酱卤牛肉的风味轮廓存在显著差异,区分度良好。本试验基于GC-MS技术[36],结合PCA和PLS-DA模式识别方法对饲粮添加酵母多糖的育肥牛背最长肌代谢谱进行了研究,结果显示,对照组和试验组在PCA模式下基本可区分开来,但对照组内样本较分散;在PLS-DA模式识别方法下组间样本可完全区分,无重叠和交叉。通过模式识别方法,试验组筛选出2种显著上调差异代谢物:磷酸吡哆醛和赤藓糖-4-磷酸。磷酸吡哆醛是100多种酶的辅酶,参与生物体内多种代谢反应[37]。例如,磷酸吡哆醛以辅酶活性形式参与多种氨基酸代谢反应(包括脱羧作用、消旋作用、羟醛反应和转氨作用等),对生物体内氨基酸合成代谢起重要作用[38-40];而赤藓糖-4-磷酸是生物合成芳香族氨基酸——色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸的前体。由此说明,这2种物质均参与氨基酸代谢,而氨基酸对微生物的生长和新陈代谢有重要作用,其也是蛋白质和多肽合成的关键成分,并调节多种代谢通路[41]。以上结果表明,饲粮添加酵母多糖对育肥牛肌肉氨基酸合成代谢有促进作用。目前这2种代谢物在畜禽生产中研究较少,具体作用机制有待进一步研究。

4 结 论

本试验条件下,饲粮添加酵母多糖降低了育肥牛背膘厚,有提高肌肉粗脂肪含量的趋势,同时显著提高了肌肉中芳香族化合物含量,上调了肌肉中磷酸吡哆醛和赤藓糖-4-磷酸含量。由此可见,饲粮添加15 g/d酵母多糖不仅可促进育肥牛生长,还可提高肌肉风味中芳香族化合物含量,改善肉品质。