新疆褐牛不同部位牛肉肌纖維類型及品質差異研究

王勇峰,豐永紅,萬紅兵,王 煦,謝鵬貴,李海鵬,張松山,謝 鵬,孫寶忠,*

(1.中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所,北京 100193; 2.伊犁職業技術學院,新疆伊犁 835000)

肌肉的基本組成單位是肌纖維,許多學者研究發現不同品種、部位、年齡的牛肉,其肌纖維類型組成也各不相同,同一部位不同取樣深度(如淺層和深層肌肉)的肉也存在著差異[12]?，F有的研究表明,肌纖維類型與肉的品質(如pH、色差、持水力和嫩度等)直接相關,但是關于它們之間存在著怎樣的關系目前仍存有爭議[35]。

新疆褐牛是我國自主培育的耐粗飼、耐嚴寒、放牧性能優越的乳肉兼用品種[6],目前關于新疆褐牛研究較多的是在遺傳育種、飼養管理、胴體特性和肉質分析方面,關于新疆褐牛肌纖維類型與肉品質的關系研究尚未見報道,因此本文以新疆褐牛為研究對象,研究其胴體代表性肌肉(岡上肌、岡下肌、臂三頭肌、腰大肌、背最長肌、半腱肌、半膜肌和股二頭肌)的肌纖維特性和肉用品質,以期找尋肌纖維特性與牛肉品質之間的關系。

本研究選取新疆褐牛岡上肌、岡下肌、臀三頭肌、腰大肌、背最長肌、半膜肌、半腱肌、和股二頭肌共8個部位肉,測定其肌纖維數量、肌纖維直徑、肌纖維面積、壓力失水率、蒸煮損失、剪切力、pH、色澤(L*、a*、b*)及質構等指標,并通過方差分析和相關性分析研究新疆褐牛肌纖維分布規律以及肌纖維特性與牛肉品質的關系,以期為牛肉精細成熟技術提供數據支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮新疆褐牛公牛(30月齡)岡上肌、岡下肌、臂三頭肌、背最長肌、腰大肌、半腱肌、半膜肌和股二頭肌各200 g 由新疆伊寧縣伊新牛羊養殖專業合作社提供；ATP孵育液 生工物工程股份有限公司；三磷酸腺苷二鈉、氯化鈣、氯化鈷、硫化銨、醋酸鈉、冰醋酸、二甲苯、無水乙醇 國藥集團。

TA.XT Plus型質構儀 英國Stable Micro System公司;YYW2型應變式控制式無側限壓力儀 南京土壤儀器廠有限公司;HH4數顯恒溫水浴鍋 江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司;JR1針式溫度計 廣州樂享電子有限公司;GH820平扒爐 廣州市新粵海西廚設備廠;DZ500/2S型真空包裝機 山東省諸城市正泰機械有限責任公司;FOSS全自動凱氏定氮儀、FOSS脂肪測定儀、GM2000絞肉機 Retch公司;Leica DM 6000 B冰凍切片機、Leica DM 6000 B正置熒光顯微鏡 德國萊卡公司；CR400色差計 日本柯尼卡美能達公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 取樣與樣品處理 選取6頭30月齡新疆褐牛公牛,宰前24 h禁食禁水,6頭?；铙w重為(566±32) kg,按照GB/194772004《牛屠宰操作規程》[7]進行屠宰,宰后熱剔骨分割取每頭牛左半胴體的岡上肌、岡下肌、臂三頭肌、背最長肌、腰大肌、半腱肌、半膜肌和股二頭肌,宰后1 h立即取20 g樣品用鋁箔紙包裹,在液氮中迅速冷卻,轉移到80 ℃超低溫冰箱中保存用于ATPase酶染色;然后再分別取各部位肌肉200 g用于其他品質指標的測定。

1.2.2 ATPase酶組織化學染色法 參考Gollnick等[8]的方法并稍作修改。制備8 μm厚肉樣冰凍切片,室溫晾干,然后進行ATP酶堿性和酸性染色。ATP酶堿性染色步驟;切片晾干,加入堿性ATP孵育液(ATP酶工作液10 mL加入三磷酸腺苷二鈉0.3 g溶解,pH為9.4～9.5),37 ℃培育2 h。除去工作液,置于1%氯化鈣溶液中靜置6 min,除去氯化鈣溶液,置于2%氯化鈷溶液靜置1 min,蒸餾水洗3次,每次5 min,硫化銨溶液顯色,約1 min,自來水洗3次,乙醇脫水、二甲苯透明封片鏡檢。ATP酶酸性染色步驟:切片晾干,加入酸性緩沖液(0.2 mol/L醋酸鈉49 mL,0.2 mol/L冰醋酸45 mL,pH4.6)靜置10 min,去除酸性緩沖液后,用酸性ATP孵育液洗(ATP酶工作液5 mL加入三磷酸腺苷二鈉0.6 g蒸餾水15 mL溶解,pH4.5～4.6)2～3次,每次2 min,加入酸性ATP孵育液37 ℃培育2 h。除去工作液,置于1%氯化鈣溶液中靜置6 min,除去氯化鈣溶液,置于2%氯化鈷溶液靜置1 min,蒸餾水洗3次,每次5 min,硫化銨溶液顯色,約1 min,自來水洗3次,乙醇脫水二甲苯透明封片鏡檢。

1.2.3 肌纖維比例、直徑和面積的測定 使用熒光顯微鏡對ATPase酶切片進行拍照,然后采用image J軟件對各種肌纖維比例、直徑和面積進行測定。

1.2.4 色差測定 將樣品新切橫斷面在室溫下氧合30 min,使用色差計進行亮度(L*)、紅度(a*)和黃度(b*)的測定。在CIE色度坐標系統下,L*值代表亮度,L*=100為白,L*=0為暗;a*值代表紅色度,a*>0表示偏紅,a*值越大,表示顏色越紅;b*值代表黃色度,b*越大,肉色越黃,b*<0表示顏色偏藍。

1.2.5 pH測定 使用pH為4.01和pH為7.01的校準液進行校準,將校準后的pH計插入肉塊中測定,取3次平行,測定的均值作為該肉樣的pH。

1.2.6 蒸煮損失率測定 取約200 g的肉塊,精確稱重記作W1,用熱收縮膜真空包裝后80 ℃蒸煮熟制,直至中心溫度達70 ℃,解開包裝,待冷卻晾干后,稱重記作W2。

蒸煮損失率(%)=(W1W2)/W1×100

1.2.7 壓力失水率測定 按照 NY/T 13332007《畜禽肉質的測定》[9]中壓力失水率的測定方法進行測定。

1.2.8 剪切力測定 按照NY/T 11802006《肉嫩度的測定剪切力測定法》[10],使用質構儀進行測定,一個樣品測定3次,取平均值。

1.2.9 質構剖面分析(TPA) 參考Janz等[11]質構剖面分析的測定方法。

1.3 數據處理與統計分析

采用SPSS 20.0及Microsoft Excel 2010軟件對實驗數據進行統計分析,結果以平均值±標準差表示;對各項指標進行Duncan’s分析,以p<0.05作為差異顯著性判斷標準采用SPSS皮爾遜(Pearson)法進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 不同部位牛肉肌纖維特性分析

不同部位牛肉肌纖維特性見表1,從表1可以看出岡上肌、岡下肌、臂三頭肌、腰大肌、背最長肌、半腱肌、半膜肌和股二頭肌均由Ⅰ型、ⅡA型和ⅡB型纖維組成,不同類型肌纖維的直徑、面積和比例也有很大差異。不同部位肌肉的Ⅰ型、ⅡA型和ⅡB型肌纖維比例具有顯著差異(p<0.05),其中腰大?、裥图±w維比例顯著高于其他部位肉(p<0.05),股二頭?、裥图±w維比例最低;背最長?、駻型肌纖維比例顯著高于其他部位肉(p<0.05),岡上?、駻型肌纖維比例最低;股二頭?、駼型肌纖維比例顯著高于其他部位肉(p<0.05),腰大?、駼型肌纖維比例最低。

表1 不同部位牛肉肌纖維特性Table 1 Characteristics of muscle fiber in different parts of beef

肌肉部位對不同肌纖維類型直徑具有顯著性影響(p<0.05),特別是ⅡA型纖維;實驗所取的8個部位肌纖維直徑為ⅡB型>ⅡA型>Ⅰ型,并且腰大肌的3種肌纖維類型直徑均小于其他部位肉;同一部位的Ⅰ型、ⅡA型和ⅡB型直徑也存在顯著性差異(p<0.05),臂三頭肌和股二頭肌3種類型肌纖維均存在顯著性差異(p<0.05),岡上肌、岡下肌、背最長肌、半腱肌和半膜肌的Ⅰ型和Ⅱ型纖維存在顯著性差異(p<0.05),ⅡA型和ⅡB型無顯著性差異(p>0.05)。

不同部位同一肌纖維類型的面積存在顯著性差異(p<0.05),腰大肌的Ⅰ型、ⅡA型和ⅡB型肌纖維面積顯著低于其他部位肉,在8個部位中,臂三頭肌的Ⅰ型纖維面積最大;背最長肌的ⅡA型纖維面積最大;股二頭肌的ⅡB型纖維面積最大。

2.2 不同部位牛肉品質差異

2.2.1 不同部位牛肉初始肉色差異 對于消費者來說,肉的顏色是最直接、最強烈的肉質性狀,它是影響消費者購買的重要因素。L*表示亮度值,a*表示紅度值,b*表示黃度值,肌肉部位顯著影響牛肉的L*值、a*值和b*值,新疆褐牛8種部位色差值見表2,由表2可知,8個部位牛肉的L*值存在顯著性差異,半腱肌的L*值顯著高于其他部位肉(p<0.05),半膜肌的L*值顯著低于其他部位肉(p<0.05);腰大肌的a*值最高,半膜肌的a*值最低;腰大肌的b*值最高,岡上肌的b*值最低。

表2 不同部位牛肉色差值Table 2 Color of different positions of beef

2.2.2 不同部位牛肉pH差異 pH不僅是肌肉酸堿度的表現,而且對肌肉品質有著重要影響,pH不僅直接影響肉的適口性、嫩度、蒸煮損失和貨架時間,還與牛肉的系水力和肉色等顯著相關[12]。所以說pH是評價肉質優劣的重要指標,pH過高和過低都會對肉的品質造成不利的影響,不同部位牛肉初始pH見圖1,宰后腰大肌與其他部位的初始pH具有顯著性差異(p<0.05),并且顯著低于其他部位肉,而其他部位肉之間不存在顯著性差異(p>0.05)。

圖1 不同部位牛肉pHFig.1 pH value of beef in different positions注:上標不同字母表示差異顯著(p<0.05),相同字母表示差異不顯著(p>0.05)。圖2～圖4同。

2.2.3 不同部位牛肉保水性差異 肉的保水性是指肌肉受到外力作用的時候,其保持原有水分的能力。肉的保水性不僅直接影響肉的風味、嫩度、色澤等食用品質,還影響著牛肉的加工品質,所以說保水性具有重要的經濟意義。肉的蒸煮損失率和壓力失水率是反映肉保水性的重要指標,牛肉的蒸煮損失率和壓力失水率越低,保水性就越好,其品質也越好。如圖2,岡下肌的蒸煮損失率與其他七塊部位肉具有顯著性差異(p<0.05),并且顯著低于其他部位肉;半腱肌與岡上肌、岡下肌、背最長肌、半膜肌的壓力失水率具有顯著性差異(p<0.05),且低于其他部位肉。

圖2 不同部位牛肉系水力Fig.2 Water holding capacity of beef in different positions

2.2.4 不同部位牛肉剪切力差異 剪切力能夠直觀的反映肉的嫩度,嫩度是消費者在購買時最為關注的指標,牛肉嫩度受多個因素的影響,如肌原纖維、結締組織以及其交互作用。嫩度是評價肉食用品質的關鍵指標,它也是消費者評判肉質優劣最常用的指標,在評價牛肉的食用品質時,嫩度指標最為重要。如圖3,不同部位牛肉的剪切力存在差異,腰大肌的剪切力顯著低于其他部位肉(p<0.05),臂三頭肌的剪切力顯著高于岡下肌和臂三頭肌(p<0.05),由此可見,在宰后1 h腰大肌的嫩度要優于其他部位肉。

圖3 不同部位牛肉剪切力Fig.3 WarnerBratzler shear force of beef in different positions

2.2.5 不同部位牛肉質構差異 質構剖面分析(TPA)能夠較為全面的反映肉的質地品質特性,新疆褐牛8種部位肌肉的TPA(Texture profile analysis)結果見圖4,牛肉部位對質構剖面分析結果具有顯著的影響。岡下肌、臂三頭肌、腰大肌、背最長肌與半腱肌之間硬度存在顯著性差異(p<0.05),且腰大肌的硬度顯著低于其他部位肉;股二頭肌的彈性顯著高于其他部位肉(p<0.05),股二頭肌的彈性顯著高于其他部位肉(p<0.05);半腱肌的粘聚性顯著低于其他部位肉(p<0.05),腰大肌的粘聚性顯著高于其他部位肉(p<0.05);腰大肌的膠著性顯著低于其他部位(p<0.05),股二頭肌的膠著性顯著高于其他部位肉(p<0.05);背最長肌和半膜肌的咀嚼性顯著低于其他部位肉(p<0.05),股二頭肌的咀嚼性顯著高于其他部位肉(p<0.05);背最長肌和半腱肌的回復性顯著低于其他部位肉(p<0.05),岡上肌的回復性顯著高于其他部位肉(p<0.05)。

圖4 不同部位牛肉質構剖面分析Fig.4 Texture profile analysis of beef in different positions

2.3 肌纖維特性和牛肉品質相關性分析

肌纖維特性與牛肉品質相關性分析結果見表3,剪切力值與Ⅰ型、ⅡA型和ⅡB型肌纖維的面積和直徑呈顯著正相關(p<0.05),剪切力值和Ⅰ型肌纖維數量比呈顯著負相關(p<0.05);硬度與Ⅰ型、ⅡA型和ⅡB型肌纖維的面積和直徑呈顯著正相關(p<0.05);粘聚性與ⅡA型和ⅡB型肌纖維的面積和直徑呈顯著負相關(p<0.05);粘聚性和Ⅰ型肌纖維數量比呈極顯著正相關(p<0.01),和ⅡB型肌纖維數量比呈極顯著負相關(p<0.01);膠著性和ⅡA型肌纖維數量比呈極顯著負相關(p<0.01),與ⅡB型肌纖維面積呈顯著正相關(p<0.05);咀嚼性和ⅡA型肌纖維數量比呈極顯著負相關(p<0.01),與ⅡB型肌纖維面積呈顯著正相關(p<0.05);回復性和Ⅰ型肌纖維數量比呈顯著正相關(p<0.05)。L*值與ⅡB型肌纖維面積和直徑顯著正相關(p<0.05)。

表3 肌纖維特型與牛肉品質相關性分析Table 3 The correlation analysis of muscle fiber characteristics and beef quality

3 討論

肌肉的位置和類型決定了肌纖維類型組成,從而使其能夠適應相應的生理活動[13]。本研究結果顯示,新疆褐牛岡上肌、岡下肌、臂三頭肌、腰大肌、背最長肌、半腱肌、半膜肌和股二頭肌均由Ⅰ型、ⅡA型和ⅡB型纖維組成,其中腰大肌、背最長肌和股二頭肌分別具有最高比例的Ⅰ型、ⅡA型和ⅡB型肌纖維。不同肌肉肌纖維直徑和面積也有較大差異,同一肌肉組織不同類型肌纖維的直徑和面積也各不相同。本研究中所取的八個部位牛肉肌纖維直徑均為ⅡB型>ⅡA型>Ⅰ型,其中腰大肌的Ⅰ型、ⅡA型和ⅡB型直徑均小于其他部位肉。解祥學等[14]研究中國6個肉牛品種肌纖維特性得出6個品種牛(利木贊牛、皮埃蒙特牛、中國西門塔爾牛、魯西牛、秦川牛和晉南牛)不同部位的肌纖維直徑均是白肌纖維(對應ⅡB型)>中間型纖維(對應ⅡA型)>紅肌纖維(對應Ⅰ型);Hwang等[15]研究韓牛肌纖維類型與肉質關系時也得出ⅡB型肌纖維直徑要大于I型和ⅡA型肌纖維,但是他得出腰大肌的三種類型肌纖維直徑并不是最小的,這與本研究得出的結果不同,這可能是由于牛品種的差異造成的。

Joo等[16]研究發現肌肉的顏色差異主要因為肉中肌紅蛋白含量不同,Ⅰ型肌纖維中具有較高含量的肌紅蛋白,本研究中腰大?、裥图±w維含量最高,其a*值也最高,這與Joo得出的結論相一致。哺乳動物活體狀態的pH在7.0～7.4范圍內,宰后pH會降低[17]。本研究中岡上肌、岡下肌、臂三頭肌、腰大肌、背最長肌、半腱肌、半膜肌和股二頭肌pH均在5.5～7.0之間,可見新疆褐牛牛肉pH均在正常范圍內。pH的研究結果顯示,腰大肌的初始pH顯著低于其他部位肉,這說明腰大肌在宰后初期pH的降低速率較快,推測其具有較高的糖酵解速率。郎玉苗等[18]研究中國西門塔爾牛腰大肌、背最長肌和股二頭肌時也得出了腰大肌在宰后早期具有較高的糖酵解速率。保水性研究結果顯示具有較高ⅡB型纖維的半腱肌壓力失水率要低于具有較高Ⅰ型纖維,但是Choe等[19]研究得出在早期成熟期間ⅡB型肌纖維比例越高,Ⅰ型肌纖維比例越低,其失水率就越高,這與本研究得出的結果不同,可能是牛品種或者成熟時間的不同造成的這種差異。不同部位肌肉嫩度的差異與肌纖維類型組成有關[20],剪切力的研究結果表明八種部位肉之間剪切力差異較大,腰大肌的嫩度較好,股二頭肌的嫩度較差,Hwang等[15]研究發現韓牛的剪切力與Ⅰ型肌纖維比例呈負相關關系,與ⅡB型肌纖維比例呈正相關關系,本研究的結果正好驗證了這一結論。

肉的品質與肌纖維直徑和數量有一定的關聯[2021],本文研究得出,剪切力和硬度與肌纖維直徑和面積呈正相關關系,Ⅰ型肌纖維數量與硬度和剪切力呈顯著負相關(p<0.05),ⅡB肌纖維數量與剪切力呈正相關關系,與硬度呈極顯著正相關(p<0.01),所以Ⅰ型肌纖維比例越高,ⅡB肌纖維比例越低,嫩度也就越好。肌纖維面積和剪切力呈顯著正相關關系(p<0.05),與嫩度呈負相關關系,肌纖維面積越大,嫩度也就越差。Ryu等[22]研究發現ⅡB型纖維含量和宰后pH呈負相關關系,本文也得出了一致的結論。關于肌纖維類型和肉品質之間的關系仍然沒有定論,這主要是因為:研究對象的差異(性別、品種和年齡);選取的肌肉區域不同(表面和深層肌肉);影響肌纖維類型組成的外在因素較多,如動物的生長性能等[2325]。

4 結論

通過對新疆褐牛岡上肌、岡下肌、臂三頭肌、腰大肌、背最長肌、半腱肌、半膜肌和股二頭肌的肌纖維特性和肉品質差異進行了研究,結果表明肌肉部位對新疆褐牛肌肉的肌纖維特性和品質影響顯著,Ⅰ型肌纖維比例與硬度、剪切力呈負相關,ⅡB型肌纖維比例與剪切力呈正相關。Ⅰ型、ⅡA型和ⅡB型肌纖維的面積和直徑與剪切力、硬度和蒸煮損失顯著正相關,與壓力失水率顯著負相關,所以增加Ⅰ型肌纖維的數量、減少ⅡB型肌纖維的數量均有利于提高牛肉嫩度。

[1]Totlanda G K,Kryvia H,Slindeb E. Composition of muscle fiber types and connective tissue in bovine M. semitendinosus and its relation to tenderness[J]. Meat Science,1988,23(4):303315.

[2]Lefaucheur L,Milan D,Ecolan P,et al. Myosin heavy chain composition of different skeletal muscles in Large White and Meishan pigs[J]. Journal of Animal Science,2004,82:19311941.

[3]Wegner J,Albrecht E,Fiedler I,et al. Growthand breed-related changes of muscle fiber characteristics in cattle[J]. Journal of Animal Science,2000,78(6):1485.

[4]Solomon M B,Lynch G P. Biochemical,histochemical and palatability characteristics of young ram lambs as affected by diet and electrical stimulation[J]. Journal of Animal Science,1988,66:19551962.

[5]Choi Y M,Ryu Y C,Kim B C. Effect of myosin heavy chain isoforms on muscle fiber characteristics and meat quality in porcine longissimus muscle[J]. Journal of Muscle Foods,2006,17:413427.

[6]張楊,李紅波,張金山,等. 新疆褐牛種群資源調查研究[J]. 中國牛業科學,2012,38(1):2428.

[7]中國國家標準化委員會.GB/T 194772004《牛屠宰操作規程》[S].2004.

[8]Gollnick P D,Parsons D,Oakley C R. Differentiation of fiber types in skeletal muscle from the sequential inactivation of myofibrillar actomyosin ATPase during acid preincubation[J]. Histochemistry and Cell Biology,1983,77(4):543555.

[9]中國國家標準化委員會.NY/T 11802006《肉嫩度的測定—剪切力測定法》[S].2006.

[10]中國國家標準化委員會.NY/T 13332007《畜禽肉質的測定》[S].2007.

[11]Janz J A,Aalhus J L,Price M A,et al. The influence of elevated temperature conditioning on bison(Bison bison bison)meat quality[J]. Meat Science,2000,56(3):279.

[12]孫寶忠,李海鵬.牛肉加工新技術[M]. 中國農業出版社,2012.

[13]Bartoň L,Bure? D,Kotrba R,et al. Comparison of meat quality between eland(Taurotragusoryx)and cattle(Bos taurus)raised under similar conditions[J]. Meat Science,2014,96(1):346352.

[14]解祥學,孟慶翔,任麗萍,等.我國6個肉牛品種肌肉纖維特征研究[J].中國農業大學學報,2011,16(1):6672.

[15]Hwang Y H,Kim G D,Jeong J Y,et al.The relationship between muscle fiber characteristics and meat quality traits of highly marbled Hanwoo(Korean native cattle)steers[J]. Meat Science,2010,86(2):456461.

[16]Joo S T,Kim G D,Hwang Y H,et al. Control of fresh meat quality through manipulation of muscle fiber characteristics[J]. Meat Science,2013,95(4):828836.

[17]李鵬. 不同極限pH牛肉成熟過程中品質變化及變化機制研究[D]. 泰安：山東農業大學,2014.

[18]郎玉苗,王勇峰,李敬,等. 中國西門塔爾牛肌肉肌纖維類型和肉品質特性研究[J]. 中國畜牧獸醫,2016,43(6):14891493.

[19]Choe J H,Choi Y M,Lee S H,et al. The relation between glycogen,lactate content and muscle fiber type composition,and their influence on postmortem glycolytic rate and pork quality[J]. Meat Science,2008,80(2):355.

[20]Lee S H,Joo S T,Ryu Y C. Skeletal muscle fiber type and myofibrillar proteins in relation to meat quality[J]. Meat Science,2010,86(1):16670.

[21]Choi Y M,Kim B C. Muscle fiber characteristics,myofibrillar protein isoforms and meat quality[J]. Livestock Science,2009,122:105118.

[22]Ryu Y C，Kim B C. Comparison of histochemical characteristics in various pork groups categorized by postmortem metabolic rate and pork quality[J]. Journal of Animal Science,2006,84：894901.

[23]Kadim I T,Alkarousi A,Mahgoub O,et al. Chemical composition,quality and histochemical characteristics of individual dromedary camel(Camelusdromedarius)muscles[J]. Meat Science,2013,93(3):564571.

[24]Gondret F,Lefaucheur L,Juin H,et al. Low birth weight is associated with enlarged muscle fiber area and impaired meat tenderness of the longissimus muscle in pigs[J]. Journal of Animal Science,2006,84(1):93103.

[25]Kim GapDon,Kim B W,Jeong J Y,et al. Relationship of Carcass Weight to Muscle Fiber Characteristics and Pork;Quality of Crossbred(Korean Native Black Pig x Landrace)F2 Pigs[J]. Food and Bioprocess Technology,2013,6(2):522529.