左兆云，王維樂，紀麗麗，宋華民，劉建勝，王曉環(huán)，曹冬伸，劉敬盛*

(1.山東畜牧獸醫(yī)職業(yè)學院，山東 濰坊 261061；2.德州市陵城區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東 德州 253500)

由于全球氣候變暖，熱應激反應在畜禽飼養(yǎng)中越來越常見。熱應激會影響動物的營養(yǎng)代謝狀況，降低動物體重、飼料效率、采食量和胴體質量。肉牛因其代謝速度快、瘤胃發(fā)酵、排汗障礙、皮膚保溫等特性，更易發(fā)生熱應激反應。熱應激對牛肉品質的影響已經(jīng)成為當前肉牛產(chǎn)業(yè)高質量發(fā)展所面臨的一項重要挑戰(zhàn)。近些年，隨著蛋白質組學技術在肉類中的應用，在肌肉中檢測到了許多與應激相關的小分子熱應激蛋白(small heat shock proteins，sHSPs)，用蛋白質組學揭示牛肉品質的質量屬性成為研究的新方向。目前，國內外關于熱應激對反芻動物生產(chǎn)的影響主要集中在奶牛上，對肉牛肉品質方面的報道相對較少。因此，本文針對近年來熱應激對牛肉品質的影響以及sHSPs影響牛肉品質的機制進行簡要綜述，旨在為夏季熱應激狀態(tài)下牛肉品質的調控提供參考。

1 熱應激對牛肉品質的影響

1.1 肉色

肉色影響消費者對牛肉的認知和購買情況，也是決定牛肉行業(yè)盈利能力的關鍵因素。肉色主要取決于肌肉組織中肌紅蛋白和血紅蛋白的含量及氧化還原狀態(tài)。肌紅蛋白是肌肉顯色的主要成分，有3種存在形式：鮮紅色的氧合型肌紅蛋白、紫紅色的還原型肌紅蛋白及褐色的高鐵肌紅蛋白，因此可使肌肉呈現(xiàn)不同的顏色。牛肉肉色受到動物的品種、性別、日糧、飼養(yǎng)管理以及宰后處理等因素的影響。近年來研究表明，熱應激也是影響牛肉肉色的重要因素。據(jù)Kadim等報道，熱季節(jié)牛肉的肉色變暗，其亮度(L)、紅度(a)和黃度(b)均低于冷季節(jié)屠宰的牛肉。黃濤等研究發(fā)現(xiàn)，在夏季高溫高濕條件下，錦江黃牛的肉色L和a降低，容易發(fā)白變暗，肉品質變差。其原因可能是紫紅色的還原型肌紅蛋白占據(jù)優(yōu)勢，致使肉呈現(xiàn)比較暗的外觀。

1.2 pH

活牛肌肉的pH一般為中性，屠宰后肌肉組織中氧氣和營養(yǎng)物質斷供，有氧酵解轉變?yōu)闊o氧酵解，使乳酸蓄積，從而導致pH下降。當肌肉pH降到5.4左右時不再繼續(xù)下降，此時的最低pH即為極限pH(ultimate pH, pHu)。通常來說，牛肉pHu一般為5.4～5.6，與屠宰時肌肉的糖原水平呈負相關，并且會影響肉色。據(jù)報道，熱季節(jié)牛肉的pHu(平均6.24)顯著高于冷季節(jié)的。而且，屠宰前的長期熱應激會使宰后肌肉內糖酵解速率過慢，導致pH維持在較高的水平(pH>6.5)，從而使肌肉色澤變暗，肉質表面干硬，形成黑切(dark firm dry，DFD)肉。而屠宰前短期的熱應激會大量消耗糖原，使pH快速下降，降低肌肉中鈣蛋白酶的活性，同時影響了肌肉的系水力，導致肌肉變軟有血水滲出，肌肉色澤發(fā)白形成白肌(pale soft exudative，PSE)肉。

1.3 系水力

在屠宰、儲藏、加工、運輸過程中，肌肉的水分容易流失，同時肌肉可以通過自身的物理形態(tài)和化學結構對水分有一定束縛的能力即為系水力。這是肉類生產(chǎn)中最重要的指標之一，與肉制品的諸多感官特征(如多汁、質地和味道等)密切相關。因此，系水力高低會影響消費者的購買行為，對肉食品產(chǎn)業(yè)造成較大的經(jīng)濟影響。研究表明，熱應激會加速肌肉糖原分解，增加乳酸濃度，導致熱胴體pH迅速下降，最終產(chǎn)生較低系水力的PSE肉。與之相反的，Mato等研究發(fā)現(xiàn)，屠宰前的熱應激引起了磷蛋白組的顯著改變，肌肉糖原儲備和乳酸產(chǎn)量降低，導致牛肉具有較高的pH，最終產(chǎn)生較高系水力的DFD肉。這說明糖原酵解、pH改變以及蛋白質降解，都會影響肌肉對水分的束縛力或改變肌肉空間結構，并最終影響系水力。

1.4 嫩度

肉的嫩度反映了肉的質地，一般采用沃布剪切力法進行客觀評價。在一定的范圍內，剪切力與嫩度呈負相關。在組織學上，肌纖維特性、肌原纖維蛋白特性以及肌肉結締組織特性是影響肌肉嫩度的3大因素。隨著屠宰后肌肉pH降低，溶酶體膜變得越來越不穩(wěn)定，導致組織蛋白酶釋放到肌漿中，并獲得水解的肌原纖維蛋白，緊接著由于肌動蛋白和肌球蛋白降解，導致肉嫩化的作用被大大降低。另外宰后肉類的pHu也是影響嫩度的一個重要指標，一般來說，中等pHu(5.8≤pH≤6.19)的肉類比低pHu(pH≤5.79)和高pHu(pH≥6.2)的肉類更加堅硬。據(jù)報道，熱季節(jié)牛肉的沃布剪切力值顯著低于冷季節(jié)牛肉，而pHu(6.24)則高于冷季節(jié)牛肉。因此，熱應激會影響牛肉嫩度，其原因可能是熱應激導致肉類的pH發(fā)生了變化。

1.5 風味

肉的風味包括肉的滋味和香味兩方面，分別由肉中水溶性風味前體物質和揮發(fā)性香味物質構成。它們的質和量不斷發(fā)生變化，最終共同影響肉的風味。目前，有關熱應激對牛肉風味物質影響的研究主要集中在肌內脂肪(intramuscular fat，IMF)和肌苷酸(inosine monophosphate acid，IMP)這兩種風味物質上。IMF中所含的一些脂溶性成分及其降解物(如醛、醇和酮類)均可提高牛肉的風味，而IMP是存在于肌肉中的腺苷三磷酸(adenosine triphosphate，ATP)代謝的中間產(chǎn)物，是鮮味物質和產(chǎn)生肉香味的物質。Hughes等研究發(fā)現(xiàn)，長期高溫導致牛肉胸肌中IMF含量明顯升高，而IMP含量下降，從而影響屠宰后肉質的評分。

2 sHSPs影響牛肉品質的機制

目前國內外報道，對肉質影響最為密切的熱應激蛋白家族是sHSPs。熱應激蛋白(heat shock proteins, HSPs)是原核細胞和真核細胞在受到熱、病原體、理化等有害因素刺激后發(fā)生熱應激反應產(chǎn)生的一類由熱應激基因所編碼的高度保守的應激蛋白。HSPs按其單體分子大小可分為5類，其中4類的分子質量分別為60 kDa、70 kDa、90 kDa和100 kDa，分別稱為HSP60、HSP70、HSP90和HSP100，sHSPs是熱應激蛋白家族的第5類。已知哺乳動物中發(fā)現(xiàn)了11種sHSPs，從12～43 kDa都有分布，是HSP家族中分子量最小的。和其他家族的熱應激蛋白相比，該類蛋白不需要ATP即可發(fā)揮作用。

2.1 sHSPs的結構

sHSPs單體由幾個不同的結構域組成，所有家族成員的C末端都有一個共有的結構區(qū)域——α-晶體結構域。此結構域由80～100個氨基酸殘基組成，還包含有9個β折疊片層，因和αβ-晶體蛋白有很高的同源性，也被稱為αβ-晶體蛋白區(qū)域。在N末端存在一個保守的WDPF結構域，主要由長短可變的氨基酸殘基序列構成。正是由于WDPF和α-晶體結構域的位點長度差異，造成了sHSPs分子量的變化。當發(fā)生應激反應時，sHSPs會聚合或解離，可形成不同相對分子量的低聚體復合物，以此發(fā)揮相應的生物功能。

2.2 sHSPs作為肉類質量屬性的生物標志物

某些肉類質量屬性是由蛋白質介導的，因此，在肉類科學中應用蛋白質組學可用來預測肉類質量的生物標志物。sHSPs作為分子伴侶參與一些與肉質相關的功能，如蛋白質的重組和折疊、調控肌動蛋白的聚合、調節(jié)平滑肌的收縮等。其中，HSP20、HSP27、αβ-晶體蛋白與肉類質量有關。Bernard等研究表明，牛肉質量屬性(包括嫩度、色澤、多汁性)與HSP27、αβ-晶體蛋白的濃度呈負相關。熱應激時sHSPs的上調，可能是通過改變蛋白質折疊、微管聚合和聚集，減弱了肌纖維的降解并阻止凋亡細胞的死亡過程，從而影響肉類的嫩度。另外，Balan等研究發(fā)現(xiàn)，HSP20和HSP27的降解與肌原纖維蛋白和肌鈣蛋白的降解高度相關。這一結果證實sHSPs與肉嫩度發(fā)育之間存在聯(lián)系，表明sHSPs的降解程度可作為肌原纖維蛋白降解程度的指標，從而判斷肉的嫩化程度。

2.3 sHSPs對牛肉嫩度的影響

一般來說，肉的嫩度差則韌性高，反之亦然。研究早期的蛋白質組學發(fā)現(xiàn)，在硬肉和嫩肉之間的sHSPs表達是可變的。目前關于肌肉中sHSPs的表達與肉嫩度的關系存在兩種相互矛盾的觀點。Carra等用蛋白質組學分析顯示，HSP27的表達與牛肉韌性之間存在正相關關系。其原因可能是由于sHSPs作為分子伴侶能夠維持蛋白質的功能完整性，而當HSP27和αβ-結晶蛋白的表達下調時，有利于肌動蛋白和肌球蛋白的水解從而提高肉的嫩度。Cramer等研究表明，HSP27的抗凋亡功能可能通過延遲肌肉細胞凋亡的發(fā)生和阻止半胱天冬酶-3的激活，在一定程度上有助于宰后肉的韌性。與之相反，Morzel等報道HSP27的表達與牛肉韌性呈顯著負相關。與此同時，Guillemin等研究發(fā)現(xiàn)公牛的胸長肌中HSP27和HSP20表達水平要比半腱肌高。雖然在這些研究中沒有剪切力的測量，但研究發(fā)現(xiàn)胸長肌的肉要比半腱肌更嫩。這在一定程度上支持了HSP27的表達與牛肉韌性呈負相關的觀點。據(jù)報道，肉類在熟化過程中會發(fā)生蛋白質聚集，既能改變骨骼肌纖維蛋白的化學和物理識別位點又能降低其蛋白降解的敏感性。高濃度的sHSPs在胸長肌中被檢出，以防止蛋白質聚集的形成，并促進肌肉纖維蛋白的水解，從而提高肉的嫩度。

2.4 sHSPs對牛肉肉色的影響

除了牛肉嫩度外，sHSPs的表達量與肉色也有相關性。Kim等研究表明，牛肉的HSP27和αβ-晶體蛋白濃度高，其對應的肉色是黑色的。與之相類似，αβ-晶體蛋白和HSP27的表達與肌肉L值呈顯著負相關。已有報道，pH對肉類顏色有影響，牛肉的L值與pH呈顯著負相關。這被認為是在較高pH的肉類中線粒體活動的增強，使得肌紅蛋白保持在深色的還原肌紅蛋白狀態(tài)，而不是更吸引人的櫻桃紅氧合肌紅蛋白狀態(tài)。而且，屠宰前長期應激導致宰后牛肉pH升高，并誘導sHSPs的上調，從而使肉的色澤較暗。因此，可以推測深色肉類中較高水平的sHSPs與其在應激動物體內的上調是密切相關的。

3 展 望

本文主要就熱應激對牛肉品質的影響進行了分析，并探討了sHSPs影響牛肉肉質的機制，以期為今后更為廣泛的環(huán)境因數(shù)與牛肉品質方面的研究提供相關思路。然而目前全球化的氣溫變暖是大趨勢，國內科學家對品種改良優(yōu)先追求的是高產(chǎn)性狀而不是耐熱性和氣候適應，那么熱應激對動物健康和生產(chǎn)性能的損害會繼續(xù)存在，并在妊娠期間由后代獲得。因此在保證高產(chǎn)性狀和一定繁殖能力前提下，緩解動物熱應激的品種遺傳改良可以作為一條有效路徑。另外熱應激影響牛肉品質具體機制的研究較少，以后還需要進一步加強。