徐子偉 門小明

(浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，杭州 310021)

近半個世紀(jì)來，世界養(yǎng)豬業(yè)由于受快速生長和高瘦肉率選育導(dǎo)向的驅(qū)使，商品豬生產(chǎn)幾乎被外來瘦肉豬雜交組合所覆蓋。這些品種為滿足消費者對豬肉數(shù)量的需求作出了巨大貢獻，但其所產(chǎn)豬肉的風(fēng)味距我國地方豬種的“香鮮嫩”品質(zhì)相差明顯。隨著生活水平的不斷提高，消費者對優(yōu)質(zhì)風(fēng)味豬肉的期望也日益強烈。兼具生產(chǎn)性能高和肉質(zhì)風(fēng)味好的豬品種培育和飼養(yǎng)技術(shù)研發(fā)，將是一個重要的科研方向。本文圍繞這個方向，對豬肉質(zhì)風(fēng)味成因及其品種與飼料營養(yǎng)效應(yīng)和改良技術(shù)研究進展作一綜述。

1 豬肉風(fēng)味的成因分析

1.1 豬肉風(fēng)味形成的物質(zhì)基礎(chǔ)

關(guān)于豬肉品質(zhì)，質(zhì)量安全與營養(yǎng)是基本要求，而風(fēng)味則是決定豬肉檔次的更高要求，也是消費者判斷肉類食品質(zhì)量和可接受性的重要感官屬性之一[1]。豬肉風(fēng)味體現(xiàn)在2個方面，一是揮發(fā)性呈味物質(zhì)，通過刺激鼻腔嗅覺神經(jīng)末梢而產(chǎn)生的香味感覺；二是非揮發(fā)性呈味物質(zhì)，通過刺激舌面味覺神經(jīng)末梢而產(chǎn)生的滋味感覺。

豬肉的香味源于：1)烹飪過程脂類降解，豬肉肌內(nèi)、肌間脂肪的甘油三酯、磷脂、花生四烯酸、油酸、亞油酸等通過熱降解和氧化降解生成各種醛、醇、呋喃類芳香物質(zhì)等，形成豬肉香味[1]；2)美拉德(Maillard)反應(yīng)，即豬肉在烹飪或燒烤時氨基酸、肽、核苷酸等與糖類之間發(fā)生一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生醛、酮、吡嗪、呋喃、噻吩、吡咯等數(shù)以百計的揮發(fā)性香味物質(zhì)[1]；3)烹飪時豬肉中含量豐富的硫胺素生成呋喃酮、二甲基二硫、呋喃硫醇、噻唑和多硫化物等豬肉香味物質(zhì)[2]。

豬肉滋味包含：1)鮮味，是豬肉肌漿中游離鮮味氨基酸(谷氨酸、天冬酰胺、甘氨酸、精氨酸等)和肌苷酸鹽、鳥苷酸鹽及致鮮肽類共同作用、互作強化的效應(yīng)[3]；2)咸味，是肌漿中的谷氨酸鈉、天冬氨酸鈉等所致[3]；3)甜味，來自肌漿中糖類、游離甜味氨基酸(丙氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、脯氨酸、甘氨酸、賴氨酸等)及親水肽類[4]；4)苦味，主要源于苦味氨基酸(蛋氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸等)[4]。上述游離氨基酸、肽類和核苷酸的相互增強效應(yīng)極大提高了豬肉滋味。

豬肉中被鑒定的風(fēng)味及風(fēng)味前體物質(zhì)已達1 000種以上，風(fēng)味檢測內(nèi)容包括風(fēng)味前體物質(zhì)、香味物質(zhì)和滋味物質(zhì)。其中揮發(fā)性香味物質(zhì)需要頂空采樣或蒸餾，且其多為非極性雜環(huán)類，檢測需要氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)，甚至核磁共振(NMR)等技術(shù)輔助，檢測的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性還有待提高。即便氣相離子遷移譜(GC-IMS)、氣相-嗅聞-質(zhì)譜(GC-O-MS)及電子鼻與GC-MS聯(lián)用等更先進技術(shù)，仍有各自的局限性[5]。傳統(tǒng)口感品嘗小組主觀評分仍為經(jīng)典方法，主觀評分與實驗室分析相結(jié)合，可使肉質(zhì)風(fēng)味評定更加可靠。

1.2 常規(guī)肉質(zhì)性狀對豬肉風(fēng)味形成的影響

豬品種、性別、屠宰日齡、所喂飼糧、分割部位、屠宰加工及烹任方法等諸多因素都影響常規(guī)肉質(zhì)性狀[6]，常規(guī)肉質(zhì)性狀進一步?jīng)Q定風(fēng)味呈現(xiàn)。1)系水力及pH：系水力好的豬肉水溶性滋味物質(zhì)流失少，烹飪時致鮮作用強。而系水力受肌漿pH影響，終點pH高于5.5(最好為6.0～6.4)時緩沖力強，肌漿蛋白微觀結(jié)構(gòu)保水力好，促使滋味物質(zhì)保留而增強鮮味感；2)大理石紋和肌內(nèi)脂肪：脂肪充沛地滲透于小肌束間，與結(jié)締組織一起形成像大理石紋的豬肉，也稱“雪花肉”，這種性狀支撐了豬肉的多汁性，且脂類降解形成豐富的芳香物質(zhì)，風(fēng)味特征濃郁；3)嫩度：嫩度用剪切力反映，剪切力數(shù)值越小嫩度越好。嫩度好又不失咀嚼性的豬肉，口感嫩潤滑爽，細(xì)嫩的豬肉有利于滋味物質(zhì)更大面積地接觸于口腔舌面而被感知滋味；4)肉色：肉色較深紅意味著肌紅蛋白含量高且處在還原態(tài)，風(fēng)味物質(zhì)保鮮態(tài)好，肌紅蛋白中高比例的賴氨酸既呈甜味，又是美拉德反應(yīng)前體；5)肌纖維直徑：直徑過粗的肌纖維，線粒體密集于細(xì)胞膜，不利于肌漿核心的氧化代謝而使糖酵解供能加劇，從而降低豬肉滋味(尤其鮮味)。上述因果關(guān)系提示可通過測定常規(guī)肉質(zhì)性狀來預(yù)測豬肉風(fēng)味。

1.3 豬肌纖維類型對常規(guī)肉質(zhì)性狀乃至風(fēng)味指標(biāo)的影響

上述影響豬肉風(fēng)味的常規(guī)肉質(zhì)性狀都與肌纖維類型相關(guān)。豬等哺乳動物骨骼肌有4種肌纖維類型：Ⅰ型(慢-氧化型)、Ⅱa型(快-氧化型)、Ⅱx型(中間型)和Ⅱb型(快-酵解型)，它們分別包含肌球蛋白重鏈(MyHC)的4種類型亞基[7]。按照“Ⅰ型→Ⅱa型→Ⅱx型→Ⅱb型”排序的4種肌纖維，線粒體含量與功能由高到低，肌紅蛋白含量由高到低，肌纖維直徑由細(xì)到粗，有氧代謝能力由高到低，糖酵解能力由低到高[8]。

肌纖維的線粒體含量越高，其有氧代謝和磷酸原轉(zhuǎn)化能力越強，宰后肌肉糖酵解程度和pH下降程度就越低，一系列肉質(zhì)風(fēng)味指標(biāo)就越好[8]。氧化型肌纖維因肌紅蛋白含量高，決定了肉色紅潤、纖維直徑細(xì)、肉品細(xì)嫩。大量研究發(fā)現(xiàn)，肌纖維類型組成與氟烷基因型、宰后早期肌肉ATP缺乏、代謝酶活性、滴水損失和肉品亮度(L*)值密切相關(guān)。肌纖維類型還通過糖代謝和脂代謝影響肌肉脂類含量與組成[9]。在活體肌肉中，Ⅰ型肌纖維從脂類氧化代謝獲取主要能源，Ⅱb型肌纖維從糖類酵解獲取主要能源，Ⅰ型與Ⅱb型肌纖維分別含26%和1%的中性脂，氧化型肌纖維的總脂類物質(zhì)含量是酵解型肌纖維的3倍，肌肉中Ⅰ型肌纖維占比與多不飽和脂肪酸占比呈正相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，4種MyHC亞基的mRNA與肉質(zhì)性狀顯著相關(guān)，具有較高比例MyHCⅠ mRNA的肌肉(金華豬)表現(xiàn)較高的磷酸原轉(zhuǎn)化能力和較低的糖酵解能力[8]。

1.4 肌纖維類型控制基因及分子通路

目前較受公認(rèn)的調(diào)控肌纖維類型轉(zhuǎn)化的信號通路有：1)Ca2+信號途徑。在鈣調(diào)磷酸酶(CaN)和T細(xì)胞核因子(NFAT)或鈣調(diào)素依賴性蛋白激酶(CaMK)和組蛋白脫乙酰酶(HDACs)等參與下，Ca2+信號途徑在快肌纖維向慢肌纖維轉(zhuǎn)化中起作用[10]。2)腺苷酸激活蛋白激酶(AMPK)/去乙?；?(Sirt1)/過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子-1α(PGC-1α)信號途徑。該途徑通過激活A(yù)MPK、Sirt1和PGC-1α，促進肌肉氧化型肌纖維形成，提高有氧代謝和線粒體功能，此途徑還表現(xiàn)為PGC-1α介導(dǎo)依賴性[11]。3)蛋白激酶B(Akt)/叉頭框轉(zhuǎn)錄因子O亞族1(FoxO1)信號途徑。激活FoxO1將直接促進快肌纖維形成，而Akt具有使其磷酸化激活作用[12]。FoxO1激活還可以抑制CaN活性，從而抑制氧化型肌纖維或慢肌纖維形成[13]。4)Wnt/β-連環(huán)蛋白(β-catenin)信號途徑。該途徑在慢肌纖維或氧化型肌纖維形成中起正向調(diào)控作用[14]。有研究證實，Wnt5a表達與豬氧化型肌纖維比例呈顯著正相關(guān)[15]。此外，過氧化物酶體增殖物激活受體β/δ(PPARβ/δ)通過激活PGC-1α促進快肌纖維向慢肌纖維轉(zhuǎn)化，也可以與AMPK通路關(guān)聯(lián)起調(diào)節(jié)作用[16]。在生肌調(diào)節(jié)因子(MRFs)家族中，肌細(xì)胞生成素(MyoG)和生肌調(diào)節(jié)因子4(MRF4)正向調(diào)控慢肌纖維形成，生肌決定因子(MyoD)和生肌因子5(Myf5)正向調(diào)控快肌纖維形成，肌肉生長抑制素(myostatin)也正向調(diào)控快肌纖維形成[17]。不同信號途徑之間交互影響，PGC-lα成為調(diào)控慢肌纖維形成途徑的交匯點。

作為PGC-lα下游重要靶向因子的鳶尾素(irisin)及其前體基因Ⅲ型纖連蛋白組件包含蛋白5(FNDC5)，被大量研究證明在糖代謝和脂代謝及脂肪細(xì)胞棕色化中發(fā)揮調(diào)控作用[18-19]，并與肌纖維類型轉(zhuǎn)化存在分子關(guān)聯(lián)。研究發(fā)現(xiàn)，過表達FNDC5可以促進細(xì)胞脂肪酸代謝和對葡萄糖有氧利用[20]，并通過與生肌調(diào)節(jié)因子作用影響肌纖維發(fā)育[21]。豬FNDC5 mRNA表達量在不同豬種間存在顯著差異，并與氧化型肌纖維比例呈正相關(guān)。與酵解型肌纖維比例呈負(fù)相關(guān)；增加FNDC5基因表達顯著上調(diào)MyHCⅡa表達水平，反之則顯著下調(diào)；外源添加irisin可以激活骨骼肌細(xì)胞MyHCⅠ和MyHCⅡamRNA表達[22]。irisin-FNDC5作為介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)外信號傳導(dǎo)的分子通路，參與正向調(diào)控氧化型肌纖維形成。

2 品種與飼料營養(yǎng)因素對豬肌纖維類型及肉質(zhì)風(fēng)味的影響

2.1 品種因素作用及相關(guān)育種展望

肌纖維類型特征及其控制基因的品種差異，體現(xiàn)為我國地方豬種通常比外來瘦肉豬具有更高比例的Ⅰ型肌纖維[23]。Ⅰ型和Ⅱ型肌纖維比例遺傳力中等偏上[23]。本實驗室通過測定地方豬血緣梯度變化豬群的MyHC組成，解析了肌纖維類型遺傳多樣性及其與肉質(zhì)的分子關(guān)聯(lián)[8]。此后研究證實，肌纖維特性差異是豬肉品質(zhì)風(fēng)味品種間差異的重要原因[7]，與之相關(guān)的一些基因位點及多態(tài)性也被研究鑒定[23]。有系統(tǒng)研究報告顯示，相比“杜長大”豬肉，黑豬肉具有肉色鮮紅、剪切力低、多汁性好、口感好、系水力好、特征風(fēng)味前體物含量高的特點[24]。團體標(biāo)準(zhǔn)《中國黑豬肉》(T/CMATB 1001—2019)[25]將肌內(nèi)脂肪含量≥3%、剪切力≤45 N、汁液流失≤2.5%作為中國黑豬肉量化標(biāo)準(zhǔn)。肌纖維類型、常規(guī)肉質(zhì)性狀及風(fēng)味指標(biāo)等方面的品種差異，佐證了我國地方豬種肉質(zhì)風(fēng)味的優(yōu)異。近20余年來，我國逐漸展開含地方豬種血統(tǒng)優(yōu)質(zhì)豬品種的培育，約10個培育黑豬新品種通過審定，以中國黑豬為象征的優(yōu)質(zhì)豬產(chǎn)業(yè)悄然興起。本實驗室近10余年從“肌纖維類型-肌肉能量代謝-肉質(zhì)風(fēng)味”調(diào)控軸方向深入研究，進行了多元雜交選育實踐并獲進展。通過優(yōu)化配置我國地方豬品種資源和優(yōu)質(zhì)外來品種資源的雜交育種，有望獲得兼具高生長性能與肉質(zhì)風(fēng)味優(yōu)異的新品種。

2.2 飼料營養(yǎng)因素作用及相關(guān)調(diào)控技術(shù)展望

2.2.1 母豬妊娠期營養(yǎng)對肌纖維類型分化的影響

肌纖維是在胚胎發(fā)育過程中由胚層干細(xì)胞分化、增殖和轉(zhuǎn)化形成。豬妊娠35～50 d時形成初級纖維，妊娠55～90 d時形成次級纖維(約20根圍繞1根初級纖維)，至妊娠80～90 d時肌纖維總數(shù)基本恒定，出生后主要發(fā)生體積增大和類型轉(zhuǎn)化[26]。肌纖維類型發(fā)育始于母體妊娠期[26]。出生時初級纖維表達成熟Ⅰ型MyHC，也有表達胎兒型Ⅱa，至出生后發(fā)育為成熟Ⅱa型MyHC；出生時次級纖維表達胎兒型Ⅱa和Ⅱx，出生后發(fā)育為成熟Ⅱa型、Ⅱx型和Ⅱb型MyHC[26]。據(jù)報道，提高妊娠母豬營養(yǎng)可增加仔豬骨骼?、騛型肌纖維數(shù)量[27]；母豬飼喂高脂高能飼糧可增加仔豬骨骼?、裥图±w維數(shù)量，降低Ⅱa型肌纖維數(shù)量[28]；添加不飽和脂肪酸(亞油酸)提高仔豬MyHCⅠ基因表達水平[29]。

2.2.2 豬出生后能量及蛋白質(zhì)營養(yǎng)對肌纖維類型的影響

仔豬限飼可增加Ⅰ型肌纖維數(shù)量，延遲快肌纖維發(fā)育[30-31]。低蛋白質(zhì)飼糧促進斷奶仔豬慢肌纖維形成和AMPK信號激活[32]，適當(dāng)降低飼糧蛋白質(zhì)水平增加育肥豬背最長肌和腰大肌MyHCⅡamRNA水平及股二頭肌MyHCⅠ mRNA水平[33]。高能量飼糧增加育肥豬Ⅱa型和Ⅱx型肌纖維比例，降低Ⅱb型肌纖維比例[34]。高蛋白質(zhì)飼糧提高梅山豬育肥后期Ⅰ型肌纖維比例[35]。低淀粉高纖維飼糧減少育肥豬酵解型肌纖維比例。低直/支鏈淀粉比飼糧增加豬背最長肌MyHCⅠ表達，降低MyHCⅡb表達[36]；豌豆淀粉顯著增加育肥豬MyHCⅠ、MyHCⅡa表達，顯著降低MyHCⅡb表達[37]。某些功能氨基酸(如精氨酸)可以改善豬肌肉線粒體功能，促進慢肌纖維形成[38]。雖然存在高能低氮飼糧利于氧化型肌纖維形成的趨勢，但受豬品種、生長階段、能量及蛋白質(zhì)來源等因素影響而表現(xiàn)得不確定。

2.2.3 植物多酚等活性物質(zhì)對肌纖維類型轉(zhuǎn)化的調(diào)節(jié)

植物多酚有提高骨骼肌AMPK磷酸化、激活PGC-1α通路進而調(diào)控肌纖維類型轉(zhuǎn)化功能[39]。添加杜仲多酚、蘋果多酚、綠茶多酚均可提高肌肉抗氧化能力和氧化型肌纖維比例，促進慢肌纖維形成[40-42]。添加葉綠醇[43]、番茄紅素[44]和白藜蘆醇[45]促進慢肌纖維形成和MyHCⅠ表達。添加丁酸鹽顯著提高肌纖維MyHCⅠ mRNA表達水平，顯著降低MyHCⅡbmRNA表達水平，促進快肌纖維向慢肌纖維轉(zhuǎn)化[46]。

2.2.4 飼糧脂肪酸組成對肌纖維類型轉(zhuǎn)化的影響

添加共軛亞油酸(CLA)可改變肌纖維類型[47]，與其誘導(dǎo)體外培養(yǎng)豬骨骼肌細(xì)胞MyHCⅠ和MyHCⅡamRNA轉(zhuǎn)錄結(jié)果一致[48]。研究顯示，不飽和脂肪酸促進小鼠Ⅰ型肌纖維相關(guān)基因表達[29]，添加n-3多不飽和脂肪酸促進豬Ⅰ型和Ⅱa型肌纖維相關(guān)基因表達[49]，暗示優(yōu)化飼糧脂肪酸組成可以調(diào)控肉質(zhì)風(fēng)味。本實驗室近年開展了飼糧添加2%CLA對豬肉質(zhì)的調(diào)控試驗，結(jié)果顯示，試驗組豬MyHCⅠ mRNA比例和氧化代謝酶活性升高，背最長肌壓榨損失和滴水損失降低，肉色紅度(a*)值及飽和度(C)值顯著提高[50]。

3 小結(jié)與展望

追溯豬肉風(fēng)味成因，首先是風(fēng)味受系水力、pH、肌內(nèi)脂肪含量、嫩度、肉色、肌纖維細(xì)度等常規(guī)肉質(zhì)性狀直接影響；然后是常規(guī)肉質(zhì)性狀又受骨骼肌纖維類型比例影響；再向上游追溯至肌纖維類型控制基因及分子通路Ca2+信號途徑、AMPK/Sirtl/PGC-lα信號途徑、Akt/FoxO1信號途徑和Wnt/β-catenin信號途徑。其中作為PGC-lα下游的irisin-FNDC5分子通路介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)外信號傳導(dǎo)，參與正向調(diào)控氧化型肌纖維形成。在上述豬肉風(fēng)味成因鏈中，品種因素具有決定性的影響，提示可參考進行豬風(fēng)味育種設(shè)計；飼料營養(yǎng)因素的影響也較大且涉及各環(huán)節(jié)，提示肉質(zhì)風(fēng)味的營養(yǎng)調(diào)控具有潛在空間。