王 燕 侯鵬霞,* 李 丹 李 博 施 安 陳志龍 孫文陽 黃曉瑜 張恩平** 梁小軍**

(1.西北農林科技大學動物科技學院,楊凌 712100;2.寧夏農林科學院動物科學研究所,銀川 750000;3.寧夏農林科學院固原分院,固原 756000)

牛肉蛋白質含量高,脂肪含量低,微量元素和礦物質含量豐富,食用牛肉更符合現代人健康低脂的飲食觀念[1]。隨著生活質量的提高,人們對肉品質要求越來越高,涉及肉品質(熟肉率、系水力、剪切力和肌內脂肪含量等指標)的研究越來越受到從業(yè)者關注[2]。酵母多糖是酵母細胞壁的重要組成部分,β-葡聚糖和甘露聚糖是其主要活性物質。研究表明,酵母多糖可提高動物生長性能[3-6],在改善肉品質方面具有積極作用[7-8]。武曉紅等[9]研究報道,飼糧添加0.2%酵母多糖可改善肉雞屠體性能和肉質性狀;熊子標[10]研究報道,飼糧添加2%酵母培養(yǎng)物可改善四川白鵝肉質嫩度。目前,關于酵母多糖的研究主要集中在單胃動物,對反芻動物肉品質影響的研究鮮有報道。因此,本試驗在前期研究[11]基礎上,進一步研究飼糧添加酵母多糖對育肥牛屠宰性能和肉質風味的影響,為酵母多糖在肉牛生產的應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗方法

選擇健康的16月齡、體重550 kg左右的西門塔爾雜交育肥牛40頭,隨機分為4組,每組10頭。對照組飼喂基礎飼糧,3個試驗組分別飼喂在基礎飼糧中添加5、10和15 g/(d·頭)酵母多糖(主要成分及含量:甘露聚糖≥20%,β-葡聚糖≥20%,粗蛋白質≥25%,水分≤6%)的飼糧?；A飼糧根據NRC(2016)肉牛飼養(yǎng)標準結合養(yǎng)殖場生產實際配制,其組成及營養(yǎng)水平參照前期研究[11]。預試期10 d,正試期94 d。

1.2 飼養(yǎng)管理

試驗開始前對圈舍進行打掃、消毒。試驗牛分圈舍群飼,各組按試驗設計飼喂對應飼糧,基礎飼糧以全混合日糧(TMR)形式飼喂,每日2次(08:00和16:00),自由飲水。每日晨飼時,將酵母多糖用水溶解噴灑于試驗組飼糧表面(確保育肥牛短時間內采食完)。其他飼養(yǎng)管理條件保持一致。

1.3 指標測定

1.3.1 屠宰性能

飼養(yǎng)試驗結束后,對照組和試驗組[體增重最好的15 g/(d·頭)酵母多糖添加組]各選擇3頭體重接近平均值的牛進行屠宰試驗。屠宰前禁食24 h,禁水2 h。頸動脈放血屠宰,測定宰前活重、胴體重、背膘厚(電子數顯游標卡尺,TK13-CD-P20M)和眼肌面積(數字式求積儀,QCJ-2000)等,測定方法參照NY/T 2660—2014《肉牛生產性能測定技術規(guī)范》[12]。

1.3.2 肌肉理化性質和化學成分

試驗牛屠宰后45 min,測定左半側胴體背最長肌pH(pH測定儀,pH-STAR);取左半側胴體背最長肌2.0 kg,測定熟肉率、系水力、剪切力以及粗蛋白質和粗脂肪含量。熟肉率、系水力按照NY/T 1333—2007《畜禽肉質的測定》[13]測定;剪切力按照NY/T 1180—2006《肉嫩度的測定 剪切力測定法》[14]測定;粗蛋白質含量按照GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》[15]第2法進行測定;粗脂肪含量按照GB 5009.6—2016《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》[16]第2法進行測定。

1.3.3 電子鼻感官測定

屠宰后,取左半側胴體背部肌肉50 g,4 ℃熟化24 h。將肉樣切成肉糜狀,剔除脂肪和筋膜,稱取10 g放入15 mL進樣瓶密封,每個樣品平行重復3次,室溫條件下靜置30 min后,使用電子鼻(PEN3,德國Airsense公司)測定揮發(fā)性氣味物質。試驗參數:1 Hz采樣頻率,200 mL/min進氣流速,60 s清洗時間,60 s進樣時間。電子鼻性能和參數見表1。

1.3.4 氣相色譜-質譜聯(lián)用(GC-MS)分析

取背最長肌10 g左右,于2 mL凍存管分裝,立即投入液氮,帶回實驗室于-80 ℃保存,用于測定揮發(fā)性風味物質。色譜條件:色譜柱為DB-5 MS(30 m×250 μm×0.25 μm),載氣為高純氦氣,流速為3 mL/min,前進樣口溫度為280 ℃,進樣量為1 μL,分流進樣,溶劑延遲6.27 min。升溫程序:初始溫度50 ℃保持1 min,10 ℃/min升溫至310 ℃,保持8 min。質譜條件:電噴霧離子源溫度250 ℃,傳輸線溫度180 ℃,電離電壓-70 eV。掃描質量范圍為50～500 m/z,掃描速率12.5 spectra/s。以上檢測由北京諾禾致源科技股份有限公司完成。

1.4 數據統(tǒng)計與分析

屠宰性能和肉品質數據在Excel 2019中采用單因素方差分析(one-way ANOVA)進行分析,結果用“平均值±標準誤”表示,P<0.05為差異顯著,0.051.0、FC>1.2或FC<0.833且P<0.05,同時對篩選出的差異代謝物進行聚類分析。

2 結果與分析

2.1 酵母多糖對育肥牛屠宰性能的影響

由表2可知,與對照組相比,試驗組育肥牛宰前活重顯著提高(P<0.05),胴體重、屠宰率和眼肌面積無顯著差異(P>0.05),但胴體重和眼肌面積分別提高了7.28%和11.54%;試驗組背膘厚顯著低于對照組(P<0.05)。

表2 酵母多糖對育肥牛屠宰性能的影響

2.2 酵母多糖對育肥牛肌肉理化性質和化學成分的影響

由表3可知,與對照組相比,試驗組育肥牛背最長肌pH45 min、熟肉率、系水力和粗蛋白質含量均無顯著差異(P>0.05);試驗組背最長肌剪切力無顯著差異(P>0.05),但較對照組降低了5.77%;試驗組背最長肌粗脂肪含量有提高的趨勢(P=0.078)。

表3 酵母多糖對育肥牛肌肉理化性質和化學成分的影響

2.3 酵母多糖對育肥牛肌肉氣味輪廓的影響

由表4可知,試驗組育肥牛肌肉W3S傳感器響應值顯著高于對照組(P<0.05),說明飼糧添加酵母多糖能促進育肥牛肌肉中合成更多的長鏈烷烴芳香物質。對2組樣品10種傳感器響應值進行PCA,結果如圖1-a所示,主成分1(PC1)和主成分2(PC2)的貢獻率分別為76.7%和11.9%,總貢獻率為88.6%,說明PC1和PC2能反映樣本總體特征的大部分信息,試驗組和對照組氣味輪廓存在一定差異。根據肌肉氣味響應值繪制氣味雷達圖,以反映2組牛肉總體輪廓信息,結果如圖1-b所示,W1W、W2W和W5S傳感器響應值較其他傳感器高,說明西門塔爾雜交育肥牛肌肉中可能含硫化合物和氮氧化合物較多。

表4 酵母多糖對育肥牛肌肉氣味響應值的影響

圖1 PCA得分圖(a)和電子鼻氣味響應值雷達圖(b)

2.4 酵母多糖對育肥牛肌肉風味物質的影響

2.4.1 多元統(tǒng)計分析

2.4.1.1 PCA

通過對樣本進行無監(jiān)督模式識別的PCA,初步了解了各組樣本的總體代謝差異和組內樣本間變異度大小,結果如圖2所示,PC1、PC2和主成分3(PC3)貢獻率分別為46.11%、24.39%和12.31%,2組樣品明顯分開。

2.4.1.2 PLS-DA

為了消除其他因素的影響,進一步采用有監(jiān)督的PLS-DA進行統(tǒng)計分析,結果如圖3-a所示,可見組間樣品無交叉重疊部分,區(qū)分度良好,說明飼糧添加酵母多糖對肌肉代謝物有顯著影響。對照組內樣品間雖有離散,但小于組間差異。PLS-DA模型參數R2Y表示模型的解釋率,Q2Y用于評價模型的預測能力,R2Y越接近1,表明模型越穩(wěn)定可靠,且R2Y大于Q2Y時表示模型建立良好。本研究中,R2Y和Q2Y分別為0.94和-0.12,說明該模型的解釋率高,且R2Y大于Q2Y,說明該模型建立良好。此外,為了避免過度擬合,本研究還進行了PLS-DA模型驗證(置換檢驗n=200),結果如圖3-b所示,置換回歸曲線R2與Q2截距分別達到0.95和-0.92,R2大于Q2且Q2回歸線與Y軸截距小于0,說明模型穩(wěn)健可靠且不存在過擬合現象。以上結果說明樣品具有足夠的重現性,適合于后續(xù)的分析驗證。

圖3 PLS-DA得分圖(a)和模型驗證圖(b)

2.4.2 差異代謝物分析

以VIP>1.0、FC>1.2或FC<0.833且P<0.05作為篩選差異代謝物的條件,由表6可知,與對照組相比,試驗組篩選出2種顯著上調差異小分子代謝物——磷酸吡哆醛和赤蘚糖-4-磷酸(P<0.05),可作為潛在標記物。

表5 酵母多糖對育肥牛背最長肌差異代謝物的影響

2.4.3 層次聚類分析

為了全面直觀地顯示樣本間的關系及代謝物在不同樣本中的表達模式差異,對差異代謝物進行層次聚類分析,結果如圖4所示,對照組和試驗組樣本通過聚類出現在同一簇中,并且具有類似表達模式的代謝物聚類在同一簇內,說明組間整體代謝物相對定量值層次聚類區(qū)分明顯。

3 討 論

3.1 酵母多糖對育肥牛屠宰性能的影響

屠宰性能是衡量畜禽產肉量、飼料轉化率和飼養(yǎng)管理水平的重要指標。黃文明等[17]、李俊朋等[18]研究報道,飼糧添加酵母培養(yǎng)物對育肥牛屠宰率、胴體產肉率和眼肌面積均無顯著影響;趙國宏等[19]研究報道,飼糧添加不同水平酵母培養(yǎng)物對育肥湖羊胴體重、屠宰率及眼肌面積等均無顯著影響。本試驗中,2組之間育肥牛胴體重、屠宰率和眼肌面積差異不顯著,與上述研究結果一致。值得注意的是,雖然無統(tǒng)計學上的顯著差異,但酵母多糖添加組育肥牛胴體重和眼肌面積較對照組分別提高了7.28%和11.54%,說明飼糧添加酵母多糖在一定程度上改善了育肥牛胴體品質,提高了產肉性能。

all_Control:對照組樣本 samples in control group;all_Test:對照組樣本 samples in test group。

3.2 酵母多糖對育肥牛肌肉理化性質和化學成分的影響

西門塔爾牛肉脂肪少而分布均勻,蛋白質含量高,礦物質含量是豬肉的2倍以上。pH、系水力、熟肉率、剪切力以及粗蛋白質和粗脂肪含量等是衡量肉品質高低的常用指標。栗哲[20]研究報道,飼糧添加酵母水解物對荷斯坦閹牛肌肉pH、熟肉率和系水力均無顯著影響;Zhang等[21]研究報道,飼糧添加1 g/kg β-葡聚糖對肉仔雞胸肌pH無顯著影響。本試驗中,飼糧添加酵母多糖對育肥牛肌肉pH、熟肉率和系水力均無顯著影響,與上述研究結果一致。剪切力是牛肉嫩度的重要體現,剪切力越小,肌肉越嫩,肉品質越高。栗哲[20]研究報道,飼糧添加酵母水解物可顯著降低荷斯坦閹牛肌肉剪切力,提高肉質嫩度;竇曉利等[22]研究報道,飼糧添加酵母培養(yǎng)物顯著降低了黑山羊肌肉剪切力,改善了肌肉嫩度;Geng等[8]研究報道,飼糧添加50 g/d酵母培養(yǎng)物可改善牛肉嫩度,提升牛肉風味。本試驗中,2組之間育肥牛肌肉剪切力差異不顯著,但試驗組剪切力較對照組降低了5.77%,說明飼糧添加酵母多糖在一定程度上改善了牛肉嫩度。

動物機體中脂類沉積主要取決于受飼糧因素影響較大的脂肪沉積率,沉積順序為皮下組織>內臟組織>肌肉組織[17]。馬吉鋒等[23]研究報道,飼糧添加酵母細胞壁多糖有提高灘羊屠宰率、減少背膘厚的趨勢。本試驗中,試驗牛20月齡左右出欄,宰前活重均在700 kg以上[11],而試驗組育肥牛背膘厚顯著低于對照組,而粗脂肪含量有顯著高于對照組的趨勢,說明飼糧添加酵母多糖能夠促進肉牛肌肉組織脂肪沉積;此外,飼養(yǎng)時長適宜,也有利于更多脂肪沉積于肌肉組織[24]。肌肉常規(guī)營養(yǎng)成分是反映肉品質的客觀指標,肌內粗蛋白質和粗脂肪含量直接決定肌肉營養(yǎng)價值[25],而且我國消費者喜歡脂肪含量豐富的牛肉[26]。De Ondarza等[27]、Poppy等[28]研究報道,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]研究報道,飼糧添加酵母多糖顯著提高了荷斯坦閹牛肉肌間脂肪含量,提高了粗蛋白質含量。本試驗中,酵母多糖添加組育肥牛肌肉粗脂肪含量有顯著高于對照組的趨勢,可能是因為酵母多糖提高了養(yǎng)分消化率和能量利用水平,促進了肌內脂肪沉積,從而改善了肉品質。

3.3 酵母多糖對育肥牛肌肉氣味輪廓的影響

風味品質是重要的食用品質,是消費者最終評價肉質的關鍵指標,影響消費者的長期購買決策[29]。電子鼻是測定肉質風味的一種常用手段,可對樣品中物質做出快速分析,試驗結果可反映樣品的氣味特征,迄今為止已廣泛應用于食品及產品加工領域、摻假和溯源地追蹤等方面[30-31]。田曉靜等[32]報道,電子鼻技術能有效應用于檢測肉質新鮮度、摻假和品質判定等方面。馬小明等[33]通過電子鼻檢測了飼喂不同配方飼糧的灘羊肉風味,發(fā)現不同配方飼糧喂養(yǎng)的灘羊肉風味能被很好地區(qū)分。本研究通過電子鼻檢測發(fā)現,酵母多糖添加組育肥牛肌肉的W3S傳感器響應值顯著高于對照組,W3S傳感器對長鏈烷烴芳香物質敏感,說明飼糧添加酵母多糖顯著促進了肌肉中長鏈烷烴芳香類物質的合成。此外,W1W、W2W和W5S傳感器對樣品揮發(fā)性化合物顯示出較強的響應,說明西門塔爾雜交育肥牛肉中含有豐富的含硫化合物和氮氧化合物。電子鼻可反映肉中氣味輪廓,但作用較局限,不能把肉質中具體的揮發(fā)性化合物信息表示出來[34],因此本研究進一步采用GC-MS技術詳細地分析肉中揮發(fā)性風味化合物的構成。

3.4 酵母多糖對育肥牛肌肉風味物質的影響

GC-MS主要是將樣品組分質譜圖和標準譜庫的質譜圖進行比較,初步確定樣品中未知組分的結構信息,并用峰面積歸一法來確定各組分相對含量[34],是一種常用的檢測技術。李娟[35]把電子鼻測定和GC-MS技術相結合,對華中、華北、華東、西南和西北5個地區(qū)醬鹵牛肉風味進行比較,發(fā)現不同醬鹵牛肉的風味輪廓存在顯著差異,區(qū)分度良好。本試驗基于GC-MS技術[36],結合PCA和PLS-DA模式識別方法對飼糧添加酵母多糖的育肥牛背最長肌代謝譜進行了研究,結果顯示,對照組和試驗組在PCA模式下基本可區(qū)分開來,但對照組內樣本較分散;在PLS-DA模式識別方法下組間樣本可完全區(qū)分,無重疊和交叉。通過模式識別方法,試驗組篩選出2種顯著上調差異代謝物:磷酸吡哆醛和赤蘚糖-4-磷酸。磷酸吡哆醛是100多種酶的輔酶,參與生物體內多種代謝反應[37]。例如,磷酸吡哆醛以輔酶活性形式參與多種氨基酸代謝反應(包括脫羧作用、消旋作用、羥醛反應和轉氨作用等),對生物體內氨基酸合成代謝起重要作用[38-40];而赤蘚糖-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體。由此說明,這2種物質均參與氨基酸代謝,而氨基酸對微生物的生長和新陳代謝有重要作用,其也是蛋白質和多肽合成的關鍵成分,并調節(jié)多種代謝通路[41]。以上結果表明,飼糧添加酵母多糖對育肥牛肌肉氨基酸合成代謝有促進作用。目前這2種代謝物在畜禽生產中研究較少,具體作用機制有待進一步研究。

4 結 論

本試驗條件下,飼糧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趨勢,同時顯著提高了肌肉中芳香族化合物含量,上調了肌肉中磷酸吡哆醛和赤蘚糖-4-磷酸含量。由此可見,飼糧添加15 g/d酵母多糖不僅可促進育肥牛生長,還可提高肌肉風味中芳香族化合物含量,改善肉品質。