新疆褐牛不同部位牛肉肌纤维类型及品质差异研究

王勇峰,丰永红,万红兵,王 煦,谢鹏贵,李海鹏,张松山,谢 鹏,孙宝忠,*

(1.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所,北京 100193; 2.伊犁职业技术学院,新疆伊犁 835000)

肌肉的基本组成单位是肌纤维,许多学者研究发现不同品种、部位、年龄的牛肉,其肌纤维类型组成也各不相同,同一部位不同取样深度(如浅层和深层肌肉)的肉也存在着差异[12]。现有的研究表明,肌纤维类型与肉的品质(如pH、色差、持水力和嫩度等)直接相关,但是关于它们之间存在着怎样的关系目前仍存有争议[35]。

新疆褐牛是我国自主培育的耐粗饲、耐严寒、放牧性能优越的乳肉兼用品种[6],目前关于新疆褐牛研究较多的是在遗传育种、饲养管理、胴体特性和肉质分析方面,关于新疆褐牛肌纤维类型与肉品质的关系研究尚未见报道,因此本文以新疆褐牛为研究对象,研究其胴体代表性肌肉(冈上肌、冈下肌、臂三头肌、腰大肌、背最长肌、半腱肌、半膜肌和股二头肌)的肌纤维特性和肉用品质,以期找寻肌纤维特性与牛肉品质之间的关系。

本研究选取新疆褐牛冈上肌、冈下肌、臀三头肌、腰大肌、背最长肌、半膜肌、半腱肌、和股二头肌共8个部位肉,测定其肌纤维数量、肌纤维直径、肌纤维面积、压力失水率、蒸煮损失、剪切力、pH、色泽(L*、a*、b*)及质构等指标,并通过方差分析和相关性分析研究新疆褐牛肌纤维分布规律以及肌纤维特性与牛肉品质的关系,以期为牛肉精细成熟技术提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜新疆褐牛公牛(30月龄)冈上肌、冈下肌、臂三头肌、背最长肌、腰大肌、半腱肌、半膜肌和股二头肌各200 g 由新疆伊宁县伊新牛羊养殖专业合作社提供；ATP孵育液 生工物工程股份有限公司；三磷酸腺苷二钠、氯化钙、氯化钴、硫化铵、醋酸钠、冰醋酸、二甲苯、无水乙醇 国药集团。

TA.XT Plus型质构仪 英国Stable Micro System公司;YYW2型应变式控制式无侧限压力仪 南京土壤仪器厂有限公司;HH4数显恒温水浴锅 江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司;JR1针式温度计 广州乐享电子有限公司;GH820平扒炉 广州市新粤海西厨设备厂;DZ500/2S型真空包装机 山东省诸城市正泰机械有限责任公司;FOSS全自动凯氏定氮仪、FOSS脂肪测定仪、GM2000绞肉机 Retch公司;Leica DM 6000 B冰冻切片机、Leica DM 6000 B正置荧光显微镜 德国莱卡公司；CR400色差计 日本柯尼卡美能达公司。

1.2 实验方法

1.2.1 取样与样品处理 选取6头30月龄新疆褐牛公牛,宰前24 h禁食禁水,6头牛活体重为(566±32) kg,按照GB/194772004《牛屠宰操作规程》[7]进行屠宰,宰后热剔骨分割取每头牛左半胴体的冈上肌、冈下肌、臂三头肌、背最长肌、腰大肌、半腱肌、半膜肌和股二头肌,宰后1 h立即取20 g样品用铝箔纸包裹,在液氮中迅速冷却,转移到80 ℃超低温冰箱中保存用于ATPase酶染色;然后再分别取各部位肌肉200 g用于其他品质指标的测定。

1.2.2 ATPase酶组织化学染色法 参考Gollnick等[8]的方法并稍作修改。制备8 μm厚肉样冰冻切片,室温晾干,然后进行ATP酶碱性和酸性染色。ATP酶碱性染色步骤;切片晾干,加入碱性ATP孵育液(ATP酶工作液10 mL加入三磷酸腺苷二钠0.3 g溶解,pH为9.4～9.5),37 ℃培育2 h。除去工作液,置于1%氯化钙溶液中静置6 min,除去氯化钙溶液,置于2%氯化钴溶液静置1 min,蒸馏水洗3次,每次5 min,硫化铵溶液显色,约1 min,自来水洗3次,乙醇脱水、二甲苯透明封片镜检。ATP酶酸性染色步骤:切片晾干,加入酸性缓冲液(0.2 mol/L醋酸钠49 mL,0.2 mol/L冰醋酸45 mL,pH4.6)静置10 min,去除酸性缓冲液后,用酸性ATP孵育液洗(ATP酶工作液5 mL加入三磷酸腺苷二钠0.6 g蒸馏水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%氯化钙溶液中静置6 min,除去氯化钙溶液,置于2%氯化钴溶液静置1 min,蒸馏水洗3次,每次5 min,硫化铵溶液显色,约1 min,自来水洗3次,乙醇脱水二甲苯透明封片镜检。

1.2.3 肌纤维比例、直径和面积的测定 使用荧光显微镜对ATPase酶切片进行拍照,然后采用image J软件对各种肌纤维比例、直径和面积进行测定。

1.2.4 色差测定 将样品新切横断面在室温下氧合30 min,使用色差计进行亮度(L*)、红度(a*)和黄度(b*)的测定。在CIE色度坐标系统下,L*值代表亮度,L*=100为白,L*=0为暗;a*值代表红色度,a*>0表示偏红,a*值越大,表示颜色越红;b*值代表黄色度,b*越大,肉色越黄,b*<0表示颜色偏蓝。

1.2.5 pH测定 使用pH为4.01和pH为7.01的校准液进行校准,将校准后的pH计插入肉块中测定,取3次平行,测定的均值作为该肉样的pH。

1.2.6 蒸煮损失率测定 取约200 g的肉块,精确称重记作W1,用热收缩膜真空包装后80 ℃蒸煮熟制,直至中心温度达70 ℃,解开包装,待冷却晾干后,称重记作W2。

蒸煮损失率(%)=(W1W2)/W1×100

1.2.7 压力失水率测定 按照 NY/T 13332007《畜禽肉质的测定》[9]中压力失水率的测定方法进行测定。

1.2.8 剪切力测定 按照NY/T 11802006《肉嫩度的测定剪切力测定法》[10],使用质构仪进行测定,一个样品测定3次,取平均值。

1.2.9 质构剖面分析(TPA) 参考Janz等[11]质构剖面分析的测定方法。

1.3 数据处理与统计分析

采用SPSS 20.0及Microsoft Excel 2010软件对实验数据进行统计分析,结果以平均值±标准差表示;对各项指标进行Duncan’s分析,以p<0.05作为差异显著性判断标准采用SPSS皮尔逊(Pearson)法进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同部位牛肉肌纤维特性分析

不同部位牛肉肌纤维特性见表1,从表1可以看出冈上肌、冈下肌、臂三头肌、腰大肌、背最长肌、半腱肌、半膜肌和股二头肌均由Ⅰ型、ⅡA型和ⅡB型纤维组成,不同类型肌纤维的直径、面积和比例也有很大差异。不同部位肌肉的Ⅰ型、ⅡA型和ⅡB型肌纤维比例具有显著差异(p<0.05),其中腰大肌Ⅰ型肌纤维比例显著高于其他部位肉(p<0.05),股二头肌Ⅰ型肌纤维比例最低;背最长肌ⅡA型肌纤维比例显著高于其他部位肉(p<0.05),冈上肌ⅡA型肌纤维比例最低;股二头肌ⅡB型肌纤维比例显著高于其他部位肉(p<0.05),腰大肌ⅡB型肌纤维比例最低。

表1 不同部位牛肉肌纤维特性Table 1 Characteristics of muscle fiber in different parts of beef

肌肉部位对不同肌纤维类型直径具有显著性影响(p<0.05),特别是ⅡA型纤维;实验所取的8个部位肌纤维直径为ⅡB型>ⅡA型>Ⅰ型,并且腰大肌的3种肌纤维类型直径均小于其他部位肉;同一部位的Ⅰ型、ⅡA型和ⅡB型直径也存在显著性差异(p<0.05),臂三头肌和股二头肌3种类型肌纤维均存在显著性差异(p<0.05),冈上肌、冈下肌、背最长肌、半腱肌和半膜肌的Ⅰ型和Ⅱ型纤维存在显著性差异(p<0.05),ⅡA型和ⅡB型无显著性差异(p>0.05)。

不同部位同一肌纤维类型的面积存在显著性差异(p<0.05),腰大肌的Ⅰ型、ⅡA型和ⅡB型肌纤维面积显著低于其他部位肉,在8个部位中,臂三头肌的Ⅰ型纤维面积最大;背最长肌的ⅡA型纤维面积最大;股二头肌的ⅡB型纤维面积最大。

2.2 不同部位牛肉品质差异

2.2.1 不同部位牛肉初始肉色差异 对于消费者来说,肉的颜色是最直接、最强烈的肉质性状,它是影响消费者购买的重要因素。L*表示亮度值,a*表示红度值,b*表示黄度值,肌肉部位显著影响牛肉的L*值、a*值和b*值,新疆褐牛8种部位色差值见表2,由表2可知,8个部位牛肉的L*值存在显著性差异,半腱肌的L*值显著高于其他部位肉(p<0.05),半膜肌的L*值显著低于其他部位肉(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,冈上肌的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差异 pH不仅是肌肉酸碱度的表现,而且对肌肉品质有着重要影响,pH不仅直接影响肉的适口性、嫩度、蒸煮损失和货架时间,还与牛肉的系水力和肉色等显著相关[12]。所以说pH是评价肉质优劣的重要指标,pH过高和过低都会对肉的品质造成不利的影响,不同部位牛肉初始pH见图1,宰后腰大肌与其他部位的初始pH具有显著性差异(p<0.05),并且显著低于其他部位肉,而其他部位肉之间不存在显著性差异(p>0.05)。

图1 不同部位牛肉pHFig.1 pH value of beef in different positions注:上标不同字母表示差异显著(p<0.05),相同字母表示差异不显著(p>0.05)。图2～图4同。

2.2.3 不同部位牛肉保水性差异 肉的保水性是指肌肉受到外力作用的时候,其保持原有水分的能力。肉的保水性不仅直接影响肉的风味、嫩度、色泽等食用品质,还影响着牛肉的加工品质,所以说保水性具有重要的经济意义。肉的蒸煮损失率和压力失水率是反映肉保水性的重要指标,牛肉的蒸煮损失率和压力失水率越低,保水性就越好,其品质也越好。如图2,冈下肌的蒸煮损失率与其他七块部位肉具有显著性差异(p<0.05),并且显著低于其他部位肉;半腱肌与冈上肌、冈下肌、背最长肌、半膜肌的压力失水率具有显著性差异(p<0.05),且低于其他部位肉。

图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异 剪切力能够直观的反映肉的嫩度,嫩度是消费者在购买时最为关注的指标,牛肉嫩度受多个因素的影响,如肌原纤维、结缔组织以及其交互作用。嫩度是评价肉食用品质的关键指标,它也是消费者评判肉质优劣最常用的指标,在评价牛肉的食用品质时,嫩度指标最为重要。如图3,不同部位牛肉的剪切力存在差异,腰大肌的剪切力显著低于其他部位肉(p<0.05),臂三头肌的剪切力显著高于冈下肌和臂三头肌(p<0.05),由此可见,在宰后1 h腰大肌的嫩度要优于其他部位肉。

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

2.2.5 不同部位牛肉质构差异 质构剖面分析(TPA)能够较为全面的反映肉的质地品质特性,新疆褐牛8种部位肌肉的TPA(Texture profile analysis)结果见图4,牛肉部位对质构剖面分析结果具有显著的影响。冈下肌、臂三头肌、腰大肌、背最长肌与半腱肌之间硬度存在显著性差异(p<0.05),且腰大肌的硬度显著低于其他部位肉;股二头肌的弹性显著高于其他部位肉(p<0.05),股二头肌的弹性显著高于其他部位肉(p<0.05);半腱肌的粘聚性显著低于其他部位肉(p<0.05),腰大肌的粘聚性显著高于其他部位肉(p<0.05);腰大肌的胶着性显著低于其他部位(p<0.05),股二头肌的胶着性显著高于其他部位肉(p<0.05);背最长肌和半膜肌的咀嚼性显著低于其他部位肉(p<0.05),股二头肌的咀嚼性显著高于其他部位肉(p<0.05);背最长肌和半腱肌的回复性显著低于其他部位肉(p<0.05),冈上肌的回复性显著高于其他部位肉(p<0.05)。

图4 不同部位牛肉质构剖面分析Fig.4 Texture profile analysis of beef in different positions

2.3 肌纤维特性和牛肉品质相关性分析

肌纤维特性与牛肉品质相关性分析结果见表3,剪切力值与Ⅰ型、ⅡA型和ⅡB型肌纤维的面积和直径呈显著正相关(p<0.05),剪切力值和Ⅰ型肌纤维数量比呈显著负相关(p<0.05);硬度与Ⅰ型、ⅡA型和ⅡB型肌纤维的面积和直径呈显著正相关(p<0.05);粘聚性与ⅡA型和ⅡB型肌纤维的面积和直径呈显著负相关(p<0.05);粘聚性和Ⅰ型肌纤维数量比呈极显著正相关(p<0.01),和ⅡB型肌纤维数量比呈极显著负相关(p<0.01);胶着性和ⅡA型肌纤维数量比呈极显著负相关(p<0.01),与ⅡB型肌纤维面积呈显著正相关(p<0.05);咀嚼性和ⅡA型肌纤维数量比呈极显著负相关(p<0.01),与ⅡB型肌纤维面积呈显著正相关(p<0.05);回复性和Ⅰ型肌纤维数量比呈显著正相关(p<0.05)。L*值与ⅡB型肌纤维面积和直径显著正相关(p<0.05)。

表3 肌纤维特型与牛肉品质相关性分析Table 3 The correlation analysis of muscle fiber characteristics and beef quality

3 讨论

肌肉的位置和类型决定了肌纤维类型组成,从而使其能够适应相应的生理活动[13]。本研究结果显示,新疆褐牛冈上肌、冈下肌、臂三头肌、腰大肌、背最长肌、半腱肌、半膜肌和股二头肌均由Ⅰ型、ⅡA型和ⅡB型纤维组成,其中腰大肌、背最长肌和股二头肌分别具有最高比例的Ⅰ型、ⅡA型和ⅡB型肌纤维。不同肌肉肌纤维直径和面积也有较大差异,同一肌肉组织不同类型肌纤维的直径和面积也各不相同。本研究中所取的八个部位牛肉肌纤维直径均为ⅡB型>ⅡA型>Ⅰ型,其中腰大肌的Ⅰ型、ⅡA型和ⅡB型直径均小于其他部位肉。解祥学等[14]研究中国6个肉牛品种肌纤维特性得出6个品种牛(利木赞牛、皮埃蒙特牛、中国西门塔尔牛、鲁西牛、秦川牛和晋南牛)不同部位的肌纤维直径均是白肌纤维(对应ⅡB型)>中间型纤维(对应ⅡA型)>红肌纤维(对应Ⅰ型);Hwang等[15]研究韩牛肌纤维类型与肉质关系时也得出ⅡB型肌纤维直径要大于I型和ⅡA型肌纤维,但是他得出腰大肌的三种类型肌纤维直径并不是最小的,这与本研究得出的结果不同,这可能是由于牛品种的差异造成的。

Joo等[16]研究发现肌肉的颜色差异主要因为肉中肌红蛋白含量不同,Ⅰ型肌纤维中具有较高含量的肌红蛋白,本研究中腰大肌Ⅰ型肌纤维含量最高,其a*值也最高,这与Joo得出的结论相一致。哺乳动物活体状态的pH在7.0～7.4范围内,宰后pH会降低[17]。本研究中冈上肌、冈下肌、臂三头肌、腰大肌、背最长肌、半腱肌、半膜肌和股二头肌pH均在5.5～7.0之间,可见新疆褐牛牛肉pH均在正常范围内。pH的研究结果显示,腰大肌的初始pH显著低于其他部位肉,这说明腰大肌在宰后初期pH的降低速率较快,推测其具有较高的糖酵解速率。郎玉苗等[18]研究中国西门塔尔牛腰大肌、背最长肌和股二头肌时也得出了腰大肌在宰后早期具有较高的糖酵解速率。保水性研究结果显示具有较高ⅡB型纤维的半腱肌压力失水率要低于具有较高Ⅰ型纤维,但是Choe等[19]研究得出在早期成熟期间ⅡB型肌纤维比例越高,Ⅰ型肌纤维比例越低,其失水率就越高,这与本研究得出的结果不同,可能是牛品种或者成熟时间的不同造成的这种差异。不同部位肌肉嫩度的差异与肌纤维类型组成有关[20],剪切力的研究结果表明八种部位肉之间剪切力差异较大,腰大肌的嫩度较好,股二头肌的嫩度较差,Hwang等[15]研究发现韩牛的剪切力与Ⅰ型肌纤维比例呈负相关关系,与ⅡB型肌纤维比例呈正相关关系,本研究的结果正好验证了这一结论。

肉的品质与肌纤维直径和数量有一定的关联[2021],本文研究得出,剪切力和硬度与肌纤维直径和面积呈正相关关系,Ⅰ型肌纤维数量与硬度和剪切力呈显著负相关(p<0.05),ⅡB肌纤维数量与剪切力呈正相关关系,与硬度呈极显著正相关(p<0.01),所以Ⅰ型肌纤维比例越高,ⅡB肌纤维比例越低,嫩度也就越好。肌纤维面积和剪切力呈显著正相关关系(p<0.05),与嫩度呈负相关关系,肌纤维面积越大,嫩度也就越差。Ryu等[22]研究发现ⅡB型纤维含量和宰后pH呈负相关关系,本文也得出了一致的结论。关于肌纤维类型和肉品质之间的关系仍然没有定论,这主要是因为:研究对象的差异(性别、品种和年龄);选取的肌肉区域不同(表面和深层肌肉);影响肌纤维类型组成的外在因素较多,如动物的生长性能等[2325]。

4 结论

通过对新疆褐牛冈上肌、冈下肌、臂三头肌、腰大肌、背最长肌、半腱肌、半膜肌和股二头肌的肌纤维特性和肉品质差异进行了研究,结果表明肌肉部位对新疆褐牛肌肉的肌纤维特性和品质影响显著,Ⅰ型肌纤维比例与硬度、剪切力呈负相关,ⅡB型肌纤维比例与剪切力呈正相关。Ⅰ型、ⅡA型和ⅡB型肌纤维的面积和直径与剪切力、硬度和蒸煮损失显著正相关,与压力失水率显著负相关,所以增加Ⅰ型肌纤维的数量、减少ⅡB型肌纤维的数量均有利于提高牛肉嫩度。

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