影響豬肉系水力的主要因素及相關(guān)機(jī)制研究進(jìn)展

喬佳鑫，周 健，邢萍萍，譚寶華，嚴(yán)冠豪，洪林君，鄭恩琴，楊 杰，蔡更元,2，吳珍芳,2，黃思秀*，顧 婷*

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，國(guó)家生豬種業(yè)工程技術(shù)研究中心，廣東廣州 510642；2.廣東溫氏種豬科技有限公司，廣東新興 527439）

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2008—2017年我國(guó)豬肉人均消費(fèi)量約為20.50 kg，2017年我國(guó)豬肉人均消費(fèi)占總?cè)忸惾司M(fèi)的56.45%。豬肉中水分流失會(huì)造成大量的經(jīng)濟(jì)損失，市場(chǎng)上50%的豬肉存在較高的滴水損失。豬肉品質(zhì)是一個(gè)復(fù)雜的經(jīng)濟(jì)性狀，評(píng)價(jià)肉品質(zhì)需從加工技術(shù)指標(biāo)（肌內(nèi)脂肪含量、肌纖維長(zhǎng)度、pH、系水力等）、感官指標(biāo)（肉色、嫩度、大理石紋等）及風(fēng)味物質(zhì)指標(biāo)（風(fēng)味氨基酸含量、脂肪酸含量等）等方面進(jìn)行。其中，系水力是最重要的肉品質(zhì)指標(biāo)之一，即肌肉保持水分的能力，通過滴水損失來反映。鮮肉的滴水損失一般為1%～3%，劣質(zhì)白肌肉（Pale Soft Exudative，PSE）的滴水損失可達(dá)10%。系水力決定肉的多汁性、營(yíng)養(yǎng)組成、肉色外觀、酸堿度和其他感官特性，從而影響消費(fèi)者的滿意度。水分流失會(huì)導(dǎo)致重量下降，造成血紅素流失及可溶性風(fēng)味物質(zhì)損失，嚴(yán)重影響肉品質(zhì)。因此，在保證肉用動(dòng)物肌肉產(chǎn)量的同時(shí)，改善和提高肉品系水力一直是肉品科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，具有重要的生產(chǎn)意義。

近年來，與系水力相關(guān)的遺傳位點(diǎn)不斷被挖掘，但在功能驗(yàn)證、分子機(jī)制及調(diào)控信號(hào)通路等方面的研究進(jìn)展緩慢，一方面由于系水力是一個(gè)多基因作用的復(fù)雜性狀，另一方面國(guó)內(nèi)檢測(cè)豬肉水分狀態(tài)受制于儀器設(shè)備的局限，針對(duì)不同存在形式水的分布無法精確檢測(cè)。本文主要介紹了飼養(yǎng)管理、飼料、肌肉結(jié)構(gòu)等方面對(duì)系水力造成的影響，以及系水力的檢測(cè)方法、受調(diào)控的分子機(jī)制等，以期為提高豬肉系水力、改良豬肉品質(zhì)提供理論參考。

1 豬骨骼肌中水的存在形式

豬骨骼肌含水量約為75%，通常以結(jié)合水、不易流動(dòng)水和自由水3種形式存在。在肌細(xì)胞內(nèi)，水分存在于肌原纖維內(nèi)、肌原纖維間、肌原纖維與細(xì)胞膜間、肌細(xì)胞間以及肌束間。水是一種偶極分子，易被帶電分子吸引，肌肉中的肌球蛋白含有相對(duì)較多的堿性氨基酸，易與水分子作用形成結(jié)合水。結(jié)合水存在于肌肉的肌原纖維中，與蛋白質(zhì)緊密結(jié)合，在外力或加熱、冷凍等條件下不易流失，約占肌肉總水分的10%。在肌肉中大部分的水被稱為不易流動(dòng)的水，受到肌肉的空間結(jié)構(gòu)束縛及蛋白質(zhì)結(jié)合水的吸引而封存在肌肉中，這部分水在屠宰早期不易流失，但隨著時(shí)間延長(zhǎng)，無氧呼吸和乳酸的積累導(dǎo)致肌肉pH降低，蛋白質(zhì)變性，從而對(duì)水的吸引降低，水分逐漸流失導(dǎo)致肉含水量下降，影響肉品質(zhì)。此外，自由水僅靠微弱的表面張力存在于肌肉中，往往在屠宰后幾分鐘內(nèi)已流失。

目前根據(jù)肌肉中水的存在形式和結(jié)合方式的不同，能夠通過核磁共振的物理方法進(jìn)行檢測(cè)。原子核受到一個(gè)交變電磁場(chǎng)相應(yīng)頻率的電磁波作用時(shí)，能吸收射頻波能量從低能態(tài)向高能態(tài)發(fā)生躍遷，在停止射頻脈沖后，原子核釋放吸收的能量返回基態(tài)稱為弛豫過程。低場(chǎng)測(cè)定發(fā)出的脈沖很小，不會(huì)對(duì)食品內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，利用低場(chǎng)核磁共振技術(shù)（Low-Field Nuclear Magnetic Resonance，LF-NMR）測(cè)定水分子中質(zhì)子H核的橫向和縱向弛豫時(shí)間，能分析出自由水、結(jié)合水和不易流動(dòng)水的水分含量，因此該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于肉類系水力的研究。例如，檢測(cè)不同部位豬肉的水分含量、屠宰后水分的流失情況等，依靠該技術(shù)的相關(guān)研究表明鮮肉注水量在10%以下滴水損失、剪切力、肉色差值、剪切力等指標(biāo)表現(xiàn)較好。因此，LF-NMR技術(shù)被廣泛應(yīng)用于肉制品評(píng)價(jià)加工體系，但目前國(guó)內(nèi)相關(guān)儀器設(shè)備匱乏，其相關(guān)豬肉系水力的研究也相對(duì)較少。

2 影響肌肉系水力的主要因素和調(diào)控機(jī)制

2.1 飼料營(yíng)養(yǎng)因素 飼料營(yíng)養(yǎng)對(duì)豬肉品質(zhì)及系水力的影響主要分為4個(gè)方面：一是蛋白質(zhì)及氨基酸含量，生產(chǎn)中使用低蛋白日糧能節(jié)約成本，針對(duì)性地設(shè)計(jì)日糧配方甚至能調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達(dá)，進(jìn)而改善肉品質(zhì)，如飼糧中添加10%苜蓿草粉可改善肌肉嫩度、鮮味、肉色，添加色氨酸可有效降低豬肉滴水損失；二是脂類含量，在日糧中增加脂類不會(huì)顯著改善肉品質(zhì)，甚至不能增加豬肉脂肪酸含量，但飼糧中添加脂肪酸會(huì)提高系水力和改良豬肉品質(zhì)；三是維生素含量，飼糧中添加維生素E、維生素C、維生素D能增強(qiáng)肉色、提高系水力；四是微量元素及礦物質(zhì)含量，微量元素在飼料中必不可少，其中硒和鎂是豬健康生長(zhǎng)的必需微量元素，鎂是谷胱甘肽氧化酶的組成成分，硒是能量與蛋白質(zhì)新陳代謝的酶促反應(yīng)中的一種重要組成元素，飼糧中鎂或硒減少會(huì)加劇氧化還原反應(yīng)，增加滴水損失。

2.2 品種及飼養(yǎng)管理因素 日齡、品種、體重及屠宰方式等對(duì)肉品質(zhì)及系水力都有一定影響。品種和年齡是影響肉類系水力的主要因素之一，與幼年豬相比，老年豬的肌纖維往往較粗，肉品質(zhì)較差，水分含量較少，地方豬種的肉品質(zhì)通常顯著優(yōu)于外來品種豬。目前市場(chǎng)上常見的瘦肉型外三元商品豬，杜洛克豬的肉品質(zhì)相比大白豬和長(zhǎng)白豬明顯更好，系水力也顯著更高。純種豬和雜種豬在系水力上也存在差異，Aboagye等采用NMR技術(shù)對(duì)意大利地方豬品種肌內(nèi)水分析發(fā)現(xiàn)，與雜種豬相比，Apulo-Calabrese純種豬的肌原纖維水分含量顯著增加，系水力更優(yōu)。生產(chǎn)中，生豬屠宰的方式主要分為2種，電擊致暈往往伴隨著高頻率骨折風(fēng)險(xiǎn)，高濃度二氧化碳致暈會(huì)造成內(nèi)臟淤血，但電擊的豬肉pH下降速率加快，造成宰后水分流失增加。

飼養(yǎng)環(huán)境的不同，如飼養(yǎng)密度大、飼喂方式不正確、飼料營(yíng)養(yǎng)不足，甚至是運(yùn)輸不善都會(huì)顯著影響系水力。畜舍溫度較高更有益于沉積不飽和脂肪酸，導(dǎo)致肉質(zhì)變差，屠宰程序不當(dāng)往往引起豬應(yīng)激綜合征產(chǎn)生，造成PSE肉和DFD肉產(chǎn)生，嚴(yán)重影響肉品質(zhì)及系水力。運(yùn)輸性應(yīng)激在一年四季均可引起商品豬宰后發(fā)生PSE肉而使系水力降低，以夏季發(fā)生率最高（11.54%），春季最低（2.56%），系水力比正常豬肉低7.9%～8.9%。

2.3 肌肉生理生化狀態(tài)

2.3.1 活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS） ROS是指體內(nèi)一類氧的單電子還原產(chǎn)物，是電子在未能傳遞到末端氧化酶之前漏出呼吸鏈并消耗約2%的氧產(chǎn)生的，包括氧的一電子還原產(chǎn)物超氧陰離子、過氧化氫等，會(huì)使肌肉蛋白質(zhì)氧化，導(dǎo)致蛋白質(zhì)的碎裂和聚集，進(jìn)而導(dǎo)致肉品質(zhì)差、系水力差。有關(guān)蛋白質(zhì)氧化的研究主要集中在氧化蛋白與年齡有關(guān)疾?。ㄈ绨柎暮Ｄ。┲邪l(fā)揮的作用，除肌原纖維蛋白在肉類成熟和儲(chǔ)存過程中受ROS影響的報(bào)道外，有關(guān)蛋白質(zhì)氧化帶來的肉品質(zhì)問題的研究并不多見，但系水力性狀尤其易受蛋白質(zhì)氧化產(chǎn)物（如氧化肌動(dòng)蛋白和氧化聚合體）的影響。超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）、過氧化氫酶（Catalase，CAT）和谷胱甘肽過氧化物酶1（Glutathione Peroxidase，GPX1）等ROS清除劑可防止骨骼肌內(nèi)的蛋白質(zhì)氧化，進(jìn)而改善系水力。角鯊烯環(huán)氧化酶（Squalene Epoxidase，）編碼基因純合豬的系水力明顯高于雜合豬，且干擾基因會(huì)影響成肌和成脂相關(guān)基因的表達(dá)，并抑制ROS清除劑編碼基因的表達(dá)，最終影響豬肉的系水力。運(yùn)用氣調(diào)結(jié)合光催化技術(shù)會(huì)改善豬肉冷藏過程中的菌落數(shù)量并減緩腐敗，但同時(shí)會(huì)引起ROS增多，加劇脂肪氧化程度；隨著氧氣濃度增加，肌纖維內(nèi)ROS增多，豬肉的水分損失增加，蛋白質(zhì)和脂質(zhì)氧化程度更大。

2.3.2 鹽離子濃度、pH與細(xì)胞結(jié)構(gòu)變化 pH及鹽離子濃度的改變會(huì)顯著影響肉色和系水力，pH快速下降會(huì)造成肌肉中色素蛋白、肌紅蛋白和肌漿蛋白部分變性，從而改變?nèi)忸惖念伾拖邓?。豬宰后肌肉組織為提供ATP從有氧呼吸變?yōu)闊o氧呼吸，造成乳酸大量積累，pH迅速下降，當(dāng)pH達(dá)到主要蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)（pI），特別是肌球蛋白（pI=5.4），蛋白質(zhì)的凈電荷為零，造成蛋白質(zhì)上的正負(fù)電荷數(shù)量基本上相等，相同的電荷相互排斥力降低，從而使這些結(jié)構(gòu)更緊密地堆積在一起，最終導(dǎo)致肌肉水分流失。在低pH下，肌球蛋白發(fā)生變性，造成肌原纖維晶格間距縮小，豬肉腐敗程度增加，剪切力、嫩度、肉色、系水力等下降。

圖1 豬骨骼肌纖維肌內(nèi)蛋白水解造成肌細(xì)胞收縮

屠宰后肌纖維內(nèi)乳酸積累、pH下降引起蛋白水解，造成肌原纖維蛋晶格距減小，進(jìn)而造成系水力顯著下降。肌內(nèi)蛋白包括肌纖維內(nèi)的結(jié)合蛋白和肌纖維外的骨架蛋白，自由水靠細(xì)胞間的表面張力存在因而流失迅速，結(jié)合水存在于肌原纖維內(nèi)與蛋白結(jié)合緊密因而不易流失，而不易流動(dòng)水受pH影響和蛋白質(zhì)水解作用對(duì)肌肉系水力產(chǎn)生重要作用。

肌纖維類型與系水力存在顯著的相關(guān)性，I型肌纖維增加會(huì)造成肉質(zhì)變差，DFD肉出現(xiàn)增多，肉品系水力下降。此外，肌漿含量也會(huì)影響系水力，肌漿含量少的肌原纖維系水力往往較差，并且隨著變性肌漿蛋白含量增加，熱變性肌原纖維的系水力也相應(yīng)提高。肌細(xì)胞無氧呼吸、肌原纖維收縮、乳酸積累、pH下降等一系列反應(yīng)的發(fā)生，引起肌細(xì)胞結(jié)構(gòu)不斷變化，造成肌肉中水分和其他物質(zhì)流失、系水力下降，這也是PSE肉產(chǎn)生的原因。

2.3.3 肌間脂肪含量、溫度影響系水力 溫度對(duì)肌肉系水力的影響與pH類似，高溫也會(huì)使細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)變性，破壞肌細(xì)胞分子結(jié)構(gòu)，破壞骨架蛋白，造成細(xì)胞失水。pH和溫度下降速率是影響屠宰后肉品質(zhì)的2個(gè)最重要的因素，顯著影響肌肉顏色、系水力和嫩度等肉品質(zhì)性狀。此外，肌間脂肪（Intermuscular Fat，IMF）含量也是影響豬肉品質(zhì)的關(guān)鍵因素，IMF與系水力之間的相互關(guān)系暫無統(tǒng)一定論，但可以確定的是，與pH、溫度及鹽離子濃度相比IMF對(duì)豬肉系水力的影響不顯著。近年來高肌間脂肪含量豬種培育增多，研究表明IMF含量和系水力不存在顯著相關(guān)性，但同時(shí)提高IMF含量和系水力對(duì)肉品質(zhì)的提高具有重要作用。豬體脂中所含脂肪酸分為不飽和脂肪酸（Poly Unsaturated Fatty Acids，PUFAs）和飽和脂肪酸，其中PUFAs是人體所需的必需脂肪酸，具有改善心血管、提高免疫功能等作用。由于豬體內(nèi)缺乏飽和脂肪酸脫氫酶，不能自主合成PUFAs，因此豬肉中含有大量的飽和脂肪酸，食用過量容易增加高血壓、高膽固醇等疾病的風(fēng)險(xiǎn)。IMF由磷脂和甘油三酯組成，其中磷脂占60%～70%，這些脂肪酸，特別是PUFAs是肌肉中特殊脂肪酸的重要前體，也是影響口感和風(fēng)味的關(guān)鍵物質(zhì)。IMF對(duì)肉品質(zhì)有直接影響，IMF在小于2%時(shí)口感較差，在3%時(shí)呈現(xiàn)為理想的大理石紋，我國(guó)地方豬種的IMF含量大多在4%左右，比規(guī)?；萑庑拓i種的IMF含量高，口感好。近年來，國(guó)內(nèi)外培育了大量?jī)?yōu)質(zhì)高肌間脂肪含量的豬種，這些豬種的IMF含量甚至可以達(dá)到9%。

2.4 遺傳因素 一些遺傳物質(zhì)的改變會(huì)顯著影響肉品質(zhì)。從20世紀(jì)50年代至今，肉品質(zhì)的遺傳學(xué)研究進(jìn)展緩慢。近年來隨著生物信息技術(shù)的發(fā)展以及基因編輯技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)現(xiàn)并驗(yàn)證了一系列與肉品質(zhì)相關(guān)的候選基因，具體見表1。

表1 影響豬肉系水力相關(guān)基因的研究進(jìn)展

目前廣泛研究的主效基因包括氟烷基因、酸肉基因（）和基因?；蚴怯绊懾i肉品質(zhì)的一個(gè)最重要的標(biāo)記基因，造成PSE肉或DFD肉產(chǎn)生的遺傳基礎(chǔ)。是指位于豬6q1.1到1.2的基因，當(dāng)基因結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生改變，會(huì)影響鈣離子通道釋放鈣離子進(jìn)入肌細(xì)胞的能力，引起肌肉快速收縮。如果豬攜帶2個(gè)隱性突變基因，基因型為時(shí)就會(huì)產(chǎn)生PSE肉。研究表明，攜帶的3種基因型，都會(huì)對(duì)豬肉系水力、pH、肉色等性狀產(chǎn)生影響，應(yīng)用PCR方法可以鑒定所有突變基因型，因此目前該基因也得到有效控制。酸肉（）基因會(huì)顯著影響肉品質(zhì)，該基因僅見于漢普夏豬中，基因會(huì)使肌肉中的肌糖原含量顯著提高，從而使得屠宰后肌肉無氧呼吸的程度加深，乳酸生成增多，導(dǎo)致肌肉最終的pH降低、系水力下降?；蚴蔷幋a亞基的基因，與糖代謝有關(guān)，影響豬肉pH、肉色和系水力。

除主效基因外，越來越多與肉品質(zhì)相關(guān)的候選基因也被發(fā)掘，包括基因家族、鈣蛋白酶抑制蛋白基因等。例如與豬脂肪代謝密切相關(guān)的基因，包括脂肪型脂肪酸結(jié)合蛋白基因、心臟脂肪酸結(jié)合蛋白基因、肥胖基因、瘦素受體基因、黑皮質(zhì)素受體基因、脂蛋白脂酶基因、激素敏感脂酶基因等。同品種的豬在出生后脂肪細(xì)胞會(huì)因環(huán)境或其他外界因素而影響其細(xì)胞發(fā)育的大小和重量，但脂肪細(xì)胞數(shù)量在出生后不會(huì)發(fā)生改變，所以遺傳和品種因素是影響脂肪細(xì)胞數(shù)量的關(guān)鍵因素。早期研究結(jié)果表明，轉(zhuǎn)脂肪酸去飽和酶（）基因豬肉中不飽和脂肪酸的含量高于普通豬20%，PUFAs具有維持細(xì)胞因子和脂蛋白平衡、減脂、抗心血管病、促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育、抗炎、抗癌、增加動(dòng)物的產(chǎn)仔率和成活率等生理功能，所以目前對(duì)該基因的研究多集中于相關(guān)疾病。

過氧化物酶體增殖物激活受體共激活因子1（Peroxisome proliferator-activated receptorγcoactivator-1，）是一種轉(zhuǎn)錄因子共激活因子，可誘導(dǎo)線粒體的生物合成和細(xì)胞呼吸功能，是調(diào)控肌纖維類型轉(zhuǎn)化的主要因子之一。研究表明促進(jìn)豬肌肉中線粒體生成，并刺激白肌纖維為紅肌的轉(zhuǎn)變，增加肌肉的氧化性，同時(shí)該基因調(diào)控的表達(dá)，影響肌肉的糖代謝和脂肪代謝。

目前有關(guān)表觀遺傳調(diào)控肉品質(zhì)的研究較少，但DNA及組蛋白的甲基化、乙?；揎椧约癿iRNA調(diào)控與豬的生長(zhǎng)發(fā)育、疾病抗性、肉品質(zhì)性狀調(diào)控密切相關(guān)。H3K27me3作為一種抑制性的組蛋白修飾對(duì)豬骨骼肌發(fā)育起到關(guān)鍵作用，瘦肉型豬種杜洛克與脂肪型豬種陸川豬相比，前者脂肪組織中的差異甲基化區(qū)域甲基化程度更高。不同組織間肉品質(zhì)相關(guān)基因的甲基化程度存在差異，如基因-904位點(diǎn)甲基化程度在皮下與肌內(nèi)脂肪組織間差異顯著。改變與脂質(zhì)代謝相關(guān)基因DNA甲基化模式及其mRNA表達(dá)量能對(duì)肉品質(zhì)性狀產(chǎn)生重要影響。m6A修飾在豬肌內(nèi)脂肪沉積中發(fā)揮重要作用，利用MeRIP-seq技術(shù)分析不同豬種間甲基化修飾圖譜，進(jìn)而篩選出與肉品質(zhì)相關(guān)、受表觀遺傳修飾的基因。如對(duì)金華豬和長(zhǎng)白豬的背最長(zhǎng)肌m6A甲基化修飾圖譜分析發(fā)現(xiàn)，金華豬肌肉的m6A修飾水平顯著低于長(zhǎng)白豬，前者體內(nèi)甲基化轉(zhuǎn)移酶顯著低于后者，而去甲基化酶的表達(dá)量顯著高于后者。miRNA調(diào)控骨骼肌纖維發(fā)育，參與不同類型肌纖維的發(fā)育和形成，如miR-378b-3p表達(dá)規(guī)律與豬骨骼肌中慢肌纖維的發(fā)育規(guī)律一致，提示其參與豬骨骼肌的生長(zhǎng)發(fā)育。

3 結(jié)語及展望

豬肉系水力一直以來是豬肉品質(zhì)相關(guān)的研究熱點(diǎn)，從飼養(yǎng)環(huán)境調(diào)節(jié)、品種選育到飼料改善，從生理生化學(xué)研究再到遺傳學(xué)研究，豬肉系水力不足的原因至今尚未被完全解析。影響豬肉系水力因素眾多，綜合來看遺傳改良能從根本解決系水力不足的問題。針對(duì)脂肪沉積量、IMF含量、PUFAs含量等性狀的分子機(jī)制的研究對(duì)改善豬肉品質(zhì)及提高豬肉系水力起到關(guān)鍵作用。近年來研究發(fā)現(xiàn)許多與脂肪含量相關(guān)并影響肌肉系水力的候選基因，但有關(guān)調(diào)控機(jī)制的研究并不深入，有關(guān)表觀遺傳調(diào)控的研究也相對(duì)較少。系水力是一個(gè)多因素互作的復(fù)雜肉質(zhì)性狀，有待開展更多分子水平上調(diào)控機(jī)理的研究。