豬肌肉糖原酵解潛力的影響因素及其營養(yǎng)調(diào)控研究進展

楊媛媛，李 敬，趙青余，湯超華*，張軍民，秦玉昌

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，動物營養(yǎng)學(xué)國家重點實驗室，北京 100193；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華北動物遺傳資源與營養(yǎng)科學(xué)觀測實驗站，北京 100193）

我國是世界上最大的生豬養(yǎng)殖和豬肉消費國家。國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示，自2013 年以來，由于生豬行業(yè)的大力發(fā)展與養(yǎng)殖技術(shù)的快速提高，我國豬肉產(chǎn)量趨于穩(wěn)定[1]。隨著生活水平的提高，人們更傾向選擇肉質(zhì)好、風(fēng)味佳的豬肉，生產(chǎn)高質(zhì)量豬肉產(chǎn)品成為肉類生產(chǎn)行業(yè)競爭的核心方向。糖酵解在宰后肌肉向肉轉(zhuǎn)化的過程中發(fā)揮著重要作用。糖酵解潛力可反映糖酵解影響肉質(zhì)的程度，與pH、肉色、嫩度、系水力密切相關(guān)，受遺傳、環(huán)境、營養(yǎng)因素影響。增加日糧中碳水化合物水平可直接提高糖酵解底物含量，使糖酵解潛力上升[2]；添加硫酸鎂可以減少糖酵解通量，提高肌肉pH 與系水力[3]；α-硫辛酸可以抑制一磷酸腺苷活化蛋白激酶（Adenosine Monophosphate-activated Protein Kinase，AMPK）活化，下調(diào)糖原磷酸化酶活性，減少PSE（Pale,Soft,Exudative）肉產(chǎn)生[4]。此外，日糧中添加肌酸[5-7]、草酸鹽[8]、檸檬酸[9]等營養(yǎng)成分可影響糖酵解的底物含量、關(guān)鍵酶活性等，影響糖酵解速率，改善肉品質(zhì)。本文綜述了豬肌肉糖原酵解潛力的影響因素及其營養(yǎng)調(diào)控途徑，為肉品質(zhì)調(diào)控提供理論依據(jù)。

1 肉品質(zhì)概述

豬肉品質(zhì)是一個綜合性狀，主要度量指標有pH、肉色、系水力、嫩度、肌內(nèi)脂肪、多汁性、風(fēng)味等。其中肉色變化取決于肌肉中氧合肌紅蛋白的生成與氧化[10]；系水力反映豬肉的持水能力，其值越高表明豬肉多汁性越好，肉品質(zhì)優(yōu)良，反之則肉品質(zhì)較差；嫩度指肉易切割的程度，其客觀評價指標為剪切力[11]。糖酵解產(chǎn)物乳酸的累積促使肌肉pH 變化，pH 下降速率與程度是反映動物宰后糖原酵解速率的重要指標，并且直接影響肉色、系水力、嫩度。

2 宰后肌肉糖原酵解潛力與肉品質(zhì)

豬肉品質(zhì)的形成受到養(yǎng)殖與屠宰加工過程中諸多因素的影響，其中屠宰后的肌肉代謝顯著影響鮮肉的品質(zhì)特征。動物屠宰后由于血液供應(yīng)與呼吸作用的停止，隨著氧氣耗竭，細胞能量代謝由有氧呼吸轉(zhuǎn)變?yōu)闊o氧呼吸，糖原酵解是宰后能量代謝的主要途徑。糖酵解途徑是無氧條件下，糖原經(jīng)過一系列的酶促反應(yīng)分解成乳酸并產(chǎn)生能量的過程[12]（圖1），該過程可以持續(xù)到肌肉中相關(guān)酶活性喪失或肌糖原含量不足為止。隨著乳酸的不斷累積，肌肉的pH 由活體肌肉的7.0 最終降到5.7 左右[13]。肌肉pH 變化的速率和程度直接影響著肉品質(zhì)的其他性狀。因此，調(diào)控糖酵解途徑，改變?nèi)樗嵩诩∪庵械睦鄯e過程，改變肌肉極限pH，可以為優(yōu)質(zhì)肉的生產(chǎn)提供基礎(chǔ)。

2.1 糖原酵解潛力 肌肉糖原酵解潛力（Glycolysis Potential，GP）是體現(xiàn)活體肌糖原含量或死后肌肉中可轉(zhuǎn)化為乳酸的所有糖類化合物含量高低的指標。其計算公式：GP=2×（糖原濃度+葡萄糖濃度+6-磷酸葡萄糖濃度）+乳酸濃度[14]。因此，糖酵解潛力可以由肌肉中的初始糖原、葡萄糖、6-磷酸葡萄糖和乳酸等綜合反映[2]。肌肉初始糖原含量較高，GP 增強，pH 下降速率變緩，極限pH 變低。隨著極限pH 下降，肌紅蛋白變性，肉色變亮發(fā)白。當(dāng)肌肉pH 接近蛋白等電點時（pH=5.4），蛋白質(zhì)凈電荷數(shù)為0，肌肉蛋白對水分的吸引力大大降低，系水力也最低[15]。同時pH 下降引起肌肉收縮，導(dǎo)致肌絲間的距離變小，肌肉儲存水分空間減少造成肌肉水分流失[16]。若宰后肌糖原含量不足，pH 偏高，系水力變大，肌細胞水分過多，肌纖維會因緊密排列不發(fā)生收縮而變硬，使肌肉的剪切力增加，嫩度下降[17]。

2.2 糖原酵解潛力對肉品質(zhì)的影響 糖酵解潛力的大小直接決定著pH 變化的程度與速率[18]，影響pH、肉色、嫩度、系水力等肉品質(zhì)性狀，是肉品質(zhì)的評價指標之一。GP 增大意味著極限pH 下降，通過GP 可以解釋豬肉極限pH 30%的變化[19]。GP 值越高，則肉色更加蒼白（高L*）、泛黃（高b*），保水能力也更差[20-22]。GP 增大可以降低肉的剪切力，提升肉嫩度[23-24]。Rosenvold 等[25]減少日糧中糖原水平，發(fā)現(xiàn)肉pH 升高，導(dǎo)致鈣激活蛋白活性下調(diào)，鈣蛋白酶抑制劑活性上升，肌肉蛋白質(zhì)降解減少，肉嫩度降低。因此，一定水平的糖酵解潛力對于保證優(yōu)良的肉質(zhì)有重要作用。

3 影響宰后肌肉糖酵解潛力的因素

3.1 遺傳因素對宰后肌肉糖酵解潛力的影響 糖酵解潛力受基因類型的影響，豬肉質(zhì)性狀的3 個主效基因（氟烷基因、RN-基因、PRKAG3基因）在不同程度上影響糖酵解。氟烷基因會引起豬應(yīng)激綜合征（Porcine Stress Syndrome，PSS），PSS 豬在受到刺激后糖酵解速率大大提升，易產(chǎn)生PSE 肉。此外，氟烷基因的表達使與其連鎖的磷酸己糖異構(gòu)酶（Phosphohexose Isomerase，PHI）含量升高，6-磷酸葡萄糖與6-磷酸果糖之間的轉(zhuǎn)化加強，糖原大量分解，肌肉極限pH 偏低[26]；RN-基因的攜帶者擁有高于正常豬70%的肌糖原含量和超高的糖酵解潛力，即使在糖酵解發(fā)生速率正常的情況下，宰后肌肉的pH 也會低于正常水平[27]。PRKAG3基因密碼子的突變會抑制AMPK 激活與糖原酵解過程，是引起RN-效應(yīng)的根本原因[28]。此外，一些微效基因也起著重要作用，如PHKG1編碼糖原磷酸化酶激酶（Phosphorylase Kinase，PHK）的催化亞基，其不同剪切方式與骨骼肌中的糖原含量顯著相關(guān)[29]。

圖1 糖酵解的代謝過程[7]

3.2 宰前管理對宰后肌肉糖酵解潛力的影響 屠宰前，動物要經(jīng)歷裝卸、運輸、休息、禁食以及致暈等屠宰過程，在此過程中，動物產(chǎn)生應(yīng)激，體內(nèi)糖酵解速率加快，糖原過度消耗，造成劣質(zhì)肉的產(chǎn)生。因此優(yōu)化宰前管理在一定范圍內(nèi)可以對肉品質(zhì)產(chǎn)生積極影響。宰前休息可以使由于運輸而疲勞緊張的動物得到放松，體內(nèi)的肌糖原水平得到恢復(fù)。Sutherland 等[30]用大量試驗樣本證明，應(yīng)激后大概2 h，豬的生理參數(shù)才會回到基本水平。宰前禁食可以調(diào)控肌肉糖原池，影響糖酵解過程與極限pH[31]。宰前運輸會引起畜禽體內(nèi)的激素分泌和糖酵解相關(guān)酶活性的變化，不同的運輸時間、季節(jié)、密度等均會對糖酵解產(chǎn)生影響。

3.3 營養(yǎng)因素對宰后肌肉糖酵解潛力的影響 動物宰后肌肉的代謝過程與宰前肌肉狀態(tài)、營養(yǎng)成分含量、宰后處理方式密切相關(guān)。通過調(diào)控營養(yǎng)水平改變糖酵解潛力，可以改善肉品質(zhì)。營養(yǎng)因素主要從3 個方面對糖酵解潛力產(chǎn)生影響（圖2）：一是利用添加肌酸等延緩宰后肌肉中磷酸原系統(tǒng)的反應(yīng)，延緩糖酵解的發(fā)生和pH 的下降，提高肉質(zhì)[5-7]；二是通過對日糧中碳水化合物水平的調(diào)節(jié)對糖酵解底物含量進行調(diào)控，減少劣質(zhì)肉的產(chǎn)生[2]；三是利用α-硫辛酸抑制AMPK 活化[4]、硫酸鎂[3]和肌酸減少糖酵解通量、草酸鹽減慢丙酮酸激酶反應(yīng)[8]等營養(yǎng)素對糖酵解關(guān)鍵酶活性的影響來調(diào)控糖酵解發(fā)生過程。

4 糖原酵解潛力的營養(yǎng)調(diào)節(jié)

4.1 磷酸原系統(tǒng) 宰后早期肌肉中的ATP 首先來自于磷酸肌酸系統(tǒng)（即磷酸原系統(tǒng)），當(dāng)70% 的磷酸肌酸池被消耗時，糖酵解才開始啟動[5]。磷酸原系統(tǒng)通過肌肉中的肌酸激酶（Creatine Kinase，CK）催化ADP 和磷酸肌酸（Creatine Phosphate，Pcr）生成ATP 和肌酸（Creatine，Cr）來提供能量[13]（圖3）。因此，調(diào)控磷酸原系統(tǒng)，可以間接影響糖酵解過程。這種調(diào)控可以通過提高肌肉中磷酸肌酸的含量與利用率、提高肌酸激酶活性，促進產(chǎn)生更多ATP。

肌酸可以通過提高骨骼肌細胞內(nèi)的能量儲存，延長磷酸原系統(tǒng)反應(yīng)，延緩宰后肌肉糖酵解發(fā)生，降低肌肉中的乳酸含量。短期喂養(yǎng)高劑量肌酸能增強大鼠骨骼肌肌酸的釋放和糖原的儲存[32]。胍基乙酸是合成肌酸的內(nèi)源性物質(zhì)，在育肥豬飼糧中添加胍基乙酸可以顯著提高細胞中肌酸含量與肌酸激酶活性，同時顯著降低背最長肌和半腱肌中糖酵解的關(guān)鍵性限速酶己糖激酶（Hexokinase，HK）的活性和乳酸含量，延緩了宰后糖酵解發(fā)生和pH 下降[6-7]。宰前5 d 飼喂一水肌酸可以減緩死后肌肉pH 的下降速度并且減少肉的蒸煮損失[33]，而宰前10、15 d 飼喂一水肌酸則會使豬肉品質(zhì)下降[34]。李蛟龍[35]研究發(fā)現(xiàn)，一水肌酸與胍基乙酸可以促進肌酸與磷酸肌酸在體內(nèi)沉積，并激活A(yù)MPK 通路，從而提高肌肉中ATP 含量，降低糖酵解酶活性，延緩糖酵解進程。也有其他報道表明，淀粉含量低、脂肪和中性洗滌纖維含量較高的日糧可促進早期死后代謝中的Pcr 降解，通過降低糖酵解酶結(jié)合態(tài)酶活性降低肌肉糖酵解通量[5]。

圖2 不同因素對糖酵解過程的影響途徑

圖3 磷酸原系統(tǒng)內(nèi)的酶促反應(yīng)[8]

磷酸原系統(tǒng)中的CK 能夠通過提高宰后肌肉中Pcr的利用率延緩宰后糖酵解[24]。CK 在與底物結(jié)合時，其活性位點上的半胱氨酸殘基起著重要的作用，但CK 易被氧化[2]。通過清除氧化因子可以提高CK 活性。Jiska等[36]研究表明，在氧化應(yīng)激的條件下，活性氧（ROS）通過引發(fā)甘油醛-3-磷酸脫氫酶（GAPDH）中半胱氨酸的巰基修飾來抑制其活性，從而降低糖酵解通量。因此通過在日糧中加入抗氧化劑清除自由基，可以達到提高糖酵解相關(guān)酶活性的目的。Zhang 等[37]發(fā)現(xiàn)，育肥豬日糧中添加白藜蘆醇引起肌纖維特性和抗氧化能力的改善，使糖酵解潛能、乳酸脫氫酶活性下降，并顯著提高肌肉pH、肉色a 值和肌球蛋白含量。

4.2 糖酵解底物含量 日糧中的碳水化合物水平直接決定著畜禽屠宰時肌肉中的糖原含量，即糖酵解底物的含量。日糧中碳水化合物水平降低時，育肥豬背最長肌中的糖原水平顯著下降，背最長肌、半腱肌的GP 下降、乳酸含量降低[38]。日糧中淀粉水平下降30%時，育肥豬背最長肌的乳酸含量和GP 顯著降低，對肉品質(zhì)有改善作用[2,39]。肌肉中的糖原水平低于53 mmol/kg 時，糖原濃度與極限pH 呈反比關(guān)系[40]。肌肉中的糖原含量過高時，動物應(yīng)激導(dǎo)致糖酵解速率加快，造成pH 下降速度過快，溫度升高而產(chǎn)生PSE 肉（極限pH 接近5.0）；糖原含量不足時，由于其快速耗竭，乳酸產(chǎn)量過少，pH 偏高，易產(chǎn)生DFD 肉（一般pH 大于6）。此外，日糧淀粉類型影響糖酵解進行，如直鏈淀粉含量高的日糧可促進Pcr 降解，抑制糖酵解速率，降低肥育豬的早期死后糖酵解[41]。

4.3 糖酵解相關(guān)酶活性

4.3.1 糖原磷酸化酶

4.3.1.1 AMPK 途徑 一磷酸腺苷活化蛋白激酶（Adenosine Monophosphate-activated Protein Kinase，AMPK）是生物體內(nèi)調(diào)節(jié)代謝的關(guān)鍵分子，可以間接增加糖酵解的通量。在體內(nèi)研究中顯示，AMPK 在缺血心肌和缺氧骨骼肌中被激活[42-43]，AMP/ATP 升高，使AMPK 活化。活化的AMPK 通過2 種途徑來影響糖酵解：一是AMPK 能激活磷酸化酶激酶，被激活的磷酸化酶激酶進一步激活糖原磷酸化酶，從而促進糖原分解；二是AMPK 使磷酸果糖激酶-2 磷酸化，催化2，6-二磷酸果糖的形成。該產(chǎn)物是磷酸果糖激酶-1（糖酵解的關(guān)鍵限速酶）的變構(gòu)激活劑[44]。

α-硫辛酸（α-Lipoic Acid，LA）是一種存在于食品中的強抗氧化劑，它可以通過抑制一磷酸腺苷活化蛋白激酶（AMPK）在宰后肌肉中的活化來減少糖酵解通量[45]。雖然α-硫辛酸下調(diào)AMPK 活性的具體機制尚不清楚，但許多研究證明了兩者之間的相關(guān)性。例如，α-硫辛酸可以通過抑制AMPK，下調(diào)糖原磷酸化酶的活性，使宰后肌肉pH 升高，減少PSE 肉的產(chǎn)生[46]。育肥豬日糧中添加600 mg/kgα-硫辛酸，可以顯著減少背膘厚、改善胴體品質(zhì)、提高背最長肌宰后45 min 的pH，降低肌肉滴水損失[47-48]?？傊?，α-硫辛酸通過對AMPK 的抑制降低宰后糖酵解的速率，進而提高極限pH，可以達到優(yōu)化肉品質(zhì)的效果。

4.3.1.2 PKA 途徑 腎上腺素可通過加快糖原分解速度顯著增加乳酸的產(chǎn)生[49]。動物在應(yīng)激狀態(tài)下，體內(nèi)釋放去腎上腺素和促腎上腺素。腎上腺素能夠參與物質(zhì)代謝調(diào)節(jié)，在和β-受體結(jié)合時激活與其耦聯(lián)的G 蛋白，促使肌細胞內(nèi)釋放環(huán)磷酸腺苷（cyclic Aenosine Monophosphate，cAMP）。cAMP 可以作為第二信使激活A(yù)PK（cAMP依賴性蛋白激酶），將無活性的糖原磷酸化酶磷酸化激活，從而促進糖原降解。

日糧中添加鎂可以降低腎上腺兒茶酚胺的分泌，減少cAMP 的形成，從而減少糖酵解通量[50-51]。鎂還可以通過降低機體的應(yīng)激反應(yīng)，使肌肉細胞內(nèi)容物滲出減少，保證肉色不會過淺。豬日糧中添加不同形式的鎂元素可以提高肌肉初始pH，降低滴水損失與肌肉表面亮度，顯著提高豬肉品質(zhì)，降低PSE 肉的發(fā)生率[3,52]。飼糧乙酸鎂可以改善攜帶氟烷基因雜合子育肥豬肉的肉色和系水力[53]。據(jù)報道，鎂的添加劑量高于2 600～3 200 mg/kg 時，對豬肉品質(zhì)無改善作用[54-55]，甚至?xí)ㄟ^氧化作用降低豬肉品質(zhì)[56]。此外，止痢草油也可以通過降低腸道氧化損傷，減少炎性因子產(chǎn)生，從而降低糖皮質(zhì)激素分泌，減少肌肉以無氧酵解方式供能，減少乳酸的積累，防止pH 快速下降[57]。

4.3.2 磷酸果糖激酶-1（PFK-1） 磷酸果糖激酶-1（Phosphofructokinase-1，PFK-1）是糖酵解中關(guān)鍵的限速酶之一[58]，PFK-1 在糖酵解中催化6-磷酸果糖轉(zhuǎn)化為1，6-二磷酸果糖，并產(chǎn)生ADP，其活性受到多種因素調(diào)節(jié)。有體外試驗證明，其活性隨著宰后糖酵解進行活性減弱[59]。檸檬酸是PFK-1 的變構(gòu)抑制劑，已被證明可以抑制哺乳動物肌肉中的PFK-1[60]；ATP 對PFK-1的作用具有雙重性。低濃度ATP 對PFK-1 具有激活作用，高濃度ATP 則相反；ATP 對PFK-1 的抑制效應(yīng)可被AMP 解除，AMP/ATP 增加會提高PFK-1 活性。然而，AMP 一旦形成，即可通過AMP 脫氨酶催化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為IMP。AMP 脫氨酶的豐度和活性影響PFK-1 活性。許多研究表明，降低AMP 脫氨酶活性可以延緩宰后pH 的下降[61-62]；當(dāng)pH 下降時，氫離子濃度的升高對PFK-1 也有抑制作用。

檸檬酸作為PFK-1 的變構(gòu)抑制劑，通過直接結(jié)合抑制其活性來減慢糖酵解進程。而乙酸則通過檸檬酸合酶在體內(nèi)轉(zhuǎn)化為檸檬酸鹽，產(chǎn)生與檸檬酸類似的效果。Christian 等[8]用檸檬酸鈉作為糖酵解抑制劑對肉嫩度進行改善，發(fā)現(xiàn)在僵直前使用400 mmol/L 檸檬酸鈉處理可以增加肌肉嫩度。在小鼠死前2 h 飼喂不同濃度的乙酸，發(fā)現(xiàn)膳食乙酸能增強肝臟和骨骼肌糖原的含量[63]。在肝臟中，乙酸通過激活糖異生作用、優(yōu)先利用6-磷酸葡萄糖來增強糖原的生成；在骨骼肌中，乙酸抑制糖酵解導(dǎo)致6-磷酸葡萄糖積累，糖原含量增加。但乙酸添加后造成風(fēng)味損失限制了其在提高豬肉質(zhì)量方面的使用。也有報道表明，豬在屠宰前口服檸檬酸鈉與醋酸鈉均不能有效抑制宰后糖酵解，改變宰后pH 或改善豬肉品質(zhì)[64]。雖然檸檬酸作為糖酵解酶抑制劑發(fā)揮作用，但在畜禽日糧中添加檸檬酸對宰后肌肉品質(zhì)的作用還有待進一步研究。

4.3.3 丙酮酸激酶（PK） 丙酮酸激酶（Pyruvate Kinase，PK）是糖酵解反應(yīng)中的主要限速酶之一，它催化磷酸烯醇式丙酮酸將能量轉(zhuǎn)移至ADP，生成丙酮酸和ATP。草酸鹽可以抑制丙酮酸激酶反應(yīng)。這是由于草酸鹽與丙酮酸激酶的底物烯醇化物丙酮酸結(jié)構(gòu)相似，發(fā)生競爭抑制作用，而減慢丙酮酸激酶反應(yīng)[9]。將草酸鈉作為糖酵解抑制劑添加到宰前飼糧中時，肌肉宰后pH 下降速度減緩，豬肉系水力提高；維生素C 在體內(nèi)代謝產(chǎn)生草酸鹽，起到抑制糖酵解的作用，但其在屠宰前的補充時間還有待研究[65]。有研究報道[66]，維生素C 通過抑制糖皮質(zhì)激素合成來降低宰前應(yīng)激反應(yīng)的嚴重程度，從而減少肌肉內(nèi)的葡萄糖和糖原含量。同時維生素C 本身是生物抗氧化劑，可提高豬肉脂肪的氧化穩(wěn)定性，改善肉色[65]。

5 結(jié) 語

糖酵解潛力是影響豬肉品質(zhì)的重要因素之一，影響肉的極限pH、肉色、嫩度、系水力等肉質(zhì)性狀。碳水化合物可以調(diào)控肌糖原含量，肌酸、硫酸鎂、草酸鹽可以延緩糖酵解進程，日糧營養(yǎng)是調(diào)控豬肌肉糖原酵解潛力的重要方式。在畜產(chǎn)品品質(zhì)消費需求提升的大背景下，豬肉品質(zhì)的營養(yǎng)調(diào)控將是產(chǎn)業(yè)界與學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點，但對于各類營養(yǎng)素的補充時間、添加劑量以及其中的影響機制還有待深入研究。