左兆云，王維樂，紀(jì)麗麗，宋華民，劉建勝，王曉環(huán)，曹冬伸，劉敬盛*

(1.山東畜牧獸醫(yī)職業(yè)學(xué)院，山東 濰坊 261061；2.德州市陵城區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東 德州 253500)

由于全球氣候變暖，熱應(yīng)激反應(yīng)在畜禽飼養(yǎng)中越來越常見。熱應(yīng)激會(huì)影響動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)代謝狀況，降低動(dòng)物體重、飼料效率、采食量和胴體質(zhì)量。肉牛因其代謝速度快、瘤胃發(fā)酵、排汗障礙、皮膚保溫等特性，更易發(fā)生熱應(yīng)激反應(yīng)。熱應(yīng)激對(duì)牛肉品質(zhì)的影響已經(jīng)成為當(dāng)前肉牛產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展所面臨的一項(xiàng)重要挑戰(zhàn)。近些年，隨著蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)在肉類中的應(yīng)用，在肌肉中檢測(cè)到了許多與應(yīng)激相關(guān)的小分子熱應(yīng)激蛋白(small heat shock proteins，sHSPs)，用蛋白質(zhì)組學(xué)揭示牛肉品質(zhì)的質(zhì)量屬性成為研究的新方向。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于熱應(yīng)激對(duì)反芻動(dòng)物生產(chǎn)的影響主要集中在奶牛上，對(duì)肉牛肉品質(zhì)方面的報(bào)道相對(duì)較少。因此，本文針對(duì)近年來熱應(yīng)激對(duì)牛肉品質(zhì)的影響以及sHSPs影響牛肉品質(zhì)的機(jī)制進(jìn)行簡(jiǎn)要綜述，旨在為夏季熱應(yīng)激狀態(tài)下牛肉品質(zhì)的調(diào)控提供參考。

1 熱應(yīng)激對(duì)牛肉品質(zhì)的影響

1.1 肉色

肉色影響消費(fèi)者對(duì)牛肉的認(rèn)知和購買情況，也是決定牛肉行業(yè)盈利能力的關(guān)鍵因素。肉色主要取決于肌肉組織中肌紅蛋白和血紅蛋白的含量及氧化還原狀態(tài)。肌紅蛋白是肌肉顯色的主要成分，有3種存在形式：鮮紅色的氧合型肌紅蛋白、紫紅色的還原型肌紅蛋白及褐色的高鐵肌紅蛋白，因此可使肌肉呈現(xiàn)不同的顏色。牛肉肉色受到動(dòng)物的品種、性別、日糧、飼養(yǎng)管理以及宰后處理等因素的影響。近年來研究表明，熱應(yīng)激也是影響牛肉肉色的重要因素。據(jù)Kadim等報(bào)道，熱季節(jié)牛肉的肉色變暗，其亮度(L)、紅度(a)和黃度(b)均低于冷季節(jié)屠宰的牛肉。黃濤等研究發(fā)現(xiàn)，在夏季高溫高濕條件下，錦江黃牛的肉色L和a降低，容易發(fā)白變暗，肉品質(zhì)變差。其原因可能是紫紅色的還原型肌紅蛋白占據(jù)優(yōu)勢(shì)，致使肉呈現(xiàn)比較暗的外觀。

1.2 pH

活牛肌肉的pH一般為中性，屠宰后肌肉組織中氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)斷供，有氧酵解轉(zhuǎn)變?yōu)闊o氧酵解，使乳酸蓄積，從而導(dǎo)致pH下降。當(dāng)肌肉pH降到5.4左右時(shí)不再繼續(xù)下降，此時(shí)的最低pH即為極限pH(ultimate pH, pHu)。通常來說，牛肉pHu一般為5.4～5.6，與屠宰時(shí)肌肉的糖原水平呈負(fù)相關(guān)，并且會(huì)影響肉色。據(jù)報(bào)道，熱季節(jié)牛肉的pHu(平均6.24)顯著高于冷季節(jié)的。而且，屠宰前的長(zhǎng)期熱應(yīng)激會(huì)使宰后肌肉內(nèi)糖酵解速率過慢，導(dǎo)致pH維持在較高的水平(pH>6.5)，從而使肌肉色澤變暗，肉質(zhì)表面干硬，形成黑切(dark firm dry，DFD)肉。而屠宰前短期的熱應(yīng)激會(huì)大量消耗糖原，使pH快速下降，降低肌肉中鈣蛋白酶的活性，同時(shí)影響了肌肉的系水力，導(dǎo)致肌肉變軟有血水滲出，肌肉色澤發(fā)白形成白肌(pale soft exudative，PSE)肉。

1.3 系水力

在屠宰、儲(chǔ)藏、加工、運(yùn)輸過程中，肌肉的水分容易流失，同時(shí)肌肉可以通過自身的物理形態(tài)和化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)水分有一定束縛的能力即為系水力。這是肉類生產(chǎn)中最重要的指標(biāo)之一，與肉制品的諸多感官特征(如多汁、質(zhì)地和味道等)密切相關(guān)。因此，系水力高低會(huì)影響消費(fèi)者的購買行為，對(duì)肉食品產(chǎn)業(yè)造成較大的經(jīng)濟(jì)影響。研究表明，熱應(yīng)激會(huì)加速肌肉糖原分解，增加乳酸濃度，導(dǎo)致熱胴體pH迅速下降，最終產(chǎn)生較低系水力的PSE肉。與之相反的，Mato等研究發(fā)現(xiàn)，屠宰前的熱應(yīng)激引起了磷蛋白組的顯著改變，肌肉糖原儲(chǔ)備和乳酸產(chǎn)量降低，導(dǎo)致牛肉具有較高的pH，最終產(chǎn)生較高系水力的DFD肉。這說明糖原酵解、pH改變以及蛋白質(zhì)降解，都會(huì)影響肌肉對(duì)水分的束縛力或改變肌肉空間結(jié)構(gòu)，并最終影響系水力。

1.4 嫩度

肉的嫩度反映了肉的質(zhì)地，一般采用沃布剪切力法進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)。在一定的范圍內(nèi)，剪切力與嫩度呈負(fù)相關(guān)。在組織學(xué)上，肌纖維特性、肌原纖維蛋白特性以及肌肉結(jié)締組織特性是影響肌肉嫩度的3大因素。隨著屠宰后肌肉pH降低，溶酶體膜變得越來越不穩(wěn)定，導(dǎo)致組織蛋白酶釋放到肌漿中，并獲得水解的肌原纖維蛋白，緊接著由于肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白降解，導(dǎo)致肉嫩化的作用被大大降低。另外宰后肉類的pHu也是影響嫩度的一個(gè)重要指標(biāo)，一般來說，中等pHu(5.8≤pH≤6.19)的肉類比低pHu(pH≤5.79)和高pHu(pH≥6.2)的肉類更加堅(jiān)硬。據(jù)報(bào)道，熱季節(jié)牛肉的沃布剪切力值顯著低于冷季節(jié)牛肉，而pHu(6.24)則高于冷季節(jié)牛肉。因此，熱應(yīng)激會(huì)影響牛肉嫩度，其原因可能是熱應(yīng)激導(dǎo)致肉類的pH發(fā)生了變化。

1.5 風(fēng)味

肉的風(fēng)味包括肉的滋味和香味兩方面，分別由肉中水溶性風(fēng)味前體物質(zhì)和揮發(fā)性香味物質(zhì)構(gòu)成。它們的質(zhì)和量不斷發(fā)生變化，最終共同影響肉的風(fēng)味。目前，有關(guān)熱應(yīng)激對(duì)牛肉風(fēng)味物質(zhì)影響的研究主要集中在肌內(nèi)脂肪(intramuscular fat，IMF)和肌苷酸(inosine monophosphate acid，IMP)這兩種風(fēng)味物質(zhì)上。IMF中所含的一些脂溶性成分及其降解物(如醛、醇和酮類)均可提高牛肉的風(fēng)味，而IMP是存在于肌肉中的腺苷三磷酸(adenosine triphosphate，ATP)代謝的中間產(chǎn)物，是鮮味物質(zhì)和產(chǎn)生肉香味的物質(zhì)。Hughes等研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期高溫導(dǎo)致牛肉胸肌中IMF含量明顯升高，而IMP含量下降，從而影響屠宰后肉質(zhì)的評(píng)分。

2 sHSPs影響牛肉品質(zhì)的機(jī)制

目前國(guó)內(nèi)外報(bào)道，對(duì)肉質(zhì)影響最為密切的熱應(yīng)激蛋白家族是sHSPs。熱應(yīng)激蛋白(heat shock proteins, HSPs)是原核細(xì)胞和真核細(xì)胞在受到熱、病原體、理化等有害因素刺激后發(fā)生熱應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)生的一類由熱應(yīng)激基因所編碼的高度保守的應(yīng)激蛋白。HSPs按其單體分子大小可分為5類，其中4類的分子質(zhì)量分別為60 kDa、70 kDa、90 kDa和100 kDa，分別稱為HSP60、HSP70、HSP90和HSP100，sHSPs是熱應(yīng)激蛋白家族的第5類。已知哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)了11種sHSPs，從12～43 kDa都有分布，是HSP家族中分子量最小的。和其他家族的熱應(yīng)激蛋白相比，該類蛋白不需要ATP即可發(fā)揮作用。

2.1 sHSPs的結(jié)構(gòu)

sHSPs單體由幾個(gè)不同的結(jié)構(gòu)域組成，所有家族成員的C末端都有一個(gè)共有的結(jié)構(gòu)區(qū)域——α-晶體結(jié)構(gòu)域。此結(jié)構(gòu)域由80～100個(gè)氨基酸殘基組成，還包含有9個(gè)β折疊片層，因和αβ-晶體蛋白有很高的同源性，也被稱為αβ-晶體蛋白區(qū)域。在N末端存在一個(gè)保守的WDPF結(jié)構(gòu)域，主要由長(zhǎng)短可變的氨基酸殘基序列構(gòu)成。正是由于WDPF和α-晶體結(jié)構(gòu)域的位點(diǎn)長(zhǎng)度差異，造成了sHSPs分子量的變化。當(dāng)發(fā)生應(yīng)激反應(yīng)時(shí)，sHSPs會(huì)聚合或解離，可形成不同相對(duì)分子量的低聚體復(fù)合物，以此發(fā)揮相應(yīng)的生物功能。

2.2 sHSPs作為肉類質(zhì)量屬性的生物標(biāo)志物

某些肉類質(zhì)量屬性是由蛋白質(zhì)介導(dǎo)的，因此，在肉類科學(xué)中應(yīng)用蛋白質(zhì)組學(xué)可用來預(yù)測(cè)肉類質(zhì)量的生物標(biāo)志物。sHSPs作為分子伴侶參與一些與肉質(zhì)相關(guān)的功能，如蛋白質(zhì)的重組和折疊、調(diào)控肌動(dòng)蛋白的聚合、調(diào)節(jié)平滑肌的收縮等。其中，HSP20、HSP27、αβ-晶體蛋白與肉類質(zhì)量有關(guān)。Bernard等研究表明，牛肉質(zhì)量屬性(包括嫩度、色澤、多汁性)與HSP27、αβ-晶體蛋白的濃度呈負(fù)相關(guān)。熱應(yīng)激時(shí)sHSPs的上調(diào)，可能是通過改變蛋白質(zhì)折疊、微管聚合和聚集，減弱了肌纖維的降解并阻止凋亡細(xì)胞的死亡過程，從而影響肉類的嫩度。另外，Balan等研究發(fā)現(xiàn)，HSP20和HSP27的降解與肌原纖維蛋白和肌鈣蛋白的降解高度相關(guān)。這一結(jié)果證實(shí)sHSPs與肉嫩度發(fā)育之間存在聯(lián)系，表明sHSPs的降解程度可作為肌原纖維蛋白降解程度的指標(biāo)，從而判斷肉的嫩化程度。

2.3 sHSPs對(duì)牛肉嫩度的影響

一般來說，肉的嫩度差則韌性高，反之亦然。研究早期的蛋白質(zhì)組學(xué)發(fā)現(xiàn)，在硬肉和嫩肉之間的sHSPs表達(dá)是可變的。目前關(guān)于肌肉中sHSPs的表達(dá)與肉嫩度的關(guān)系存在兩種相互矛盾的觀點(diǎn)。Carra等用蛋白質(zhì)組學(xué)分析顯示，HSP27的表達(dá)與牛肉韌性之間存在正相關(guān)關(guān)系。其原因可能是由于sHSPs作為分子伴侶能夠維持蛋白質(zhì)的功能完整性，而當(dāng)HSP27和αβ-結(jié)晶蛋白的表達(dá)下調(diào)時(shí)，有利于肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白的水解從而提高肉的嫩度。Cramer等研究表明，HSP27的抗凋亡功能可能通過延遲肌肉細(xì)胞凋亡的發(fā)生和阻止半胱天冬酶-3的激活，在一定程度上有助于宰后肉的韌性。與之相反，Morzel等報(bào)道HSP27的表達(dá)與牛肉韌性呈顯著負(fù)相關(guān)。與此同時(shí)，Guillemin等研究發(fā)現(xiàn)公牛的胸長(zhǎng)肌中HSP27和HSP20表達(dá)水平要比半腱肌高。雖然在這些研究中沒有剪切力的測(cè)量，但研究發(fā)現(xiàn)胸長(zhǎng)肌的肉要比半腱肌更嫩。這在一定程度上支持了HSP27的表達(dá)與牛肉韌性呈負(fù)相關(guān)的觀點(diǎn)。據(jù)報(bào)道，肉類在熟化過程中會(huì)發(fā)生蛋白質(zhì)聚集，既能改變骨骼肌纖維蛋白的化學(xué)和物理識(shí)別位點(diǎn)又能降低其蛋白降解的敏感性。高濃度的sHSPs在胸長(zhǎng)肌中被檢出，以防止蛋白質(zhì)聚集的形成，并促進(jìn)肌肉纖維蛋白的水解，從而提高肉的嫩度。

2.4 sHSPs對(duì)牛肉肉色的影響

除了牛肉嫩度外，sHSPs的表達(dá)量與肉色也有相關(guān)性。Kim等研究表明，牛肉的HSP27和αβ-晶體蛋白濃度高，其對(duì)應(yīng)的肉色是黑色的。與之相類似，αβ-晶體蛋白和HSP27的表達(dá)與肌肉L值呈顯著負(fù)相關(guān)。已有報(bào)道，pH對(duì)肉類顏色有影響，牛肉的L值與pH呈顯著負(fù)相關(guān)。這被認(rèn)為是在較高pH的肉類中線粒體活動(dòng)的增強(qiáng)，使得肌紅蛋白保持在深色的還原肌紅蛋白狀態(tài)，而不是更吸引人的櫻桃紅氧合肌紅蛋白狀態(tài)。而且，屠宰前長(zhǎng)期應(yīng)激導(dǎo)致宰后牛肉pH升高，并誘導(dǎo)sHSPs的上調(diào)，從而使肉的色澤較暗。因此，可以推測(cè)深色肉類中較高水平的sHSPs與其在應(yīng)激動(dòng)物體內(nèi)的上調(diào)是密切相關(guān)的。

3 展 望

本文主要就熱應(yīng)激對(duì)牛肉品質(zhì)的影響進(jìn)行了分析，并探討了sHSPs影響牛肉肉質(zhì)的機(jī)制，以期為今后更為廣泛的環(huán)境因數(shù)與牛肉品質(zhì)方面的研究提供相關(guān)思路。然而目前全球化的氣溫變暖是大趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)科學(xué)家對(duì)品種改良優(yōu)先追求的是高產(chǎn)性狀而不是耐熱性和氣候適應(yīng)，那么熱應(yīng)激對(duì)動(dòng)物健康和生產(chǎn)性能的損害會(huì)繼續(xù)存在，并在妊娠期間由后代獲得。因此在保證高產(chǎn)性狀和一定繁殖能力前提下，緩解動(dòng)物熱應(yīng)激的品種遺傳改良可以作為一條有效路徑。另外熱應(yīng)激影響牛肉品質(zhì)具體機(jī)制的研究較少，以后還需要進(jìn)一步加強(qiáng)。