内蒙古放牧和舍饲牛肉矿物质指纹特征

白扬　雒帅　王倩　杜权　郭军　孙海洲

摘 要：為系统评价不同饲养方式牛肉的矿物质特征，从内蒙古自东向西8 个旗县采集放牧和舍饲牛股二头肌和背最长肌样品共80 份，测定其中27 种样品矿物质元素含量，并进行主成分分析。结果表明：各旗县牛肉按照放牧和舍饲2 种饲养方式或地区聚类，饲养方式聚类较地区聚类更明显;地区聚类与饲养方式聚类趋势一致，放牧旗县与舍饲旗县分别聚类;进一步分析表明呼伦贝尔和锡林郭勒2 个放牧地区分离，科尔沁左翼后旗、正蓝旗、呼市南郊和乌审旗4 个舍饲旗县分别单独聚类。股二头肌和背最长肌聚类部分重叠，有分离趋势。饲养方式、产地和肌肉部位矿物质的配伍方差分析和配对t检验差异不显著，常规统计对矿物质整体差异不敏感。放牧牛肉钾、镁、磷、钼、锰、镉、锂、锶、银、钡和铊含量显著高于舍饲牛肉，舍饲牛肉锌、硒、钴、铷和铯含量显著高于放牧牛肉。舍饲牛肉硒含量是放牧牛肉的2.1 倍，且自东部向西部呈递增趋势。

关键词：牛肉;放牧;舍饲;矿物质;主成分分析

Mineral Fingerprint Characteristics of Pasture-fed and Barn-fed Beef in Inner Mongolia

BAI Yang1， LUO Shuai1， WANG Qian1， DU Quan1， GUO Jun1，*， SUN Haizhou2

（1.College of Food Science and Engineering， Inner Mongolia Agricultural University， Hohhot 010018， China; 2.Institute of Animal Nutrition and Feed， Inner Mongolia Academy of Agricultural and Animal Husbandry Sciences， Hohhot 010031， China）

Abstract： A total of 80 samples of Biceps femoris and Longissimus dorsi muscles of pasture-fed and barn-fed cattle were collected from 8 banners/counties distributing from east to west in Inner Mongolia for the determination of 27 mineral elements， and principal component analysis （PCA） and descriptive statistics analysis were conducted on the data obtained. Results indicated cluster analysis showed better performance in discriminating among feeding systems than among regions despite consistent trends. Pasture-fed and barn-fed beef samples from different regions were clustered. Further analysis demonstrated that good separation was achieved between the pastures of Hulunbuir and Xilingol. Barn-fed beef samples from Horqin Left Wing Rear Banner， Zhenglan Banner， the Southern suburb of Hohhot and Uxin Banner were clustered separately. A tendency of separation between Biceps femoris and Longissimus dorsi samples was found despite a partial overlap. In paired analysis of variance （ANOVA） and paired t-test， no significant differences in the minerals were observed between feeding systems， geographical origins， and muscles， indicating that the conventional statistics is not sensitive to differences in minerals. The contents of K， Mg， P， Mo， Mn， Cd， Li， Sr， Ag， Ba and Tl in pasture-fed beef were significantly higher than those in barn-fed beef， while the contents of Zn， Se， Co， Rb and Cs in barn-fed beef were significantly higher than those in pasture-fed beef. The content of Se in barn-fed beef was 2.1 times higher than that in pasture-fed beef， and it showed an increasing trend from east to west in Inner Mongolia.

Keywords： beef; pasture-fed; barn-fed; mineral; principal component analysis

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20201120-270

中图分类号：TS251.1

文献标志码：A 文章编号：1001-8123（2021）01-0012-07

引文格式：

白扬， 雒帅， 王倩， 等. 内蒙古放牧和舍饲牛肉矿物质指纹特征[J]. 肉类研究， 2021， 35（1）： 12-18. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20201120-270.    http：//www.rlyj.net.cn

BAI Yang， LUO Shuai， WANG Qian， et al. Mineral fingerprint characteristics of pasture-fed and barn-fed beef in inner mongolia[J]. Meat Research， 2021， 35（1）： 12-18. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20201120-270.    http：//www.rlyj.net.cn

牛肉是内蒙古优势特色畜产品，富含优质蛋白质、维生素和胆碱，以及铁（Fe）、铜（Cu）、锌（Zn）和硒（Se）等人体必需的微量元素，具有增强体质和机体免疫力等重要作用，备受消费者青睐[1-4]。近年来由于生态保护需求与增产增效的矛盾，内蒙古部分地区养牛业从放牧饲养逐步向集约化舍饲养殖发展[5]。研究表明牛肉中矿物质特征（营养水平）受饲养方式、产地、部位、品种、采样季节等诸多因素影响[6-10]。放牧和舍饲生态成本不同，牛的运动状况及饲料不同，牛肉品质和营养特征也会相应有所不同。雒帅等[11]对内蒙古典型放牧和舍饲牛肉的色度进行系统检测，主成分分析（principal component analysis，PCA）结果表明放牧和舍饲牛肉有明显的聚类分离。Freitas等[12]发现放牧牛肉中镁（Mg）含量显著高于舍饲牛肉，而钾（K）含量则低于舍饲牛肉;Mazola等[13]报道饲喂2 种不同蛋白质来源（大豆、花生糠）的牛肉中溴（Br）、钙（Ca）、铯（Cs）、镧（La）、钪（Sc）、Se、锶（Sr）、钍（Th）和Zn含量具有显著差异;Ku?evi?等[14]发现饲喂精饲料的牛肉中Zn含量显著高于喂养普通饲料的牛肉;Oliveira等[15]的研究結果证实肉牛饲料中添加富Se酵母可以提高牛肉中的Se含量。大量研究表明肉牛饲养方式或营养水平会影响牛肉中矿物质含量。国内外对放牧与舍饲牛肉矿物质的差异研究较少，在研究方法方面，基本都采用传统的描述性统计和差异检验，这种对每一种元素差异的孤立分析，不能直观可视化呈现放牧与舍饲牛肉矿物质谱（指纹）的整体差异，鲜有基于化学计量学的矿物质指纹聚类分析和分类分析对饲养模式的判别和评价。

内蒙古放牧和舍饲（地区）牛肉矿物质特征缺乏系统的研究和评价。本研究从内蒙古牧区、农区和城市郊区典型肉牛养殖区域选点采集放牧和舍饲牛肉样品，测定27 种常量和微量元素含量，对饲养方式（舍饲和放牧）、地区（旗县）、部位（股二头肌和背最长肌）进行化学计量学聚类分析，旨在探明内蒙古放牧和舍饲牛肉的矿物质特征，评价以矿物质指纹区分牛肉饲养方式的可行性，以期为肉类品质评价、真实性判别以及产地溯源等提供一种创新策略和方法，丰富内蒙古地区牛肉矿物质检测数据库。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

在内蒙古东部、中部和西部典型肉牛养殖牧区、农区和城市郊区选点采集放牧和舍饲牛肉样品，共计80 份。放牧牛肉样品采自呼伦贝尔草原鄂温克旗、新巴尔虎左旗和锡林郭勒草原苏尼特左旗、苏尼特右旗;舍饲牛肉样品采自通辽市科尔沁左翼后旗、锡林郭勒草原正蓝旗、呼和浩特市南郊和鄂尔多斯乌审旗。牛肉样品均在屠宰现场采样，取股二头肌和背最长肌，密封，迅速制冷和冷冻;将样品在冷冻状态下剔除筋膜及脂肪，切成肉丁，加入液氮翻炒后冷冻粉碎，转移至样品瓶中于-80 ℃冷冻保藏备用。

质量浓度为1 000 μg/mL的钠（Na）、K、Ca、Mg、Fe、Zn、Cu、锰（Mn）、Se单元素标准溶液（均为优级纯） 国家有色金属及电子材料分析测试中心;多元素混合标准溶液（优级纯）由内蒙古自治区矿产实验研究所提供;猪肝生物成分分析标准物质GBW10051

（GSB-29） 中国地质科学院地球物理地球化学勘察研究所;高氯酸、硝酸、盐酸、硫酸、氧化镧（均为优级纯） 国药集团化学试剂有限公司;硼氢化钾、氢氧化钾、铁氰化钾、无水亚硫酸钠、对苯二酚、钼酸铵（均为分析纯） 天津市大茂化学试剂厂。

1.2 仪器与设备

TAS-990原子吸收分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司;AFS-3100原子荧光光谱仪 北京科创海光仪器有限公司;X Series 2电感耦合等离子质谱仪 赛默飞世尔科技（中国）有限公司;UH5300紫外分光光度计 北京天美科技有限公司。

1.3 方法

K、Na、Ca、Mg、Fe、Zn、Cu、Mn、磷（P）和Se含量的测定参照各元素相应的国家标准方法进行;铬（Cr）、钴（Co）、钼（Mo）、镍（Ni）、铅（Pb）、镉Cd）、锡（Sn）、锂（Li）、钛（Ti）、铷（Rb）、Sr、银（Ag）、锑（Sb）、碲（Te）、Cs、Ba和铊（Tl）含量的测定参照GB 5009.268—2016《食品安全国家标准 食品中多元素的测定》[16]进行。

1.4 数据处理

使用Excel软件进行数据录入和整理，用Pirouette 4.5化学计量学软件（美国Infometrix公司）分别对饲养方式（舍饲和放牧）、地区、部位（股二头肌和背最长肌）分类下的矿物质特征进行PCA。用SPSS 20.0软件进行描述性统计和差异性检验。每种矿物质的分类间差异进行独立样本t检验（放牧与舍饲）或单因素方差分析（各旗县间）。用配对样本t检验进行放牧与舍饲牛肉样品矿物质整体比较，用配伍方差分析进行旗县间牛肉样品矿物质整体比较。结果均用平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 内蒙古地区放牧与舍饲牛肉中矿物质的特征

由图1A和1B可知，内蒙古8 个旗县80 份牛肉样品按放牧和舍饲2 种饲养方式或以放牧地区和舍饲地区分别聚类。即鄂温克旗、新巴尔虎左旗、苏尼特左旗和苏尼特右旗4 个放牧地区的牛肉样品聚类，科尔沁左翼后旗、正蓝旗、呼市南郊和乌审旗4 个舍饲地区的牛肉样品聚类。由图1C可知，K、P、Mg、Mn、Mo、Sr、Li和Tl对放牧牛肉聚类贡献较大，Co、Fe、Zn、Se、Rb、Te和Cs对舍饲牛肉聚类贡献较大。

对放牧和舍饲牛股二头肌和背最长肌矿物质分别进行PCA，排除牛肉部位的矿物质特征差异，由图2A和3A可知，与饲养方式和地区聚类相比，放牧和舍饲牛股二头肌和背最长肌样品的聚类更集中，2 个聚类群的分离效果也更好，且背最长肌样品的聚类分离效果较股二头肌更好，聚类距离也较远。结果表明，以背最长肌矿物质指纹建立放牧和舍饲牛肉判别模型可行，值得进一步研究。

由图2B和3B可知，矿物质PCA根向量图直观清晰地显示K、Mg、P、Tl、Sr、Ba、Cu、Mo、Mn和Pb对放牧牛股二头肌聚类贡献较大，Se、Rb、Zn、Co、Fe和Te对舍饲牛股二头肌聚类贡献较大;K、Mg、Mo、Mn和Ba对放牧牛背最长肌聚类贡献较大，Se、Cs、Rb、Zn和Cr对舍饲牛背最长肌聚类贡献较大。

2.2 内蒙古不同地区牛肉中矿物质特征

对鄂温克旗、新巴尔虎左旗、苏尼特左旗和苏尼特右旗4 个放牧旗县牛肉矿物质进行PCA，由图4A可知，同属呼伦贝尔的鄂温克旗和新巴尔虎左旗的牛肉样品交叉分布在分界线上方，锡林郭勒的苏尼特左旗和苏尼特右旗牛肉样品交叉分布在分界线下方，说明呼伦贝尔和锡林郭勒牛肉的矿物质指纹存在差异。由根向量图（图4B）可知，Na、Ca、Mg、Fe、Zn、Cu、Mn、Cd、Cs和Rb对呼伦贝尔2 个旗县聚类贡献较大，Ni、Tl、Sr、Cr和Li对锡林郭勒2 个旗县聚类贡献较大。

对科尔沁左翼后旗、正蓝旗、呼市南郊和乌审旗4 个舍饲地区牛肉矿物质进行PCA，由图5A可知，乌审旗牛肉样品与科尔沁左翼后旗和正蓝旗明显分离，与呼市南郊虽有交叉，但可以明显分离，正蓝旗与科尔沁左翼后旗牛肉样品有交叉，但分离趋势也较明顯，说明4 个舍饲地区牛肉的矿物质特征各不相同。由根向量图

（图5B）可知，乌审旗牛肉样品中Co、Te和Se含量较高，呼市南郊牛肉样品中Pb含量较高，科尔沁左翼后旗牛肉样品中P、K、Mg和Rb含量较高，正蓝旗牛肉样品中Tl含量较高。

2.3 内蒙古地区牛股二头肌与背最长肌中矿物质特征

对牛股二头肌和背最长肌样品矿物质进行PCA，由图6可知，牛股二头肌与背最长肌样品虽有交叉，但有明显分离趋势，根向量图显示Na、Co、Mo、Mn、Cu、Cd和Pb对股二头肌聚类贡献率较高，K、P和Sn对背最长肌聚类贡献率较高。

2.4 内蒙古不同地区放牧与舍饲牛肉中的矿物质含量

对每种矿物质元素含量在放牧和舍饲牛肉间的差异作独立样本t检验。由表1可知，放牧牛肉中K、Mg、P、Mo、Mn、Cd、Li、Sr、Ag、Ba和Tl含量显著高于舍饲牛肉，舍饲牛肉中Zn、Se、Co、Rb和Cs含量显著高于放牧牛肉。舍饲牛肉中Se含量是放牧牛肉的2.1 倍，且自东部向西部有递增趋势。西部乌审旗和中部呼市南郊牛肉Se含量水平整体高于中东部地区，东部新巴尔虎左旗牛肉中Se含量最低。乌审旗牛肉Se含量分别是新巴尔虎左旗牛肉的4.3 倍，鄂温克旗牛肉的2.4 倍，苏尼特右旗牛肉的2.2 倍，苏尼特左旗牛肉的2.1 倍。内蒙古东西部各旗县牛肉Se含量存在显著地域差异，这可能与内蒙古东西部Se的地壳丰度有关[17]，也可能与饲养方式不同有关[18-19]。

对每种矿物质元素含量在相同饲养方式下不同旗县牛肉间的差异作单因素方差分析。由表1可知，鄂温克旗、新巴尔虎左旗、苏尼特左旗和苏尼特右旗4 个放牧旗县牛肉中，有20 种矿物质元素（K、Ca、Mg、Fe、Zn、Cu、Se、Cr、Co、Mo、Ni、Pb、Cd、Li、Ti、Rb、Sb、Te、Cs和Tl）含量存在显著性差异。同属呼伦贝尔的鄂温克旗、新巴尔虎左旗牛肉中K、Ca、Zn、Cu、Cd和Cs 6种矿物质元素的含量显著高于锡林郭勒盟的苏尼特左旗、苏尼特右旗。鄂温克旗牛肉的Rb含量较高，苏尼特右旗牛肉的Tl含量较高，新巴尔虎左旗牛肉的Se含量较低。科尔沁左翼后旗、正蓝旗、呼市南郊和乌审旗4 个舍饲地区牛肉中有18 种矿物质元素（K、Na、Ca、Mg、P、Fe、Zn、Se、Co、Mn、Ni、Ti、Rb、Sr、Sb、Te、Cs和Tl）含量均存在显著性差异。乌审旗牛肉中Se、Co和Te含量显著高于科尔沁左翼后旗、正蓝旗和呼市南郊，而K、Mg、Tl含量则相反。这与描述性统计和PCA根向量图中的矿物质元素含量分析结果一致。

饲养方式和产地矿物质的配伍方差分析和配对t检验差异不显著，常规统计方法对矿物质整体差异不敏感，不能克服组内差异的屏蔽，组间差异不显著则不能判别各分类间矿物质的总体差异。常规统计对单种矿物质元素的分类间差异比较敏感，但不能利用单种或少数几种矿物质元素含量的差异判别各分类，表明传统统计方法在多指标整体分析方面具有局限性。

3 讨 论

3.1 放牧与舍饲对牛肉中矿物质特征的影响

家畜饲养方式是影响畜肉矿物质含量和特征的一项重要因素，饲粮中矿物质含量以及不同饲养方式下家畜运动量的不同在一定程度上均会影响矿物质在家畜体内的沉积[20-21]。李聚才等[22]发现在饲料中添加有机Se可明显增加家畜肌肉和内脏组织中Se沉积量。梅宁安等[23]报道添加营养舔砖可明显提高羊肌肉和肝脏中Se、Cu、Zn、Mn和Co的含量。

本研究对比内蒙古8 个旗县放牧和舍饲牛肉中27 种矿物质元素，PCA结果显示放牧和舍饲牛肉明显分离，说明放牧和舍饲牛肉中的矿物质元素含量存在差异，不同的饲养方式和饲料均会对牛肉中矿物质元素的沉积量產生很大影响。不同地区牛肉矿物质特征同样按饲养方式聚类，放牧地区和舍饲地区牛肉分别聚类，表明饲养方式的影响较地区更明显。在人体必需矿物质元素中，舍饲牛肉Se含量显著高于放牧牛肉，是放牧牛肉的2.1 倍，其他人体必需矿物质元素含量虽在统计学上有差异，但绝对差异较小，这也提示纯天然种养殖食品的营养价值未必比人工饲养更高。对牛股二头肌和背最长肌2 个部位矿物质特征分别按照饲养方式进行PCA，与整体分析结果一致，放牧和舍饲样品均能够明显分离。由于消除了部位间差异的干扰，股二头肌和背最长肌单独按照饲养方式分析的效果均较总样本整体分析效果好，且利用背最长肌矿物质特征区分放牧和舍饲牛肉的效果更好，提示以牛背最长肌矿物质指纹特征建立放牧与舍饲牛肉判别模型可行，值得做细致研究。

3.2 不同区域对牛肉中矿物质特征影响

地壳中矿物质具有“丰度效应”，不同地区土壤、牧草及农作物中某些元素含量可能有较大差异，而牧草及饲料是家畜矿物质营养的主要来源，因此牛肉中矿物质含量及特征与其生长区域土壤和其周围环境密切相关[24]。

刘美玲等[25]从内蒙古10 个旗县采集77 份绵羊肉测定并分析其中17 种微量元素特征，发现不同旗县绵羊肉矿物质特征存在差异。Kim等[26]通过检测分析猪肉中29 矿物质元素，可以区分韩国猪肉与美国、德国、澳大利亚、荷兰、比利时进口猪肉。

本研究中同属呼伦贝尔的鄂温克旗和新巴尔虎左旗放牧牛肉样品聚类，锡林郭勒盟的苏尼特左旗和苏尼特右旗放牧牛肉样品聚类，而呼伦贝尔和锡林郭勒2 个地区放牧牛肉样品互相分离，说明相同来源地牛肉矿物质特征相近，而不同来源牛肉矿物质特征存在差异，提示呼伦贝尔和锡林郭勒两个地区土壤矿物质含量存在差异。科尔沁左翼后旗、正蓝旗、呼市南郊和乌审旗4 个舍饲地区牛肉矿物质PCA结果显示4 个舍饲地区牛肉样品各自聚类，造成这一差异的原因与各地区养殖条件和饲粮种类有关。内蒙古东西部跨度较大，不同地区依据当地现有优势资源选择合适的饲料发展舍饲养殖，如干草、青贮、农作物秸秆、玉米颗粒和精饲料等，同时为预防舍饲牛因缺乏矿物质而导致疾病，在育肥过程中还会提供盐砖等矿物质添加剂等[27]，不同地区饲料种类以及添加剂成分的不同均会导致牛肉中矿物质含量有差异。

3.3 股二头肌与背最长肌对牛肉中矿物质特征的影响

对牛股二头肌和背最长肌矿物质元素特征整体进行PCA，结果表明，2 种部位牛肉具有明显分离趋势。这可能与不同部位肌肉组织结构、生理功能以及不同饲养方式下牛的生活习性等因素有关[28]，其分布与沉积机制还需要进一步的深入研究。

3.4 内蒙古不同地区牛肉中的Se含量

内蒙古东西部各旗县牛肉Se水平存在显著地域差异，这既与内蒙古东西部Se的地壳丰度有关，也与饲养方式的影响或作用有关。内蒙古除少数区域外，几乎全区处于严重缺Se和缺Se地带，东部地区缺Se尤为严重[29-30]。

本研究中最东部呼伦贝尔草原新巴尔虎左旗牛肉Se含量显著低于最西部的旗县，与我国和内蒙古东西部地壳Se丰度差异一致，说明土壤Se丰度效应对家畜肉的Se水平有关键作用[31]。

4 结 论

本研究较为系统地对比分析了内蒙古地区放牧与舍饲对牛肉中矿物质含量的影响，发现内蒙古地区牛肉Se含量自东向西呈阶梯式上升趋势;内蒙古8 个旗县牛肉矿物质特征的PCA结果直观地显示了内蒙古草原放牧与舍饲牛肉中矿物质元素特征的差异，表明用矿物质指纹区分放牧与舍饲牛肉是可行的。

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收稿日期：2020-11-20

基金项目：内蒙古自治区应用技术研究与开发资金计划项目（201702089）

第一作者简介：白扬（1995—）（ORCID： 0000-0002-1788-6456），女，硕士，研究方向为营养与食品安全。

E-mail： 1254141700@qq.com

通信作者简介：郭军（1969—）（ORCID： 0000-0002-3964-7755），男，教授，博士，研究方向为营养与食品安全。

E-mail： guojunge@imau.edu.cn