影响猪肉系水力的主要因素及相关机制研究进展

乔佳鑫，周 健，邢萍萍，谭宝华，严冠豪，洪林君，郑恩琴，杨 杰，蔡更元,2，吴珍芳,2，黄思秀*，顾 婷*

（1.华南农业大学动物科学学院，国家生猪种业工程技术研究中心，广东广州 510642；2.广东温氏种猪科技有限公司，广东新兴 527439）

据统计，2008—2017年我国猪肉人均消费量约为20.50 kg，2017年我国猪肉人均消费占总肉类人均消费的56.45%。猪肉中水分流失会造成大量的经济损失，市场上50%的猪肉存在较高的滴水损失。猪肉品质是一个复杂的经济性状，评价肉品质需从加工技术指标（肌内脂肪含量、肌纤维长度、pH、系水力等）、感官指标（肉色、嫩度、大理石纹等）及风味物质指标（风味氨基酸含量、脂肪酸含量等）等方面进行。其中，系水力是最重要的肉品质指标之一，即肌肉保持水分的能力，通过滴水损失来反映。鲜肉的滴水损失一般为1%～3%，劣质白肌肉（Pale Soft Exudative，PSE）的滴水损失可达10%。系水力决定肉的多汁性、营养组成、肉色外观、酸碱度和其他感官特性，从而影响消费者的满意度。水分流失会导致重量下降，造成血红素流失及可溶性风味物质损失，严重影响肉品质。因此，在保证肉用动物肌肉产量的同时，改善和提高肉品系水力一直是肉品科学领域的研究热点，具有重要的生产意义。

近年来，与系水力相关的遗传位点不断被挖掘，但在功能验证、分子机制及调控信号通路等方面的研究进展缓慢，一方面由于系水力是一个多基因作用的复杂性状，另一方面国内检测猪肉水分状态受制于仪器设备的局限，针对不同存在形式水的分布无法精确检测。本文主要介绍了饲养管理、饲料、肌肉结构等方面对系水力造成的影响，以及系水力的检测方法、受调控的分子机制等，以期为提高猪肉系水力、改良猪肉品质提供理论参考。

1 猪骨骼肌中水的存在形式

猪骨骼肌含水量约为75%，通常以结合水、不易流动水和自由水3种形式存在。在肌细胞内，水分存在于肌原纤维内、肌原纤维间、肌原纤维与细胞膜间、肌细胞间以及肌束间。水是一种偶极分子，易被带电分子吸引，肌肉中的肌球蛋白含有相对较多的碱性氨基酸，易与水分子作用形成结合水。结合水存在于肌肉的肌原纤维中，与蛋白质紧密结合，在外力或加热、冷冻等条件下不易流失，约占肌肉总水分的10%。在肌肉中大部分的水被称为不易流动的水，受到肌肉的空间结构束缚及蛋白质结合水的吸引而封存在肌肉中，这部分水在屠宰早期不易流失，但随着时间延长，无氧呼吸和乳酸的积累导致肌肉pH降低，蛋白质变性，从而对水的吸引降低，水分逐渐流失导致肉含水量下降，影响肉品质。此外，自由水仅靠微弱的表面张力存在于肌肉中，往往在屠宰后几分钟内已流失。

目前根据肌肉中水的存在形式和结合方式的不同，能够通过核磁共振的物理方法进行检测。原子核受到一个交变电磁场相应频率的电磁波作用时，能吸收射频波能量从低能态向高能态发生跃迁，在停止射频脉冲后，原子核释放吸收的能量返回基态称为弛豫过程。低场测定发出的脉冲很小，不会对食品内部结构产生影响，利用低场核磁共振技术（Low-Field Nuclear Magnetic Resonance，LF-NMR）测定水分子中质子H核的横向和纵向弛豫时间，能分析出自由水、结合水和不易流动水的水分含量，因此该技术被广泛应用于肉类系水力的研究。例如，检测不同部位猪肉的水分含量、屠宰后水分的流失情况等，依靠该技术的相关研究表明鲜肉注水量在10%以下滴水损失、剪切力、肉色差值、剪切力等指标表现较好。因此，LF-NMR技术被广泛应用于肉制品评价加工体系，但目前国内相关仪器设备匮乏，其相关猪肉系水力的研究也相对较少。

2 影响肌肉系水力的主要因素和调控机制

2.1 饲料营养因素 饲料营养对猪肉品质及系水力的影响主要分为4个方面：一是蛋白质及氨基酸含量，生产中使用低蛋白日粮能节约成本，针对性地设计日粮配方甚至能调节相关基因的表达，进而改善肉品质，如饲粮中添加10%苜蓿草粉可改善肌肉嫩度、鲜味、肉色，添加色氨酸可有效降低猪肉滴水损失；二是脂类含量，在日粮中增加脂类不会显著改善肉品质，甚至不能增加猪肉脂肪酸含量，但饲粮中添加脂肪酸会提高系水力和改良猪肉品质；三是维生素含量，饲粮中添加维生素E、维生素C、维生素D能增强肉色、提高系水力；四是微量元素及矿物质含量，微量元素在饲料中必不可少，其中硒和镁是猪健康生长的必需微量元素，镁是谷胱甘肽氧化酶的组成成分，硒是能量与蛋白质新陈代谢的酶促反应中的一种重要组成元素，饲粮中镁或硒减少会加剧氧化还原反应，增加滴水损失。

2.2 品种及饲养管理因素 日龄、品种、体重及屠宰方式等对肉品质及系水力都有一定影响。品种和年龄是影响肉类系水力的主要因素之一，与幼年猪相比，老年猪的肌纤维往往较粗，肉品质较差，水分含量较少，地方猪种的肉品质通常显著优于外来品种猪。目前市场上常见的瘦肉型外三元商品猪，杜洛克猪的肉品质相比大白猪和长白猪明显更好，系水力也显著更高。纯种猪和杂种猪在系水力上也存在差异，Aboagye等采用NMR技术对意大利地方猪品种肌内水分析发现，与杂种猪相比，Apulo-Calabrese纯种猪的肌原纤维水分含量显著增加，系水力更优。生产中，生猪屠宰的方式主要分为2种，电击致晕往往伴随着高频率骨折风险，高浓度二氧化碳致晕会造成内脏淤血，但电击的猪肉pH下降速率加快，造成宰后水分流失增加。

饲养环境的不同，如饲养密度大、饲喂方式不正确、饲料营养不足，甚至是运输不善都会显著影响系水力。畜舍温度较高更有益于沉积不饱和脂肪酸，导致肉质变差，屠宰程序不当往往引起猪应激综合征产生，造成PSE肉和DFD肉产生，严重影响肉品质及系水力。运输性应激在一年四季均可引起商品猪宰后发生PSE肉而使系水力降低，以夏季发生率最高（11.54%），春季最低（2.56%），系水力比正常猪肉低7.9%～8.9%。

2.3 肌肉生理生化状态

2.3.1 活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS） ROS是指体内一类氧的单电子还原产物，是电子在未能传递到末端氧化酶之前漏出呼吸链并消耗约2%的氧产生的，包括氧的一电子还原产物超氧阴离子、过氧化氢等，会使肌肉蛋白质氧化，导致蛋白质的碎裂和聚集，进而导致肉品质差、系水力差。有关蛋白质氧化的研究主要集中在氧化蛋白与年龄有关疾病（如阿尔茨海默病）中发挥的作用，除肌原纤维蛋白在肉类成熟和储存过程中受ROS影响的报道外，有关蛋白质氧化带来的肉品质问题的研究并不多见，但系水力性状尤其易受蛋白质氧化产物（如氧化肌动蛋白和氧化聚合体）的影响。超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）、过氧化氢酶（Catalase，CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶1（Glutathione Peroxidase，GPX1）等ROS清除剂可防止骨骼肌内的蛋白质氧化，进而改善系水力。角鲨烯环氧化酶（Squalene Epoxidase，）编码基因纯合猪的系水力明显高于杂合猪，且干扰基因会影响成肌和成脂相关基因的表达，并抑制ROS清除剂编码基因的表达，最终影响猪肉的系水力。运用气调结合光催化技术会改善猪肉冷藏过程中的菌落数量并减缓腐败，但同时会引起ROS增多，加剧脂肪氧化程度；随着氧气浓度增加，肌纤维内ROS增多，猪肉的水分损失增加，蛋白质和脂质氧化程度更大。

2.3.2 盐离子浓度、pH与细胞结构变化 pH及盐离子浓度的改变会显著影响肉色和系水力，pH快速下降会造成肌肉中色素蛋白、肌红蛋白和肌浆蛋白部分变性，从而改变肉类的颜色和系水力。猪宰后肌肉组织为提供ATP从有氧呼吸变为无氧呼吸，造成乳酸大量积累，pH迅速下降，当pH达到主要蛋白质的等电点（pI），特别是肌球蛋白（pI=5.4），蛋白质的净电荷为零，造成蛋白质上的正负电荷数量基本上相等，相同的电荷相互排斥力降低，从而使这些结构更紧密地堆积在一起，最终导致肌肉水分流失。在低pH下，肌球蛋白发生变性，造成肌原纤维晶格间距缩小，猪肉腐败程度增加，剪切力、嫩度、肉色、系水力等下降。

图1 猪骨骼肌纤维肌内蛋白水解造成肌细胞收缩

屠宰后肌纤维内乳酸积累、pH下降引起蛋白水解，造成肌原纤维蛋晶格距减小，进而造成系水力显著下降。肌内蛋白包括肌纤维内的结合蛋白和肌纤维外的骨架蛋白，自由水靠细胞间的表面张力存在因而流失迅速，结合水存在于肌原纤维内与蛋白结合紧密因而不易流失，而不易流动水受pH影响和蛋白质水解作用对肌肉系水力产生重要作用。

肌纤维类型与系水力存在显著的相关性，I型肌纤维增加会造成肉质变差，DFD肉出现增多，肉品系水力下降。此外，肌浆含量也会影响系水力，肌浆含量少的肌原纤维系水力往往较差，并且随着变性肌浆蛋白含量增加，热变性肌原纤维的系水力也相应提高。肌细胞无氧呼吸、肌原纤维收缩、乳酸积累、pH下降等一系列反应的发生，引起肌细胞结构不断变化，造成肌肉中水分和其他物质流失、系水力下降，这也是PSE肉产生的原因。

2.3.3 肌间脂肪含量、温度影响系水力 温度对肌肉系水力的影响与pH类似，高温也会使细胞内蛋白质变性，破坏肌细胞分子结构，破坏骨架蛋白，造成细胞失水。pH和温度下降速率是影响屠宰后肉品质的2个最重要的因素，显著影响肌肉颜色、系水力和嫩度等肉品质性状。此外，肌间脂肪（Intermuscular Fat，IMF）含量也是影响猪肉品质的关键因素，IMF与系水力之间的相互关系暂无统一定论，但可以确定的是，与pH、温度及盐离子浓度相比IMF对猪肉系水力的影响不显著。近年来高肌间脂肪含量猪种培育增多，研究表明IMF含量和系水力不存在显著相关性，但同时提高IMF含量和系水力对肉品质的提高具有重要作用。猪体脂中所含脂肪酸分为不饱和脂肪酸（Poly Unsaturated Fatty Acids，PUFAs）和饱和脂肪酸，其中PUFAs是人体所需的必需脂肪酸，具有改善心血管、提高免疫功能等作用。由于猪体内缺乏饱和脂肪酸脱氢酶，不能自主合成PUFAs，因此猪肉中含有大量的饱和脂肪酸，食用过量容易增加高血压、高胆固醇等疾病的风险。IMF由磷脂和甘油三酯组成，其中磷脂占60%～70%，这些脂肪酸，特别是PUFAs是肌肉中特殊脂肪酸的重要前体，也是影响口感和风味的关键物质。IMF对肉品质有直接影响，IMF在小于2%时口感较差，在3%时呈现为理想的大理石纹，我国地方猪种的IMF含量大多在4%左右，比规模化瘦肉型猪种的IMF含量高，口感好。近年来，国内外培育了大量优质高肌间脂肪含量的猪种，这些猪种的IMF含量甚至可以达到9%。

2.4 遗传因素 一些遗传物质的改变会显著影响肉品质。从20世纪50年代至今，肉品质的遗传学研究进展缓慢。近年来随着生物信息技术的发展以及基因编辑技术的进步，发现并验证了一系列与肉品质相关的候选基因，具体见表1。

表1 影响猪肉系水力相关基因的研究进展

目前广泛研究的主效基因包括氟烷基因、酸肉基因（）和基因。基因是影响猪肉品质的一个最重要的标记基因，造成PSE肉或DFD肉产生的遗传基础。是指位于猪6q1.1到1.2的基因，当基因结构和功能发生改变，会影响钙离子通道释放钙离子进入肌细胞的能力，引起肌肉快速收缩。如果猪携带2个隐性突变基因，基因型为时就会产生PSE肉。研究表明，携带的3种基因型，都会对猪肉系水力、pH、肉色等性状产生影响，应用PCR方法可以鉴定所有突变基因型，因此目前该基因也得到有效控制。酸肉（）基因会显著影响肉品质，该基因仅见于汉普夏猪中，基因会使肌肉中的肌糖原含量显著提高，从而使得屠宰后肌肉无氧呼吸的程度加深，乳酸生成增多，导致肌肉最终的pH降低、系水力下降。基因是编码亚基的基因，与糖代谢有关，影响猪肉pH、肉色和系水力。

除主效基因外，越来越多与肉品质相关的候选基因也被发掘，包括基因家族、钙蛋白酶抑制蛋白基因等。例如与猪脂肪代谢密切相关的基因，包括脂肪型脂肪酸结合蛋白基因、心脏脂肪酸结合蛋白基因、肥胖基因、瘦素受体基因、黑皮质素受体基因、脂蛋白脂酶基因、激素敏感脂酶基因等。同品种的猪在出生后脂肪细胞会因环境或其他外界因素而影响其细胞发育的大小和重量，但脂肪细胞数量在出生后不会发生改变，所以遗传和品种因素是影响脂肪细胞数量的关键因素。早期研究结果表明，转脂肪酸去饱和酶（）基因猪肉中不饱和脂肪酸的含量高于普通猪20%，PUFAs具有维持细胞因子和脂蛋白平衡、减脂、抗心血管病、促进生长发育、抗炎、抗癌、增加动物的产仔率和成活率等生理功能，所以目前对该基因的研究多集中于相关疾病。

过氧化物酶体增殖物激活受体共激活因子1（Peroxisome proliferator-activated receptorγcoactivator-1，）是一种转录因子共激活因子，可诱导线粒体的生物合成和细胞呼吸功能，是调控肌纤维类型转化的主要因子之一。研究表明促进猪肌肉中线粒体生成，并刺激白肌纤维为红肌的转变，增加肌肉的氧化性，同时该基因调控的表达，影响肌肉的糖代谢和脂肪代谢。

目前有关表观遗传调控肉品质的研究较少，但DNA及组蛋白的甲基化、乙酰化修饰以及miRNA调控与猪的生长发育、疾病抗性、肉品质性状调控密切相关。H3K27me3作为一种抑制性的组蛋白修饰对猪骨骼肌发育起到关键作用，瘦肉型猪种杜洛克与脂肪型猪种陆川猪相比，前者脂肪组织中的差异甲基化区域甲基化程度更高。不同组织间肉品质相关基因的甲基化程度存在差异，如基因-904位点甲基化程度在皮下与肌内脂肪组织间差异显著。改变与脂质代谢相关基因DNA甲基化模式及其mRNA表达量能对肉品质性状产生重要影响。m6A修饰在猪肌内脂肪沉积中发挥重要作用，利用MeRIP-seq技术分析不同猪种间甲基化修饰图谱，进而筛选出与肉品质相关、受表观遗传修饰的基因。如对金华猪和长白猪的背最长肌m6A甲基化修饰图谱分析发现，金华猪肌肉的m6A修饰水平显著低于长白猪，前者体内甲基化转移酶显著低于后者，而去甲基化酶的表达量显著高于后者。miRNA调控骨骼肌纤维发育，参与不同类型肌纤维的发育和形成，如miR-378b-3p表达规律与猪骨骼肌中慢肌纤维的发育规律一致，提示其参与猪骨骼肌的生长发育。

3 结语及展望

猪肉系水力一直以来是猪肉品质相关的研究热点，从饲养环境调节、品种选育到饲料改善，从生理生化学研究再到遗传学研究，猪肉系水力不足的原因至今尚未被完全解析。影响猪肉系水力因素众多，综合来看遗传改良能从根本解决系水力不足的问题。针对脂肪沉积量、IMF含量、PUFAs含量等性状的分子机制的研究对改善猪肉品质及提高猪肉系水力起到关键作用。近年来研究发现许多与脂肪含量相关并影响肌肉系水力的候选基因，但有关调控机制的研究并不深入，有关表观遗传调控的研究也相对较少。系水力是一个多因素互作的复杂肉质性状，有待开展更多分子水平上调控机理的研究。