摘要:近年來,在肉雞養(yǎng)殖業(yè)中快速生長的肉雞木質化雞胸肉的發(fā)生率不斷提高,嚴重影響雞肉品質,造成巨大的經濟損失。目前關于木質化雞胸肉主要由國外學者進行研究,國內少有報道。因此,本文綜述了木質化雞胸肉的理化特征、導致其發(fā)生的可能機制以及營養(yǎng)調控,為未來國內解析木質化雞胸肉具體的形成機制及其預防提供科學參考。
關鍵詞:木質化雞胸肉;特征;缺氧誘導因子;營養(yǎng)調控
隨著現代家禽育種技術的發(fā)展,肉雞的生長速度和產量不斷提高。但隨著生長速度的加快,肉雞胸肌疾病發(fā)生率也不斷提高。近年來發(fā)現快速生長肉雞的胸肌容易發(fā)生木質化,稱為木質化雞胸肉,木質化雞胸肉在觸摸時有明顯的硬化,嚴重的木質化胸肌還能觀察到胸肌尾部有脊狀突起,部分胸肌表面覆蓋有黏性液體、出現瘀點,嚴重影響胸肌品質。Tijare等試驗統(tǒng)計,中等、嚴重木質化雞胸肉的比例分別為28%、20%。Wold等通過近紅外光譜(NIR)檢測肉雞養(yǎng)殖場木質化雞胸肉的發(fā)病率,分別為6.6%、8.5%。木質化雞胸肉已經引起國外養(yǎng)殖業(yè)的關注,因為木質化雞胸肉的產生會降低禽肉在加工時的利用等級,降低消費者的購買欲望,從而給家禽業(yè)帶來巨大經濟損失。
隨著國內對分割雞肉制品與深加工雞肉的需求增大,木質化雞胸肉對肉制品的影響也會不斷加重。因此,木質化雞胸肉的大量產生成為了一個新的挑戰(zhàn),如何預防木質化雞胸肉的產生又是一個新的問題。目前關于木質化雞胸肉主要由國外學者進行研究,國內少有報道。本文將從木質化雞胸肉的理化特征、導致其發(fā)生的可能機制以及營養(yǎng)調控進行綜述,以期為未來解析木質化雞胸肉的形成機制、減輕木質化雞胸肉產生的不同調控方式提供科學參考。
1 木質化雞胸肉的理化特征
1.1 木質化雞胸肉的外觀、組織形態(tài)和肉質特征
2013年,Silhvo等第1次發(fā)現肉雞生產中新出現的疾病,并稱其為木質化雞胸肉。2016年,Tijare等根據胸肌觸摸時硬化面積將木質化雞胸肉劃分為4個等級:正常、輕微、中等、嚴重。研究發(fā)現,木質化雞胸肉與正常雞胸肉相比,尾部出現脊狀突起,胸肌表面覆蓋有黏性液體、出現瘀點,且木質化雞胸肉比正常雞胸肉更加堅硬。木質化雞胸肉肌纖維數量減少,肌纖維呈圓形,并且組織帶有炎性細胞浸潤,以及肌纖維退化和壞死。與正常雞胸肉相比,木質化雞胸肉pH增大、烹飪損失增大、腌制吸收率降低、熟肉剪切力增大。
1.2 木質化雞胸肉的組分
木質化雞胸肉除了在外觀及組織形態(tài)上與正常雞胸肉存在明顯差別外,其營養(yǎng)成分含量同樣存在明顯差異,木質化雞胸肉的部分特征也與其組分改變有關。
首先,木質化雞胸肉中的水分含量比正常雞胸肉高。Cai等研究報道,正常雞胸肉水分含量為73.8%,木質化雞胸肉水分含量為74.4%;Soglia等發(fā)現,正常雞胸肉水分含量為73.78%,木質化雞胸肉水分含量為77.26%。NIR能通過其對水的敏感性測量水分含量,而根據NIR結果計算的結合水指數(BWI)可以顯示出肌纖維與水的結合程度。Wold等通過NIR測定了正常雞胸肉和木質化雞胸肉的BWI,發(fā)現木質化雞胸肉比正常雞胸肉肌纖維外的水含量高,說明木質化雞胸肉中的游離水較多,這可能是肌纖維變性所導致。
另外,有學者通過對比正常雞胸肉和木質化雞胸肉的組織學切片發(fā)現肌肉中出現明顯的纖維化和脂肪沉積,木質化雞胸肉中脂肪和膠原蛋白含量增加。有研究發(fā)現,正常雞胸肉平均蛋白質含量為23.0%,木質化雞胸肉平均蛋白質含量為21.7%。脂肪和膠原蛋白含量增加,會損害肌肉中的蛋白質。膠原蛋白是結締組織主要的結構蛋白,當膠原蛋白含量較高時,肌肉嫩度低,木質化雞胸肉比正常雞胸肉更加堅硬可能與此有關。Wold等通過NIR技術,得出正常雞胸肉和木質化雞胸肉的蛋白質含量分界值為21.9%,但是通過NIR以蛋白質含量作為標準區(qū)分正常雞胸肉和木質化雞胸肉時,只能區(qū)分不能同時將木質化雞胸肉分級,因為不同木質化程度的雞胸肉其蛋白質含量差異不顯著。表1為正常雞胸肉與木質化雞胸肉的差異。木質化雞胸肉由于其肉質差、蛋白質含量低、營養(yǎng)價值下降等原因,必然會降低消費者對其的購買欲望,影響生產效益,造成一定的經濟損失。
表1 正常雞胸肉與木質化雞胸肉的差異
項目 | 分類 | 正常雞胸肉 | 木質化雞胸肉 |
宏觀 | 外觀 | 平整、肉色均勻 | 尾部脊狀突起、黏性液體、瘀點 |
觸感 | 柔軟 | 堅硬 | |
結構 | 纖維 | 多邊形肌纖維緊密排列、尺寸均勻 | 纖維減少并且呈圓形,纖維退化、壞死 |
組織 | 正常 | 炎性細胞浸潤 | |
營養(yǎng)成分含量 | 水分 | 水分含量少,結合水含量多 | 水分含量多,游離水含量多 |
蛋白質 | 總蛋白質含量多,膠原蛋白含量少 | 總蛋白質含量少,膠原蛋白含量多 | |
脂肪 | 脂肪含量較少 | 脂肪沉積 |
2 木質化雞胸肉的成因
目前關于木質化雞胸肉的研究主要集中在木質化雞胸肉的肉質特征及病變特征,對其復雜的形成機制尚僅有少量報道。
2.1 缺氧
與普通生長速度的肉雞品系相比,生長快速和高胸肌產量的肉雞品系血管化程度低、毛細血管與肌纖維比例下降,酵解型肌纖維比例增大,直徑增大,胸肌會出缺氧的情況,木質化雞胸肉的形成與肌肉缺氧有直接的關系。Mutryn等通過RNA測序研究發(fā)現,木質化雞胸肉中與缺氧相關的基因變化差異顯著。
隨著細胞內氧濃度的變化,缺氧誘導因子-1(HIF-1)作為轉錄激活因子調節(jié)基因表達。在低氧情況下,缺氧誘導因子-α(HIF-α)穩(wěn)定性增加并大量累計,而后被轉移到細胞核,與缺氧誘導因子-1β( HIF-1β)亞單位結合成二聚體HIF-1,HIF-1再與目的基因缺氧反應元件結合從而激活轉錄過程。目前,發(fā)現部分受HIF-1調節(jié)的基因在木質化雞胸肉中存在顯著差異,這些基因主要為原膠原賴氨酸-2-酮戊二酸5-雙加氧酶2(PLOD2) 、轉化生長因子β3(TGFβ3) 、基質金屬蛋白酶-2( MMP-2) 、瞬時受體電位通道A1(TRPA1) 、果糖-2,6-二磷酸酶3(PFKFB3)。
細胞外基質( ECM )組成與PLOD2相關。PLOD2基因編碼的賴氨酸羥化酶2(LH2)可催化前膠原蛋白單鏈端肽區(qū)域的賴氨酸羥基化。賴氨酸單鏈肽區(qū)域被羥基化之后分泌到細胞外,被ECM中的賴氨酰氧化酶家族蛋白催化,分子間相互作用形成非還原性共價交聯,如吡啶啉或吡咯,這些非還原性的共價交聯具有高機械穩(wěn)定性和高拉伸強度。因此,ECM內膠原纖維的強度和排列形式與PLOD2的表達量有關。低氧條件激活HIF-1從而提高PLOD2基因的表達,影響ECM 膠原纖維排列和強度。PLOD2表達上調可能導致木質化雞胸肉硬度增大。
2.2 炎癥反應
木質化雞胸肉形成過程中的缺氧狀態(tài)還會影響炎癥相關基因的表達,引起肌肉的炎癥反應。
有研究表明,木質化雞胸肉中靜脈血管被炎性細胞浸潤,并且白細胞介素(IL)-1β、IL-15和IL-18的表達上調。Hatano 等發(fā)現,在人成纖維細胞樣滑膜細胞中,炎癥因子腫瘤壞死因子-α(NF-α)和IL-1α激活核轉錄因子-κB(NF-κB)信號通路和HIF-1α因子誘導TRPA1基因的表達。因此,木質化雞胸肉中TRPA1基因上調可能與炎癥有關。IL、TNF-α等炎性因子均可以提高基質金屬蛋白酶(MMPs)的表達水平。Milkiewicz等發(fā)現肌肉機械拉伸時,肌細胞的毛細血管內皮MMP-2基因表達上調。Ries等發(fā)現MMP-2在調節(jié)血管形成中起作用,細胞因子TGF-β1、IL-1β和TNF-α會上調MMP-2的表達。因此,木質化雞胸肉中MMP-2基因表達上調不僅僅與HIF-1的活化有關,還可能是血管損傷和修復而引起木質化雞胸肉產生炎癥所誘導的。
2.3 糖代謝異常
有研究表明,木質化雞胸肉中的糖代謝出現異常。Abasht等通過代謝組學分析,發(fā)現木質化雞胸肉的糖酵解活性減弱,己糖胺途徑、葡萄糖醛酸途徑活性增強,還發(fā)現木質化雞胸肉中透明質酸合成酶2(HAS2)基因的表達水平更高。Mutryn等發(fā)現木質化雞胸肉PFKFB3基因表達下調。Zambonelli等發(fā)現木質化雞胸肉中UDP-葡萄糖脫氫酶(UGDH)基因表達上調。
PFKFB3是調節(jié)糖酵解的關鍵酶,木質化雞胸肉中PFKFB3表達的下調導致糖酵解的減弱,木質化雞胸肉中葡萄糖-6-磷酸則作為初始底物進入已糖胺途徑。因此,增強的己糖胺途徑產生了更多的二磷酸尿苷-N-乙酰葡萄糖胺(UDP-Glc-NAc)、二磷酸尿苷-N-乙酰半乳糖胺(UDP-Gal-NAc)。由于UGDH增加,更多的UDP-葡萄糖生成了UDP-葡萄糖醛酸。HAS2則利用UDP-GlcNAc、UDP-葡萄糖醛酸作為底物產生透明質酸。透明質酸通過與CD44的相互作用參與白細胞募集,同時通過CD44依賴性信號傳導激活各種炎性細胞,例如巨噬細胞。透明質酸還通過Toll樣受體4發(fā)出信號,誘導樹突細胞成熟并促進樹突細胞和內皮細胞釋放細胞因子。
Abasht等觀察到木質化雞胸肉中抗壞血酸的含量增加。UDP-葡萄糖醛酸是抗壞血酸生物合成的中間體,UDP-葡萄糖醛酸含量增加促進了抗壞血酸的合成。木質化雞胸肉中部分肌肉組織被膠原蛋白和蛋白多糖代替與抗壞血酸能促進膠原蛋白合成有關。Bánhegyi等發(fā)現抗壞血酸的合成導致了谷胱甘肽的消耗,而添加過氧化氫酶可以抵消谷胱甘肽的消耗,表明抗壞血酸合成時產生了過氧化氫,從而導致谷胱甘肽的消耗。由此可以推測木質化雞胸肉中過多的抗壞血酸合成導致過氧化氫含量增加。
因此,糖代謝異??赡軐е履举|化雞胸肉中出現炎癥、氧化應激、膠原蛋白含量增加、肌肉pH升高。
2.4 細胞內鈣增加
血管化程度低造成代謝廢物的累計會造成機體的氧化應激。氧化應激誘導活性氧的過量產生導致氧化損傷,進而改變動物體內Ca2+的平衡狀態(tài),Ca2+平衡的紊亂會使肉質惡化。Zambonelli等發(fā)現,木質化雞胸肉中前列腺素F2α受體(PTGFR)基因上調,激活了G蛋白α11( G protein alpha 11,GNAQ) ,從而上調磷脂酶Cβ2(PLCβ2)基因編碼。β磷脂酶導致細胞內Ca2+濃度的上升。ATP2A2基因在木質化雞胸肉中的表達也有上調。ATP2A2基因編碼肌漿/內質網-ATP酶2a(SERCA2a)和肌漿/內質網-ATP酶2b(SERCA2b),SERCA2是內質網( ER)和肌漿網(SR)的關鍵組成部分,可作為泵用以隔離、轉運Ca2+,并且還與肌原纖維的收縮與松弛有關。ATP2A2基因的上調可能是代償性的,將細胞內高濃度的Ca2+轉運回SR,緩解肌肉因Ca2+濃度增加而導致肌肉過度收縮的狀態(tài)。因此,木質化雞胸肉中Ca2+濃度增大,轉運加快。木質化雞胸肉尾部出現脊狀突起以及硬度大可能與Ca2+濃度增加導致的肌肉收縮有關。
2.5 肌纖維類型轉換
肉雞胸肌纖維幾乎完全由Ⅱ型纖維組成。木質化雞胸肉的肌肉組織切片觀察到了纖維退化以及再生。Zambonelli等發(fā)現與肌纖維合成相關的部分基因在木質化雞胸肉中上調,如富含半胱氨酸蛋白2(CSRP2)、PTGFR、FAM64A(family with sequence similarity 64,member A,FAM64A)基因。Mutryn等發(fā)現木質化雞胸肉中肌紅蛋白含量提高,而肌紅蛋白主要分布在Ⅰ型纖維中,并且慢速骨骼肌型肌鈣蛋白1(slow skeletal muscle troponin 1,TNNI1) 、肌原調節(jié)蛋白2(MYOZ2)、慢型肌球蛋白結合蛋白C(recombinant myosin binding protein C,MYBPC1) 基因表達上調。其中,TNNI1基因僅在Ⅰ型纖維中表達,MYOZ2基因在Ⅰ型纖維和心肌中表達,MYBPC1與骨骼?、裥屠w維相互作用調節(jié)肌肉收縮。因此,木質化雞胸肉中纖維類型轉變可能是Ⅰ型纖維的再生以及Ⅱ型纖維的細胞凋亡導致的。同時,Ⅰ型纖維脂質含量遠高于Ⅱ型纖維,木質化雞胸肉的脂質含量高于正常雞胸肉可能與此有關。
3 木質化雞胸肉的營養(yǎng)調控
通過營養(yǎng)調控減緩肉雞前期生長發(fā)育速度,可以降低木質化雞胸肉的發(fā)生率。Cruz等發(fā)現,在肉雞飼糧中增加可消化賴氨酸的含量提高了肉雞的日增重、胸肌產量,但是也增加了木質化雞胸肉的發(fā)病率。Livingston等發(fā)現,在肉雞飼糧中增加谷氨酰胺和精氨酸含量,提高了日增重,同時血液中二氧化碳(CO2)、碳酸(H2CO3)含量增加,氧氣(O2)含量減少,木質化雞胸肉發(fā)病率提高。Meloche等通過在肉雞生長前期降低可消化賴氨酸含量,生長后期回調氨基酸含量,降低了木質化雞胸肉的發(fā)病率,同時對整體生長性能無顯著影響。一氧化氮(NO)的前體物質是精氨酸,飼糧中添加過量的精氨酸會導致NO大量生成,NO與血紅蛋白結合后會致使肌肉缺氧。增加谷氨酰胺、賴氨酸含量提高了肉雞的日增重、胸肌產量,肌肉的迅速發(fā)育加重了木質化雞胸肉的形成。因此,可以猜測肉雞生長前期由于胸肌發(fā)育迅速但是血管化程度低導致胸肌缺氧,造成了木質化雞胸肉的出現。通過在肉雞生長前期降低賴氨酸攝入,雖然降低了前期的生長性能,但是通過后期補充的賴氨酸攝入,動物機體本身的補償生長彌補了前期的遲緩發(fā)育,在不影響整體生長性能的同時降低了木質化雞胸肉的發(fā)病率。
通過減緩肉雞生長前期肌肉發(fā)育速度降低木質化雞胸肉的發(fā)病率是可行的,同時通過營養(yǎng)調控增加血管生成、血紅蛋白攜氧量也可能是一個有效的方法。
4 小結
現代家禽業(yè)選育出的肉雞品系生產速度快、胸肌產量高,造成胸肌纖維尺寸增大、酵解型纖維量增加、肌肉血管化不足,導致了胸肌缺氧及代謝紊亂。胸肌缺氧及代謝紊亂造成與肌纖維發(fā)育、糖代謝過程、炎癥、鈣離子平衡相關的基因表達出現差異,從而導致胸肌尾部脊狀突起、肌肉僵硬、游離水含量增加、蛋白質含量降低以及膠原蛋白含量提高,使這類胸肌外觀、肉質不佳,營養(yǎng)價值降低,給家禽產業(yè)帶來巨大的經濟損失。目前,木質化雞胸肉內在機制仍不明確,需要對已知的差異進行更深入的研究,揭示木質化雞胸肉復雜的病因,為家禽業(yè)減輕木質化雞胸肉的發(fā)病率提供有效解決方法。木質化雞胸肉的不利影響不可忽視,如何通過改變飼養(yǎng)管理、飼料配方來解決木質化雞胸肉依然有研究的價值。目前發(fā)現通過對肉雞的營養(yǎng)調控可以減輕木質化雞胸肉的發(fā)病率,而抗壞血酸或是促進血管發(fā)育的非營養(yǎng)性添加劑的使用也可能是緩解木質化雞胸肉的有效手段。