年齡對牦牛平滑肌膠原蛋白含量和質構特性的影響

李升升，余群力

年齡對牦牛平滑肌膠原蛋白含量和質構特性的影響

李升升1,2，余群力2

（1. 青海大學畜牧獸醫科學院，西寧 810016；2. 甘肅農業大學食品科學與工程學院，蘭州 730070）

為研究年齡對牦牛平滑肌膠原蛋白含量和質構特性的影響。研究了1～6歲牦牛瘤胃平滑肌中的膠原蛋白含量、溶解性和交聯度以及剪切力和質構變化。結果表明：隨年齡的增加，牦牛平滑肌中總膠原蛋白、不可溶性膠原蛋白、吡啶諾林含量顯著增加（<0.05），增幅分別為7.61%、33.86%和196.46%；可溶性膠原蛋白含量和溶解性顯著下降（<0.05），降幅分別為30.80%和35.72%；表明隨著年齡增加平滑肌中膠原蛋白的交聯度增加、溶解性降低。牦牛平滑肌的剪切力、硬度和咀嚼性隨年齡增加而顯著增加（<0.05），增幅分別為96.48%、91%和102%；內聚性、彈性和膠著性隨年齡增加而顯著降低（<0.05），降幅分別為25%、32%和39%；表明平滑肌的質構隨年齡增加而呈現劣變趨勢。相關性分析表明年齡與牦牛平滑肌總膠原蛋白含量、不可溶性膠原蛋白含量、交聯度、剪切力、硬度和咀嚼性呈極顯著正相關（<0.01）；與可溶性膠原蛋白含量、膠原蛋白溶解性、內聚性、彈性和膠著性呈極顯著負相關（<0.01）；牦牛平滑肌膠原蛋白的溶解性和交聯度均與剪切力和質構指標呈極顯著相關（<0.01）。綜合來看，年齡對平滑肌的膠原蛋白含量、溶解性、交聯度和質構有顯著影響；年齡越大平滑肌膠原蛋白交聯度越大、溶解性越小、質構品質越差，3歲是牦牛平滑肌加工利用的適宜年齡。研究結果明確了不同年齡平滑肌的膠原蛋白特性和質構品質的變化規律，以及膠原蛋白特性對其質構品質的影響，將為平滑肌及含平滑肌內臟的產品開發和品質控制提供理論依據和數據支持。

溶解性；質構；蛋白；牦牛瘤胃；平滑肌；膠原蛋白；交聯度

0 引 言

牦牛是主要分布于青藏高原及其沿線高海地區的物種。據報道[1-3]，中國牦牛的存欄量約為1 600萬頭，約占全世界總量的95%。當前，每年約有300萬頭牦牛被屠宰，生產牦牛肉35萬t，副產物6萬t。這些副產物主要作為低附加值的產品被出售，其價格遠低于牦牛肉，因此提高牦牛副產物的食用品質和經濟價值勢在必行。

平滑肌是畜禽肌肉組織的一種，主要存在于動物胃腸等內臟器官中，因此，在很長的一段時間內平滑肌都被作為副產物處理，沒有發揮其肉用價值。從營養角度來看，平滑肌屬于高蛋白低脂肪的肉品資源[1]；從品質形成的角度來看，鈣蛋白酶可降解平滑肌中的肌間線蛋白，改善平滑肌的嫩度[2]；從加工利用角度來看，平滑肌在80～90 ℃范圍內熟制具有較好的加工品質和組織形態[3]，且平滑肌在轉氨谷氨酰胺酶的作用下可形成較好的凝膠[4]。由此可見，平滑肌具備深度加工和開發的潛力。

質構是肉制品的主要品質指標之一，不僅影響肉品的貯藏、加工，還是消費者選購的主要指標依據[5-6]。長期以來，質構也是肉品科學家研究的焦點之一，研究表明質構主要是由基礎硬度和尸僵硬度組成的，基礎硬度主要受肌肉中結締組織的影響，而膠原蛋白是結締組織的主要成分，其含量、溶解性和交聯度直接影響結締組織的強弱，進而影響肉品的質構[7-10]；尸僵硬度是宰后胴體因收縮而造成的肌肉硬度增加，可在成熟過程中改善[11-14]。據報道，不同的畜禽屠宰年齡與肉品品質密切相關[8,12]。Eyre等[15]研究表明肌肉中膠原蛋白交聯穩定性隨年齡的增加而增加。Slatter等[16]報道隨年齡增加肌肉中膠原蛋白穩定性交聯增多，膠原蛋白的熱不溶解性增強，肌肉嫩度變差。盧桂松等[17]指出秦川牛肉隨年齡增加表現為羥賴氨酰吡啶嗡交聯度增加、膠原蛋白熱溶解性降低。由此可見，不同年齡的畜禽中膠原蛋白的含量、性質和交聯度有很大的變化，由此造成了肌肉質構品質的差異。然而，對于平滑肌而言，不同年齡對其膠原蛋白特性和質構的影響如何，膠原蛋白特性不同是否會引起質構品質的變化等問題尚未見報道。

為此，本試驗以1～6歲牦牛瘤胃平滑肌為研究對象，分析了平滑肌中膠原蛋白的含量、溶解性和交聯度以及剪切力、硬度、內聚性、彈性、膠著性和咀嚼性等肉品質構指標的變化，并進行了相關性分析。旨在明確不同年齡牦牛平滑肌中膠原蛋白含量、溶解性及交聯度的變化及其對平滑肌質構品質的影響，以期為平滑肌肉用價值的開發、加工和品質控制提供理論依據和數據支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

新鮮牦牛瘤胃：購自青海裕泰食品有限公司，選取體況相近的1～6歲牦牛各3頭，宰后取其瘤胃，除去瘤胃內容物，用水洗凈瘤胃表面雜物，在（3±1）℃保溫箱中運回實驗室，在實驗室中除去瘤胃表面的絨毛、黏膜、脂肪，肌層即為平滑肌。

1.2 主要儀器與試劑

JM-B3003電子稱，諸暨市超澤衡器設備有限公司；H/T16MM臺式高速離心機，湖南赫西儀器裝備有限公司；CT-3質構儀，美國布魯克菲爾德工程公司；722N紫外可見分光光度計，上海精密儀器儀表有限公司；Agilent1100高效液相色譜儀，美國安捷倫科技有限公司；HH-6電熱恒溫水浴鍋，上海比朗儀器有限公司；JJ-2組織搗碎勻漿機，江蘇國華電器有限公司；FD-1A-50冷凍干燥機，無錫沃信儀器有限公司。

主要試劑：硫酸，氯胺T，對二甲氨基苯甲醛，無水乙醇，七氟正丁酸，鹽酸，乙腈，羥脯氨酸，吡啶諾林，以上試劑均為分析純。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品處理

將每個年齡段牦牛平滑肌分成（120±5）g的肉塊6塊，分別測定牦牛平滑肌的膠原蛋白的含量、溶解性和交聯度以及平滑肌的剪切力和質構等指標。

1.3.2 指標測定方法

1）膠原蛋白含量及溶解性的測定：參考Tamilmozhi等[18]和常海軍[19]的方法測定。測定羥脯氨酸濃度的標準曲線為：=0.102+0.004，2=0.998（其中為羥脯氨酸濃度（g/mL）；為吸光度）。羥脯氨酸的含量乘以系數7.25換算為膠原蛋白含量。

膠原蛋白的溶解度（%）=可溶性膠原蛋白含量（mg/g）/總膠原蛋白含量（mg/g）×100 （1）

2）膠原蛋白總吡啶諾林含量的測定：動物肌肉中的膠原蛋白隨年齡的增加交聯度增加，其中使膠原纖維網狀結構更加穩定的主要物質是羥賴氨酰吡啶鹽，即吡啶諾林，也就是說吡啶諾林的含量可以反映肌肉膠原蛋白的交聯程度。為此，參考莎麗娜[20]的報道采用高效液相色譜梯度洗脫方式測定牦牛平滑肌中吡啶諾林的含量。1=0.026 81+0.046 4，2=0.998 8（其中1為吡啶諾林含量（g/mL）；1為峰面積）。

從經濟關系看，稱之為全民所有制形式的國家所有制是蘇聯政治制度的經濟基礎，但這種所有制只把勞動者看作活勞動的體現者，而未能成為它的主人。在這種高度集中管理國家財產的條件下，這種所有制形式的空洞性越來越明顯地暴露出來。在財產的分配、有效的使用和增加方面與生產者沒有現實的利害關系。

3）剪切力的測定：參考李升升[3]中剪切力的測定方法。

4）質構的測定：采用美國布魯克菲爾德工程公司CT-3型質構儀測定樣品的硬度、內聚性、彈性、膠著性和咀嚼性。將肉樣切成長×寬為10 mm×10 mm的方形，2～3塊堆疊至樣品自然高度10 mm，采用質地剖面分析（texture profile analysis，TPA）模式模擬口腔的咀嚼運動，通過對樣品的2次壓迫對肉樣進行測定。測試參數為測試前速率為 2 mm/s，測試速率為1 mm/s，測試后速率為 1 mm/s，觸發力為0.049 N，樣品高度為10 mm，壓縮比50%。TPA 結果采用TPA-macro 分析。每個樣品測定10個平行，取平均值。

1.4 數據分析

采用SPSS17.0軟件對數據進行方差分析（ANOVA），各處理平均數間采用Duncan多重比較法進行差異顯著性分析，差異顯著水平為=0.05，極顯著水平為=0.01。

2 結果與分析

2.1 不同年齡牦牛平滑肌中膠原蛋白含量變化分析

膠原蛋白是肌肉結締組織的主要成分，結締組織的強弱是影響肉品質構的主要因素之一，膠原蛋白含量的變化是結締組織強弱的主要標志物[21]。膠原蛋白根據其溶解性可分為可溶性膠原蛋白和不可溶性膠原蛋白，它們均會對肉品質產生重要的影響[22]。不同年齡牦牛平滑肌中總膠原蛋白、可溶性和不可溶性膠原蛋白含量的變化分別如圖1所示，總膠原蛋白的含量隨著年齡的增加而增加從1歲的（65.16±2.06） mg/g增加到6歲的（70.12±0.56）mg/g，增加了7.61%，3歲以后總膠原蛋白含量的變化不顯著（>0.05）；可溶性膠原蛋白的含量隨年齡的增加呈減少的趨勢，從1歲到6歲減少了30.80%，且可溶性膠原的含量顯著減少發生在3歲之后（<0.05）；不可溶性膠原蛋白的含量隨年齡的增加呈顯著增加的趨勢（<0.05），6歲與1歲相比增加了33.86%。從數據上看，可溶性膠原蛋白減少的百分數與不可溶性膠原蛋白增加的百分數基本相當，說明隨著年齡的增加，平滑肌中可溶性膠原蛋白轉化成了不可溶性膠原蛋白。這與Schonfeldt和Modzelewska-Kapitula等報道不同年齡牛肉中的膠原蛋白含量的變化趨勢一致[23-24]。

注：不同字母代表差異顯著（P<0.05），下同。

2.2 不同年齡牦牛平滑肌中膠原蛋白溶解性和交聯度變化分析

溶解性和交聯度是膠原蛋白的主要性質，膠原蛋白在體內合成后會隨著年齡的增加而發生顯著的交聯，交聯增加會降低膠原蛋白溶解性；相關研究指出膠原蛋白的溶解度和交聯度與肉品質顯著相關[25-27]。不同年齡牦牛平滑肌中膠原蛋白的溶解度如圖2a所示，可見膠原蛋白的溶解性隨年齡的增加呈顯著減少的趨勢（<0.05），從1歲時的40.56%±0.96%降低到6歲26.07%±1.96%，減少了35.72%，3歲以后的降低趨勢較為明顯。不同年齡牦牛平滑肌中總吡啶諾林的含量如圖2b所示，從1～6歲牦牛瘤胃平滑肌中總吡啶諾林的濃度基本呈“直線”趨勢增加，增加了196.46%。表明隨年齡的增加肌肉中膠原蛋白的交聯度增加、溶解性降低，這與盧桂松等報道秦川牛肉隨年齡增加表現為羥賴氨酰吡啶嗡交聯度增加、膠原蛋白熱溶解性降低一致[17]。

圖2 不同年齡牦牛平滑肌中溶解度和總吡啶諾林濃度的變化

2.3 不同年齡牦牛平滑肌剪切力變化分析

剪切力是肉品嫩度的直接反映，也是肉品質構的主要評價指標[28-29]。由圖3不同年齡牦牛平滑肌的剪切力值變化可知，牦牛平滑肌剪切力值隨年齡的增加而顯著增加（<0.05），其變化趨勢類似“直線”，剪切力值從1歲的（49.13±1.84）N增加到6歲的（96.53±0.74）N，增加了96.48%。這與Li等報道秦川牛肉的剪切力隨年齡的增加而增加結果一致[30]。

2.4 不同年齡牦牛平滑肌質構變化分析

質構是肉品品質的直接反映，對肉品的加工和產品開發有重要的影響[31-32]。不同年齡牦牛平滑肌的硬度、內聚性、彈性、膠著性和咀嚼性變化如表1所示。隨著年齡的增加，牦牛平滑肌的硬度和咀嚼性顯著增加（<0.05），呈“直線”增加趨勢，6歲牦牛平滑肌的硬度和咀嚼性與1歲相比分別增加了91%和102%；而內聚性、彈性和膠著性則隨牦牛平滑肌年齡的增加而顯著降低（<0.05），其降低幅度分別為25%、32%和39%。說明隨著年齡的增加，牦牛平滑肌的質構發生了顯著變化，變化趨勢表現為肉質食用品質下降。

圖3 不同年齡牦牛平滑肌剪切力的變化

表1 不同年齡牦牛平滑肌質構的變化

2.5 相關性分析

2.5.1 年齡與牦牛平滑肌膠原蛋白特性和質構的相關性分析

牦牛平滑肌年齡與其膠原蛋白特性的相關性如表2所示。從表2可知牦牛平滑肌的年齡與其總膠原蛋白含量、不可溶性膠原蛋白含量、總吡啶諾林含量呈極顯著正相關（<0.01），相關系數分別為（=0.699，=0.953，=0.973）；與可溶性膠原蛋白含量、膠原蛋白溶解度呈極顯著負相關，相關系數分別為（=-0.901，=-0.953；<0.01）。說明隨年齡的增加膠原蛋白的交聯度增加，溶解性降低。

牦牛平滑肌年齡與其質構特性的相關性見表3。牦牛平滑肌的年齡與其剪切力、硬度和咀嚼性呈極顯著正相關（<0.01），相關系數分別為（=0.991，=0.983，=0.974）；與內聚性、彈性和膠著性呈極顯著負相關，相關系數分別為（=-0.795，=-0.969，=-0.946；<0.01）。說明牦牛平滑肌的質構品質隨年齡增加而下降。

表2 牦牛平滑肌年齡與其膠原蛋白含量、性質的相關性分析

注：**表示相關性極顯著＜0.01，下同。

Note: Correlation is significant at＜0.01, the same below.

表3 牦牛平滑肌年齡與其質構的相關性分析

2.5.2 牦牛平滑肌膠原蛋白特性與質構的相關性分析

牦牛平滑肌膠原蛋白的溶解性和交聯度與其質構的相關性分析如表4所示，其中膠原蛋白交聯度用吡啶諾林的含量表征。從表4可見牦牛平滑肌膠原蛋白溶解度與其內聚性、彈性和膠著性呈極顯著正相關（<0.01），相關系數分別為（=0.704，=0.957，=0.880）；與其剪切力、硬度和咀嚼性呈極顯著負相關，相關系數分別為（=-0.947，=-0.929，=-0.929；<0.01）。牦牛平滑肌中吡啶諾林含量與其剪切力、硬度和咀嚼性呈極顯著正相關（<0.01），相關系數分別為（=0.949，=0.948，=0.939）；與其內聚性、彈性和膠著性呈極顯著負相關，相關系數分別為（=-0.803，=-0.924，=-0.902；<0.01）。牦牛平滑肌膠原蛋白的溶解性和交聯度與其質構指標相關性均達到了極顯著水平（<0.01），說明牦牛平滑肌膠原蛋白的特性顯著影響其質構品質。

表4 牦牛平滑肌膠原蛋白特性與其質構的相關性分析

3 討 論

質構是肉制品的主要品質，它不僅影響肉制品的食用價值，也影響肉制品的經濟價值[31]。本文研究了不同年齡牦牛平滑肌的質構品質，表明隨年齡的增加平滑肌的剪切力、硬度和咀嚼性顯著增加（<0.05），嫩度變差，相關性分析支持了這一結論。這與Li等[30]的報道秦川牛肉的剪切力隨年齡的增加而顯著增加一致。

基礎硬度和尸僵硬度是影響肌肉質構品質的主要因素。在不考慮成熟過程，僅以肌肉本身為研究對象時，基礎硬度是影響肌肉質構的主要因素。本試驗中平滑肌總膠原蛋白、不可溶性膠原蛋白和吡啶諾林的含量隨年齡增加而增加；而可溶性膠原蛋白含量和膠原蛋白溶解度隨年齡增加而降低；說明隨著年齡增加平滑肌中膠原蛋白的交聯度增加、溶解性降低。膠原蛋白交聯度的增加和溶解性降低意味著肌肉結締組織強化，而Schonfeldt等[23]報道肌肉結締組織的弱化與肌肉的嫩度呈正相關，說明年齡越大，肌肉中膠原蛋白的交聯度越大、溶解性越低，質構越差。

質構的變化在一定程度是肌肉內部組成和結構變化的反映，研究表明肌肉主要是由肌纖維和包裹肌纖維的肌膜組成的，肌纖維隨年齡的增加主要表現為體積的增大[8]；而結締組織中的主要成分是膠原蛋白，幼齡動物中膠原蛋白主要是可溶性膠原蛋白，這些蛋白由賴氨酰氨氧化酶氧化賴氨酸或羥賴氨酸形成醛賴氨酸和醛羥賴氨酸，進而醛賴氨酸形成醛亞胺交聯，而醛羥賴氨酸形成酮胺交聯，這些還原性交聯是在兩個膠原蛋白分子間形成的，隨動物年齡增加，還原性的交聯會被非還原性的交聯代替，進而形成三共價鍵的交聯，與此同時可溶性的膠原蛋白變成不可溶性的膠原蛋白，膠原蛋白交聯度的增加和溶解性的降低使膠原蛋白的纖維網狀結構更加穩定，增加肌肉結締組織的強度，使得肌肉的質構品質劣變[20,23-24]。

從肉品加工利用的角度來說，針對不同年齡畜禽的肉用品質特點和肉品的加工利用方式，合理的選擇屠宰年齡是畜禽增值的關鍵。從試驗結果來看，牦牛平滑肌膠原蛋白含量和交聯度的變化在3歲以后較為明顯，結合其質構變化，對于平滑肌的加工利用來說3歲是牦牛平滑肌適宜的加工利用年齡。

4 結 論

1）牦牛平滑肌膠原蛋白特性和質構的變化表明，年齡越大，牦牛平滑肌可溶性膠原蛋白含量越少、交聯度越高、溶解性越差；剪切力、硬度及咀嚼性越大、質構越差。

2）膠原蛋白含量和交聯度的變化表明，1～3歲牦牛平滑肌可溶性和不可溶性膠原蛋白含量變化較小，3～6歲變化顯著，可溶性膠原蛋白降幅與不可溶性膠原蛋白增幅相當，說明隨年齡增加可溶性膠原蛋白轉化成了不可溶性膠原蛋白，導致平滑肌膠原蛋白的溶解性降低；1～6歲牦牛平滑肌膠原蛋白的吡啶諾林含量增加了196.46%，表明隨年齡增加牦牛平滑肌膠原蛋白的交聯度顯著增加。

3）相關性分析表明，年齡與牦牛平滑肌膠原蛋白溶解性、交聯度和質構品質顯著相關（<0.01）；同時膠原蛋白溶解性和交聯度與其質構指標顯著相關（<0.01）；表明隨年齡增加牦牛平滑肌膠原蛋白交聯度的增加和溶解性的降低是影響其質構變化的主要原因。

4）綜上所述，年齡對平滑肌的膠原蛋白特性和質構品質有顯著的影響，結合膠原蛋白特性及質構品質的變化，3歲是牦牛平滑肌適宜的加工利用年齡。

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Effect of age on collagen content and texture characteristics of yak smooth muscle

Li Shengsheng1,2, Yu Qunli2

(1.810016,; 2.730070,)

Yak is mainly distributed in the Qinghai-Tibet Plateau, and there are more than 16 million yaks in China, which accounts for approximately 95% of the world’s yaks. Approximately three million yaks are slaughtered per year and the production of meat (skeletal muscle) is approximately 350 thousand tons, while the production of by-product (stomach, intestines, and other internal organs) is approximately 60 thousand tons. At present, those by-products are consumed as low-value products, and the price of by-products is much lower than that of meat, thus, increasing the edible and economic value of by-products is essential. In fact, smooth muscle belongs to a category of muscle tissue that is widely distributed in animal stomach, intestines, and other internal organs. However, smooth muscle has not been treated as meat. Therefore, enhancing the meat value of smooth muscle is a significant goal. In order to investigate the effect of age on collagen content and texture characteristics of yak rumen smooth muscle. The total, soluble, insoluble collagen content, solubility, cross-linking degree, shear force and texture of 1 - 6 years yak rumen smooth muscle were measured. The results showed that the yak rumen smooth muscle total, insoluble collagen and pyridinoline collagen content were significantly increased with the age increase (<0.05), and the increased rate were 7.61%, 33.86% and 196.46%, respectively. However, soluble collagen content and collagen solubility of yak rumen smooth muscle were significantly decreased with the age increase (<0.05), and the decreased rate were 30.80% and 35.72%, respectively, which showed the cross-linking degree of yak rumen smooth muscle increased with age increase, while collagen solubility of yak rumen smooth muscle decreased with the age increase. The shear force, hardness and chewiness of yak rumen smooth muscle significantly increased with the age increase (<0.05), and the increased rate were 96.48%, 91% and 102%, respectively, while cohesiveness, springiness and gumminess of yak rumen smooth muscle were significantly decreased with the age increase (<0.05), and the decreased rate were 25%, 32% and 39%, respectively, which showed the texture of yak rumen smooth muscle decreased with age increase. Correlation analysis confirmed that the age of yak rumen smooth muscle had a positive significant correlation with the total collagen content, cross-linking degree, shear force, hardness and chewiness (< 0.01), and had a negative significant correlation with soluble collagen content, collagen solubility, cohesiveness, springiness and gumminess (<0.01). Moreover, collagen solubility and cross-linking degree of yak rumen smooth muscle had significant effect on shear force and texture (<0.01). In summary, age of yak rumen smooth muscle had significant effect on the content, solubility, cross-linking degree of collagen and texture. Texture worse with the age increase of yak rumen smooth muscle. Collagen solubility and cross-linking degree of yak rumen smooth muscle had significant effect on shear force and texture. The rumen smooth muscle had suitable eating quality when the yak three years old. Our research identified the collagen content and texture characteristics change rules of smooth muscle at different ages, and the influence of collagen content and texture characteristics, which will provide theoretical basis and data support for the smooth muscle product development and quality control.

solubility; texture; protein; yak rumen; smooth muscle; collagen; cross-linking

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.13.037

TS251.5

A

1002-6819(2019)-13-0306-06

2019-01-17

2019-05-29

國家自然科學基金資助項目（31701625）；種間雜交牦牛肉乳特性及差異基因分析資助（2018-HZ-816）；國家肉牛牦牛產業技術體系資助（CARS-38）

李升升，山西臨汾人，博士，副研究員，主要研究方向為畜產品科學與工程。Email：lishsh123@163.com

李升升，余群力.年齡對牦牛平滑肌膠原蛋白含量和質構特性的影響[J]. 農業工程學報，2019，35(13)：306－311. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.13.037 http://www.tcsae.org

Li Shengsheng, Yu Qunli.Effect of age on collagen content and texture characteristics of yak smooth muscle[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(13): 306－311. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.13.037 http://www.tcsae.org