牛磺酸对育肥猪生长性能、肉品质、抗氧化功能及肌肉能量代谢的影响

李永明 门小明 陶 新 周永学 冯尚连 华卫东 徐子伟

(浙江省农业科学院畜牧兽医研究所，杭州310021)

随着生活水平的提高和健康意识的增强，消费者对猪肉品质提出了更高的要求。氧化应激是导致畜禽肉品质量下降的重要因素，其主要通过破坏肌肉细胞膜的结构与功能[1]、抑制钙蛋白酶活性[2]、促进肌原纤维蛋白氧化并交联与聚集[3-4]以及促进氧合肌红蛋白氧化为高铁肌红蛋白等途径，影响系水力、嫩度和肉色等肉质指标。饲粮添加五味子、肌肽、维生素E、白藜芦醇和番茄渣等功能性饲料或添加剂，能够提高肌肉的抗氧化能力，改善畜禽肉品质[5-8]。牛磺酸是一种含硫非蛋白氨基酸，广泛分布于动物性产品中，具有抗氧化、调节免疫、抗细胞凋亡和促进胆汁合成分泌等多种生物学功能。研究表明，牛磺酸能缓解由高脂饲粮、重金属铅镉、过量锰暴露、四氯化碳、敌草快、百草枯、乳房链球菌、脂多糖及高强度运动等多种因素诱导的动物组织脏器或细胞的氧化应激损伤[9-18]。基于氧化应激与肉质的关联以及牛磺酸的抗氧化作用，推测牛磺酸能改善猪肉品质，但目前鲜见报道，值得探索。因此，本试验旨在研究饲粮中添加牛磺酸对育肥猪生长性能、肌肉品质、机体抗氧化功能和肌肉能量代谢等的影响，为其在养猪生产中的推广应用提供科学依据。

1.1 试验材料

试验所用牛磺酸购自北京某生物科技有限公司，纯度>96.8%。

1.2 试验设计及饲养管理

试验选取体重为78 kg左右的“杜长大”育肥猪48头，按照随机区组设计分为2组，每组4个重复，每个重复6头猪。对照组饲喂基础饲粮，试验组在基础饲粮中添加2 000 mg/kg牛磺酸。基础饲粮参照NRC(2012)和我国《猪饲养标准》(NY/T 65—2004)生长育肥猪营养需要配制，并加工成颗粒饲料，其组成及营养水平见表1。试验期39 d。

表1 基础饲粮组成及营养水平(风干基础)

饲养试验在安吉绿嘉园牧业有限公司进行。试验猪舍为半敞开式建筑，水泥实体地面，舍内自然通风。试验期间猪只自由采食、自由饮水。猪舍定期消毒，每日清扫圈舍2次，保持舍内清洁。免疫程序按照猪场常规进行。

1.3 样品采集及指标测定

1.3.1 生长性能

分别于试验开始和结束当天08:00对所有试验猪逐头进行空腹称重；
记录每栏育肥猪的采食量，计算平均日增重(ADG)、平均日采食量(ADFI)和料重比(F/G)。

1.3.2 肌肉品质

试验结束后，每个重复选取2头猪，按照常规程序电击屠宰，剥离左侧胴体的整条背最长肌用于肌肉品质的测定。

背最长肌pH、肉色和系水力参照《猪肌肉品质测定技术规范》(NY/T 821—2004)测定。其中，pH测定采用HANNA肉品专用pH计，肉色测定采用美能达CR-410色彩色差计，系水力(压力法，压榨损失)测定采用哈尔滨量具刃具厂压力仪。每个肉样测定3个平行样。

剪切力的测定参照门小明[19]的方法，取腰椎段背最长肌，顺着肌纤维走向切成1 cm×1 cm×4 cm肉样，采用C-LM3型数显式肌肉嫩度仪(东北农业大学)测定剪切力，每个肉样测定6个平行样。

1.3.3 血清抗氧化指标

试验结束时，每组选取12头育肥猪前腔静脉采血，3 000 r/min离心10 min，分离血清，置于-20 ℃保存，用于测定超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性和还原型谷胱甘肽(GSH)、氧化型谷胱甘肽(GSSG)、丙二醛(MDA)含量以及总抗氧化能力(T-AOC)。以上指标均采用北京华英生物技术研究所提供的试剂盒测定。

1.3.4 肝脏抗氧化指标

试验猪屠宰后取肝脏样品20 g于冻存管中，液氮保存，用于测定SOD、CAT、GSH-Px活性和GSH、GSSG、MDA含量以及T-AOC。上述指标均采用北京华英生物技术研究所提供的试剂盒测定。

1.3.5 肌肉生化指标

试验猪屠宰后取左侧胴体背最长肌样品20 g于冻存管中，液氮保存，用于测定SOD、CAT、GSH-Px、琥珀酸脱氢酶(SDH)、苹果酸脱氢酶(MDH)、肌酸激酶(CK)、乳酸脱氢酶(LDH)活性和肌红蛋白、GSH、GSSG、硫代巴比妥酸反应物(TBARS)含量以及T-AOC等。肌红蛋白含量参照Krzywicki[20]的分析方法测定，其余指标采用北京华英生物技术研究所提供的试剂盒测定。

1.4 数据统计与分析

所有数据以“平均值±标准差”形式表示，采用SPSS 16.0统计软件的t检验程序对试验组和对照组各项指标进行差异显著性分析，设定P<0.05为差异显著。

2.1 牛磺酸对育肥猪生长性能的影响

由表2可知，试验组育肥猪初始体重与对照组相比无显著差异(P>0.05)；
试验组终末体重和ADG显著高于对照组(P<0.05)，分别提高了2.98%和8.11%；
试验组ADFI高于对照组，F/G低于对照组，但均无显著差异(P>0.05)。

表2 牛磺酸对育肥猪生长性能的影响

2.2 牛磺酸对育肥猪肌肉品质的影响

由表3可知，与对照组相比，饲粮添加2 000 mg/kg牛磺酸能显著提高育肥猪背最长肌pH45 min、肌红蛋白含量和肉色红度(a*)值(P<0.05)，但对背最长肌pH24 h、滴水损失、压榨损失、剪切力、肉色黄度(b*)值和亮度(L*)值等肉品质指标均无显著影响(P>0.05)。

表3 牛磺酸对育肥猪肉品质的影响

2.3 牛磺酸对育肥猪抗氧化功能的影响

由表4可知，对照组和试验组育肥猪血清SOD、CAT、GSH-Px活性和GSH、GSSG、MDA含量以及T-AOC等抗氧化指标均无显著差异(P>0.05)。

表4 牛磺酸对育肥猪血清抗氧化指标的影响

由表5可知，对照组和试验组育肥猪背最长肌SOD、CAT、GSH-Px活性和GSH、GSSG、TBARS含量以及T-AOC等抗氧化指标均无显著差异(P>0.05)。

表5 牛磺酸对育肥猪背最长肌抗氧化指标的影响

由表6可知，与对照组相比，饲粮添加2 000 mg/kg牛磺酸能显著提高育肥猪肝脏T-AOC(P<0.05)，显著降低肝脏MDA含量(P<0.05)，但对肝脏SOD、CAT、GSH-Px活性和GSH、GSSG含量均无显著影响(P>0.05)。

表6 牛磺酸对育肥猪肝脏抗氧化指标的影响

2.4 牛磺酸对育肥猪背最长肌能量代谢的影响

由表7可知，与对照组相比，饲粮添加2 000 mg/kg牛磺酸使育肥猪背最长肌有氧代谢关键酶SDH、MDH和磷酸原系统关键酶CK活性分别提高了111.03%、34.13%和48.02%(P<0.05)，糖酵解供能途径关键酶LDH活性下降了21.84%(P<0.05)。

表7 牛磺酸对育肥猪背最长肌能量代谢关键酶活性的影响

3.1 牛磺酸对育肥猪生长性能的影响

本试验为阐明牛磺酸对猪肉品质是否有改善作用，特地选择在实际生产中PSE猪肉发生比例高、肉质问题严重的夏天高温季节进行。试验期间，舍内白天最高温度达38 ℃，已超过育肥猪环境温度临界范围上限值，试验猪处于慢性热应激状态。热应激会显著降低生长肥育猪的ADFI、ADG，提高F/G[21]。牛磺酸是中枢抑制性神经递质或调质，能调节神经组织兴奋性[22]；
具有解热作用，可降低动物正常体温和细菌内毒素、酵母等引起的发热[22-23]；
可在肝脏中与胆酸结合形成牛磺胆酸，促进脂肪乳化，提高脂肪酶活性，协助脂肪及其他脂溶性物质的消化吸收；
能改善肠黏膜形态结构，提高肠黏膜和内容物消化酶活性，促进养分消化吸收[24-26]。基于上述生物学作用，推测牛磺酸有望改善高温季节热应激条件下猪的生产性能。本试验参考前人有关仔猪的研究结果[24,27-28]，在育肥猪饲粮中添加2 000 mg/kg牛磺酸，发现其能显著提高ADG，并有改善ADFI、降低F/G的趋势，基本符合试验预期，并与前人在家禽上的研究结果[29-30]相似，但与在育肥猪上的研究报道[31]不一致。王胜林等[31]研究发现，饲粮中添加400 mg/kg牛磺酸对热应激育肥猪的ADFI、ADG和F/G均无显著影响，可能与其添加量偏低有关，目前文献报道的动物饲料中牛磺酸的添加量基本都超过此值。

3.2 牛磺酸对育肥猪抗氧化功能的影响

动物在新陈代谢过程中不断地产生自由基。机体依靠酶类和非酶类抗氧化物质的协同作用清除自由基，避免其过量积聚对动物的危害。SOD、CAT和GSH-Px是主要的抗氧化酶。GSH是细胞内重要的非酶类抗氧化剂。T-AOC是衡量机体抗氧化酶系统和非酶系统清除自由基能力的综合性指标。MDA和TBARS含量均是衡量机体脂质过氧化严重程度的指标，并可间接反映细胞氧化损伤的程度。抗氧化作用是牛磺酸在体内最重要的生理功能之一，其机制与牛磺酸分子中的氨基和氧化剂结合阻断自由基链式反应[32]、提高线粒体电子传递链功能阻止电子转移至氧气(O2)减少活性氧(ROS)生成[33]、激活Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白1-核因子E2相关因子2-抗氧化反应元件(Keap1-Nrf2-ARE)信号通路上调抗氧化基因表达[15]等因素有关。本试验中，饲粮中添加牛磺酸显著提高了育肥猪肝脏T-AOC，降低了肝脏MDA含量，而对血清、肌肉的SOD、CAT、GSH-Px活性和MDA、GSH、GSSG、TBARS含量以及T-AOC等抗氧化指标均无显著影响，这表明牛磺酸能清除肝脏自由基，增强其抗氧化能力，但在本试验条件下不能保护血液和肌肉免受氧化应激损伤，这与前人的研究结果[10,34-35]相似。肝脏是机体物质代谢的中枢，也是体内最大的解毒器官，其功能状况直接影响动物健康和生长。由于在解毒和养分代谢过程中会产生大量的自由基，肝脏是被自由基侵犯最严重的脏器之一。本试验中，牛磺酸能够提高肝脏抗氧化能力，缓解氧化应激造成的组织损伤，可能是其改善育肥猪生长性能的机制之一。

3.3 牛磺酸对育肥猪肌肉能量代谢的影响

动物肌肉活动的能量主要由磷酸原系统、糖酵解系统和有氧代谢系统等三大供能系统提供[36]。CK能可逆地催化磷酸肌酸的合成和分解反应，其活性是评估磷酸原系统供能能力的重要指标[36]。LDH控制着糖酵解途径产生高能磷酸化合物的反应节奏，其活性反映了肌肉糖酵解的活跃程度[37]。SDH和MDH均是参与线粒体三羧酸循环的关键酶，其活性反映了肌肉的有氧代谢能力[38-39]。本研究中，饲粮中添加牛磺酸的试验组育肥猪背最长肌CK、SDH、MDH活性均显著提高，背最长肌LDH活性显著降低，提示牛磺酸对育肥猪肌肉的能量代谢特性有显著影响，能增强肌肉的有氧代谢能力，降低糖酵解代谢能力，提升磷酸原系统供能水平。

肌肉的能量代谢特征反映了其肌纤维类型组成的差异。根据肌球蛋白重链亚基蛋白及mRNA表达，成年哺乳动物骨骼肌纤维可分为Ⅰ(慢收缩氧化型)、Ⅱa(快收缩氧化型)、Ⅱx(中间型)和Ⅱb(快收缩酵解型)4种不同类型[40]，并可遵循“Ⅰ↔Ⅱa↔Ⅱx↔Ⅱb”的规律互相转化。He等[41]发现，骨骼肌Ⅰ型肌纤维的SDH活性最高，Ⅱa次之，Ⅱb型肌纤维最低。门小明[19]研究发现，猪背最长肌Ⅰ型肌纤维含量及组成比例与SDH、MDH活性显著正相关。张睢扬等[42]报道，兔膈肌经慢性低频电刺激后，随着Ⅰ型肌纤维增加、Ⅱb型肌纤维减少，有氧代谢酶SDH和MDH活性升高，糖酵解酶LDH活性降低，慢性高频电刺激后出现完全相反的变化。罗玉龙等[43]在滩羊饲粮中添加α-硫辛酸，股二头肌ⅡA(相当于Ⅱa)型肌纤维比例增加，ⅡB(相当于Ⅱx+Ⅱb)型肌纤维比例减少，相应地有氧代谢酶SDH活性提高，糖酵解酶LDH活性降低。SDH作为反映有氧代谢能力的关键酶，被广泛用于肌纤维的分型染色[44-45]。基于上述能量代谢关键酶活性和肌纤维类型之间的关系，本研究中试验组育肥猪背最长肌有氧代谢酶和糖酵解酶活性的协同性变化，推测与牛磺酸促进肌纤维类型由酵解型(Ⅱx、Ⅱb)向氧化型(Ⅰ、Ⅱa)转化或快氧化型(Ⅱa)向慢氧化型(Ⅰ)转化有关。类似现象在其他动物已有报道，徐苏微等[46]发现饲粮中添加5 000 mg/kg牛磺酸可通过钙调神经磷酸酶-活化T细胞核因子(CaN-NFAT)信号通路，促进肉鸡腿肌肌纤维由Ⅱb型向Ⅰ型转化。牛磺酸对猪肌纤维类型组成的影响及其机制有待深入研究。

3.4 牛磺酸对育肥猪肉品质的影响

猪肌肉品质评价指标主要包括pH、系水力、嫩度和肉色等。本试验在育肥猪饲粮中添加2 000 mg/kg牛磺酸，显著提高了背最长肌pH45 min和肉色a*值，提示牛磺酸对猪肌肉品质有改善作用。目前鲜有关于牛磺酸对猪肌肉品质影响的研究，但在家禽营养领域可见与本试验结果类似的报道。研究发现，饲粮中添加5 000 mg/kg牛磺酸能够显著缓解慢性热应激导致的肉鸡胸肌pH45 min下降[47]，显著提高正常饲养条件下肉鸡腿肌pH45 min[46]和胸肌pH45 min、肉色a*值[48]。正常情况下，动物活体肌肉的pH保持中性。屠宰后，由于氧气供应中断，肌肉的有氧代谢活动终止，磷酸原系统率先启动为肌肉收缩提供能量，当磷酸肌酸被消耗至一定程度后开始激活无氧糖酵解过程提供ATP。因糖酵解产生的乳酸不能通过血液循环被清除而在局部大量堆积，导致宰后肌肉pH下降。综合前述牛磺酸对肌肉能量代谢的影响分析，本试验饲粮中添加牛磺酸可能通过2条途径提高宰后肌肉pH：1)上调肌肉CK活性，提升磷酸肌酸形式的能量储备，增强磷酸原系统的供能能力，延迟糖酵解系统的启动时间；
2)下调肌肉LDH活性，降低糖酵解反应速度，减少乳酸产生。

肉色主要受肌红蛋白含量及其氧化还原状态和光线反射的影响，肌肉中肌红蛋白含量越高，颜色越深。肌红蛋白在肌肉中以脱氧肌红蛋白、氧合肌红蛋白和高铁肌红蛋白3种状态存在，三者的比例影响肌肉的颜色[49]。当光线照射到猪肉表面时，被反射回来的光线越多，肌肉表现越苍白。反射光线的强弱与猪肉表面水分含量呈正比。本试验中，牛磺酸对育肥猪背最长肌的抗氧化能力和滴水损失均无显著影响，因此牛磺酸不可能通过改变肌红蛋白的氧化还原状态或光线反射而影响肉色。由于氧化型肌纤维的能量供应以有氧代谢为主，肌红蛋白较多；
而酵解型肌纤维能量供应主要依靠糖酵解，肌红蛋白含量较少。肌纤维类型从Ⅰ→Ⅱa→Ⅱx→Ⅱb，肌红蛋白含量逐渐减少[50]。根据前述牛磺酸对能量代谢及肌纤维类型的影响分析，本试验中牛磺酸可能通过促进肌纤维由酵解型(Ⅱx、Ⅱb)向氧化型(Ⅰ、Ⅱa)转化或快氧化型(Ⅱa)向慢氧化型(Ⅰ)转化提高肌肉肌红蛋白含量进而改善肉色。

饲粮添加2 000 mg/kg牛磺酸能显著改善育肥猪肝脏抗氧化能力，调节肌肉能量代谢关键酶活性，改善生长性能和肉品质。