基于图像分析评估牛类别或饲养管理对第6肋骨组成的影响

《Meat Science》：Assessed the effects of the cattle category or the rearing management on the 6th rib composition using image analysis

　　

评估牛类别或饲养管理对第6肋骨组成的影响：基于图像分析的研究 摘要：评估胴体和牛肉品质已成为牛肉产业链利益相关者面临的重要经济挑战，同时也是满足消费者对牛肉感官特性期望的手段。目前，欧洲采用EUROP系统评估胴体品质，而其他国家（如美国、澳大利亚和日本）则评估其他性状，特别是脂肪含量和大理石花纹（肌内脂肪，IMF）。许多研究表明，脂肪含量的增加显著改善牛肉的感官品质，包括嫩度、多汁性和风味。因此，牛肉产业链利益相关者致力于对肉类大理石花纹含量进行分级以满足消费者期望。胴体的脂肪含量和大理石花纹主要受屠宰月龄、品种、性别和营养的影响。评估大理石花纹的参考方法是采用Folch或Soxhlet方法进行IMF化学定量。然而，由于成本、时间、劳动力、过程的破坏性以及溶剂需求，该方法未在牛肉产业中应用。因此，近期提出了替代方法评估大理石花纹。大理石花纹可由经过培训的检验员在分级时使用图表进行视觉评估，但该方法具有主观性。该评估在第6肋骨切面水平进行，以评估背最长肌（LM）的大理石花纹。其他非破坏性且客观的方法，如基于近红外和核磁共振的方法，也用于此目的。然而，这些方法需要专用且昂贵的设备，难以在屠宰场使用。研究人员此前使用这些替代方法表征饲养管理对夏洛莱牛胴体和肉质的影响，结果表明雌性（小母牛和淘汰母牛）比年轻公牛更肥。本研究旨在利用图像分析量化第6肋骨切面的脂肪沉积（皮下脂肪、肌间脂肪和IMF）和LM面积，根据牛类别（年轻公牛、小母牛和淘汰母牛）或饲养管理（从出生到屠宰）评估其变异性。研究假设计算机图像分析可量化第6肋骨的组成。该方法是客观、快速、廉价且准确的，无需化学试剂和破坏样本，且易于实施。本研究使用Meunier等人（2021）开发的图像分析方法，分析了519头夏洛莱牛（144头年轻公牛、117头小母牛和258头淘汰母牛）第6肋骨照片。结果表明，年轻公牛比小母牛和淘汰母牛更瘦，雌性动物的肌间脂肪和皮下脂肪比例显著高于年轻公牛，而IMF（LM-Intra-Area）在三个类别间无显著差异。饲养管理仅对年轻公牛的IMF（LM-Intra-Area）、小母牛的Trapez-Inter-Area和LM-Inter-Area以及淘汰母牛的Trapez-Inter-Area有显著影响。主成分分析（PCA）显示，小母牛和淘汰母牛总体比年轻公牛更肥，但5个变量未能清晰区分三个牛类别。图像分析结果与分级评估结果相对一致，表明图像分析可快速评估第6肋骨的多项指标，可作为评估肋骨脂肪沉积的替代方法，但需在其他品种中进一步验证。

基于图像分析的牛第6肋骨组成评估：牛类别与饲养管理效应的系统研究

一、研究背景与问题提出

评估胴体和牛肉品质已成为牛肉产业链各利益相关方的重要经济挑战，同时也是满足消费者对牛肉感官特性期望的关键手段。目前，欧洲采用EUROP系统评估胴体品质，而美国、澳大利亚和日本等国家则评估其他性状，特别是脂肪含量和大理石花纹（肌内脂肪，IMF）。大量研究表明，脂肪含量的增加能显著改善牛肉的嫩度、多汁性和风味等感官品质，因此牛肉产业链各方致力于对大理石花纹含量进行分级以满足消费者期望。胴体脂肪含量和大理石花纹主要受屠宰月龄、品种、性别和营养等因素影响。

评估大理石花纹的参考方法是采用Folch或Soxhlet方法进行IMF化学定量。然而，该方法因成本高、耗时长、劳动密集、具有破坏性且需使用溶剂，未能在牛肉产业中实际应用。因此，近年来提出了多种替代方法。大理石花纹可由经培训的检验员在分级时使用图表进行视觉评估，但该方法具有主观性。其他非破坏性且客观的方法如近红外光谱和核磁共振技术虽可用于此目的，但需要专用且昂贵的设备，难以在屠宰场推广使用。

研究人员此前利用这些替代方法表征了饲养管理对夏洛莱牛胴体和肉质的影响，结果表明雌性（小母牛和淘汰母牛）比年轻公牛更肥。基于此，研究人员提出假设：对第6肋骨切面的计算机图像分析可能能够量化其肌肉和脂肪组成（包括LM面积、皮下脂肪、肌间脂肪和IMF）。该方法客观、快速、廉价、准确，无需化学试剂和破坏样本，且易于在屠宰场实施。

二、研究设计与方法概述

本研究数据来自法国奥弗涅-罗讷-阿尔卑斯大区46个商业化农场，共519头夏洛莱牛，包括144头年轻公牛、117头小母牛和258头淘汰母牛。研究人员沿用了先前定义的各牛类别的饲养管理方案，其中年轻公牛有5种饲养管理（RM-YB1至RM-YB5），小母牛有4种（RM-H1至RM-H4），淘汰母牛有3种（RM-CC1至RM-CC3）。动物在3个工业屠宰场屠宰，宰后24小时在右侧胴体第6肋骨水平切面拍照，拍照时放置自制层压比例尺用于几何校准。图像分析采用Meunier等人（2021）开发的半自动程序，基于开源ImageJ v1.52i软件，由经过培训的操作员确认或手动调整各研究区域的边界。研究计算了5个变量：LM占肋骨比例（LM-Portion-Area）、斜方肌胸肌旁皮下脂肪比例（Trapez-Sub-Area）、斜方肌胸肌旁肌间脂肪比例（Trapez-Inter-Area）、LM内肌间脂肪比例（LM-Inter-Area）和LM内肌内脂肪比例（LM-Intra-Area）。统计分析使用R 4.3.2软件，对每个图像参数进行方差分析（ANOVA），并考虑农场和操作员因素，必要时作为随机效应处理，显著时进行Tukey检验，同时采用主成分分析（PCA）观察5个变量间的关系。

三、研究结果

3.1 牛类别效应

方差分析结果显示，年轻公牛比小母牛和淘汰母牛更瘦。反映肋骨内肌间和皮下脂肪组织比例的Trapez-Inter-Area、LM-Inter-Area和Trapez-Sub-Area值在年轻公牛中最低，与先前基于分级或厚度测量的结果一致。LM-Intra-Area值反映大理石花纹，在三个类别间无显著差异。LM-Portion-Area在年轻公牛和小母牛间无显著差异，但在淘汰母牛中最小，这与衰老牛只脂肪组织生长优先于肌肉生长的规律一致。除LM-Portion-Area外，小母牛和淘汰母牛在反映IMF、肌间和皮下脂肪沉积的指标上无显著差异。主成分分析结果确认了小母牛和淘汰母牛总体比年轻公牛更肥，但5个变量未能清晰区分三个牛类别，部分小母牛和淘汰母牛表现出与年轻公牛相似的第6肋骨特征。

3.2 饲养管理效应

对于年轻公牛，饲养管理仅对LM-Intra-Area有显著影响，RM-YB2组的LM-Intra-Area显著低于RM-YB5组，这可能与屠宰月龄差异有关（RM-YB5屠宰于20.3月龄，RM-YB2屠宰于17.0月龄）。对于小母牛，饲养管理对Trapez-Inter-Area和LM-Inter-Area有显著影响，RM-H1组的Trapez-Inter-Area显著低于RM-H4组，RM-H1和RM-H3组的LM-Inter-Area显著低于RM-H2组，这些差异可能部分归因于屠宰月龄和精料饲喂量的组合差异。对于淘汰母牛，饲养管理仅对Trapez-Inter-Area有显著影响，RM-CC1组显著低于RM-CC3组，RM-CC3组饲喂了更高的精料量（1.014吨对566.5千克）且在舍内育肥，而RM-CC1组主要在牧场育肥。

四、讨论与结论

本研究表明，第6肋骨的脂肪沉积对牛类别（雄性对雌性）比对整个生命周期的饲养管理更敏感。饲养管理仅影响年轻公牛的大理石花纹（LM-Intra-Area），以及小母牛和淘汰母牛的Trapez-Inter-Area。与先前发表结果一致，不同饲养管理可获得相同的第6肋骨脂肪沉积水平，无论牛类别如何。图像分析在评估牛类别效应和雌性动物饲养管理效应方面，其结果与分级评估相对一致，表明图像分析可快速评估第6肋骨的多项指标。然而，本研究仅涉及夏洛莱牛，该品种脂肪水平较低（如大理石花纹、肌间脂肪），在低质量照片中程序较难检测肌内脂肪，存在将反射误认为肌内脂肪的风险。未来，图像分析可作为屠宰场评估胴体品质的参考方法，用于定义潜在肉质，但需在其他品种中进一步验证这些脂肪沉积参数的结果。