富含多酚的甘蔗提取物降低甲烷排放并改善放牧安格斯牛的氧化稳定性和肉品质

《Meat Science》：Polyphenol-rich sugarcane extract reduces methane emissions and improves oxidative stability and meat quality in pasture-fed Angus cattle

　　

本研究旨在探究：在放牧饲养的安格斯（Angus）阉牛日粮中补充甘蔗来源多酚（sugarcane-derived polyphenols，SDP）是否可降低肠道甲烷排放，并改善牛肉的氧化稳定性、肉品质及货架期。二十四头安格斯阉牛（6 月龄；初始体重 220 ± 20 kg）经 2 周适应期后随机分为两组（每组 n = 12）：对照组（CON）饲喂苜蓿颗粒基础日粮；SDP 组在苜蓿颗粒中补充商业甘蔗多酚产品（Polygain?），添加量为干物质采食量的 0.25%，持续 32 周。采用安装于自动饲喂器的 Guardian NG 气体监测仪连续测定肠道甲烷排放。饲养试验结束后，动物经运输至商业屠宰场按标准程序屠宰，胴体按澳大利亚肉类标准（Meat Standards Australia，MSA）分级；于宰后取背最长肌（longissimus lumborum，LL）和腰大肌（psoas major，PM），经真空包装运至实验室，在 4–6 °C、高照度发光二极管（LED）光照及透氧聚氯乙烯（PVC）保鲜膜包装条件下模拟 0、1、3、5、7 d 零售展示，测定肉色（CIE L*、a*、b*、色度与色调角）、Warner-Bratzler 剪切力（WBSF）、蒸煮损失、滴水损失与汁液损失，并以硫代巴比妥酸反应物（TBARS）评价脂质氧化、以游离巯基含量评价蛋白氧化、以铁还原抗氧化能力（FRAP）评价抗氧化能力。结果显示：SDP 组肠道甲烷日排放量较 CON 组降低 34.4%（CON：110 g/d，SDP：72.5 g/d；p < 0.001），而终末活重、平均日增重（ADG）、热胴体重（HSCW）及 MSA 胴体分级性状均无显著差异，宰后极限 pH（pH_u）均低于 5.8。SDP 组 LL 与 PM 肌肉在 7 d 展示期间的 TBARS 值显著低于 CON 组（p < 0.001），且随展示时间延长差异增大；SDP 组两肌肉 FRAP 均显著升高（p = 0.002）；游离巯基含量呈升高趋势（p = 0.06），并以 PM 更为明显（肌肉×处理交互作用 p = 0.05）。SDP 组蒸煮损失（p < 0.001）与汁液损失（p = 0.005）显著降低，滴水损失未受处理影响。SDP 未显著影响肉色各参数及 WBSF。综上，日粮补充 0.25% SDP 可在不损害生产性能与胴体品质的前提下显著降低放牧肉牛的肠道甲烷排放，并改善肌肉抗氧化能力、氧化稳定性与系水力，提示其可作为兼顾环境可持续性与肉品质提升的天然饲料添加剂。

研究背景：全球肉类产业在满足优质动物蛋白需求增长的同时面临降低环境足迹的挑战。反刍家畜是人为温室气体排放的重要来源，其中肠道甲烷占主要部分，放牧牛肉生产体系的甲烷排放通常高于谷物育肥体系（Gerber et al., 2013）。与此同时，饲养过程的环境与营养应激可诱导动物氧化应激，损害生产性能并导致宰后肉品质与货架期下降（Ponnampalam et al., 2022）。脂质与蛋白氧化是贮藏和零售展示期间肉色稳定性、质地、风味及系水力损失的关键原因（Domínguez et al., 2019）。上述双重挑战促使研究者关注兼具减排与提质功能的抗氧化饲料添加剂。多酚是来源于蔬菜及农副产物的植物次生代谢物，具抗氧化特性，较合成抗氧化剂更易被消费者接受（Suleria et al., 2020）；既有研究表明多酚可改善肉品氧化稳定性与品质（Ahmadi et al., 2025；Chikwanha et al., 2019），并具抗产甲烷活性（Prathap et al., 2024）。甘蔗来源多酚（SDP）富含芹菜素-甲氧基木犀草素及三叶草素-O-糖苷，具较强生物活性（Shakeri et al., 2020）；该实验室前期研究发现甘蔗糖蜜多酚可降低绵羊甲烷生成（Prathap et al., 2024），并缓解肉鸡热应激所致氧化应激、改善肉品质（Shakeri et al., 2020）。然而现有研究多仅关注甲烷减排或肉品质之一，关于多酚作为饲料添加剂在放牧肉牛中同时实现减排与延长货架期的综合效益尚存明显知识空白。因此本研究假设 SDP 补充可降低甲烷排放，同时增强草饲肉牛氧化稳定性、肉品质并延长货架期。

研究人员以 24 头 6 月龄安格斯阉牛（初始体重 220 ± 20 kg）为对象，在澳大利亚商业牧场（The Paul Family Cattle Farm，ENDHILL Pty Ltd.，Wangaratta，VIC，Australia）经 2 周适应后随机分为 CON 组（苜蓿颗粒）与 SDP 组（苜蓿颗粒 + 0.25% 干物质采食量的 Polygain?，The Product Makers Pty Ltd.），每组 12 头，持续 32 周；牛只在多年生黑麦草与非洲狗牙根混播牧场放牧，通过配备无线射频识别（RFID）系统的自动饲喂器定量投喂颗粒料并同步监测甲烷。试验结束时将牛只运输约 260 km 至商业屠宰场，按 Halal 方式屠宰，胴体过夜冷却后按 MSA 系统分级，取左侧胴体 LL 与 PM 肌肉真空包装冷藏运回实验室。样品经模拟零售展示处理，测定肉色、pH、滴水损失、汁液损失、蒸煮损失、WBSF、TBARS、游离巯基与 FRAP。数据以 Genstat? 23rd Edition 经限制性最大似然法（REML）分析，处理、肌肉类型、展示天数及其交互项为固定效应，个体为随机效应，均值以 Fisher 非保护最小显著差（LSD）法分离（P < 0.05）。

主要技术方法：研究采用商业放牧条件下的 32 周饲养试验，样本队列为 24 头 6 月龄放牧安格斯阉牛（每组 12 头）；借助 Lely 自动饲喂器、Nedap RFID 识别系统与 Guardian NG 气体监测仪连续采集个体甲烷数据（每周以纯空气与 1% 甲烷标准气校准）；屠宰后按 MSA 分级并采集 LL 与 PM 肌肉；通过 4–6 °C 冷藏展示柜结合透氧 PVC 包装模拟 7 d 零售展示；分别以 CIE 色度计测色、pH 计测极限 pH、EZ-Drip Loss 法测滴水损失、水浴蒸煮结合质构仪测 WBSF、TBARS 法测脂质氧化、DTNB 法测游离巯基、FRAP 法测抗氧化能力；统计采用 REML 混合模型与 ANOVA。

研究结果：3.1 肠道甲烷排放——在整个 32 周饲喂期内，SDP 补充显著降低肠道甲烷排放，绝对日排放量较 CON 降低 34.4%（CON：110 g/d，SDP：72.5 g/d；p < 0.001），表明 SDP 以 0.25% 干物质比例添加至颗粒料中在放牧体系中具有持续的抗产甲烷效力。3.2 生产性能、胴体性状与 pH——终末活重（CON：501 kg，SDP：507 kg；p = 0.72）、ADG（1.20 vs. 1.19 kg/d；p = 0.82）、HSCW（261 vs. 255 kg；p = 0.43）及 MSA 胴体分级性状均无显著差异，pH_u 均低于 5.8 且无暗色牛肉，表明甲烷减排未损害生长性能、胴体品质及宰后糖酵解与酸化过程。3.3 肉色——展示天数影响所有肉色参数（p < 0.001）；肌肉类型影响 a*、b*、色度与色调角（p < 0.001）但不影响 L*；SDP 未显著影响任何肉色参数。L*、b* 与色调角存在肌肉×处理交互作用（分别为 p = 0.003、p < 0.001、p < 0.001），a*、色度与色调角存在天数×肌肉交互作用，无三元交互；LL 中 SDP 组色调角与色度总体较高且更稳定，PM 中 SDP 组色调角随展示期升高更明显。3.4 剪切力与蒸煮损失——WBSF 随展示期下降（p < 0.001）且肌肉间存在差异（p = 0.002），LL 下降幅度大于 PM；SDP 未影响 WBSF（p = 0.12）。蒸煮损失受展示天数（p < 0.001）与处理（p < 0.001）影响，SDP 组在整个展示期低于 CON 组，处理×天数交互呈趋势（p = 0.093）。3.5 汁液损失与滴水损失——汁液损失受展示天数（p < 0.001）与处理（p = 0.005）影响，SDP 降低汁液损失，处理×天数交互显著（p = 0.01）；滴水损失仅肌肉间存在差异（PM 2.34% 高于 LL 1.09%，p = 0.027），处理及肌肉×处理交互不显著。3.6 脂质氧化——TBARS 随展示天数升高（p < 0.001），SDP 组显著低于 CON 组（p < 0.001），处理×天数交互显著（p = 0.002），第 7 天差异最明显（LL 与 PM 中 CON：0.88–0.98，SDP：0.40–0.56 mg MDA/kg），提示 SDP 抗氧化效应在两种肌肉中一致。3.7 蛋白氧化——游离巯基含量随展示天数下降（p < 0.001）；处理呈升高趋势（p = 0.06），肌肉×处理交互呈趋势（p = 0.05），提示 SDP 对游离巯基的保护作用在 PM 中更明显。3.8 FRAP——FRAP 随展示天数下降（p < 0.001），LL 高于 PM（p < 0.001），SDP 组在两肌肉中均升高（p = 0.002）；肌肉×天数交互显著（p = 0.009），处理相关交互均不显著，表明 SDP 的抗氧化益处跨肌肉与展示期一致。

讨论部分：研究证实以 0.25% 干物质采食量补充 SDP 32 周可降低肠道甲烷排放 34.4%，并改善牛肉氧化稳定性与系水力，且不损害生长性能及胴体与肉品质。放牧育肥体系排放高于谷物育肥体系（Gerber et al., 2013），而本研究的减排幅度具有意义，且与同一 SDP 产品在绵羊中的结果可比（Prathap et al., 2024）。多酚减排机制可能为多因素作用，包括抑制产甲烷古菌、使瘤胃发酵转向低产甲烷途径及干扰甲基辅酶 M 还原酶等关键酶过程（Patra et al., 2017）；该实验室体外分析显示 SDP 可逆性结合瘤胃日粮蛋白，减少蛋白降解与发酵，提高过瘤胃蛋白利用并降低甲烷生成。研究局限在于商业放牧条件下无法量化个体牧草干物质采食量及牧草与苜蓿颗粒的相对贡献。肉质方面，SDP 组 TBARS 全程低于 0.6 mg MDA/kg，而对照组第 7 天接近 0.9 mg MDA/kg，提示货架期可能延长；其机制可能与多酚供氢、螯合金属及吸收后沉积于肌肉组织有关（Chen et al., 2015），与既往植物多酚研究一致（Chikwanha et al., 2019；Gobert et al., 2010）。游离巯基随展示期下降反映巯基向二硫键及次磺酸衍生物转化，损害蛋白结构、质地、系水力与营养价值（Bao & Ertbjerg, 2019）；SDP 对游离巯基的保护在 PM 更明显，可能与纤维类型、代谢及氧化能力差异有关，PM 以氧化型纤维为主，LL 含更多糖酵解型纤维（Zou et al., 2023），氧化型肌肉含更多多不饱和脂肪酸、血红素铁等易氧化成分，对日粮抗氧化剂反应更敏感（Kumar et al., 2015）。系水力是鲜肉最重要的商业品质性状之一（Warner, 2017），SDP 降低汁液与蒸煮损失具经济与品质意义（Pearce et al., 2011）；其改善与抗氧化保护膜结构完整性有关（Huff-Lonergan & Lonergan, 2005；Serra et al., 2021），多酚可螯合金属、清除自由基并可能支持内源抗氧化系统（Lv et al., 2021）；但汁液损失降低并非肌肉特异性且滴水损失无处理差异，故蛋白稳定性与系水力的联系应视为初步而非确证。肉色方面，尽管氧化稳定性与系水力改善，SDP 未显著影响肉色；LL 中 SDP 组 L* 偏低可能与系水力较高、肌原纤维结构更紧密、表面光散射减少有关（Ramanathan et al., 2020），PM 则呈升高趋势；a* 随展示期下降反映氧合肌红蛋白向高铁肌红蛋白转化（Mancini & Hunt, 2005；Suman & Joseph, 2013），SDP 未能保护色素；LL 色调角降低而 PM 升高，显示多酚对肉色轨迹的影响因肌肉而异（Luciano et al., 2009）；既往多酚对肉色影响不一，取决于化合物类型、来源与结构（Zhu et al., 2024）。嫩度方面，SDP 未影响 WBSF，剪切力下降反映宰后正常成熟与肌原纤维蛋白降解（Huff-Lonergan & Lonergan, 2005）；文献中多酚对嫩度影响不一致，可能与多酚类型、剂量、给药方式及动物种属差异有关，且植物化学物及其代谢物在肌肉中蓄积至生物活性浓度的证据有限（Pérez-Palacios & Estévez, 2022）；本研究中两处理组第 7 天 WBSF 均降至可接受嫩度水平（≤ 38.3 N），可能存在天花板效应。综合各性状的肌肉×处理反应可见，SDP 的有益效应并非局限于单一肌肉，但肉色等与肌肉结构生化特性密切相关的性状反应因肌肉而异，且研究仅限 LL 与 PM，外推至全胴体需谨慎。

研究结论（译）：本研究表明，以 0.25% 干物质采食量补充甘蔗来源多酚可为可持续牛肉生产带来显著的双重效益。肠道甲烷排放大幅降低 34.4%，回应了关键的环境可持续性问题，同时通过提高抗氧化能力、降低脂质氧化并呈降低蛋白氧化趋势而改善肉品质，从而延长货架期并改善系水力。上述结果提示，SDP 补充有望成为一种天然且经济可行的途径，在降低肠道甲烷排放的同时改善牛肉生产体系的肉品质性状，从而促进更可持续、更高质量的牛肉生产。然而，建议未来研究聚焦于优化 SDP 的添加比例并评估其在不同生产体系中的长期效应。就肉品质而言，进一步在不同包装体系下评估 SDP 效应并开展全面感官分析以确保消费者接受度，将有助于确定 SDP 作为现代牛肉生产中实用天然添加剂的可行性。