鸽子肉品质、水解氨基酸与核苷酸谱及代谢组特征的品种间差异

《Food Chemistry: X》：Breed-related differences in meat quality, hydrolyzed amino acid and nucleotide profiles, and metabolomic features of pigeons

　　

本研究比较了石岐鸽、大宝鸽与白王鸽在相同饲养管理条件下的胸肌肉品质性状、肌肉纤维形态、水解氨基酸含量、核苷酸含量及非靶向代谢组谱。研究人员旨在明确三个鸽品种是否具有各自的肉品质特征，以及这些表型差异是否伴随水解氨基酸组成、核苷酸谱及非靶向代谢组特征的变化。共采用30只28日龄健康雌性鸽子（每品种10只），屠宰后于相同解剖部位和相同时点采集胸肌样品。肉品质测定包括肉色（L*、a*、b*）、pH、剪切力和24 h滴水损失。肌肉纤维形态经苏木精-伊红（H&E）染色后于光镜下测量纤维面积和直径。水解氨基酸经酸水解及苯异硫氰酸酯（PITC）柱前衍生后采用高效液相色谱（HPLC）测定；核苷酸采用HPLC测定。非靶向代谢组分析采用超高效液相色谱-质谱联用（UHPLC–MS），并结合正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）与京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析。结果显示，三个鸽品种的24 h滴水损失、剪切力、pH及肉色参数均存在显著差异。白王鸽的24 h滴水损失和剪切力最低，pH最高，L*值较低而a*、b*值较高，且肌纤维面积和直径最小；大宝鸽滴水损失最高、肌纤维最大；石岐鸽居中。17种水解氨基酸中有5种存在品种间显著差异，其中天冬氨酸、丝氨酸、丙氨酸、半胱氨酸和蛋氨酸在石岐鸽中总体较高。5种核苷酸中仅胞苷一磷酸（CMP）存在品种间显著差异，白王鸽高于石岐鸽，而肌苷一磷酸（IMP）无显著差异。非靶向代谢组分析中，涉及白王鸽的比较分离更为明显，其OPLS-DA模型的交叉验证预测性能优于石岐鸽-大宝鸽比较。经多重检验校正后，三个比较共保留5个唯一差异代谢特征，被推定注释为13,14-二氢-15-酮-前列腺素D2、13-KODE、15-氧代前列腺素F2α、3-乙酰基-4-羟基-6-甲基-2H-吡喃-2-酮和2-(叔丁氨基)-1-(3,5-二羟基苯基)乙酮。大宝鸽-白王鸽比较的KEGG分析识别出亚油酸代谢和花生四烯酸代谢通路，但每条通路仅含一个差异特征。品种内Spearman相关分析显示，差异代谢特征与肉品质性状的关联在不同品种间方向和强度不一致。研究表明，三个鸽品种在相同饲养条件下表现出不同的肉品质特征，白王鸽具有独特的理化、结构和代谢表型，石岐鸽水解氨基酸组成存在差异，但这些代谢特征及脂质相关通路信号尚需靶向验证方能确立生物学机制。

**研究背景与问题** 鸽肉以肉质细嫩、风味独特、蛋白质含量较高和脂肪含量相对较低而受到重视。中国鸽产业已成为家禽业的组成部分，但与鸡、鸭、鹅相比，鸽肉品质的品种间变异受到的关注较少。胸肌是鸽胴体的主要可食用部分，常用于评价肉品质和营养特性。肉品质差异可直接影响食用品质、加工适用性和不同品种的潜在用途。然而，常用鸽品种间肉品质和代谢物谱的变异程度尚不清楚。鸽肉品质受遗传背景、年龄、性别、营养水平、饲养制度、肌肉发育和宰后代谢变化等多种因素影响。肉色、pH、剪切力和系水力是评价禽肉品质的常用指标，分别反映色泽特征、宰后糖酵解、嫩度和保水性。肌纤维面积、直径和结构也与肉品质变异相关。除常规肉品质性状外，氨基酸、核苷酸、脂质代谢物及其降解产物与肉中滋味和香气前体物质的形成密切相关。游离氨基酸可直接参与肉的风味，而完全酸水解后的氨基酸分析主要表征肌肉蛋白质的总体氨基酸组成而非游离氨基酸组分，因此水解氨基酸谱提供的是组成信息，不应被解释为呈味活性氨基酸的直接测定。核苷酸尤其IMP和GMP可能参与鲜味相关滋味，脂质衍生化合物可参与加工和烹饪过程中的香气形成。综合评价肉品质性状、肌肉纤维特征和化学组分有助于解释鸽肉品质的品种特异性差异。非靶向代谢组学已越来越多地用于畜禽肉品质研究，可广泛表征小分子代谢物及其在肌肉组织中丰度的变化，结合多元统计分析和KEGG通路富集分析可识别与肉品质变异相关的代谢通路和候选代谢物。以往研究已将鸽及其他禽类肌肉品质和风味差异与氨基酸代谢、脂肪酸代谢、甘油磷脂代谢、嘌呤代谢、能量代谢和氧化还原过程联系起来。尽管如此，鸽品种间肉品质的系统比较仍有限，尤其缺乏整合常规肉品质性状、肌肉纤维形态、氨基酸和核苷酸含量及非靶向代谢组谱的研究。石岐鸽是中国地方品种，具有独特的肉品质相关特性；白王鸽是引进品种，广泛用于商业生产并常作为鸽生产和比较研究的参考品种；大宝鸽是中国鸽业的代表性商业品种，在生长性能和胸肌营养成分方面表现出一定优势。本研究在相同饲养管理条件下饲养石岐鸽、大宝鸽和白王鸽，比较其肉品质性状、肌肉纤维形态、水解氨基酸含量、核苷酸含量和非靶向代谢组谱，旨在确定三个鸽品种是否表现出不同的肉品质特征，以及这些表型差异是否伴随水解氨基酸组成、核苷酸谱和非靶向代谢组特征的变化。**研究人员开展的研究与结论** 研究人员在相同饲养管理条件下比较了石岐鸽、大宝鸽和白王鸽的胸肌肉品质、肌肉纤维形态、水解氨基酸、核苷酸及非靶向代谢组特征。结论为：三个鸽品种在相同饲养条件下表现出不同的肉品质特征；大宝鸽24 h滴水损失较大、肌纤维较大，白王鸽24 h滴水损失和剪切力较低、pH及L*、a*、b*较高、肌纤维较小；石岐鸽若干水解氨基酸含量较高，表明氨基酸组成存在品种相关差异；核苷酸中仅CMP存在品种间差异，IMP无差异；非靶向代谢组学在涉及白王鸽的比较中分离更明显，但多重检验校正后仅5个唯一差异代谢特征保留显著，这些代谢特征及相关脂质通路信号在确立生物学机制前需靶向验证。**重要意义** 该研究系统揭示了三个常用鸽品种胸肌肉品质、氨基酸与核苷酸组成及代谢组特征的差异，为鸽品种资源评价、肉品质改良和加工利用提供了综合表型与化学代谢层面的基础数据。**关键技术方法** 研究以30只28日龄健康雌性鸽子为对象（石岐鸽、大宝鸽、白王鸽各10只；石岐鸽和大宝鸽来源于海口的Haikou Coconut Pigeon Food Breeding Co., Ltd.，白王鸽来源于温州平阳县的Aofeng Pigeon Industry Co., Ltd.），在相同饲养管理条件下饲养后按标准商业程序屠宰，于宰后相同解剖部位和相同时点采集胸肌。主要技术方法包括：肉色（便携式色差计）、pH（便携式pH计）、剪切力（肌肉嫩度仪）和24 h滴水损失（悬挂法）等常规肉品质测定；H&E染色组织学观察并结合Image-Pro Plus 6.0测量肌纤维面积和直径；酸水解结合PITC柱前衍生HPLC测定17种水解氨基酸；HPLC测定5种核苷酸；UHPLC–MS非靶向代谢组分析结合OPLS-DA和KEGG通路富集分析；以及品种内Spearman相关分析评价代谢特征与肉品质性状的关联。**研究结果** **胸肌纤维形态** 代表性H&E切片显示品种间肌纤维大小存在可见差异，大宝鸽纤维横截面较大，白王鸽较小，石岐鸽居中；肌纤维面积和直径在品种间差异显著，大宝鸽肌纤维面积大于白王鸽，石岐鸽居中，直径呈相同模式，大宝鸽最高、白王鸽最低、石岐鸽居中。**肉品质性状** 所有测定的肉品质性状在品种间均差异显著。大宝鸽24 h滴水损失最高，石岐鸽次之，白王鸽最低；白王鸽剪切力低于石岐鸽和大宝鸽，后两者间无显著差异；白王鸽pH高于石岐鸽和大宝鸽，肉L*值较低而a*、b*值较高；石岐鸽与大宝鸽在pH和肉色参数上无显著差异。**非靶向代谢组谱** 混合质控（QC）样品评价显示正、负离子模式下分别有77.23%和82.75%的检出特征QC相对标准偏差（RSD）≤30%。非靶向LC–MS谱显示三品种总体代谢谱存在差异，OPLS-DA模型的R2Y(cum)/Q2(cum)分别为石岐鸽对大白鸽0.992/0.123、石岐鸽对白王鸽0.993/0.604、大宝鸽对白王鸽0.998/0.540，涉及白王鸽的模型交叉验证预测性能强于石岐鸽-大宝鸽模型。经多重检验校正并按VIP > 1、FDR校正p < 0.05及FC > 2或FC < 0.5的标准，石岐鸽-大宝鸽比较未保留差异特征，石岐鸽-白王鸽和大宝鸽-白王鸽比较分别保留2个和4个特征，其中1个特征在后两个比较间共享，三个比较共保留5个唯一差异代谢特征，被推定注释为13,14-二氢-15-酮-前列腺素D2、13-KODE、15-氧代前列腺素F2α、3-乙酰基-4-羟基-6-甲基-2H-吡喃-2-酮和2-(叔丁氨基)-1-(3,5-二羟基苯基)乙酮。由于石岐鸽-大宝鸽比较未保留FDR显著特征、石岐鸽-白王鸽比较仅保留2个，未对这些比较的通路富集作进一步解读；大宝鸽-白王鸽比较中4个保留特征的KEGG分析识别出亚油酸代谢和花生四烯酸代谢，每条通路仅含一个差异特征，故通路结果被谨慎解读。**水解氨基酸与核苷酸谱** 17种水解氨基酸中5种在品种间差异显著：天冬氨酸、丝氨酸、丙氨酸和蛋氨酸在石岐鸽中高于大宝鸽和白王鸽；半胱氨酸在石岐鸽中高于大宝鸽，白王鸽与两者均无显著差异；谷氨酸、甘氨酸、组氨酸、精氨酸、苏氨酸、脯氨酸、酪氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸和赖氨酸在品种间无显著差异。5种核苷酸中仅CMP在品种间差异显著，白王鸽高于石岐鸽，大宝鸽居中且与两者均无显著差异；UMP、GMP、IMP和AMP在品种间无显著差异。**品种内代谢特征与肉品质性状的相关性** 品种内Spearman相关分析显示，5个保留代谢特征与6个肉品质性状（24 h滴水损失、剪切力、pH、L*、a*、b*）间若干关联经多重比较校正后仍显著，但关联的方向和强度在品种间不同，三个品种间未观察到一致的关联模式。**讨论部分总结** 讨论指出，肉色、pH、系水力和剪切力分别反映外观、宰后糖酵解、保水和嫩度；24 h滴水损失在品种间差异显著，白王鸽最低，提示其胸肌在本实验条件下渗出性水分损失较低、保水能力较强。白王鸽较高的pH和独特的肉色特征可能反映宰后糖酵解、色素状态或氧化过程与石岐鸽和大宝鸽的差异；以往研究也报道了鸽胸肌L*、b*、pH和失水的品种相关差异，并发现遗传背景影响保水性、脂肪酸组成和风味前体相关代谢物沉积。白王鸽较低的剪切力与以往报道的石岐鸽与白王鸽间剪切力无显著差异不一致，可能与屠宰日龄、品种来源、饲养条件、宰后成熟或肌肉结构差异有关；以往在白王鸽中的研究将较小的肌纤维直径和较低的羟脯氨酸含量与较低剪切力联系起来，因此本研究观察到的嫩度差异应结合肌肉结构特征考虑。肌肉纤维形态为肉品质提供组织学基础，纤维大小、密度和排列可影响质地、水分分布和宰后代谢；本研究中大宝鸽肌纤维面积和直径最大、白王鸽最小，白王鸽较小的纤维面积和直径与其较低剪切力同时出现，提示嫩度差异至少部分与肌纤维形态变异一致；但纤维大小本身不能解释嫩度或保水性，肌纤维类型及其他结构和代谢特征也可能参与肉品质变异，由于本研究未检测纤维类型特异性染色、肌原纤维蛋白特征和肌肉超微结构，纤维形态与肉品质的关系应被视为关联性而非机制性。总体而言，白王鸽表现出独特的胸肌表型，即较高的pH、较低的L*、较高的a*和b*、较低的24 h滴水损失和剪切力以及较小的肌纤维，涉及白王鸽的OPLS-DA模型交叉验证预测性能也较高，表明白王鸽胸肌在理化、结构和代谢上存在一致性区别，但其生物学机制尚待确定。氨基酸和核苷酸是肉的重要组分，可能对营养和感官特性有不同贡献；游离氨基酸可直接参与味觉感知，氨基酸衍生化合物也可参与加工烹饪中的风味形成反应；但氨基酸数据的解释高度依赖分析方法，本研究氨基酸经酸水解后定量，因此测定值代表水解氨基酸组成而非直接可供呈味的游离氨基酸浓度。天冬氨酸、丝氨酸、丙氨酸、半胱氨酸和蛋氨酸在三个鸽品种间差异显著且在石岐鸽中总体较高，表明胸肌水解氨基酸组成存在品种相关差异，但不应被解释为滋味强度或感官品质差异的直接证据；以往研究也报道了鸽胸肌氨基酸和脂肪酸组成的品种相关变异，并在鸽肉中鉴定出鲜味肽，表明蛋白衍生化合物可参与鸽肉滋味的复杂化学基础，但以往研究中此类化合物的存在并不能确立本研究观察到的水解氨基酸差异会导致相应的滋味差异。5种测定的核苷酸中仅CMP在品种间差异显著，白王鸽高于石岐鸽；而作为丰度最高且与鲜味相关的主要核苷酸，IMP在品种间无显著差异，因此核苷酸结果未提供主要鲜味相关核苷酸存在品种相关差异的证据，观察到的CMP差异应主要视为组成差异，其感官相关性尚不确定；以往研究表明加工可改变乳鸽肉的理化性质、肌纤维结构和氨基酸组成，多组学表征也表明氨基酸、脂肪酸、核苷酸等代谢物共同构成鸽肉化学谱的重要组分。综上，本研究结果证明的是水解氨基酸和核苷酸组成的品种相关差异而非滋味或风味的直接差异；由于本研究未测定游离氨基酸、挥发性化合物和感官特性，这些组成差异的感官意义无法从当前数据确定，需进一步分析游离氨基酸、挥发性风味化合物和感官特征以确定所观察到的组成差异是否转化为可感知的鸽肉风味差异。非靶向代谢组分析显示涉及白王鸽的比较比石岐鸽-大宝鸽比较分离更清晰，这与涉及白王鸽的两个OPLS-DA模型较高的Q2(cum)值一致；代谢组学已广泛用于表征与禽肉品质相关的生化变异，但石岐鸽-大宝鸽比较的低Q2(cum)值表明该模型预测性能有限；以往研究也报道了不同日龄鸽胸肌中与肉品质差异相关的代谢组变异。多重检验校正后三个两两比较仅保留5个唯一差异代谢特征，其中13,14-二氢-15-酮-前列腺素D2和15-氧代前列腺素F2α被推定注释为前列腺素相关特征，13-KODE为脂质衍生特征；由于这些注释未经真实标准品或靶向LC–MS/MS分析确认，应被视为推定注释特征而非确认的生物标志物。大宝鸽-白王鸽比较的KEGG分析识别出亚油酸代谢和花生四烯酸代谢，但每条通路仅由一个保留差异特征代表，通路层面解读仍属初步；以往研究也报道了白王鸽与塔里木鸽胸肌脂肪酸组成的品种相关差异，支持脂质组成存在品种相关变异，但未确立本研究识别通路与肉品质性状间的因果联系。品种内相关分析显示保留代谢特征与肉品质性状的关联在品种间不同，尽管若干关联经多重比较校正后仍显著，但这些相关不确立因果关系，需进一步靶向验证以确认这些代谢特征的身份和生物学相关性。**局限性** 本研究未记录个体屠宰体重和胴体重，因此不能排除品种间生长或胴体大小差异对所观察肉品质性状的潜在贡献。**研究结论翻译** 三个鸽品种在相同饲养条件下表现出不同的肉品质特征。大宝鸽24 h滴水损失较大、肌纤维较大，而白王鸽24 h滴水损失和剪切力较低、pH及L*、a*、b*较高、肌纤维较小。石岐鸽若干水解氨基酸含量较高，表明氨基酸组成存在品种相关差异。核苷酸中仅CMP存在品种间差异，而IMP无差异。非靶向代谢组学在涉及白王鸽的比较中显示更清晰的分离，但多重检验校正后仅5个唯一差异代谢特征保留显著。这些代谢特征及相关脂质通路信号在确立生物学机制前需靶向验证。