利用荷斯坦阉牛生产大理石纹牛肉的研究
郭珍珍 孙芳 丁丽艳 辛杭书 王春微 刘利 赵晓川
摘要：本文主要从荷斯坦牛肌内脂肪沉积相关基因的研究入手，主要阐述荷斯坦牛大理石纹的影响因素，去势对荷斯坦牛肉品质（大理石纹和牛肉嫩度）影响及营养（营养浓度和维生素A成分）调控对荷斯坦阉牛肌内脂肪沉积的影响展开综述，以期为利用荷斯坦阉牛生产大理石纹牛肉提供参考。
关键词：荷斯坦阉牛;荷斯坦公牛犊;荷斯坦阉公牛;去势;大理石纹牛肉
中图分类号：S823.2?文献标识码：A文章编号：2095-9737（2020）01-0001-04
Abstract：The article starts with the study on genes related to intramuscular fat deposition in Holstein cattle， Mainly for review from explain the influencing factors of marbling of Holstein cattle， The effect of castration on the quality of Holstein beef（marbling and beef tenderness）， Effects of nutrition （nutrition concentration and vitamin A component） on intramuscular fat deposition in Holstein steers. In order to provide reference for the production of marbling beef from Holstein steers.
Key words：Holstein bull calves; Holstein steers; Holstein castration bulls; Castration; Marbling beef
近年来，随着我国经济的发展和人民生活水平的不断提高，消费者对富含肌内脂肪的大理石纹牛肉的高档牛肉需求程度日益增强。但国内生产的大理石纹牛肉总量远不能满足消费者的需求。早在19世纪70年代，日本就开始利用去势的荷斯坦公牛犊（荷斯坦阉牛）生产大理石纹牛肉。欧洲等奶牛业发达的国家以及国内相关科研机构也开展了一系列利用荷斯坦阉牛生产高档牛肉的研究。我国是奶牛养殖大国，奶公犊资源十分丰富，每年新生奶公牛犊约220万头[1]。因此，总结国内外荷斯坦阉牛生产大理石纹牛肉应用的研究，利用我国丰富的奶公犊资源生产大理石纹牛肉，解决我国高档牛肉供应紧缺的问题具有重要的指导意义。
1?荷斯坦牛肌内脂肪沉积相关基因的研究
日本和牛以生产优质大理石纹牛肉著称，这与日本畜牧工作者在和牛育种过程中不断提高肌内脂肪交杂的遗传性能有关。乔冬雨[2]等通过对日本和牛和荷斯坦牛的大理石纹评分相关基因变异的微卫星DNA池分析，探讨微卫星DNA多态性与两品种牛大理石纹评分间的关系时发现，日本和牛与荷斯坦牛的相似性系数超过0.8，表明这两个品种牛大理石纹性状上存在高度的相似性。
Wang[3]等利用基因芯片技术比较分析日本和牛与荷斯坦牛在不同生长阶段背最长肌基因表达谱时发现，荷斯坦牛具备产生高肌内脂肪的分子基础，只是发展阶段滞后于日本和牛。Albrecht[4]等也證实在育肥后期（26月龄）日本和牛肌内脂肪中过氧化物酶体增生激活受体γ（PPARG）与脂肪酸结合蛋白4（FABP4）mRNA表达水平相对于荷斯坦牛差异出现不显著，甚至低于荷斯坦牛。Shirouchi[5]等研究表明两个品种牛脂肪组织中脂肪生成相关基因表达水平、脂肪酸组成存在较高的相似性。但不可否认的是，和牛在肌内脂肪沉积的能力上具有独特的优势，荷斯坦牛与之存在明显的差距。尽管如此，仍有大量研究表明，荷斯坦牛拥有优秀的成脂能力和生产大理石纹牛肉的遗传潜能。
2?去势对荷斯坦牛肉品质的影响
出生即去势的牛称为阉牛，青春期后去势的牛因已具有公牛的生理特征，称为阉公牛。去势更有利于肉牛胴体沉积脂肪，去势可分为化学去势、手术去势、物理去势和免疫去势[6]。
2.1?去势对荷斯坦牛生产大理石纹牛肉的影响
大理石纹是肌纤维中的脂肪沉积而形成的，也称脂肪交杂，由肌肉内的血管周围开始发育。因此，大理石纹是肌肉内血管分布多的外肌周膜脂肪的逐步沉积，形成一种白色大理石纹状分布，也称之为牛肉大理石纹。牛肉肌内脂肪沉积越多，大理石纹越丰富，大理石纹等级越高，牛肉的嫩度越好，品质越好[7]。
Smith[8]等研究表明，葡萄糖是肌内脂肪合成脂肪酸的主要碳源。糖代谢分为糖酵解与氧化磷酸化，去势可以使牛骨骼肌中糖化酶的含量增强，糖酵解能力提高，糖酵解是产生甘油三酯合成所需甘油-3-磷酸脱氢酶的途径，甘油-3-磷酸脱氢酶和脂肪酸结合再合成更多的葡萄糖。同时，去势降低了线粒体ATP合酶β亚基的活性，表明阉牛体内的氧化磷酸化途径减少。去势使牛的糖酵解增强，氧化磷酸化减弱，支持了阉牛能生产出更多肌内脂肪的观点[9]。这与杜柳柳[10]等通过去势对荷斯坦牛血液生化指标研究表明的去势使荷斯坦牛血液中甘油三酯和总胆固醇含量增强，氧化反应减弱的结果一致。因此，去势有利于荷斯坦牛肌内脂肪沉积。
2.2?去势对荷斯坦牛肉嫩度的影响
Thomson[11]等研究表明，同一品种在相同的饲养条件下，肉的嫩度方面，阉牛优于公牛。肌内脂肪沉积能力育肥阉牛，阉公牛优于公牛。肌内脂肪沉积能力育肥阉牛优于阉公牛和公牛，肉的颜色与肌内脂肪呈反比例关系，肌内脂肪含量越高肌肉的亮度值越高，红色值越低，肉质越嫩。Luiz[12]等研究表明，去势使牛糖酵解速率增强，导致阉牛比公牛肉的pH值高，肌肉颜色变亮，肉质细嫩。而公牛由于更大的应激反应性，胴体pH值下降率较小，导致死后24 h pH值较高，使肌肉颜色变暗，肉质表面干硬。Priolo[13]等研究表明，去势后蛋白质水解系统的活性增强，牛肉嫩度随之增强。同时，肌内脂肪的含量也与肉的嫩度有关。Jeremiah[14]等认为脂肪含量之所以会影响嫩度，是因为肌内脂肪起到了打乱内膜结构、分离并稀释肌肉纤维的作用。肌内脂肪含量、含水量对牛肉多汁性的贡献率分别为38.4%、23.0%[15]。张静[16]等通过对荷斯坦奶公犊肉质研究分析表明，脂肪可以刺激口腔释放唾液，在一定范围内，肉中脂肪含量越多，肉的多汁性越好。因此，去势可以提高荷斯坦牛肉的嫩度。
2.3?去势月龄对荷斯坦牛肉品质的影响
Ratcliff[17]等研究表明，去势方法和时间会影响小牛的生长性能，出生即去势犊牛体重损失比6～7月龄去势犊牛减少3%～5%，降低因去势而减少的日增重损失和发病率[18]。因此，出生即去势的小牛在育肥期拥有更好的身体素质。去势的月龄不但会影响肉牛的生产性能也会对肉品质产生影响。消费者往往会根据肉的颜色来评估牛肉的质量，Jeremiah[14]等研究发现，小牛肉中的pH值可能与肉的颜色有关，并且随着年龄的增长，pH值降低。肉的亮度随之降低，而红色则增加。低亮度值可归因于牛肉中肌红蛋白增加和肌肉糖原减少[19]。
Priolo[13]等通过对腹直肌和肱三头肌肌肉进行嫩度、多汁性、风味三个指标感官评估从而进行肉质评价时发现，去势月龄对肌球蛋白比例、肌内脂肪含量无影响，且两组牛的牛肉的多汁性和风味基本相同。但性成熟前去势的公牛要比近性成熟时去势的公牛钙蛋白酶和27K蛋白酶体亚单位含量高，其原因是钙蛋白酶会把肌原纤维中的蛋白降解，致肌纤维被降解，骨骼肌的剪切力降低，肉的嫩度提高。
3?营养调控对荷斯坦牛肌内脂肪沉积的影响
3.1?营养浓度调控技术
大量研究表明日粮中营养成分及水平对肌间脂肪沉积有影响，同时与出栏月龄也有一定的关系。为了提高荷斯坦阉牛肉品质，出栏月龄可延至24～30月龄，但延长育肥时间并不意味着过度依赖精饲料的投入来提高出栏体重，而是改善牛肉品质，增加牛肉肌内脂肪沉积量。研究表明，去势牛如果在育成和育肥期饲喂过多精饲料，会使牛的出栏体重、皮下脂肪厚度，牛肉眼肌面积、大理石纹等级呈下降趋势[20]。因此，在荷斯坦阉牛育成期和育肥前期日粮中要含有一定比例的粗饲料，一般维持在20%～30%[21]。前期提供低总可消化养分（TDN）饲料（70%左右）可保证育肥全期平均1.2 kg的日增重和42.7 cm2的較大眼肌面积[22]。Pasinato[23]等研究表明，在高蛋白饮食和充足的能量下，荷斯坦阉牛可以生产出更多的肌肉，在一定范围内，饲料中粗蛋白（CP）含量越高，牛的眼肌面积越高，产肉量越高。青年荷斯坦阉牛日粮中蛋白质水平为12%时，不但能降低饲料成本也有利于肌内脂肪沉积。
从胴体脂肪沉积的顺序来看，肌内脂肪沉积的最晚，因此育肥后期重点是增加肌内脂肪的生成和沉积。CP水平应低于育肥前期，TDN水平应高于育肥前期，荷斯坦阉牛后期育肥的饲料适宜配比为CP 10%～13%、TDN 72%～75%[24]。Duckett[25]等研究表明，育肥后期高能饲料的最佳饲喂时间为112天，饲喂112天以上肌内脂肪将不再沉积，反而会使皮下皮脂厚度增加。育肥后期应禁止饲喂能影响牛肉脂肪颜色的青贮和胡萝卜以及其他青绿饲料，并且适当降低粗饲料的饲喂水平，提高精饲料饲喂水平，有利于脂肪的沉积并保证肉色鲜红。
大理石纹牛肉的育肥生产中，如果长时间饲喂高精料日粮会破坏瘤胃内环境的相对稳定性，引发瘤胃酸中毒、瘤胃不全角质化症、瘤胃炎、肝囊肿、臌胀症、真胃移位等消化器官疾病以及脂肪坏死症、尿结石、蹄叶炎等一系列营养代谢疾病。为预防此类疾病的发生，育肥过程中应注重饲料的合理化使用，确保日粮配方的科学性，加强日常管理。
3.2?维生素A调控技术
牛肌肉内沉积脂肪的时间要比内脏脂肪和皮下脂肪更长。如果在内脏脂肪和皮下脂肪的脂肪细胞增加时期抑制脂肪细胞分裂，在肌肉内脂肪细胞增加时期促进脂肪细胞分裂，就有可能生产出皮下脂肪薄、肌肉内脂肪多的胴体[26]。有研究表明，维生素A可以影响脂肪细胞的分化，且维生素A的浓度与大理石纹的沉积呈负相关[27]。限制饲粮中维生素A的含量可影响体内脂肪的储存部位，增加肌间脂肪的含量，减少皮下脂肪的沉积[28]，而背膘厚度随维生素A添加量的增加而减少[29]。Marti[30]等研究表明，限制荷斯坦公牛维生素A的摄入量会使牛肉的氧化稳定性、嫩度、柔软度、多汁性均有所提升。维生素A的限制量不能低于动物机体所需维生素A的最低需要量，一般血液中维持在30～40 IU/dL以上，而保健量要求血浆中维生素A保持在80 IU/dL以上[31]。且维生素A浓度发挥有效作用是在特定的时期之内，与肌内脂肪细胞增殖能力的保持时间有关。
日本和牛是生产大理石纹牛肉的世界著名品种，日本关于和牛育肥生产大理石纹牛肉的维生素A调控技术方案已经十分成熟，育肥前期日增重大的牛血浆中维生素A下降的速度比增重慢的牛快，且此阶段血浆中维生素A很少贮存在肝脏中，因此可将血浆浓度提高到100IU/dL。育肥中期，限制去势和牛血浆维生素A浓度严重影响脂肪杂交，浓度控制在80IU/dL以下时，大理石纹等级可以达到6级以上[32]。育肥后期限制维生素A不会再提高肉质[33]。并且在生产上已经开始广泛应用。针对荷斯坦阉牛育肥生产大理石纹牛肉的维生素A调控技术，在生产中已经推广应用，但具体调控剂量未公开。
万发春[34]等通过维生素A对利鲁杂交阉牛牛肉品质的影响研究发现，日粮中添加1100 IU维生素A可以显著增加阉牛背最长肌和臀中肌的肌内脂肪含量，明显改善了12月龄阉牛的大理石纹、色泽、抗氧化能力、嫩度和系水力，降低了背膘厚和滴水损失，对增重等其他性状没有明显影响。李军涛[35]研究表明，0和1100 IU/kg饲料日粮维生素A添加剂量可显著提高15～24月龄的秦安杂交阉牛背最长肌和臀中肌肌内脂肪含量，提高大理石纹等级，1100 IU/kg的日粮维生素A添加量还可改善15月龄阉牛肉嫩度。我国相关学者对荷斯坦阉牛维生素A调控技术研究较少，应加强此方面的研究。
4?结论
荷斯坦牛具有生产大理石纹牛肉的遗传潜力，直线育肥早期去势的荷斯坦阉牛可以有效缩短生产大理石纹牛肉的育肥时间和出栏月龄。但是我国关于提高荷斯坦阉牛大理石纹牛肉等级的日粮维生素A调控技术还有待于近一步研究。同时，在采用高能量、高蛋白育肥日粮饲养荷斯坦阉牛过程中，防控瘤胃酸中毒、肝脓肿、尿结石等营养代谢病的营养调控方案也有待于进一步完善。
参考文献：
[1] 孙芳，陈遇英，吴民.国外奶牛肉生产技术现状及对我国肉牛产业技术体系的启示[J].黑龙江八一农垦大学学报，2010，22（4）：95-100.
[2]?乔冬雨，孙志颖，孙少华，等.8个牛品种的大理石花纹评分相关基因变异的微卫星DNA池分析[J].中国畜牧杂志，2013，49（05）：1-4.
[3]?Wang Y H， Reverter A， Mannen H， et al. Transcriptional profiling of muscle tissue in growing Japanese Black cattle to identify genes involved with the development of intramuscular fat[J]. Aust J Exp Agr，2005，45（7-8）：809-820.
[4]?Albrecht E， Gotoh T， Ebara F， et al. Cellular conditions for intramuscular fat deposition in Japanese Black and Holstein steers[J]. Meat Sci，2011，89（1）：13-20.
[5]?Shirouchi B， Albrecht E， Nuernberg G， et al. Fatty acid profiles and adipogenic gene expression of 维生素Arious fat depots in Japanese Black and Holstein steers[J]. Meat Sci，2014，96（1）：157-164.
[6]?郭同军，何宗霖，桑断疾，等.去势对肉牛生长发育及肉品質的影响[J].饲料研究，2015（19）：11-16.
[7]?Thompson J M.The effects of marbling on flavour and juiciness scores of cooked beef，after adjusting to a constant tenderness[J].Aust J Exp Agr，2004，44（7）：645-652.
[8]?Smith B S， Crouse J D. Relative Contributions of Acetate， Lactate and Glucose to Lipogenesis in Bovine Intramuscular and Subcutaneous Adipose Tissue[J]. J Nutr，1984，114（4）：792-800.
[9]?Nye C K， Hanson R W， Kalhan S C. Glyceroneogenesis is the dominant pathway for triglyceride glycerol synthesis in vivo in the rat[J]. J Biol Chem，2008，283（41）：27565-27574.
[10]?杜柳柳，李秋凤，李妍，等.去势对荷斯坦奶公牛生长性能、血液生化指标及屠宰性能的影响[J].中国畜牧杂志，2016，52（07）：75-79.
[11]?Thompson J. Managing meat tenderness[J]. Meat Sci，2002，62（3）：295-308.
[12]?Luiz H.P. Sil维生素Aa， Rafael T S， Assis E F，et al Explaining meat quality of bulls and steers by differential proteome and phosphoproteome analysis of skeletal muscle[J]. J Proteomics，2019，199.
[13]?Priolo A， Micol D， Agabriel J. Effects of grass feeding systems on ruminant meat colour and flavour. A review[J]. Animal Research，2001，50（3）：185-200.
[14]?Jeremiah L E， Dugan M E R， Aalhus J L， et al.Assessment of the chemical and cooking properties of the major beef muscles and muscle groups[J].Meat Sci，2003，65：985-992.
[15]?Jeremiah L E， Dugan M E R， Aalhus J L， et al.Assessment of the relationship between chemical components and palatability of major beef muscles and muscle groups[J].Meat Sci， 2003，65：1013-1019.
[16]?张静，张佳程，孙宝忠，等.中国荷斯坦奶公犊不同胴体等级间产肉性能及肉质差异研究[J].中国畜牧兽医，2012，39（05）：130-135.
[17]?Ratcliff M D， Kegley E B， Powell J G， et al. Effect of method and timing of castration on newly arrived stocker cattle[J]. Pro Anim Sci，2014，30（4）：457-465.
[18]?Del Campo M，Brito G，Montossi F，et al.Animal welfare and meat quality：The perspective of Uruguay，a“small”exporter country[J]. Meat Sci，2014，98（3）：470-476.
[19]?Micol D， Oury M P， Picard B， et al. Effect of age at castration on animal performance， muscle characteristics and meat quality traits in 26-month-old Charolais steers[J]. Livest Sci，2009，120（1）：116-126.
[20]?Guth H， Grosch W. 12-Methyltridecanal， a Species-Specific Odorant of Stewed Beef[J]. LWT-Food Sci Technol，1993，26（2）：170-177.
[21]?伊藤徹三，阿部 悟，木部文夫，渡辺耀一.粗飼料多給による乳用雄子牛の肥育試験[J]. 新潟畜試研報1985，6.5-15.
[22]?中島啓介，後藤 治，大石登志雄.肥育前期飼料のエネルギー水準が肥育性に及ぼす影響[J].福岡農総試研報1993，C-12，13-16.
[23]?Pasinato A， Elizalde J， Tisocco O， et al. Effect of Dietary Crude Protein Level on Quality and Production of Meat in Holstein Steers[J]. J Appl Anim Res，2008，33（2）：169-173.
[24]?Miyakoshi Y， Imai A， Fujitani Y， et al. Effect of different dietary energy levels in early and middle fattening periods on fattening performance of Holstein steers[J]. J Anim Sci， 1999，70：460-470.
[25]?Duckett S K， Wagner D G， Yates L D， et al. Effects of time on feed on beef nutrient composition[J]. J Anim Sci，1993，71（8）：2079-2088.
[26]?Cianzio D S， Topel D G， Whitehurst G B， et al. Adipose tissue growth and cellularity， changes in bovine adipocyte size and number[J]. J Anim Sci，1985，60（4）：970-976.
[27]?Oka A， Maruo Y， Miki T， et al. Influence of vitamin A on the quality of beef from the Tajima strain of Japanese Black cattle[J]. Meat Sci，1998，48（1-2）：159-167.
[28]?Gorocica-Buenfil M A， Fluharty F L， Reynolds C K， et al. Effect of dietary vitamin A concentration and roasted soybean inclusion on marbling， adipose cellularity， and fatty acid composition of beef[J]. J Anim Sci，2007，85（9）：2230-2242.
[29]?靳青，毕宇霖，成海建，等.β-胡萝卜素对肉牛屠宰性能和胴体品质的影响[J].家畜生态学报，2016，37（5）：26-31.
[30]?Marti S， Realini C E， Bach A， et al. Effect of vitamin A restriction on performance and meat quality in finishing Holstein bulls and steers[J]. Meat Sci，2011，89（4）：412-418.
[31]?九州農業試験研究推進会議.ビタミンAの適正制御による高品質牛肉生產技術の開発[C].九州地域重要新技術研究成果，1999，33，1-97.
[32]?Ouali A， Gagaoua M， Boudida Y， et al.Biomarkers of meat tenderness：present know ledge and perspectives in regards to our current understanding of the mechanisms involved[J]. Meat Sci，2013，95（4）：854-870.
[33]?Pomponio L， Ertbjerg P. The effect of temperature on the activity of μ-and m-calpain and calpastatin during post-mortem storage of porcine longissimus muscle[J]. Meat Sci，2012，91（1）：50-55.
[34]?万发春.維生素A对利鲁杂交阉牛牛肉品质的影响及机理研究[D].中国农业科学院，2005.
[35]?李军涛.日粮VA添加剂量对秦安杂交阉牛牛肉品质及血清生化指标的影响[D].河南农业大学.2012.
