The relationship of some indicators of composition and quality of meat of the Angus bulls

Full Text

Введение.           

На сегодняшний день наблюдается рост потребления мяса во всех странах мира, включая Россию, что приводит к интенсификации животноводства (Karau A and Grayson I, 2014). В этих условиях всё большее значение приобретает усиление контроля за качеством получаемой продукции. Это вызвано и ускорением роста животных под влиянием различных биологически активных веществ (БАВ), и применением новых технологий производства (Кабанов В.Д. и др., 2019; Отаров А.И. и др., 2023). Проблемам качества и свойствам мясного сырья посвящено достаточное количество исследований отечественных и зарубежных специалистов (Алексеева Е.И. и др., 2022; Алексеева Е.И. и Суханова С.Ф., 2017; Zhang Y et al., 2024; Abou-Kassem DE et al., 2022).

Пищевая ценность мясных продуктов определяется химическим составом – содержанием белков, жиров, углеводов, экстрактивных веществ, витаминов, минеральных соединений (Калюжная Т.В. и др., 2023; Вострикова Н.Л. и др., 2013). В частности, говядина служит хорошим источником белка высокой биологической ценности и незаменимых аминокислот (АК), витаминов (А, В2, В6, В12, пантотеновая кислота и ниацин) и минеральных веществ (железо, цинк, фосфор и селен) (Бородина О.В. и Шмат Е.В., 2017; Фролов А. Н. и др., 2022). Кроме того, говядина является источником других биологически активных веществ (таких как конъюгированная линолевая кислота и незаменимые омега-3 полиненасыщенные жирные кислоты) и содержит эндогенные антиоксиданты (такие как кофермент Q10, глутатион, липоевая кислота и т.д.) (Salami SA et al., 2021). Наличие в мясных продуктах полиненасыщенных жирных кислот, которые организм человека синтезировать не способен, позволяет отнести говядину к важным компонентам сбалансированного питания.

Однако биологическая и пищевая ценность мяса в большей степени определяется содержанием в его составе незаменимых аминокислот (Джуламанов К.М. и др., 2020). Белки мяса являются наиболее ценным компонентом, составляющим 95 % всех азотистых веществ в организме. Аминокислотный состав белков говядины по своей биологической ценности превосходит все виды мясного сырья, и в первую очередь, по сбалансированности состава незаменимых аминокислот и уровню усвоения белка (Алексеева Е.И. и Лещук Т.Л., 2022). Кроме того, количественное содержание и физико-химические свойства белковых веществ под воздействием воды, электролитов, рН среды, окислителей и восстановителей, температурного фактора и т. д. определяют поведение пищевых систем, что играет важную роль в формировании функционально-технологических свойств сырья и готовых мясных продуктов. Технологическое значение белков в производстве мясных продуктов тесно связано с особенностями их химического строения, в том числе аминокислотного состава.

Более того, белки мышечной ткани обуславливают также важнейшие свойства мяса в целом (консистенцию, вкус, цвет). Вкус высококачественной спелой говядины является результатом ферментативных реакций, которые происходят во время гидролиза белков и распада липидов (Dong F et al., 2024). После гидролиза белка полипептиды или свободные аминокислоты приобретают характерный пищевой вкус и могут непосредственно усваиваться организмом человека с образованием таких питательных веществ, как токоферол и фолиевая кислота (Bi YZ et al., 2022). Свободные АК как важный показатель оценки пищевой ценности и вкусовых характеристик мяса синергически обогащают общие вкусовые характеристики мяса за счёт своего состава, разнообразия и содержания (Jiang S et al., 2023). Например, белковые аминокислоты аланин, серин, треонин обладают слегка сладким вкусом, тогда как глицин, валин и пролин – более сладким. Аргинин, метионин, лейцин, фенилаланин обладают слегка горьким, а изолейцин, триптофан, гистидин и лизин – горьким вкусом. В составе мышц больше всего содержится глутаминовой кислоты и глутамина, которые и придают «мясной вкус» мясу (Dong F et al., 2024). Стоит отметить, что различные соотношения аминокислот могут привести к синергетическому усилению или подавлению вкуса (Pal Choudhuri S et al., 2015).

Актуальной научной проблемой является фундаментальное изучение факторов, способствующих формированию качества мясной продукции, посредством комплексного подхода, включающего поиск новых функциональных элементов питания, консолидации фенотипических, молекулярно-генетических, биохимических, микробиологических, гормональных механизмов гомеостаза в организме сельскохозяйственных животных. Проблемам качества и свойствам мяса посвящено достаточное количество исследований отечественных и зарубежных специалистов (Abubakar AA et al., 2021; Семенова А.А. и др., 2023; Белоус А.А. и др., 2024), но недостаточно данных о взаимосвязи химического, минерального и аминокислотного составов с качественными характеристиками мышечной ткани бычков абердин-ангусской породы, что имеет научно-практическое значение в вопросе прижизненного формирования качества животноводческой продукции.

 

Цель исследования.

Определение биологических маркеров, характеризующих качественные показатели мышечной ткани крупного рогатого скота абердин-ангусской породы.

 

Материалы и методы исследования.

Объект исследований. Пробы мышечной ткани, полученные из длиннейшей мышцы спины бычков абердин-ангусской породы.

Обслуживание животных и экспериментальные исследования были выполнены в соответствии с инструкциями и рекомендациями российских нормативных актов, протоколами Женевской конвенции и принципами надлежащей лабораторной практики (Национальный стандарт Российской Федерации ГОСТ Р 53434-2009). При проведении исследований были предприняты меры для обеспечения минимума страданий животных и уменьшения количества исследуемых опытных образцов. Исследование одобрено комиссией по биоэтике Федерального исследовательского центра животноводства им. Л.К. Эрнста (протокол № 2022-11/1 от 14 ноября 2022 г.).

Схема эксперимента. Отбор средних проб мышечной ткани проводился на базе мясоперерабатывающего комбината ООО «Мираторг-генетика». Пробы мяса (n=157) подвергались исследованию химического состава и качества по нижеприведённым методикам.

Оборудование и технические средства. Исследования выполнялись в отделе физиологии и биохимии с/х животных ФГБНУ ФИЦ ВИЖ им. Л.К. Эрнста. Измерение температуры и рН мышечных тканей проведено с помощью прибора Testo 205 («Testo SE &Co. KGaA», Германия). Значения кислотности (рН) через 24 часа после убоя животного определяли в охлажденном мясе. В образцах мяса установлена влагоудерживающая способность методом прессования Грау-Гамма в модификации В. Воловинской. Химический состав мяса определён по следующим методикам: воздушно-сухое вещество (по ГОСТ 33319-2015), содержание жира (по ГОСТ 23042-2015), содержание золы (по ГОСТ 31727-2012), содержание протеина (расчетным методом), содержание кальция (по ГОСТ Р 55573-2013), фосфора (по ГОСТ 9794-2015), магния (по ГОСТ 33424-2015), суммарное содержание водорастворимых антиоксидантов (СКВА) проведено амперометрическим методом на приборе «ЦветЯуза-01-АА» с амперометрическим детектором («Химавтоматика», Россия).

Содержание меди, цинка и хрома в образцах ткани определяли на атомно-адсорбционном спектрометре (с электротермической атомизацией) ZEEnit 650 P (AnalytikJena AG). Пробоподготовку осуществляли с помощью системы микроволновой пробоподготовкиMilestoneEthosEasy.

Определение общего содержания аминокислот проводилось методом ионообменной хроматографии с постколоночной дериватизацией проб нингидрином. Для подготовки проб использовали кислотный гидролиз (за исключением триптофана) в растворе 6 молярной соляной кислоты, с добавлением норлейцина в качестве внутреннего стандарта. Гидролиз производили при +110 °С в течение 24 ч. Анализ выполняли на системе высокоэффективной жидкостной хроматографии (HPLC) Shimadzu LC-20 Prominence (Япония), с реакционным модулем для пост-колоночной дериватизациининингидрином АРМ-1000 (Sevko&Co, Россия), оснащённый абсорбционным детектором (λabs =440 нм, 570 нм) и колонкой с ионообменной смолой 4,6×150 мм (Sevko&Co, Россия). Использованы готовые буферные растворы (Sevko&Co, Россия). Расчёт концентрации выполнялся по стандартному образцу аминокислот (Sykam, Германия).

Статистическая обработка. Математическую и статистическую обработку результатов проводили с помощью офисного программного комплекса «Microsoft Office» с применением программы «Excel 2013» («Microsoft», США) и обработкой данных в «Statistica 10.0» («Stat Soft Inc.», США) с использованием методов однофакторного дисперсионного, корреляционного анализов. Данные проверялись на нормальность распределения по критериям Колмогорова-Смирнова и Шапиро-Уилка. Рассчитывались коэффициенты корреляции по Пирсону, t- критерий Стьюдента. Различия считали значимыми при P≤0,05.

 

Результаты исследования.

Проведённый анализ полученных данных показывает, что химический состав мышечной ткани коррелирует с некоторыми индикаторами качества (табл. 1). Так, установлена положительная корреляция средней степени между влагоудерживающей способностью мяса и содержанием влаги (0,529), очень слабые корреляции – между ВУС и содержанием протеина (0,230) и золы (0,295) в мышцах. Отрицательная корреляция средней степени найдена между ВУС и содержанием жира (-0,533). СКВА положительно коррелирует с содержанием влаги (0,284), золы (0,472) и отрицательно – с содержанием жира (-0,298).

 

Таблица 1. Корреляции химического состава и некоторых качественных показателей мышечной ткани (n=157)

Table 1. Correlations of chemical composition and some qualitative indicators of muscle tissue (n=157)

Показатель/ Indicator	рН-24	p-value	ВУС, % /WHC, %	p-value	СКВА, мг/г/ TAWSA, mg/g	p-value
Содержание влаги, %/ Moisture content, %	0,088	0,245	0,529	0,0001	0,284	0,0001
Содержание жира, %/ Fat content, %	-0,087	0,253	-0,533	0,001	-0,298	0,0002
Содержание протеина, %/ Protein content, %	0,027	0,719	0,230	0,002	0,127	0,098
Содержание золы, %/ Ash content, %	0,077	0,311	0,295	0,0001	0,472	0,0001

Примечание: ВУС – влагоудерживающая способность мяса, СКВА – суммарное содержание водорастворимых антиоксидантов. Здесь и далее – полужирным курсивом выделены статистически значимые корреляции

Note: WHC – water-holding capacity of meat, TAWSA – total amount of water-soluble antioxidants. From here on, statistically significant correlations are highlighted in bold italics

 

Обнаружены корреляции некоторых показателей качества мяса и содержания в нём минеральных компонентов (табл. 2). Так, рН 24 и содержание хрома достоверно и положительно коррелируют между собой (0,171). Положительные корреляции обнаружены между ВУС и содержанием кальция (0,358), фосфора (0,319), магния (0,329) и хрома (0,242). Установлено, что уровень СКВА положительно коррелировал практически со всеми определяемыми макро- и микроэлементами в мышечной ткани, кроме цинка: корреляция СКВА и содержание кальция составила 0,425, фосфора – 0,256, магния – 0,195, меди – 0,294 и хрома – 0,227.

 

Таблица 2. Корреляции минерального состава и некоторых качественных показателей мышечной ткани (n=157)

Table 2. Correlations of mineral composition and some qualitative indicators of muscle tissue (n=157)

Показатель/ Indicator	рН-24	p-value	ВУС, %/ WHC, %	p-value	СКВА, мг/г/ TAWSA, mg/g	p-value
Содержание кальция, %/ Calcium content, %	0,0397	0,601	0,358	0,0001	0,425	0,0001
Содержание фосфора, %/ Phosphorus content, %	0,124	0,10	0,319	0,0002	0,256	0,001
Содержание магния, %/ Magnesium content, %	0,065	0,391	0,329	0,0001	0,195	0,011
Содержание цинка, мг/кг СВ/ Zinc content, mg/kg DM	-0,029	0,700	-0,01	0,858	-0,010	0,898
Содержание меди, мг/кг СВ/ Copper content, mg/kg DM	-0,081	0,286	-0004	0,957	0,294	0,0002
Содержание хрома, мг/кг СВ / Chromium content, mg/kg DM	0,171	0,023	0,242	0,001	0,227	0,003

Примечание: ВУС – влагоудерживающая способность мяса, СКВА – суммарное содержание водорастворимых антиоксидантов, СВ-сухое вещество

Note: WHC – water-holding capacity of meat, TAWSA – total amount of water-soluble antioxidants, DM - dry matter

 

Интересными, на наш взгляд, являются установленные корреляции между содержанием в мышечной ткани отдельных аминокислот и уровнем СКВА (табл. 3). Все обнаруженные достоверные корреляции носили отрицательный характер, кроме таковой между СКВА и содержанием пролина (0,540), цистеина (0,273). Заслуживают внимания корреляции между СКВА и содержанием в мясе аспарагиновой (-0,216), глутаминовой (-0,347) кислот, глицина (-0,361), аланина (-0,310), валина (-0,415), изолейцина (-0,331), лейцина (-0,473), гистидина (-0,376), лизина (-0,484), аргинина (-0,440).

 

Таблица 3. Корреляции аминокислотного состава и некоторых качественных показателей мышечной ткани (n=157)

Table 3. Correlations of amino acid composition and some qualitative indicators of muscle tissue (n=157)

Показатель/ Indicator	рН-24	p-value	ВУС, %/ WHC, %	p-value	СКВА, мг/г/ TAWSA, mg/g	p-value
Аспарагиновая кислота, г/ 100 г белка/ Asparticacid, g/100 g protein	-0,228	0,003	-0,022	0,781	-0,216	0,004
Треонин, г/100 г белка/ Threonine, g/100 g protein	-0,037	0,638	0,057	0,465	-0,116	0,139
Серин, г/100 г белка/ Serine, g/100 g protein	-0,04	0,653	-0,080	0,338	-0,079	0,316
Глутаминовая кислота, г/ 100г белка/ Glutamic acid, g/100 g protein	-0,057	0,466	-0,028	0,718	-0,347	0,0001
Глицин, г/100 г белка/ Glycine, g/100 g protein	-0,0028	0,972	-0,076	0,334	-0,361	0,0001
Аланин, г/100 г белка/ Alanine, g/100 g protein	-0,029	0,712	-0,061	0,437	-0,310	0,0001
Цистеин, г/100 г белка/ Cysteine, g/100 g protein	-0,073	0,351	0,085	0,269	0,273	0,0001
Валин, г/100 г белка/ Valine, g/100 g protein	-0,011	0,887	-0,102	0,193	-0,415	0,0001
Метионин, г/100 г белка/ Methionine, g/100 g protein	0,470	0,0001	-0,027	0,736	0,016	0,839
Изолейцин, г/100 г белка/ Isoleucine, g/100 g protein	-0,011	0,989	-0,079	0,316	-0,331	0,0001
Лейцин, г/100 г белка/ Leucine, g/100 g protein	0,016	0,984	-0,059	0,454	-0,473	0,0001
Тирозин, г/100 г белка/ Tyrosine, g/100 g protein	-0,038	0,628	-0,071	0,365	-0,006	0,936
Фенилаланин, г/100 г белка/ Phenylalanine, g/100 g protein	0,043	0,588	0,191	0,014	0,142	0,069
Гистидин, г/100 г белка/ Histidine, g/100 g protein	0,032	0,682	0,100	0,202	-0,376	0,0001
Лизин, г/100 г белка/ Lysine, g/100 g protein	0,01	0,899	-0,039	0,617	-0,484	0,0001
Аргинин, г/100 г белка/ Arginine, g/100 g protein	0,038	0,63	-0,193	0,013	-0,440	0,0001
Пролин, г/100 г белка/ Proline, g/100 g protein	-0,013	0,867	0,122	0,877	0,540	0,0001

В меньшей степени обнаружены значимые корреляции между другими определяемыми показателями качества мяса. Так, в отношении ВУС обнаружены корреляции между этим показателем и содержанием фенилаланина (0,191) и аргинина (-0,193).

 

Обсуждение полученных результатов.

В описании качественных показателей мышечной ткани мы остановили свой выбор на рН 24, влагоудерживающей способности и суммарном содержании водорастворимых антиоксидантов (СКВА).

Известно, что рН мышечной ткани определяет технологические, микробиологические и товарные характеристики продуктов из мяса (Кудряшов Л.С. и Кудряшова О.А., 2012) и является показателем для выявления сырья с аномальным характером автолиза (Кудряшов Л.С., 1992). При этом конечное значение рН – наиболее убедительный показатель качества мяса (Горлов Н.Ф. и др., 2016). Мясо с конечным pH в диапазоне 5,5-5,7 демонстрирует наиболее желательные качественные характеристики среди большинства видов мясных животных, и отклонение от этого диапазона в любом направлении наносит ущерб качеству (Matarneh SK et al., 2021). Таким образом, понимание механизмов, контролирующих pH в тканях мышцы после созревания, является ключом к производству высококачественного мяса. Кроме этого, есть мнение, что данный показатель следует рассматривать в совокупности с ВУС, цветом и консистенцией. По мнению некоторых исследователей, существует высокая степень корреляции между pH 24 и водосвязывающей способностью (Горлов Н.Ф. и др., 2016).

В наших исследованиях рН через 24 часа после убоя положительно коррелировал с содержанием в мясе хрома. Другие авторы также отмечали снижение кислотности мышечной ткани при скармливании наночастиц хрома. Химический состав мышечной ткани определяет её общие биохимические и функциональные свойства и, следовательно, её качество.

Влагоудерживающая способность мяса наряду с рН является одним из основных показателей качества мяса, который характеризует способность удерживать воду в мышечных волокнах при созревании и последующей переработке. Важность этого показателя заключается в определении функционально-технологических и кулинарных свойств мяса (Козликин А.В. и др., 2019). В наших исследованиях отмечены положительные корреляции ВУС с содержанием влаги, протеина, золы, кальция, фосфора, хрома, фенилаланина и отрицательные – с содержанием жира и аргинина. На ВУС наибольшее влияние оказало содержание влаги, протеина и минеральных компонентов. Белки за счёт большого количества гидрофильных групп в своём составе активно связывают молекулы воды, чем и объясняется положительная взаимосвязь между ВУС и содержанием протеина, а также ВУС и содержанием влаги в мышечной ткани. По мере развития окоченения влагосвязывающая способность мяса уменьшается за счёт накопления кислых продуктов (молочной, пировиноградной, ортофосфорной кислот и пр.), что приводит к значительному снижению pH. Интервал между pH среды и изоэлектрической точкой белков мяса уменьшается, вследствие чего уменьшается число ионизированных групп и влагоудерживающая способность белков.

СКВА относится к комплексным совокупным показателям, характеризующим общее содержание в мышечной ткани водорастворимых антиоксидантов. К последним относятся те компоненты, которые осуществляют свою защитную функцию в цитозоле клеток, межклеточной жидкости. Это, в частности, аскорбиновая, лимонная, никотиновая кислоты, серосодержащие соединения (цистеин, гомоцистеин, липоевая кислота, бензойная кислота), фенольные соединения, флавоноиды и др. Изучение антиоксидантного потенциала мясных продуктов актуально, поскольку они являются важным источником бионутриентов для человека и определяют здоровье основного потребителя. Мясо и мясные продукты в составе рациона питания современного человека вносят важный вклад в антиоксидантный статус организма. При этом актуальным является выявление биомаркеров химического состава мышечной ткани, которые связаны с содержанием антиоксидантов, что и определило одну из задач наших исследований. Проведённый Лебедевой С.Н. и Жамсарановой С.Д. (2016) анализ показал, что максимальное содержание СКВА отмечено в баранине, на 2 месте – конина, на 3 – свинина, на 4 – говядина.

В наших исследованиях СКВА положительно коррелирует с содержанием влаги, золы, макро- и микроэлементов, цистеина, пролина и отрицательно – с содержанием жира и некоторых аминокислот. По мнению некоторых авторов, цистеин обладает заметной антиоксидантной активностью, что объясняет прямую зависимость содержания этой аминокислоты в мышечной ткани и СКВА (Арутюнянц А.А. и др., 2012). Пролин также способен окисляться несколько лучше других аминокислот, поскольку содержит вторичный азот в алифатическом цикле (Савина А.А. и др., 2020), что также объясняет найденную положительную корреляцию со СКВА (0,540). По мнению Арутюнянц А.А. с коллегами (2012), гистидин и лизин также являются растворимыми аминокислотами, имеющими высокую антиоксидантную активность. Такой вывод авторы сделали на основании изучения циклических вольтамперограмм. Согласно нашим результатам, корреляция между количеством гистидина и лизина и СКВА отрицательная. Возможно, амперометрический метод определения антиоксидантов не позволяет в полной мере оценить весь спектр составляющих водорастворимых антиокислительных компонентов и требует использование дополнительных методов. Данный вопрос требует дальнейшего изучения.

Медь играет важную роль в антиоксидантной защите организма, являясь составной частью церулоплазмина, входящего с состав СКВА, что определяет положительную корреляцию между этими показателями (0,294).

 

Заключение.

Таким образом, проведённые нами исследования показали, что химический, минеральный и аминокислотный составы мышечной ткани оказывают заметное влияние на качество сырья, определяющего функционально-технологические и кулинарные свойства говядины.

Отмечены положительные корреляции ВУС с содержанием влаги, протеина, золы, кальция, фосфора, хрома, фенилаланина и отрицательные – с содержанием жира и аргинина. СКВА положительно коррелирует с содержанием влаги, золы, макро- и микроэлементов, цистеина, пролина и отрицательно – с содержанием жира и некоторых аминокислот.

Полученные результаты позволяют делать вывод о формировании качественных показателей сырья, что поможет в разработке способов регуляции и прижизненного формирования качественной продукции отечественного скотоводства.

About the authors

Nadezhda V. Bogolyubova

Federal Research Center for Animal Husbandry - VIZh named after Academician L.K. Ernst

Author for correspondence.
Email: 652202@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0520-7022

Dr. Sci. (Biology), Leading Researcher

Russian Federation, Moscow region, Dubrovitsy

Nikita S. Kolesnik

Federal Research Center for Animal Husbandry - VIZh named after Academician L.K. Ernst

Email: kominisiko@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4267-5300

Junior Researcher

Russian Federation, Moscow region, Dubrovitsy

Pavel D. Lakhonin

Federal Research Center for Animal Husbandry - VIZh named after Academician L.K. Ernst

Email: Lakhonin.99@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7354-0337

Junior Researcher

Russian Federation, Moscow region, Dubrovitsy

Nikolai P. Elatkin

Federal Research Center for Animal Husbandry - VIZh named after Academician L.K. Ernst

Email: n.elatkin@agrohold.ru

Cand. Sci. (Biology), General Director

Russian Federation, Moscow region, Dubrovitsy

Alexander A. Nikolaev

Federal Research Center for Animal Husbandry - VIZh named after Academician L.K. Ernst

Email: alexandralces@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9355-3285

post-graduate student, Junior researcher

Russian Federation, Moscow region, Dubrovitsy

References

Supplementary files