宰后成熟过程中牦牛肉保水性变化机制研究

Yak meat is famous for rich nutrition, but with lower moisture and a poor water holding capacity (WHC), which is regarded as a critic factor affecting the processing quality. The present study of WHC from yak meat is limited to the change of moisture content, and influence factors. Because of the limitation of traditional theory and technology, the influence mechanism of protein and cellular structure to WHC is not yet clear. In the present study, myofibril, sarcoplasmic protein and cytoskeletal protein are investigated by proteomics to characterize the changes of the protein expression level and dynamic components during aging time. Confocal laser scanning microscopy (CLSM) and low-field nuclear magnetic resonance (LF-NMR) are combined to investigate the microstructure changes of cytoskeletal protein, myofibril, and the dynamic change of bound, free and immobilized water in Yak meat. Proven differential protein with significant differences in expression level, complete bioinformatics analysis of differential protein. By establishing mathematical model of dynamic change with water retention and differences in protein expression level. To clarify the changing mechanism of water holding capacity from Yak meat, which is affected by the key protein during aging period. The aim of this study is clarify the changing mechanisms of water holding capacity about Yak meat from molecules, cells, and organism at different level. The results is help to establish the theoretical system and methodology basis of water holding capacity about Yak meat, and provide the theoretical basis for quality improvement and control in processing process of Yak meat.

牦牛肉营养丰富，但含水量低，保水性较差，影响其食用和加工品质。受限于传统理论方法和技术，目前对牦牛肉保水性的研究仅限于含水量的变化规律和影响因素，尚未明晰蛋白质及细胞结构对保水性的影响机制。本研究通过蛋白质组学的方法，探索牦牛肉宰后成熟过程中肌原纤维蛋白、肌浆蛋白、细胞骨架蛋白的表达水平差异和动态组成变化，探明具有显著表达水平的差异蛋白，完成差异蛋白的生物信息学分析。结合低场核磁共振（LF-NMR）与激光扫描共聚焦显微镜（CLSM）研究肌肉中自由水、结合水、固定水的动态变化以及细胞骨架、肌原纤维的变化规律。通过建立保水性动态变化与差异蛋白表达水平的数学模型，找出影响牦牛肉保水性的关键蛋白，阐明关键蛋白在成熟过程中调控牦牛肉保水性的作用机制。拟从分子、细胞、生物体三个层面深入揭示牦牛肉保水性变化机制，为建立牦牛肉保水性理论体系和方法学奠定基础，为牦牛肉加工过程中品质改善和控制提供理论依据。

以牦牛背最长肌为主要研究对象，以肉牛作为对照，利用蛋白质组学技术手段探究了宰后成熟过程中滴水损失、蒸煮损失的变化规律，明确了代谢酶、结构蛋白和应激蛋白与肌肉保水性的关系；同时利用低场核磁共振技术分析了水分群的迁移规律，并利用生物信息学分析揭示了牦牛保水性关键蛋白质影响保水性的代谢通路，以期阐明牦牛肉中保水性形成的途径及原因。主要研究结果如下：1.确定了牦牛肉不同保水性组的品质指标，并进行了相关性分析。高保水性组样品与低保水组样品相比，其pH、a*值、弹性、咀嚼性、肌浆蛋白溶解性和肌节长度高。2.确定了牦牛背最长肌双向电泳的最优条件：裂解液II法进行牦牛肌肉全蛋白提取、渐进式快速升压程序和改良的考染法染色，获得的蛋白点匹配率高，得到分辨率高，背景清晰的图像。3.明确了牦牛肉中影响滴水损失的55种差异蛋白质和影响蒸煮损失的26种差异蛋白质，通过蛋白质相互作用网络分析，得到核心蛋白，前者分别是TPI1(TIM)，PKM(丙酮酸激酶)，LDHA(L-乳酸脱氢酶A链)，ENO3(β-烯醇化酶)，NDUFB1(NADH脱氢酶)，ATP5A1(ATP合酶)，HSPB27(热休克蛋白27)，MYL(肌球蛋白轻链)，TNNI1(肌钙蛋白I)和DES(Desmin)；后者分别是LDHA(L-乳酸脱氢酶A链)，TNNT(TnT)，DES(Desmin)，ENO3(β-烯醇化酶)，PKM(丙酮酸激酶)和HSPB1(热休克蛋白)。4.明确了牦牛与黄牛肌肉的差异蛋白质组，筛选出19种不同的差异表达蛋白。5.阐明了宰后牦牛肉中影响保水性的三种不同途径，主要富集在糖酵解通路、细胞结构通路和应激通路。6.阐明了牦牛肉宰后成熟期不同水分群的弛豫规律，并通过核磁成像进行了验证，结果发现第3天牛肉灰度图最暗，灰度值最小；第5天灰度图最亮，灰度值最大，且肉牛的灰度值始终高于牦牛的，这与核磁弛豫分析数据基本吻合。7. 明确了宰后成熟过程中牦牛背最长肌的肌原纤维蛋白特性和结构的变化情况。8. 构建了数学模型，筛选出牦牛肉中调控保水性的关键蛋白。综上可知，本研究从蛋白质分子、肌肉细胞、肌肉保水性不同层面，深入阐明宰后成熟过程中牦牛肉的保水性机制，为解释牦牛肌肉生物学特性和肉品质差异提供了理论依据。