《Foods》：Nutritional Composition of Commercially Sourced Meat from Two Anatomical Locations Under Regenerative and Intensive Production Systems
Irene C. Antunes,
Luísa Cristina Roseiro,
Helena Gon?alves,
Elsa M. Gon?alves,
Andreia Soares,
Carla Alegria,
Nuno Alvarenga,
Jo?o Reis,
Margarida Oliveira and
Igor Dias
摘要
在畜牧业中应用再生农业方法，有助于生产出符合日益严格可持续性标准的动物蛋白。本研究比较了来自再生农业系统(RFS; n = 10)和集约化系统(IS; n = 6)的商业化采购牛肉，评估了生产系统(PS)、肌肉类型(MT)及其交互作用(MT × PS)对营养成分的影响。集约化系统(IS)的牛肩颈肉具有更高的多不饱和脂肪酸(PUFA)和n-6 PUFA家族(n-6 PUFA)含量(p < 0.05; 分别为10.24和9.15 g 脂肪酸(FA)/100 g 总脂肪酸)，这主要是由C18:2 cis-9, trans-11、C20:4 n-6和C18:2 n-6含量驱动的。因此，IS牛肩颈肉具有更高的多不饱和脂肪酸与饱和脂肪酸比率(P/S)、过氧化指数(PI)、n-6/n-3 PUFA比率以及低胆固醇/高胆固醇比率(h/H)值(p < 0.05; 分别为0.13, 23.87, 9.33 和0.32)。相比之下，RFS牛肩颈肉具有最高的n-3 PUFA含量(p < 0.05; 1.28 g FA/100 g 总脂肪酸)，这主要归因于其较高的C18:3 n-3含量，从而导致了更低的n-6/n-3比率(3.95)。RFS牛肉显示出更高的维生素E和α-生育酚含量(分别为0.58和0.56 mg/100 g 肉)，超过了为防止脂质氧化而提出的≥0.30 mg/100 g阈值，而IS牛肉则未达到此阈值。
1. 引言
畜牧业生产正面临消费者日益严格的审查，源于对其环境影响、动物福利和公共健康的关切。因此，人们对包括再生农业系统(RFS)在内的替代性畜牧系统越来越感兴趣，因为将再生农业原则应用于畜牧业生产可以在保持动物福利标准的同时，改善农场的环境表现。诸如轮牧或适应性放牧等实践，可以根据牧场的可利用性和恢复情况调整载畜率和放牧周期，可以减少对精料的依赖，并增加以牧草为基础的饲喂比例。当与作物-畜牧一体化相结合时，这些策略可以加强养分循环，减少对外部投入的依赖。最终，再生方法可能有助于生产出满足日益苛刻的可持续性标准、并能提升农业系统韧性的动物蛋白。
相比之下，集约化系统(IS)通常效率很高，但可能更依赖于购买饲料和其他外部投入。它们也可能对土壤健康、生物多样性和温室气体排放产生不利影响，并且在某些情况下可能损害动物福利。
由于日粮强烈影响肉的成分，牧草摄入量及相关抗氧化剂摄入量的变化可能影响牛肉的营养和物理化学特性。特别是，基于牧草的日粮与更有利的脂肪酸(FA)谱（例如，更高的n-3多不饱和脂肪酸(PUFA)和更低的n-6/n-3比率）以及更高浓度的抗氧化剂（如维生素E）相关，这反过来可能影响颜色稳定性。然而，牛肉的脂肪含量随多种因素而变化，包括物种、饲养方式以及特定的肉块。因此，从集约化生产转向再生农业系统可能导致肉质出现可测量的差异。
牛肉仍然是营养密集的食物，提供高生物价值的蛋白质和一系列必需的微量营养素，包括脂溶性和水溶性维生素(A, D, B9, B12)以及矿物质如铁、锌和硒。此外，其脂质部分有助于能量摄入并促进脂溶性维生素的吸收。植物性食物中天然不含有维生素B12，以及β-胡萝卜素（维生素A原）转化为维生素A的效率较低，这进一步强化了牛肉作为人类饮食中这些营养素来源的重要性。尽管如此，牛肉的总脂肪含量，特别是其脂肪酸谱，一直是一个受关注的问题，因为它是人类饮食中饱和脂肪酸的重要来源。较高的总脂肪，特别是饱和脂肪酸的消费，与心血管疾病风险增加有关。
本研究旨在比较来自RFS和IS的商业化采购牛肉，重点关注生产系统和肌肉类型如何共同影响其技术和营养品质。与许多基于受控条件下实验管理动物的研究不同，我们的工作使用了市售牛肉并评估了两个肉块，提供了一个与消费者相关的视角。具体而言，我们评估了近似成分、pH、颜色、维生素E和详细的脂肪酸谱。我们假设来自RFS的牛肉会在多个品质参数上表现出显著差异，反映生产系统的影响。
2. 材料与方法
2.1. 取样与样品处理
商业牛肉样本通过一家专门从事肉类加工和包装的公司VividFarms获取。样本直接来自商业供应链，因此，牧场水平的变量，如牧场植物组成、载畜率、放牧轮作指标和季节性牧草成分，未被直接测量，也无法控制。样本代表两种生产系统：基于葡萄牙的再生农业系统(RFS; 西冷—Longissimus lumborum, n = 5; 牛肩颈肉—Splenius capitis, n = 5)和来自波兰的集约化系统(IS; 西冷—Longissimus lumborum, n = 3; 牛肩颈肉—Splenius capitis, n = 3)。不等的样本数量反映了采样期间供应商的产品供应限制。每个样本由一块约200克的单块牛排组成，样本在冷藏条件下用隔热袋从供应商处运输，温度保持在3°C至5°C之间，直至到达INIAV设施。在屠宰后48小时，进行pH和颜色测量。随后，使用食品加工机将样品均质化，真空包装，并在-80°C下储存，直至进一步分析。
2.2. pH测量
使用数字pH计测量每个样品的pH。
2.3. 颜色测量
每个样品的颜色分析在受控温度条件下进行，使用色度计。记录CIELab坐标—明度(L)、红/绿(a)和黄/蓝(b)。计算色度(C)和色调角(h°)。
2.4. 近似成分测定
使用均质肉样按照AOAC方法测定其近似成分，包括水分、总蛋白质、总脂肪和灰分。总碳水化合物含量通过差值法估算。能量含量根据阿特沃特定量系统计算。
2.5. 生育酚谱测定
生育酚谱含量根据之前描述的方法进行分析。简而言之，将每个样品进行皂化、提取和分析。生育酚通过高效液相色谱系统进行检测。通过与标准品的保留时间比较来鉴定生育酚，并使用外标法进行定量。
2.6. 脂肪酸谱测定
2.6.1. 肌内脂肪提取
去除可见脂肪和结缔组织后，提取肌内脂肪。将样品与二氯甲烷/甲醇溶液混合、均质、过滤、收集有机相，并使用旋转蒸发仪去除溶剂。所得脂质残渣在烘箱中干燥至恒重，用于总脂质的重量测定。
2.6.2. 甲基化与色谱分析
将肌内脂肪中的FA衍生化为脂肪酸甲酯，采用气相色谱-火焰离子化检测器对FAME进行分离、鉴定和定量。通过与商业FAME标准品的保留时间比较来鉴定脂肪酸。
2.6.3. FA比率与脂质质量指数
计算营养相关的FA比率P/S和n-6/n-3。估算致动脉粥样硬化指数(AI)和血栓形成指数(TI)。计算过氧化指数(PI)。计算低胆固醇/高胆固醇比率(h/H)。
2.7. 统计分析
使用软件进行统计分析。采用双向方差分析评估肌肉类型(MT)、生产系统(PS)及其交互作用(MT × PS)对每个响应变量的影响。当检测到显著交互作用时(p < 0.05)，通过简单效应解释结果，并在MT × PS组合间进行比较。在没有显著交互作用的情况下，独立解释主效应。事后比较采用费雪最小显著差异法检验。
3. 结果与讨论
3.1. 近似成分
能量、水分、脂肪和碳水化合物含量受MT × PS交互作用的显著影响(p < 0.05)，而蛋白质或灰分含量的交互作用不显著(p > 0.05)。
能量密度主要由食物的宏量营养素和水分含量决定。脂肪贡献最大，因为它提供9 kcal/g，而蛋白质和碳水化合物为4 kcal/g。因此，脂肪含量较高的食物往往能量密度更高，而较高的水分含量会降低能量密度。与此一致，RFS西冷肉显示出比IS西冷肉和牛肩颈肉更高的能量值、脂肪含量和碳水化合物含量。相反，与RFS西冷肉相比，IS西冷肉和牛肩颈肉以及RFS牛肩颈肉的水分含量更高。能量和水分在MT × PS交互作用之间的这种反向模式与公认的稀释效应一致，即脂质沉积增加会提高能量密度，同时降低水分含量。
在RFS西冷肉中观察到的较高脂肪含量可能反映了育肥策略、屠宰时动物成熟度或牧草日粮能量摄入的差异，也可能受到未测量的动物水平因素的影响。然而，由于样本是通过商业供应链采购的，无法获得详细的元数据，因此无法根据现有信息确定性地建立这些解释，需要在具有全面动物和农场水平信息的对照研究中评估。
观察到生产系统对蛋白质和灰分含量有显著的主效应(p < 0.05)，而肌肉类型对这些变量无显著影响(p > 0.05)。IS肉显示出比RFS肉显著更高的蛋白质和灰分含量。我们假设在IS中观察到的较高蛋白质含量可能与生长速度、胴体组成和饲养方式的差异有关。尽管如此，缺乏关于这些系统背后动物生产条件的详细信息限制了对这些结果的更精确解释。
3.2. pH与颜色
对于pH值，MT × PS交互作用效应不显著(p > 0.05)，表明测试因素没有协同影响pH；相反，pH显示出生产系统的显著主效应(p < 0.05)。基于模型估算的边际均值，IS肉的pH值高于RFS肉。尽管组间存在差异，但所有pH值均保持在牛肉的正常报告范围内。
肉的颜色强烈影响消费者的接受度，主要由肌红蛋白决定，但也受日粮、年龄和体力活动等因素影响。MT × PS交互作用显著影响所有比色参数(p < 0.05)，表明生产系统对颜色的影响因肌肉而异。IS西冷肉显示出最高的明度(L* = 37.9; p < 0.05)。然而，由于IS西冷肉的pH值也高于RFS西冷肉，这种差异不能归因于更广泛的屠宰后酸化。此外，如果明度差异主要由pH下降驱动，那么在IS牛肩颈肉中也应观察到类似的L*增加，但这并未观察到。总的来说，这些发现表明肌肉类型是明度差异的关键驱动因素。
RFS牛肩颈肉显示出最高的红度(a)和色度(C)值(p < 0.05; 分别为20.13和22.7)，表明该切块外观更红、更饱和。一个合理的解释是RFS肉中较高的总维生素E含量。已知维生素E可延迟氧合肌红蛋白氧化，从而增强氧化稳定性，并有助于维持更鲜艳的红色。
此外，无论生产系统如何，西冷肉都呈现出较高的黄度(b)值，这可能表明脂肪含量更高。然而，这种解释仅对检测到较高脂肪含量的RFS西冷肉成立。因此，其他因素可能导致b值升高，例如肌肉差异。这与F统计量一致，表明肌肉类型比生产系统解释了更多的b*变异。
RFS西冷肉中最高色调角(h°)表明与其他肉类类型相比，其颜色色调发生了偏移。与其余颜色参数一致，肌肉类型也比生产系统解释了该属性更多的变异。
总体而言，颜色结果表明，生产系统对颜色的影响是肌肉依赖性的，而肌肉类型之间的差异是颜色属性更强的变异来源。
3.3. 脂质谱
3.3.1. 脂肪酸
对于所有脂肪酸部分总和、FA比率和脂质质量指数，MT × PS交互作用不显著(p > 0.05)。相反，这些变量主要受肌肉类型、生产系统或两者的影响(p < 0.05)。饱和脂肪酸是一个例外，其不受肌肉类型、生产系统或其交互作用的显著影响(p > 0.05)。
在单个脂肪酸水平，仅在iC17:0、C20:0、C18:2 n-6、C20:4 n-6和C22:4 n-6上观察到显著的MT × PS交互作用(p < 0.05)。大多数其他FA主要受生产系统影响(p < 0.05)。例外是C18:2 cis-9, trans-11和C18:3 n-3，它们受肌肉类型影响(p < 0.05)。相比之下，C14:1 cis-9、C16:1 cis-9、C17:1 cis-9和C22:5 n-3不受肌肉类型、生产系统或其交互作用的显著影响(p > 0.05)。
总体而言，IS牛肩颈肉具有更高的多不饱和脂肪酸和n-6 PUFA家族含量(p < 0.05)。该切块还具有更高的C18:2 cis-9, trans-11和C20:4 n-6含量，以及相当高的C18:2 n-6含量。这三种脂肪酸合计约占n-6 PUFA总量的81%。IS牛肩颈肉较高的PUFA含量转化为与不饱和部分相关的比率和指数（即P/S、过氧化指数和h/H比率）的更有利值。相反，RFS牛肩颈肉显示出最高的n-3 PUFA含量(p < 0.05)，这主要归因于其较高的C18:3 n-3含量(p < 0.05)，占n-3 PUFA总量的77%。从营养角度来看，这个谱表明PUFA组成更加均衡。
IS肉中较高的单不饱和脂肪酸(MUFA)含量主要是由于C18:1 cis-9的贡献更大，这与之前报告的结果一致。IS也显示出最高的C18:0含量。尽管C18:0是SFA，但被认为对血液胆固醇有中性影响，这可能被视为IS肉的一个优势。
n-6/n-3 PUFA比率与人类健康相关，因为n-3和n-6 PUFA都是具有不同健康结果的类二十烷酸的前体。两个家族使用相同的酶进行去饱和和延长；一种过量会减少另一种的代谢。这一点很重要，因为n-3 FA产生具有抗动脉粥样硬化、抗血栓和抗炎特性的类二十烷酸，而n-6 FA则倾向于产生更具致动脉粥样硬化、促血栓和促炎作用的类二十烷酸。IS肉显示出显著高于RFS肉的n-6/n-3比率，这与谷物饲养和牧草饲养生产系统分别一致。RFS值符合推荐的阈值，而IS肉明显超过了此推荐值。
同时，RFS西冷肉显示出更高的致动脉粥样硬化指数和血栓形成指数。较高的AI和TI值可能反映了SFA贡献更大，特别是C14:0和C16:0，加上该肉中较高的总脂肪含量和较低的MUFA比例。综上所述，这些特征表明具有更高的致动脉粥样硬化和血栓形成潜力。然而，无法确定脂肪含量较高的原因，这是本研究的一个局限性。
RFS西冷肉和RFS牛肩颈肉显示出最高水平的iC17:0，尽管它们彼此之间存在显著差异(p < 0.05)。这些结果与F值一致，表明iC17:0的变异主要由生产系统解释，而肌肉类型无显著主效应。这一发现值得注意，因为iC17:0属于一类新兴的生物活性脂肪酸，称为甲基支链脂肪酸，与抗癌、抗炎作用以及代谢调节的潜在作用有关。因此，较高比例的iC17:0可以被视为一个潜在有利的营养属性。
3.3.2. 维生素E
由于MT × PS交互作用对总维生素E和定量的生育酚不显著(p > 0.05)，因此MT和PS的效应被解释为独立的。然而，对于总维生素E和α-生育酚，检测到两个因素的显著主效应(p < 0.05)，表明每个因素一致地影响这些变量。α-生育酚是检测到的主要生育酚，约占总维生素E的95-98%。其优势主要是由于α-生育酚转移蛋白对α-生育酚的亲和力高于其他生育酚。
总体而言，RFS中的总维生素E和α-生育酚高于IS。此外，在不同生产系统间平均时，牛肩颈肉显示出比西冷肉更高的总维生素E和α-生育酚。由于维生素E是亲脂性的，肉中脂质含量的变化可能部分解释了总维生素E和α-生育酚的差异，较高的肌内脂肪可能促进更多的维生素E沉积。维生素E在不同肌肉类型的RFS中均保持较高水平。即使在牛肩颈肉中系统间的脂肪含量差异不大时，这种差异仍然存在，这表明α-生育酚的变异可能不能仅由肌内脂肪来解释。
此外，脂肪酸组成可以调节维生素E的需求，因为更不饱和的脂质会增加氧化敏感性，从而增加抗氧化剂需求。尽管如此，这似乎并不能解释我们的结果，因为在四种肉类型中有三种的PUFA含量具有可比性。
尽管α-生育酚可以反映牧草摄入量，但它并非生产系统所特有，因为集约化系统中的补充也可能增加维生素E。因此，在本研究中，维生素E被解释为观察到的成分差异，而非生产系统的明确标志物。在本研究中，只有RFS肉，无论肌肉类型如何，超过了为防止颜色劣变和脂质氧化而提出的阈值。
4. 结论
这项探索性研究表明，按照再生原则生产的牛肉在营养品质上并未损害西冷肉或牛肩颈肉。然而，由于研究的局限性，特别是样本量小和缺乏动物生产条件的详细信息，应谨慎解释这些结果。在这些限制条件下，结果表明，来自再生农业系统(RFS)的肉显示出更高的n-3 PUFA水平和更符合人类健康建议的n-6/n-3比率。此外，RFS肉表现出更高的维生素E浓度，超过了文献中报道的用于减少脂质氧化的参考水平，这可能表明其具有更强的抗氧化变质能力。
总体而言，这些发现支持了再生畜牧系统生产具有同等或更优营养品质牛肉的潜力。尽管如此，考虑到样本的商业供应链来源和有限的样本量，这些结果应被视为初步的，需要在更大规模的对照研究中加以确认。
