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猪肉肉质特性研究综述

2011-04-01中南民族大学民族学社会学学院湖北武汉430074

长江大学学报(自科版) 2011年33期
关键词:嫩度肌红蛋白猪种

(中南民族大学民族学社会学学院,湖北 武汉430074)

余 翔(南京农业大学研究生处,江苏 南京210095)

猪肉历来是我国居民肉食品的主要来源,在饮食中占有重要地位。在20世纪70年代,由于受生产力发展水平和人们生活条件的限制,肉类曾一度成为人们膳食中唯一的优质动物蛋白质来源,猪肉曾占到我国肉类总量的95%。改革开放以来,随着经济的快速发展和城乡居民生活水平的提高,城乡居民获得了越来越多的动物性食品。据国家统计局公布的数据,1978年全国猪肉消费仅为702.8万吨,而2009年全国猪肉消费达到4879.0万吨,占到2009年全国肉类总产量的60%以上[1]。由此可以看出,受中国传统的饮食习惯、人口众多和农业大国的影响,以猪肉为主的肉食状况短时间内难以改变,我国居民消费量最多的肉类食物依然是猪肉。

近20年来,由于追求经济价值及某些不良消费理念的误导,加之市民对猪肉瘦肉率的要求走向极端,国内许多猪场纷纷引入国外瘦肉型种猪,“杜长大”等 “三洋”杂交肉猪成为我国猪肉市场上的主导品种。而不法饲养场(户)则偷喂盐酸克伦特罗(瘦肉精)等违禁添加剂以提高瘦肉率,造成的后果是猪肉品质明显下降,食之干涩无味,市民对目前上市肉猪的肉质和风味更是充满了不满和质疑。近年来生产优质猪肉的呼声日益高涨,所以应立足国际竞争和养猪产业可持续发展战略的高度来重新审视这一问题,在考虑我国与国际通用猪肉各类安全卫生指标接轨的同时,应根据现代肉类科学的研究成果和消费者日益关注的肉质参数,培育优良的杂交组合肉猪,以反映中国猪肉肉质特性的优质指标作为技术壁垒参与国际竞争,保障民族畜牧业的健康发展。

1 肉质评定技术

肉质的现代概念由英国诺丁汉Lawrie博士于1966年首版肉类科学专著 《Meat Science》中提出。数十年来国际专刊 《Meat Science》的出版和历届国际肉科技大会的交流,使传统肉质概念推陈出新。现代肉质概念由丹麦学者Anderson归纳为5种属性:食用质量、营养质量、技术质量、卫生质量和人文质量[2]。在肉质的众多属性中,食用质量是消费者和生产者最关心的品质之一。Miller提出,肉品品质通常是指鲜肉和加工肉所具有的外观、风味、营养、卫生等各种加工和食用有关的物理、化学性状[3]。衡量肉品品质的指标很多,最初主要是畜肉的外观、风味、质地等感官指标和加工指标,随着人们生活节奏的加快和对健康的日益重视,更多地采用卫生、营养、保健等指标[4]。

肌肉品质是猪的重要经济性状,它与国人的肉食营养、肉食品加工和养猪业经济效益都密切相关。因此,猪肉品质研究已成为肉食品加工领域的一个重要组成部分,世界各国相关科技工作者也相当重视猪肉品质的研究,并将其作为研究的热点[5]。欧美诸国通过多年的努力,在基本达到安全瘦肉或有机瘦肉(绿色环保概念)的初级质量平台之后,开始重新审视和追求瘦肉风味品质[6],即肉质的高级质量平台。

我国的猪肉消费质量理念也是顺应同样的历史规律,即 “肥肉-瘦肉-放心安全瘦肉-绿色瘦肉-优质风味瘦肉”[7]。采用优质杂交组合和最优化的绿色饲养管理模式生产优质品牌猪肉。而参与国际竞争,则是当今国际猪肉市场的质量竞争,它极大地促进了肉质评定检测技术的发展,该领域的新动态分述如下。

1.1 成像技术

利用成像技术来取代繁重的胴体分割手工操作是近代物理学应用于胴体瘦肉产量测定的实例[8]。其成像技术有2种:一是超生成像,如目前屠宰线上应用的样式—异B超仪器,它通过探头与胴体的液体界面连接可即时显示背膘厚、眼肌厚、眼肌面积、瘦肉产量参数;二是光学成像(VCS),其原理是对屠宰线上的半边胴体进行摄像,胴体几何图像中的骨、肉、皮、脂的比例与分布特点和胴体曲线,通过电脑VCS软件计算后显示出胴体等级、瘦肉率乃至即时价格。近年来成像系统的设备向轻巧、便携、快捷和人工智能方向发展,已成为屠宰线上对瘦肉进行定量分析的必要手段。

1.2 核磁共振技术(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)

NMR在20世纪90年代开始被用于系水力测定,该技术可以测量肌肉水分子磁化核从高能激发状态恢复到正常水平的时间(T2值),其值越小,肌肉超微结构中的毛细管和毛细孔越小(直径可以小到10μm),管腔和孔腔中不易流动水与肌浆蛋白结合紧密,肌肉的系水力越强[7],这项测定技术使系水力测定步入高科技的NMR阶段,由NMR测得的系水力属无损伤系水力,即在不破坏肌外膜、肌束膜和肌内膜的前提下测得的系水力,代表肉样原始的持水能力。此外,Labucky等利用NMR对活体肉样中的无机磷酸盐、磷酸肌酸和一磷酸腺苷进行了测定[9],测定值作为应激条件下猪肉代谢变化的指标和肉质参数,其优点在于肉样仅需1g,测定结果可用于预测活猪肉质。

1.3 蛋白组学分析技术

近年来,用基因组学或基因标记图谱,从遗传基础角度来评定特定品种或杂种猪的潜在肉质性能和检测氟烷基因、RN基因取得了显著进展。与此同时,用生化手段研究后天营养、生态环境条件对肉质的影响效应方面有不少新的突破,尤其是宰前应激条件对猪肉一系列生化指标的影响是近年来的研究热点之一[10]。上述研究动态急需解决一个能够综合遗传和环境(包括屠宰现场条件)对肉质的综合效应的检测手段。蛋白组学分析是在这种历史条件下被引入现代肉质分析的,它代表着当今肉质检测科研的最前沿。目前,北欧各国在此领域进展快[11-12]。

2 肉质特性形成机理

从活猪到猪肉产品的转化涉及一系列组织学、生理学和生物化学的变化过程,该过程的结果决定了猪肉的品质(特别是感官品质)特征。

2.1 肌肉组成

2.1.1 肌肉的化学组成

肌肉的大致组成为:水分60%、蛋白质20%、脂质15%、矿物质4%、碳水化合物1%[13]。肌肉中的水分从分布来看,约70%存在于肌纤维中,20%存在于肌浆中,10%存在于细胞间。从存在的状态来看,肌肉水分仅4%~5%是结合状态,绝大部分以游离形式存在[14]。肌肉蛋白质中60%为肌原纤维,20%为肌浆蛋白,20%为玻璃体蛋白。猪肉中的脂质主要是甘油三酯及微量的磷脂。在甘油三酯中,不饱和与饱和脂肪酸的比例为6︰4。肌肉中的碳水化合物主要是糖原,含量为10~20mg/g,是肌肉在厌氧条件下的能量来源。此外,肌肉中含有微量的核苷酸参与肉风味的形成。但尸僵后的肌肉与活体肌肉的组成存在一定差异[15]。

2.1.2 肌肉的组织结构

肌肉组织主要由肌细胞、结缔组织和肌间脂肪所构成。肌纤维长度为几厘米,直径仅为0.06~0.10mm。约30~80条肌纤维组成的肌纤维束,在肌肉中呈纵向排列。每条肌纤维由细胞膜、肌浆、细胞核及大量的肌原纤维组成。肌原纤维占肌纤维70%,内含参与肌肉收缩的2种蛋白(肌球蛋白、肌动蛋白)。肌原纤维蛋白不溶于水,而溶于盐溶液,属盐溶蛋白质。肌浆约占肌细胞的30%,内含大量的水溶性蛋白质、酶、糖原和ATP。结缔组织分布于肌肉四周、肌束和肌纤维之间。其功能是把肌肉的功传到肌腱和骨骼上,并保护肌纤维。结缔组织由肌原纤维组成,而胶原纤维由胶原蛋白组成。胶原蛋白的分子由3条α-肽链螺旋缠绕,形成3股绳索状结构。肽链中富含甘氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸及少量羟赖氨酸[14]。在肉体内,胶原蛋白呈规律性的聚合并共价交联成胶原微纤维,再进一步共价交联成胶原纤维。胶原蛋白分子内和分子间存在着大量的交联结构和纵向的交叠。胶原蛋白属硬蛋白类,性质稳定,具有很强的韧性,不溶于水及稀盐酸溶液,在酸或碱中可膨胀。脂肪组织主要分布在肌束和肌纤维之间,因其数量和分布不同,使肌肉呈现不同程度的大理石纹。

2.2 肉质特征的形成原理

2.2.1 肉色

猪肉的色泽主要受肌红蛋白状态的影响,其次也受光线反射、氧化作用的影响。肌红蛋白的含量对肉色有一定影响,含量越多,肉色越深。但决定肉色的关键是肌红蛋白的化学特性。肌红蛋白的呈色作用源于其分子内的亚铁血红素。亚铁血红素对氧有很强的亲和力,当其未与氧结合时,肌红蛋白呈暗红色;与氧结合后,肌红蛋白呈鲜红色。若亚铁血红素中的Fe2+氧化成Fe3+后,则肌红蛋白成为变性肌红蛋白(高铁肌红蛋白),呈现暗褐色。

猪屠宰后迅速切开肌肉切面,肌红蛋白尚未与氧结合,故呈暗红色;与空气中的氧接触后,肌红蛋白很快成为氧合肌红蛋白,使肉呈现鲜红色,此为消费者喜爱的颜色。但随着时间的延长,肌红蛋白转化成变性肌红蛋白,肉色即变成暗褐色。一般情况下,用肉眼观察到肉色变成暗褐色时,已经有60%以上的肌红蛋白转化成变性肌红蛋白[16]。

鲜肉褪色的速度与氧化过程和变性肌红蛋白的水平有关。一系列的物质如二价铁离子、超氧化的阴离子、羟基残基等可诱发红蛋白的变化过程,这些物质可直接与亚铁离子作用或导致脂质过氧化物的形成,后者使Fe2+氧化成Fe3+[14]。

当光线照射到猪肉表面时,由于表面水的存在,一部分光线被反射回来;进入肌肉中的光线大部分经散射后又反射出来,部分光线被肌球蛋白吸收而呈色。被反射的光线越多,则肌肉表现越苍白。PSE肉(俗称灰白肉,其颜色暗淡(灰白),pH及系水力较低,肌肉组织松软并伴有大量渗水症候,嫩度和风味较差),由于表面水分渗出较多,且因肌纤维收缩,大部分照射到肌肉表面的光线就被反射回来,出现肉色苍白,既使使肌红蛋白的含量高也不能改变这一状况。DFD肉(俗称干黑肉,是肉猪宰后肌肉pH高达6.5以上,形成暗红色、质地坚硬、表面干燥的干硬肉),由于系水力高,肌肉表面干燥,肌肉内所含的大量水分使肌原纤维膨胀,从而可吸收大部分照射到肌肉表面的光线,使肉呈现深黑色。

2.2.2 嫩度

肌原纤维的状态对肉的嫩度具有决定性作用。肌肉在出现尸僵之前,肌原纤维处于松弛状态,肉质较嫩;尸僵出现后,肌肉收缩,变得坚韧,嫩度大大下降;在熟化过程中,肌原纤维碎裂,肌肉的嫩度几乎又可恢复到刚屠宰时的水平[17]。

肌肉中结缔组织含量与结缔组织中胶原蛋白的种类和交联程度是影响肉嫩度的重要因素[18]。胶原蛋白中最重要的交联反应是赖氨酸分子在赖氨酰氧化酶作用下氧化脱氨形成醛基,再与另一赖氨酸分子的氨基缩合形成醛亚胺键。这种分子间的交联作用使胶原蛋白具有必要的韧性和强度。很明显,胶原蛋白的溶解性取决于分子间的交联程度。交联程度越高,不可溶性和热稳定性就越高,因而肉的嫩度就越差。随着动物年龄增长,体内胶原蛋白的总量并不明显增加,但胶原蛋白的交联键更加稳定,因而肌肉就更粗糙,嫩度更低。Goll(1964)对牛肉的研究证明了上述现象。

一般认为,肌肉内脂肪含量对猪肉品质影响较大,尤其是嫩度和多汁性。Ramse(1990)发现,猪背最长肌的大理石纹评分与肉嫩度存在高度相关。Herry等(1964)报道,猪肉大理石纹与肉嫩度的相关系数约为0.62。

肉的嫩度可因熟化过程而得到改善。Dransfield认为,猪肉的熟化在屠宰后即开始,大约40%的嫩化是发生在尸僵结束之前[19]。钙激活蛋白酶-Ⅰ在此过程中起着重要作用,是决定肉嫩度的主要酶。由于肌肉的内源蛋白酶是体内蛋白质正常周转代谢的酶,因此调控体内蛋白质的周转速度,可控制肉的嫩度。

2.2.3 系水力

肉的系水力是影响肉的颜色、风味和嫩度的重要因素。影响系水力的因素有以下2个。

(1)肌肉的pH 肌肉的水分主要以吸附状态存在。肌肉蛋白质是高度带电荷的化合物,因而能吸附大量水分。肌肉pH能够改变肌肉蛋白质带电荷状况,从而对系水力产生影响[17]。

猪活体肌肉pH为7.2~7.4,此时蛋白质分子间的相互排斥,也为水分留下了足够的空间,此时肌肉的系水力高。猪屠宰后,由于糖原的酵解和乳酸积累,pH下降,肌肉蛋白质正负电荷间的平衡发生改变,蛋白质带净负电荷的数量减少,吸附水的能力下降[19]。当pH下降到接近肌肉蛋白质的等电点(pH5.0~5.5)时,蛋白质所带的净电荷为零,此时肌肉的系水力最低。pH降低的另一结果是使肌原纤维的肌球蛋白和肌动蛋白的负电荷减少,相互间的排斥力降低,肌原纤维丝间的空间减少,大量水分被压迫挤出。在肌肉熟化过程中,肌原纤维降解产生的胺类使肌肉pH升高,肌肉的系水力也随之升高。由此可知,屠宰后肌肉pH的迅速下降可导致PSE肉的产生。但另一方面,如果屠宰后肌肉的终点pH高于6.0,则可产生DFD肉。DFD肉虽然系水力高,但颜色深,风味差,可加工性低,保质期短,与PSE肉一样属于劣质猪肉。导致DFD肉的主要原因是屠宰前的长期慢性应激使肌糖原耗竭所致[20]。

(2)脂类氧化程度 研究表明,肌细胞膜和亚细胞膜中的磷脂富含多不饱和脂肪酸,最易发生氧化分解。脂类的氧化分解使正常膜结构和功能受到破坏,细胞内液即被释出来,从而导致猪肉表面有较多的水分,滴汁损失增多。此时,猪肉的品质大大下降,经济价值的损失增大,而且由于生物膜作为保护细胞的屏障作用的丧失,使微生物易于滋生,肉的贮存期也会随之大大缩短。

2.2.4 肌肉脂肪对肉风味的影响

脂肪对肉风味影响很大,包括正效应和负效应2方面。脂肪,尤其是脂肪酸的构成是肉类特有风味的基础。脂肪组成不同是不同肉类香味差异的主要原因。Cameron和Enser(1991)研究了猪肌内脂肪酸含量和猪肉食用品质之间的关系,结果表明,如果饱和脂肪酸和一元不饱和脂肪酸含量高,猪肉嫩度、多汁性、香味及总可接受程度的评分值则高;但如果多不饱和脂肪酸的含量高,上述评分值则低。尽管消费者喜欢不饱和脂肪酸高的脂肪,这有利于健康,但从肉质的角度考虑,这类脂肪质地软且油腻,食用品质和加工品质均低,且由于不饱和脂肪酸含量高,脂肪发生氧化和产生异味的可能性也大。大量研究表明,脂类氧化是使肉质变坏的主要原因。脂类氧化产生的醛类和醇类组成复杂的化合物,其气味和味道很难为消费者所接受[13]。肌肉中脂类的氧化程度受多种因素影响,最主要是多不饱和脂肪酸的水平。

3 本土猪种猪肉肉质研究

随着肉品行业的蓬勃发展,我国肉类科研工作者在中国猪肉品质特点研究方面做了大量研究。目前一般以肌肉的颜色、pH和保水力(系水力)这3项国际通用区分生理正常与异常猪肉(PSE,DFD)的指标,以及肌内脂肪和肌肉嫩度2项能突出反映我国地方猪种品质特性的性状作为首选指标。我国猪种遗传资源非常丰富,根据品种资源调查及2001年 “国家畜禽品种审定委员会”审核,我国现有猪种遗传资源99个,其中地方品种72个、培育品种19个、引入品种8个。这72个地方猪种是我国及全世界最宝贵的遗传资源[21]。

我国城乡各层次的消费者都凭个人的口感肯定地方猪种的猪肉好吃、口感细嫩多汁、鲜香味浓。不少学者的研究结果也证实,本土猪种猪肉具有优良的肉质参数。徐振英[22]对民猪、金华猪、内江猪、香猪、大花白猪、嘉兴黑猪、姜曲海猪、二花脸猪、大围子猪等地方猪种的肉质特性进行了全面系统研究,其中肉质研究以长白猪和大白猪为对照,结果表明,我国地方猪肉肉色鲜红,无PSE肉;pH比对照猪肉平均增加0.32;系水力强(失水率比对照组低5.59个百分点);肌肉大理石纹适中,大多为3分和4分;肌肉水分少(降低2.62个百分点);肌内脂肪含量高(增加2.23个百分点);肌纤维直径小(减少16.7%);肌肉氨基酸分析表明与对照猪无本质差异。所有这些优良特性反映到口感上,会产生细嫩多汁和鲜香味浓的感觉。孙泉云等[23]对上海市场上居主导地位的 “杜长大”等 “三洋”杂交品种肉猪的216份猪肉样品进行了5项肉质参数(肉色、pH、滴水损失、肌内脂肪和肌肉嫩度)的调查和测定,结果除滴水损失和肌肉嫩度基本符合指标要求,肉色、pH和肌内脂肪含量3个指标明显低于正常值。还有学者对含有国外品种猪血统25%~75%的几个专门化品系进行了肉质分析,结果表明,国外猪种血缘过高,则对肉质的负面影响越大,尤其是肌肉失水率和肌内脂肪含量[24];丁山河等[25]对湖北地方猪种—清平猪其杂交后代胴体品质和肉质进行研究表明,以新清平猪为母本的三元杂交猪主要胴体品质和肉质性状如瘦肉率、背膘厚、眼肌面积、系水力、肌内脂肪含量等达到或超过 “洋三元”杂交猪,具有良好的杂交利用优势。孔路军等[26]研究肥胖基因mRNA在内江猪、荣昌猪和长白猪3个品种间的表达差异与繁殖性能间的关系,结果表明:内江猪和荣昌猪皮下脂肪组织ob mRNA表达丰度及血清Leptin浓度显著高于长白猪种。这与内江猪、荣昌猪的性成熟和初情期日龄明显小于长白猪,体脂沉积较早,瘦肉率较低的现象直接相关。刘龙芳等[27]为探明影响玉山黑猪肉质的因素以及其杂种猪肉质的变异,以玉×玉、长×长、大×大、长×玉和大×玉5个组合进行肉质和肌肉组织学测定,结果除长白猪外,其它组合肉色鲜红;玉山黑猪肌肉最嫩,其次是长玉和大玉,长白和大白最差;玉山黑、长玉、大玉、大白猪的贮藏损失率低,长白猪最高;肌纤维密度:玉山黑>大玉>长玉>大白>长白;玉山黑猪肌纤维直径最小,其次是大玉和长玉,长白和大白最大;玉山黑猪肌肉水分含量低,干物质和肌内脂肪含量高,其次是大玉,其它组合比较接近;玉山黑猪肌肉中部分呈鲜味核苷酸和谷氨酸含量最高,其次是长玉和大玉,长白和大白含量低;玉山黑猪、长玉猪和大玉猪含亚麻油酸(18∶3)比例高。玉山黑猪分别与长白、大白猪杂交所产生的后代能保持其优良肉质特性。邓纯干等[28]对恩施黑猪的生产性能与杂交效果测定结果表明,恩施黑猪耐粗饲、适应性强、肉质好,为湖川山地有发展前途的肉脂兼用型猪种。

当然,猪肉肉质参数受遗传因素、生理因素、营养因素和管理因素等许多方面的影响,通过利用我国地方品种和国外优良品种杂交,使后代具有优良的肉质基因。同时,辅之于添加维生素E,减少饲养过程中的应激,加强运动以及利用GnRH为猪去势等方法,可从各方面提高猪肉的品质。

4 结语

肉类科学认为,肌肉的颜色、pH、多汁性、嫩度、香气、滋味等是重要的肉质指标。也就是说,肉质是与鲜肉或加工肉的外观、适口性、营养性等有关的一系列生物化学特性的综合。例如肉的色泽、持水性、嫩度、风味、多汁性等特性能决定消费者对肉品的可接受性,肉的化学成分则与肉的营养性密切相关。因此,肉的品质可根据肉品的一些生物化学特性来进行度量,这些特性可以概括为肉的感官品质特性、食用品质特性和加工特性[29]。

随着国民收入水平与动物食品消费水平的提高,城乡居民对瘦肉型猪肉需求的增加,大量使用生长速度快、瘦肉率高的引进品种对地方品种杂交改良。但是,生长速度快、瘦肉率高的猪肉产生了肉质的问题,即肌纤维粗糙、缺少肌内脂肪、没有猪肉应有的香味。因而对国内多数消费者来说,又产生了对优质猪肉的需求,一部分人又转向地方猪种生产的高肌内脂肪猪肉,无疑给地方猪生产带来商机与市场空间。我国地方猪种猪肉的肉质参数明显优于国外品种,所以应珍惜地方猪种的优秀基因性状,利用先进技术加以科学选育和科学研究,保存和利用好地方猪种肉质优良这一非常宝贵的资源,生产出具有肉质鲜嫩、肌内脂肪含量相对多、瘦肉率相对提高、风味好、营养丰富的肉品,为市民和社会造福[30]。

总之,随着现代绿色、环保、生态、低碳理念的深入人心,许多地方性的优质猪种如民猪、清平猪、玉山黑猪、恩施黑猪,以及由此杂交优势利用的大花白猪等,以其杂粮粗饲、自然生长而作为高档肉食商品,渐次成为人们对绿色食品的新追求,渐为人们接受和亲睐。

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