1 Introducción

La atención prestada a la calidad de los productos de proteína animal está en constante crecimiento (1). Dado que la carne de cerdo es la proteína animal más consumida, la mejora de su calidad es de gran importancia para el desarrollo de la ganadería (2, 3). Los factores que determinan la calidad de la carne incluyen la raza del cerdo, el modo de alimentación, la tasa de crecimiento y los nutrientes del alimento (4-10). Entre estos factores, el peso de sacrificio (RS) de los cerdos de engorde tiene un impacto significativo en la calidad de la carne. La optimización del momento de las ventas no solo reduce los costos de producción, sino que también satisface las demandas de los consumidores de carne de cerdo de alta calidad.

El cerdo de engorde de Tianfu (TF) es una nueva raza desarrollada localmente como resultado de 15 años de esfuerzos conjuntos de cría por Sichuan Techlex Co., Ltd., la Universidad Agrícola de Sichuan y la Estación Provincial de Cría de Animales de Sichuan (11). Como nueva variedad criada en 2011 en China, los cerdos TF se obtuvieron cruzando razas porcinas autóctonas tradicionales chinas con razas modernas {Duroc × [Landrace × (York × Meishan)]} (12), que tienen las características de un alto rendimiento en la producción de carne (porcentaje de carne magra > 63,0 %), un buen rendimiento reproductivo (tamaño medio de la camada > 13,0) y una excelente calidad de la carne (grasa intramuscular > 2,2 %).

En los últimos años, a pesar de los avances significativos en la cría genética, los niveles nutricionales y los entornos de alimentación que mejoran el rendimiento del crecimiento de los cerdos, la calidad de la carne se ha deteriorado (13-19). La selección genética se centra más en mejorar la capacidad reproductiva de las cerdas y descuida la calidad de la carne (20). Los cerdos de crecimiento más rápido exhiben una menor resistencia al estrés y son más propensos a desarrollar carne exudativa blanda pálida (PSE), particularmente en el verano (21). Además, las tasas de crecimiento acelerado de los cerdos conducen a una deposición insuficiente de grasa intramuscular (IMF) y nutrientes que afectan el sabor, lo que resulta en una disminución de la ternura y jugosidad de la carne de cerdo (22). Los aminoácidos no solo son nutrientes clave en la carne, sino también una clase importante de compuestos de sabor (23, 24). Sin embargo, al tratarse de compuestos solubles en agua, el contenido y la proporción de aminoácidos se ven fácilmente influenciados por diversos factores, como la especie animal, el sexo, el SW, el tratamiento postmortem y las condiciones de almacenamiento (23, 25-27). Estudios anteriores también han encontrado que un aumento en el SW está estrechamente relacionado con un mayor sabor, jugosidad y aceptabilidad general de la carne de cerdo (28, 29). Por ejemplo, la carne de cerdo de cerdos que pesaban 120 kg exhibió niveles más altos de la mayoría de los ácidos grasos insaturados y ésteres de ácidos grasos poliinsaturados totales en el músculo longissimus dorsi (LD) en comparación con los de los grupos de bajo peso (110 kg y 100 kg). El SW también afectó significativamente el contenido de varios compuestos de sabor. Sin embargo, la cantidad de compuestos de sabor (aldehídos) derivados de la oxidación de ácidos grasos también fue significativamente mayor en comparación con otros grupos (28). Otro estudio demostró que un aumento de la CS de hasta 130 kg en cerdos mejoró algunos aspectos de la calidad de la canal esenciales para la industria del jamón de Teruel (30), especialmente con una mejora significativa en el color de la carne (mayor valor a^*) (31) o en el sabor de la carne (32).

Las tecnologías ómicas se utilizan ampliamente para evaluar la calidad de la carne (33). La metabolómica se puede utilizar para analizar los cambios en el contenido y los niveles generales de metabolitos en muestras biológicas (34). Este enfoque permite un análisis cualitativo y cuantitativo exhaustivo de los metabolitos para aclarar cómo los animales se enfrentan a los efectos de los factores ambientales a nivel molecular (34). La metabolómica se utiliza ampliamente en la investigación de la calidad de la carne para evaluar directamente los efectos de la calidad de la carne en la salud humana (34), incluidos los mecanismos de la composición de aminoácidos de la carne (34), el color de la carne y el sabor de la carne (23, 24).

Sin embargo, hasta la fecha, no está claro cómo los diferentes SW afectarían la calidad de la carne de cerdo TF, y no se han reportado investigaciones sobre los efectos de los SW en los aminoácidos en el músculo LD de los cerdos TF. Se plantea la hipótesis de que el aumento del SW podría aumentar el contenido del IMF y mejorar la calidad de la carne. En consecuencia, en este estudio, se empleó la metabolómica [análisis de cromatografía líquida de alta resolución-espectrometría de masas (HPLC-MS/MS)] para investigar los efectos de diferentes SW en los músculos LD y el mecanismo regulador de SW en la calidad porcina de los cerdos TF, proporcionando apoyo teórico para mejorar la calidad de la carne de los cerdos TF a través de la cría genética.

2 Materiales y métodos

2.1 Diseño experimental y manejo animal

Un total de 300 cerdos machos sanos de TF con un peso de 70,16 ± 1,08 kg y una edad de 130 días, comprados a Techlex Food Co. Ltd. (Mianyang, China), fueron criados en una granja porcina con suelo de cemento bajo alimentación en cautividad (15 cerdos por corral y 1,3^cm2 por cerdo), y tuvieron acceso a agua ad libitum. Para el régimen de alimentación, nos adherimos a la fórmula de alimentación y al modo de alimentación recomendados por la granja porcina (35). Con base en la cantidad de SW, 13 cerdos se dividieron en tres grupos (grupo de 100 kg, grupo de 125 kg y grupo de 150 kg con un peso promedio de 101,35 ± 1,26 kg, 123,46 ± 1,17 kg y 151,54 ± 0,68 kg, respectivamente) con 3, 5 y 5 cerdos en cada grupo, respectivamente.

2.2 Preparación de la muestra

Se recogieron aproximadamente 50 g de músculos LD de la décima costilla de la canal del lado izquierdo, se congelaron en nitrógeno líquido y se enviaron a Metware Biotechnology Co. Ltd. (Wuhan, China) para su análisis metabolómico LC-MS/MS. Los músculos LD de las 10 costillas se utilizaron para detectar el valor de pH, el color de la carne, la pérdida por goteo, la pérdida por cocción y la fuerza de cizallamiento.

2.3 Características de la canal de los cerdos TF

Se registró el peso de la canal para calcular el porcentaje de faenado. Se registraron los valores de grosor de la grasa dorsal en la primera costilla, la última costilla y la última lumbar para calcular la profundidad media de la grasa dorsal. El área del ojo del lomo (LEA) se midió en la última lumbar.

2.4 Calidad de la carne de los cerdos TF

El valor del pH muscular y el color de la carne (luminosidad L^*, enrojecimiento a^* y amarilleo b^*) se midieron a los 45 min y 24 h postmortem utilizando un pHm (pH-STAR, SFK-Technology, Dinamarca) y un cromómetro portátil (CR-300, Minolta, Japón), respectivamente. El porcentaje de pérdida por goteo se detectó como se describió anteriormente (36). La pérdida de cocción se expresó como el porcentaje de cambio de peso (37). La fuerza cortante se detectó utilizando un analizador de texturas (TA. XT Plus, Stable Micro Systems, Godalming, Reino Unido). El FMI se midió con arreglo al método estándar nacional (GB 5009.6-2016, China) (38).

2.5 Análisis metabolómico LC-MS/MS de los músculos LD

2.5.1 Preparación de muestras musculares LD para metabolómica

Se recogieron muestras de músculo LD de 13 cerdos TF de tres tratamientos para el análisis metabolómico de LC-MS. Se homogeneizaron aproximadamente 50 mg de músculos congelados en 500 μL de solución acuosa de metanol (70%, preenfriada a -20 °C), se agitaron durante 3 min y luego se centrifugaron a 12.000 × g durante 10 min a 4 °C. El sobrenadante (300 μL) se transfirió a tubos Eppendorf (EP), se mantuvo en un refrigerador a -20 °C durante 30 min y luego se centrifugó a 12.000 × g durante 10 min a 4 °C. Luego, el sobrenadante restante (200 μL) se transfirió a un vial de muestreo de LC-MS con un revestimiento interno para el análisis de LC-MS.

La estabilidad del sistema LC-MS/MS se monitorizó utilizando cinco muestras de control de calidad dentro de la secuencia de análisis, que se prepararon a partir de las muestras de músculo LD agrupadas.

2.5.2 Captura de datos metabolómicos

Se utilizó un sistema de cromatografía líquida de ultra rendimiento para llevar a cabo la separación cromatográfica de los músculos LD (QTRAP 6500+, SCIEX, USA). Las muestras de músculo LD se inyectaron en la columna de amida ACQUITY BEH (100 × 2,1 mm, 1,7 μm) a 40 °C (flujo de 0,40 ml/min). El programa de gradiente lineal óptimo se basó en la descripción proporcionada por Li y Shen (39), y la fase móvil óptima incluyó agua ultrapura (que contiene 2 mM de acetato de amonio y 0,04 % de ácido fórmico) en agua (A) y acetonitrilo (que contiene 2 mM de acetato de amonio y 0,04 % de ácido fórmico) en agua (B).

Para la adquisición de datos masivos se utilizó HPLC-MS/MS (QTRAP 6500+, SCIEX, EE. UU.), equipada con una fuente de ionización por electropulverización dual (ESI) que funciona en modos de iones positivos y negativos. El tiempo de exploración se fijó en 5 espectros/s, y el modo centroide fue de 50 a 1.000 m/z. Las condiciones óptimas de análisis se basaron en la descripción proporcionada por Li y Shen (39).

2.5.3 Análisis estadístico multivariante

Se utilizó Compound Discoverer 3.0 (Thermo Fisher, EE. UU.) para convertir los espectros MS sin procesar a un formato de datos común (.mzML). Los metabolitos candidatos [Importancia variable para la proyección (VIP) > 1 y un valor P ajustado de <0,05] se consideraron biomarcadores potenciales. Se proporcionan más detalles sobre el análisis metabolómico en el material complementario 1.

2.5.4 Identificación de perfiles metabólicos de aminoácidos y análisis de vías

La estructura del metabolito se confirmó mediante el análisis LC-MS/MS. Se utilizó METLIN para buscar un valor de masa preciso de los metabolitos de aminoácidos y los iones de fragmentos MS/MS. Se utilizaron las bases de datos KEGG y HMDB para buscar vías metabólicas y reacciones bioquímicas. El análisis y la visualización de la vía se llevaron a cabo utilizando el software Compound Discoverer 3.0 (Thermo Fisher Scientific).

2.6 Análisis estadístico

Todos los datos se analizaron mediante un análisis de varianza de una vía (ANOVA) (Statistical Package for the Social Sciences, SPSS, version 23.0, Inc., Chicago, IL, USA). Los resultados se presentan como el error estándar de las medias (SEM) para réplicas biológicas. La significación se determinó con un valor de p de <0,05 y la significación extrema con un valor de p de <0,01.

3 Resultados

3.1 Calidad de la carne de los cerdos TF

El peso de la canal (P < 0,01), el porcentaje de aderezo (P < 0,01) y el área del ojo del lomo (LEA) (P < 0,01) fueron mayores en los cerdos del grupo de 150 kg en comparación con los de los grupos de 125 kg y 100 kg (Tabla 1). Además, la longitud de la canal (P < 0,01) y el grosor de la grasa dorsal (P < 0,01) fueron mayores en los cerdos de 150 kg y 125 kg que en los de 100 kg.

Las características de calidad de la carne de los músculos LD en cerdos TF se muestran en la Tabla 2. En comparación con el grupo de 100 kg, los grupos de 125 kg y 150 kg mostraron una disminución (P < 0,01) en la fuerza de cizallamiento y un aumento (P < 0,01) en el contenido de IMF.

3.2 Respuestas metabólicas de LD en los cerdos TF con diferentes SW

Los cromatogramas iónicos totales típicos de las muestras de LD a través del análisis HPLC-MS/MS mostraron una buena separación, forma de pico y fuerte intensidad. Los modelos de análisis de componentes principales (ACP) bien ajustados mostraron claras separaciones entre los tres grupos (Figuras 1a-d). De acuerdo con el valor VIP (>1) y el valor P (<0,05), se identificaron 93 DEM, incluidos 69 DEM regulados al alza y 24 DEM regulados a la baja (Figura 2). El análisis de agrupamiento jerárquico distinguió además las muestras de LD de los grupos de 125 kg y 150 kg de las del grupo de 100 kg (Figura 1e).

Los DEM de los músculos LD obtenidos en los grupos de tratamiento se enviaron al sitio web de KEGG para el análisis de la vía correspondiente. Las vías metabólicas KEGG más importantes se identificaron al comparar los grupos de 125 kg frente a 100 kg, los grupos de 150 kg frente a 100 kg y los grupos de 150 kg frente a 125 kg (Figuras 2d-f). El SW alteró significativamente las vías metabólicas. Los metabolitos predominantes fueron el metabolismo de la arginina y la prolina, el metabolismo de la glicina, la serina y la treonina, el metabolismo de la alanina, el aspartato y el glutamato, el metabolismo del triptófano y el metabolismo de la beta-alanina. Los detalles de los 12 principales metabolitos musculares de la LD entre los diferentes grupos se muestran en la Tabla 3. Un diagrama de Venn que comparó los DEM de los tres grupos reveló que había 24, 36 y 33 DEM entre los grupos de 125 kg frente a los de 100 kg, los grupos de 150 kg frente a los de 100 kg y los grupos de 150 kg frente a los de 125 kg, respectivamente. Además, cinco DEM fueron los más comunes entre las tres comparaciones (Figura 2g). En el cuadro 4 se muestra información detallada sobre los 93 DEM identificados en tres comparaciones. La urea, la 3-yodo-L-tirosina, la N-glicil-L-leucina, la N,N-dimetilglicina y el ácido quinurénico podrían ser biomarcadores potenciales para las tres comparaciones de SW.

4 Discusión

El SW objetivo, la edad en el momento del sacrificio y la tasa de deposición de grasa pueden dar lugar a diferencias en las características de la canal. En este estudio, las características de la canal (porcentaje de aderezo, grosor de la grasa dorsal, longitud de la canal y LEA) de los cerdos TF difirieron significativamente con el aumento de SW, especialmente en el grupo de 150 kg, lo que fue consistente con los hallazgos previos de estudios realizados entre 100 y 160 kg (40) o entre 110 y 150 kg (41). Sin embargo, otro estudio encontró que el grosor de la grasa dorsal no se vio afectado por el SW (de 145 a 156 kg) (42), lo que podría deberse a que el tamaño de los adipocitos aumentó con la edad y, a medida que los animales crecían, el contenido de lípidos aumentaba (42). Una vez que las células se llenaron de grasa, cualquier aumento en el grosor no fue tan significativo (42). Estos resultados confirmaron que los niveles de la mayoría de las características de la canal se vieron afectados por el SW. Sin embargo, los valores de pH_45min, pH_24h, ${\text{a}}_{45\text{min}}^{\ast }$, ${\text{L}}_{24\text{h}}^{\ast }$, ${\text{a}}_{24\text{h}}^{\ast }$, ${\text{b}}_{24\text{h}}^{\ast }$, la pérdida por goteo o la pérdida de cocción de los músculos LD no difirieron entre los tratamientos.

El IMF es un importante precursor del sabor que afecta significativamente la jugosidad, la ternura y el sabor general de la carne (43). Desempeña un papel vital en la mejora de la ternura de la carne, ya que la textura de la carne está determinada principalmente por las miofibrillas y los tejidos conectivos. La IMF se encuentra generalmente en la membrana externa, dentro del fascículo y en el endometrio de las fibras intramusculares. En consecuencia, una mayor densidad de fibras musculares puede conducir a una mayor deposición IMF. La presencia de IMF hace que los tejidos conectivos se vuelvan menos densos, reduciendo su interacción con las fibras musculares. Esto hace que el tejido sea más fácil de separar, mejorando así la ternura de la carne. En el presente estudio, el contenido de IMF aumentó significativamente con el aumento de SW, lo cual fue similar a los estudios previos (25). En general, un contenido de IMF del 2 al 3% se considera ideal para la calidad de la carne fresca. En este estudio, el contenido de IMF de los músculos LD de los grupos de 125 kg y 150 kg se registró en 2,5% y 3,7%, respectivamente, lo que indica que el aumento de SW podría mejorar el sabor de la carne. Las variaciones lipídicas (cinco DEM que incluyen ácido decanoico, ácido hexanoico, ácido octanoico, ácido nervioso y ácido erúcico) (datos no publicados) en los tejidos musculares entre los tres grupos podrían estar estrechamente asociadas con las tasas de deposición de grasa durante las etapas de crecimiento y desarrollo de los animales. La vía de degradación de ácidos grasos se reguló a la baja y la deposición de IMF aumentó en las últimas etapas (98-140 días) (44).

La fuerza de cizallamiento es un determinante clave de la ternura de la carne; Una menor fuerza de cizallamiento se correlaciona con una mayor sensibilidad. El FMI influye significativamente en la fuerza de corte; Puede disminuir la densidad y la estructura mecánica de los tejidos conectivos, facilitando la separación de los tejidos musculares y reduciendo la fuerza de cizallamiento muscular, mejorando así la sensibilidad muscular. Este estudio encontró que el aumento de SW podría reducir significativamente la fuerza de cizallamiento, mejorando así la sensibilidad.

En el presente estudio, se utilizó la metabolómica para explorar cómo el SW afecta la calidad de la carne de los cerdos TF. Se identificaron 93 DEM en tres grupos de SW. La separación de las muestras de músculo LD de los tres grupos observados en el ACP indicó que el SW afectó los perfiles metabolómicos de aminoácidos de los músculos LD. Nuestros resultados confirmaron que los niveles de la mayoría de los metabolitos se vieron afectados por el SW. Los resultados del análisis de la vía metabólica indicaron que el mecanismo de SW podría estar relacionado principalmente con el metabolismo de la vía metabólica. Además, se han identificado cinco DEM como potenciales biomarcadores para distinguir entre los tres grupos de SW.

Los aminoácidos son un indicador clave de la nutrición proteica y uno de los principales factores que afectan la frescura de la carne de cerdo. Durante la formación del sabor de la carne de cerdo, los aminoácidos frescos, como la glicina y el glutamato, juegan un papel importante. La glicina y el glutamato son representantes típicos de los aminoácidos relacionados con los antioxidantes. Cuando el contenido de aminoácidos esenciales de las proteínas en la carne es alto, es beneficioso para mejorar el sistema inmunológico humano. Los aminoácidos aromáticos, como la tirosina y el triptófano, desempeñan un papel crucial en las vías metabólicas del cuerpo animal. La glicina es un componente aminoácido no esencial del glutatión reducido, un antioxidante endógeno. A menudo se complementa externamente cuando el cuerpo experimenta un estrés severo. Un estudio anterior mostró que la suplementación dietética de glicina en una dieta baja en proteínas podría usarse para mejorar la calidad de la carne (45). Los cerdos con restricción del crecimiento intrauterino (RCIU) tienen un rendimiento de crecimiento subóptimo y una síntesis de glicina alterada. La suplementación dietética con glicina aumentó en gran medida el valor de la carne a^* de los cerdos con RCIU en un 10% (46). La glutamina (Gln), un precursor del ácido glutámico, es un aminoácido no esencial. La L-glutamina es un aminoácido codificante en la síntesis de proteínas. Un estudio anterior indicó que la suplementación con Gln en las dietas de los pollos de engorde podría aliviar el deterioro causado por el estrés por calor en la calidad de la carne y la estabilidad del color de la carne (47). La tirosina (Tyr), un aromático α-aminoácido polar que contiene grupos fenólicos e hidroxilo, es uno de los aminoácidos condicionalmente esenciales para el cuerpo humano. Se encontró que la ingesta de aminoácidos podría estar relacionada con la susceptibilidad al estrés inducida por hormonas y neurotransmisores. La regulación dietética de los precursores de aminoácidos neurotransmisores (Tyr) podría reducir las respuestas al estrés en los cerdos y disminuir la incidencia de carne de cerdo pálida, blanda y exudativa (48). En el estudio actual, la abundancia de Tyr en las tres comparaciones de cerdos TF se reguló al alza. El triptófano (Trp) es uno de los aminoácidos esenciales del cuerpo humano y un precursor del importante neurotransmisor serotonina (48). La manipulación dietética de Trp (precursores de aminoácidos de neurotransmisores) puede reducir las respuestas al estrés en los cerdos y reducir la aparición de carne de PSE (48). Como sedante, puede regular los ritmos mentales y mejorar el sueño. La adición de Trp a las dietas de las ovejas redujo las respuestas al estrés al mejorar la producción de 5-HT del sistema nervioso, lo que mejoró la calidad de la carne (26). En este estudio, se reguló al alza la abundancia de Trp en tres comparaciones de cerdos TF. El Trp regulado al alza en las tres comparaciones de cerdos TF indicó que el aumento de SW podría aumentar la resistencia al estrés de los cerdos TF y mejorar la calidad de la carne.

Los análisis químicos y metabolómicos mostraron que, con el aumento de SW, la deposición de IMF mejoró y la abundancia de triptamina, Tyr, Gln, propionilglicina y los metabolitos en los músculos LD también aumentó. Con el aumento de SW, también se mejoró la síntesis de múltiples aminoácidos esenciales y no esenciales en el músculo LD, lo que podría contribuir a la mejora de la calidad de la carne.

5 Conclusión

Este estudio se centró en el mecanismo por el cual el SW afectaba la calidad de la carne de los cerdos TF. El análisis metabolómico mostró que 93 DEM estaban significativamente enriquecidos en vías relacionadas con el metabolismo de los aminoácidos, como el metabolismo de la arginina y la prolina, el metabolismo de la alanina, el aspartato y el glutamato, el metabolismo del triptófano y el metabolismo de la beta-alanina. En general, se encontró que el aumento de SW mejoraba la calidad de la carne de cerdo de los cerdos TF (reducción de la fuerza de cizallamiento de los músculos LD y aumento del contenido de IMF de los músculos LD). Sin embargo, el impacto negativo del aumento de SW en el grosor de la grasa dorsal merece una mayor consideración. Se puede concluir que un SW de 125 kg es más económico.

Declaración de disponibilidad de datos

Las contribuciones originales presentadas en el estudio se incluyen en el artículo/Material complementario, las consultas posteriores pueden dirigirse al autor correspondiente.

Declaración ética

El estudio en animales fue aprobado por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales de la Universidad de Yibin. El estudio se llevó a cabo de acuerdo con la legislación local y los requisitos institucionales.

Contribuciones de los autores

YL: Conceptualización, Curación de datos, Análisis formal, Investigación, Metodología, Recursos, Software, Redacción – borrador original. XT: Análisis formal, Investigación, Recursos, Escritura – revisión y edición. PZ: Conceptualización, Supervisión, Redacción – revisión y edición. JZ: Conceptualización, Obtención de fondos, Supervisión, Redacción, revisión y edición. XA: Conceptualización, Obtención de Financiamiento, Metodología, Administración de Proyectos, Recursos, Supervisión, Redacción, Revisión y Edición.

Financiación

El/los autor/es declara(n) que se recibió apoyo financiero para la investigación, autoría y/o publicación de este artículo. Este estudio contó con el apoyo del «Programa de Ciencia y Tecnología de Sichuan» (Nos. 2021ZYZF3001, 2023YFQ0036 y 2021ZDZX0009), el «Programa Qihang de la Universidad de Yibin» (No. 2019QD11) y el «Laboratorio Clave de Utilización de Recursos de Fermentación de Estado Sólido de la Provincia de Sichuan» (No. 2019GTY002).

Conflicto de intereses

JZ y XA eran empleados de Sichuan Techlex Industrial Co. Ltd.

El resto de los autores declaran que la investigación se llevó a cabo en ausencia de relaciones comerciales o financieras que pudieran interpretarse como un potencial conflicto de intereses.

Nota del editor

Todas las afirmaciones expresadas en este artículo son únicamente las de los autores y no representan necesariamente las de sus organizaciones afiliadas, ni las del editor, los editores y los revisores. Cualquier producto que pueda ser evaluado en este artículo, o afirmación que pueda ser hecha por su fabricante, no está garantizado ni respaldado por el editor.

Material complementario

El material complementario para este artículo se puede encontrar en línea en: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fvets.2024.1420634/full#supplementary-material

Referencias