Comparative analysis of muscle quality, intestinal morphology and microbial composition in two cultured frogs species
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摘要: 为分析泰国虎纹蛙 (Hoplobatrachus tigerinus) 和牛蛙 (Lithobates catesbeiana) 的肌肉品质、肠道形态及微生物构成，采用食品安全国家标准测定方法对这两种养殖蛙的肌肉营养成分进行监测，结合肌肉质构和显微结构的分析对两者肌肉品质进行评价，同时利用高通量测序和组织学切片技术对两者肠道微生物群落构成和显微结构进行分析。结果显示，泰国虎纹蛙和牛蛙氨基酸总量差异不显著 (P>0.05)；牛蛙的不饱和脂肪酸含量显著高于泰国虎纹蛙 (P<0.05)。此外，牛蛙肌肉的硬度、咀嚼性和胶黏性均显著高于泰国虎纹蛙 (P<0.05)。肠道微生物分析显示，泰国虎纹蛙的Shannon、Ace和Chao1指数均显著高于牛蛙 (P<0.05)；门水平上，牛蛙的厚壁菌门丰度显著高于泰国虎纹蛙 (P<0.05)，而放线菌门丰度显著低于后者 (P<0.05)；属水平上，泰国虎纹蛙的乳球菌属 (Lactococcus) 和埃希杆菌-志贺菌属 (Escherichia-Shigella)丰度显著高于牛蛙 (P<0.05)，而乳杆菌属 (Lactobacillus) 和明串珠菌属 (Leuconostoc) 丰度显著低于后者 (P<0.05)。研究表明，泰国虎纹蛙和牛蛙肌肉品质存在差异，但营养价值均较高；高通量测序分析显示两者肠道微生物群落组成存在差异。Abstract: In order to investigate the muscle quality, intestinal morphology and microbial composition of Hoplobatrachus tigerinus and Lithobates catesbeiana, we monitored the muscle nutritional components of two cultured frogs species by national food safety standard measurement method, and evaluated their muscle quality in addition with analysis of muscle texture and microstructure. Besides, we applied high-throughput sequencing and histological section technology to analyze the microbial community composition and microstructure of their gut. The results show that there was no significant difference in the total amino acids between H. tigerinus and L. catesbeiana (P>0.05). The unsaturated fatty acids content of L. catesbeiana were significantly higher than those of H. tigerinus (P<0.05). In addition, the muscle hardness, chewiness and gumminess of L. catesbeiana were significantly higher than those of H. tigerinus (P<0.05). The analyses of intestinal microbial communities show that the Shannon, Ace and Chao1 indexes of H. tigerinus were significantly higher than those of L. catesbeiana (P<0.05). At phylum level, the abundance of Firmicutes in L. catesbeiana was significantly higher than that in H. tigerinus (P<0.05), while the abundance of Actinobacteriota was significantly lower (P<0.05); At genus level, the abundance of Lactococcus and Escherichia-Shigella in H. tigerinus was significantly higher than that in L. catesbeiana (P<0.05), while Lactobacillus and Leuconostoc were significantly lower (P<0.05). The results show that there are differences in muscle quality between H. tigerinus and L. catesbeiana, but both have high nutritional value; high-throughput sequencing analyses show that there are differences in the composition of intestinal microbial communities between the two species.
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图 1 泰国虎纹蛙和牛蛙肠道和肌肉的组织结构
Figure 1. Tissue structures of intestine and muscle of two frogs species
图 2 OTU水平下两种养殖蛙肠道微生物的Veen图
Figure 2. Veen diagrams of intestinal microbiota in H. tigerinus and L. catesbeiana at OTU level
图 5 泰国虎纹蛙和牛蛙肠道微生物功能预测
Figure 5. Functional prediction of intestinal microbiota in H. tigerinus and L. catesbeiana
表 1 泰国虎纹蛙和牛蛙每100 g肌肉常规营养成分比较
Table 1. Comparison of conventional nutrients per 100 g of muscle between H. tigerinus and L. catesbeian g
营养成分
Nutrientional composition泰国虎纹蛙
H. tigerinus牛蛙
L. catesbeiana水分 Moisture 74.53±0.12 73.03±0.12 灰分 Crude ash 1.13±0.06b 1.03±0.06a 粗蛋白 Crude protein 23.63±0.15 24.00±0.36 粗脂肪 Crude lipid 0.70±0.00a 0.83±0.56b 注：同行不同字母表示组间差异显著 (P<0.05)，下表同此。 Note: Values with different letters within the same row indicate significant differences (P<0.05), the same in the following tables. 
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表 2 泰国虎纹蛙和牛蛙每100 g肌肉氨基酸比较
Table 2. Comparison of amino acids per 100 g of muscle of H. tigerinus and L. catesbeian
g 氨基酸
Amino acid泰国虎纹蛙
H. tigerinus牛蛙
L. catesbeiana氨基酸
Amino acid泰国虎纹蛙
H. tigerinus牛蛙
L. catesbeiana天门冬氨酸 Asp 2.57±0.06 2.55±0.08 亮氨酸 Leu 0.62±0.01 0.55±0.03 谷氨酸 Glu 1.18±0.02 1.17±0.44 赖氨酸 Lys 1.64±0.04 1.62±0.05 丝氨酸 Ser 1.16±0.02 1.18±0.04 脯氨酸 Pro 1.14±0.06 1.02±0.01 甘氨酸 Gly 3.98±0.12 3.98±0.13 氨基酸总量 TAA 24.50±0.52 24.10±0.79 苏氨酸 Thr 1.20±0.08b 1.03±0.01a 必需氨基酸 EAA 11.10±0.22 10.80±0.35 组氨酸 His 1.47±0.04 1.42±0.05 非必需氨基酸 NEAA 13.42±0.29 13.31±0.40 丙氨酸 Ala 1.23±0.02 1.23±0.38 呈味氨基酸 FAA 10.72±0.24 10.75±0.35 精氨酸 Arg 0.73±0.01 0.77±0.03 支链氨基酸 BCAA 5.02±0.12 4.94±0.20 酪氨酸 Tyr 1.21±0.04 1.19±0.04 芳香氨基酸 AAA 2.28±0.55 2.26±0.73 缬氨酸 Val 2.08±0.05 2.07±0.09 EAA/NEAA 82.69% 81.13% 蛋氨酸 Met 0.96±0.02 0.95±0.03 EAA/TAA 45.26% 44.75% 苯丙氨酸 Phe 1.07±0.02 1.07±0.04 FAA/TAA 43.71% 44.61% 异亮氨酸 Ile 2.33±0.07 2.31±0.09 BCAA/AAA 2.20 2.19
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表 3 泰国虎纹蛙和牛蛙肌肉氨基酸营养价值评价
Table 3. Evaluation of amino acids traits in muscles of H. tigerinus and L. catesbeiana
项目
Item必需氨基酸
Essential amino acid泰国虎纹蛙
H. tigerinus牛蛙
L. catesbeiana氨基酸评分
AAS异亮氨酸 Ile 0.58 0.58 亮氨酸 Leu 0.09 0.08 赖氨酸 Lys 0.30 0.30 苏氨酸 Thr 0.30 0.26 缬氨酸 Val 0.41 0.41 蛋氨酸+半胱氨酸
Met+Cys0.27 0.27 苯丙氨酸+酪氨酸
Phe+Tyr0.38 0.37 化学评分
CS异亮氨酸 Ile 0.43 0.43 亮氨酸 Leu 0.07 0.06 赖氨酸 Lys 0.23 0.23 苏氨酸 Thr 0.25 0.22 缬氨酸 Val 0.42 0.42 蛋氨酸+半胱氨酸
Met+Cys0.17 0.17 苯丙氨酸+酪氨酸
Phe+Tyr0.24 0.24 必需氨基酸
指数
EAAI22.76 21.81
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表 4 泰国虎纹蛙和牛蛙每100 g肌肉脂肪酸比较
Table 4. Comparison of fatty acids in per 100 g muscles of H. tigerinus and L. catesbeiana
g 脂肪酸
Fatty acid泰国虎纹蛙
H. tigerinus牛蛙
L. catesbeiana脂肪酸
Fatty acid泰国虎纹蛙
H. tigerinus牛蛙
L. catesbeiana月桂 C12:0 0.03±0.00b 0.02±0.00a 二十碳三烯酸 C20:3 2.64±0.05 2.76±0.10 豆蔻 C14:0 0.38±0.03a 0.57±0.01b 二十碳四烯酸 C20:4 8.75±0.21b 5.27±0.05a 十五烷酸 C15:0 0.18±0.01a 0.22±0.01b 芥酸 C22:1 0.07±0.00a 0.10±0.00b 棕榈酸 C16:0 22.23±0.06b 19.57±0.15a 二十碳五烯酸 C20:5 1.72±0.05a 3.08±0.10b 十七烷酸 C17:0 0.29±0.00a 0.33±0.00b 二十二碳四烯酸 C22:4 0.55±0.02 0.64±0.06 硬脂酸 C18:0 7.42±0.36b 6.25±0.22a 二十四碳一烯酸 C24:1 0.85±0.03b 0.30±0.02a 花生酸 C20:0 0.09±0.00 0.09±0.01 二十二碳五烯酸 C24:1 2.30±0.06a 2.59±0.05b 二十三烷酸 C23:0 0.34±0.01a 0.57±0.01b 二十二碳六烯酸 (DHA) C22:6 6.53±0.11a 9.28±0.23b 棕桐油酸 C16:1 2.84±0.24a 5.15±0.15b 必需脂肪酸 EFA 25.71±0.36b 19.07±0.18a 油酸 C18:1 14.73±0.31a 22.20±0.17b 饱和脂肪酸 SFA 30.94±0.31b 27.61±0.35a 亚油酸 C18:2 24.40±0.30b 17.93±0.15a 不饱和脂肪酸 UFA 68.73±0.31a 72.30±0.23b 亚麻酸 C18:3 1.31±0.08b 1.14±0.03a 单不饱和脂肪酸 MUFA 21.38±0.38a 31.17±0.20b 二十碳一烯酸 C20:1 0.61±0.02a 0.94±0.06b 多不饱和脂肪酸 PUFA 47.6±0.14b 41.1±0.41a 二十碳二烯酸 C20:2 1.70±0.12b 1.02±0.02a PUFA/SFA (P/S) 1.53±0.12 1.49±0.33
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表 5 泰国虎纹蛙和牛蛙肌肉质构特性的比较
Table 5. Comparison of texture properties in muscle of H. tigerinus and L. catesbeiana
指标
Index泰国虎纹蛙
H. tigerinus牛蛙
L. catesbeiana硬度 Hardness/N 58.67±9.05a 90.37±15.76b 黏性Stickiness 4.91±1.17b 3.27±1.23a 弹性 Springiness/mm 0.65±0.08 0.66±0.12 咀嚼性 Chewiness/mJ 25.99±0.08a 43.24±12.87b 胶黏性 Gumminess/N 37.49±5.70a 66.43±15.12b 内聚性 Cohesiveness/% 0.73±0.46 0.76±0.07
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表 6 泰国虎纹蛙和牛蛙肌纤维和肠道组织结构比较
Table 6. Comparison of muscle fibe and intestine morphology of H. tigerinus and L. catesbeiana
项目
Item泰国虎纹蛙
H. tigerinus牛蛙
L. catesbeiana肌纤维密度
Density of muscle fibers/(根·mm−2)124.80±10.89 122.24±7.87 肌纤维直径
Diameter of muscle fibers/μm87.72±27.97a 94.10±18.02b 肠绒毛高度
Intestinal villus height/μm636.46±93.56a 676.54±111.15b 肠绒毛宽度
Intestinal villus width/μm188.69±30.86a 231.69±51.77b 肠肌层厚度
Intestinal muscular thickness/μm140.85±34.82b 124.01±15.16a
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表 7 Alpha多样性指数
Table 7. Alpha diversity indices of six samples
多样性指数
Diversity index泰国虎纹蛙
H. tigerinus牛蛙
L. catesbeianaGood_coverage 0.999 5 0.999 7 Shannon 2.39±0.49b 1.13±0.20a Simpson 0.17±0.05a 0.50±0.10b Ace 219.42±82.25b 70.66±19.79a Chao1 213.39±80.07b 69.73±21.97a
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