VIANDES &
PRODUITS CARNÉS

LA REVUE FRANÇAISE DE LA RECHERCHE EN VIANDES ET PRODUITS CARNÉS

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16èmes Journées
Sciences du Muscle
et Technologies des Viandes

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21 et 22 NOVEMBRE 2016

PARIS - UIC-P
# RELATION ENTRE LES PARAMETRES DE LA COULEUR ET L'ABONDANCE DE PROTEINES BIOMARQUEURS CHEZ DES TAURILLONS DE DEUX RACES A VIANDE

GAGAOUA M., TERLOUW C., PICARD B.

UMR1213 Herbivores, INRA, VetAgro Sup, 63122 Saint-Genès-Champanelle, France

brigitte.picard@inra.fr

## Abstract: Protein biomarkers to understand the biochemical processes behind beef color development

The aim of this research was to study the relationship between earlier identified proteomic biomarkers with meat color traits evaluated instrumentally on *Longissimus thoracis* muscle of young bulls from two breeds differing in their earliness. The principal component analysis based on the biomarkers and meat color traits allowed the discrimination of meat samples of the Aberdeen Angus (AA) and Limousine (LIM) breeds. The *L*, *a**, *b** and *C** coordinates were correlated with several protein biomarkers and were in some cases breed-dependent. Irrespective of the direction of the biomarkers in the regression models for each breed, the explained variability varied between 31 and 56%. This study confirmed once again the importance of numerous biological pathways in beef color development. The results suggest that biomarkers may be used to classify meat cuts sampled early *post-mortem* according to their future color.

## Introduction

La croissance économique et la mondialisation de ces dernières années ainsi que les exigences des consommateurs concernant la sélection des viandes ont fortement changé. Aujourd'hui, les consommateurs prennent en considération la valeur santé et les propriétés sensorielles de la viande lors de l'achat. Les propriétés sensorielles de la viande, que ce soit la couleur, la tendreté, la flaveur ou la jutosité, impactent les préférences et les attentes des consommateurs (Font-i-Furnols et Guerrero, 2014). Parmi ces qualités, la couleur est un facteur essentiel car c'est la première caractéristique perçue et souvent la seule dont le consommateur dispose pour choisir la viande au moment de l'achat (Suman *et al.*, 2014). C'est pourquoi, depuis peu, les approches de protéomique ont été proposées pour aider à comprendre les changements protéiques associés au développement de la couleur (Joseph *et al.*, 2012). Ainsi, l'identification de protéines marqueurs permettrait la classification des carcasses très tôt après abattage. Par exemple, dans le cadre du projet « ProSafeBeef » nous avons mis en relation une liste de biomarqueurs de tendreté avec les paramètres de couleur de la viande de la race Blonde d'Aquitaine (Gagaoua *et al.*, 2015). C'est dans le cadre du même projet que s'inscrit cette étude visant à mettre en évidence les relations entre les paramètres de la couleur et une liste de biomarqueurs chez deux autres races à viande de jeunes taurillons qui diffèrent par leur précocité et caractéristiques physiologiques : l'Angus (AA : race précoce et grasse) et la Limousine (LIM : race à maturité tardive et moins grasse).

## Matériel et méthodes

Les taurillons des deux races, AA : n = 21 et LIM : n = 21 ont été conduits à l'Unité expérimentale du Centre Auvergne-Rhône-Alpes de l'INRA. Après une finition de 105 j, les animaux ont été abattus à un âge moyen de 17 mois et un poids vif de 657 ± 45 kg à l'abattoir expérimental. Des échantillons du muscle *Longissimus thoracis* (LT : entrecôte, muscle de type rapide oxydo-glycolytique), ont été prélevés au niveau de la 6ème côte de la carcasse 45 min après abattage pour la quantification des biomarqueurs et à 24h pour la mesure des coordonnées de la couleur. Les échantillons de muscles (45 min *post-mortem*) ont été coupés en petits cubes, immédiatement congelés dans l'azote liquide et conservés à -80°C jusqu'à la quantification de 18 protéines par Dot-Blot (Picard *et al.*, 2014 ; Gagaoua *et al.*, 2015). Les protéines analysées sont relatives au stress (αB-Crystalline (cryab), Hsp20, Hsp27, Hsp40, Hsp70-1B, Hsp70-8, Hsp70/Grp75), au métabolisme énergétique (Lactate déshydrogénase (LDH-B), Malate déshydrogénase 1 (MDH1), Enolase 3), à la structure du muscle (CapZ-β, α-actine, MyLC-1F, MyBP-H), aux mécanismes de défense contre le stress oxydant (Prdx6, SOD1, DJ-1) et à la protéolyse (μ-calpaïne). La proportion des différentes isoformes de chaînes lourdes de myosine (MyHC : Myosin Heavy Chains I, IIa et IIx/b) a été évaluée suivant Picard *et al.* (2011). La mesure de la couleur en triplicates a été réalisée sur des échantillons conservés à 4°C sous film et sur une surface rafraîchie et exposée à l'air pendant 1 h à 1°C. Les mesures *L** (luminosité), *a** (indice de rouge) et *b** (indice de jaune) ont été réalisées à l'aide d'un Chromamètre Minolta CR400 suivant Gagaoua *et al.* (2015). L'indice de saturation (*C**) a été calculé : $C* = [(a^2 + b^2)^{1/2}]$. Les données ont été analysées (ANOVA, analyse en composante principale (ACP), corrélations et régressions multiples avec un maximum de 3 variables explicatives) en utilisant le logiciel XLstat.

## Résultats

L'ACP (Figure 1) montre que les 2 premiers axes totalisent 49,5% de la variabilité et les variables projetées discriminent parfaitement les échantillons de viande des deux races (LIM à droite et AA à gauche). La viande des taurillons LIM a des indices de saturation et de jaune élevés par rapport à la race AA. Aucune différence n'a été trouvée pour la luminosité et l'indice de rouge. Le muscle de la race AA est caractérisé par l'abondance des protéines : small-Hsp, du stress oxydant et de structure. Le muscle de la race LIM est caractérisé par un métabolisme glycolytique avec une abondance de LDH-B, de fibres rapides glycolytiques et de la chaperonne Grp75. L'analyse des corrélations a révélé que certaines protéines sont corrélées (*P*<0.05) avec les coordonnées *L*, *a*, *b* et *C*. Pour la race AA, *L* est corrélée avec MyHC-IIa (r=-0,38) et Eno3 (r=-0,44); *a* avec DJ-1 (r=-0,49) & Cryab (r=-0,45); *b* avec Prdx6 (r=-0,41), Hsp27 (r=+0,39) & Hsp70-8 (r=-0,43); *C* avec Prdx6 (r=-0,44). Pour la race LIM, *L* est corrélée avec Prdx6 (r=-0,47) et Hsp70-8 (r=-0,39); *a* avec Hsp70-1B (r=+0,48); *b* avec MyHC-IIa (r=-0,52), -IIx/b (r=+0,45), MyLC-1F (r=+0,39), Prdx6 (r=+0,46) et μ-calpaïne (r=+0,41) et *C* avec MyHC-IIa (r=-0,49), -IIx/b (r=+0,45), Prdx6 (r=+0,46) et Hsp70-1B (r=+0,40).
<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>**Figure 1:** Analyse en composante principale (ACP) des protéines biomarqueurs étudiées et les coordonnées de la couleur. Les protéines et/ou les paramètres de la couleur en italique et soulignés sont significativement différents (P < 0.05) entre les deux races. Les couleurs, vert, orange, noir, bleu et rouge, correspondent respectivement aux biomarqueurs du stress, du métabolisme, de structure, du stress oxydant et de la protéolyse. Les paramètres de la couleur sont surlignés en jaune. Les coordonnés individuels sont donnés dans la partie droite en bas du 1er axe.</figcaption></figure>

Des corrélations similaires ont été trouvées pour AA et LIM. Par exemple, la Prdx6 est corrélée avec $b^*$ et $C^*$ (Figure 2), par contre la direction est différente (négative chez AA et positive chez LIM). Les modèles de régression sont présentés par race dans le Tableau 1. Ils expliquent de 31 à 56% de la variabilité. Les variables retenues sont race spécifiques. Certaines protéines rentrent dans plusieurs équations, comme la CapZ retenue dans les modèles de $L^*$, $a^*$ et $C^*$ de la race AA. D'autres protéines sont communes et rentrent dans les prédictions de la même coordonnée pour les deux races, par contre le signe diffère. Par exemple, la LDH-B est positive dans le modèle du $a^*$ de AA et négative pour la race LIM.

<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>**Figure 2:** Exemple de corrélation significative (P < 0,05) et commune trouvée entre la saturation (C*) et la protéine Prdx6 pour les deux races étudiées et dont le sens est inversé.</figcaption></figure>

<table><caption>**Tableau 1:** Modèles prédictifs les plus significatifs expliquant les coordonnées $L^*$, $a^*$, $b^*$ et $C^*$ de la couleur.</caption><thead><tr><th>Race</th><th>Modèle</th><th>Significativité</th></tr></thead><tbody><tr><td rowspan="4">Race : Aberdeen Angus</td><td>$L^* = 39,2 - 0,43ENO3 + 0,23 CapZ (R^2 = 31%)*$</td><td rowspan="4">**<i>Significativité des modèles</i> : *P < 0.05; **P < 0.01</i></td></tr><tr><td>$a^* = 23,3 - 0,53DJ-1 + 0,37LDH-B - 0,23 CapZ (R^2 = 41%)*$</td></tr><tr><td>$b^* = 35,9 - 0,99Hsp70-8 - 0,37Grp75 - 0,21SOD1 (R^2 = 56%)**$</td></tr><tr><td>$C^* = 28,6 - 0,46 DJ-1 - 0,19 CapZ + 0,08 Hsp27 (R^2 = 35%)*$</td></tr><tr><td rowspan="4">Race : Limousine</td><td>$L^* = 84,8 - 1,28 Prdx6 - 1,01MyHC-I - 0,64Hsp40 (R^2 = 51%)**$</td><td rowspan="4">**<i>Significativité des modèles</i> : *P < 0.05; **P < 0.01</i></td></tr><tr><td>$a^* = 20,2 - 0,74Hsp70-8 + 0,57Hsp70-1B - 0,30LDH-B (R^2 = 48%)*$</td></tr><tr><td>$b^* = 19,7 + 0,48μ-calpaïne - 0,35 MyHC-IIa (R^2 = 40%)*$</td></tr><tr><td>$C^* = 26,5 - 0,35MyHC-IIa + 0,31Hsp70-1B (R^2 = 36%)*$</td></tr></tbody></table>

## Discussion

Parmi les biomarqueurs considérés dans cette étude en lien avec les coordonnées $L^*$, $a^*$, $b^*$ et $C^*$ des taurillons AA et LIM, plusieurs ont été rapportés pour jouer des rôles importants dans les mécanismes régissant le développement de la couleur de la viande (Joseph *et al.*, 2012; Canto *et al.*, 2015). Les valeurs élevées de $C^*$ chez la race LIM peuvent s'expliquer d'une part par le métabolisme glycolytique et d'autre part, par la faible activité anti-oxydante exercée par les protéines Prdx6 et DJ-1 dans ce type de muscle. Joseph *et al.* (2012) suggèrent que les libérations de Prdx6 lors du stockage peuvent neutraliser le changement de couleur de la viande. Cette hypothèse a été récemment soutenue par l'étude de Wu *et al.* (2015) et les résultats antérieurs rapportant le rôle crucial de la Prdx6 dans la transformation du muscle en viande (Jia *et al.*, 2009). Par ailleurs, notre étude révèle que différents mécanismes apparemment race spécifiques peuvent gouverner le développement de la couleur. Le fait que le rôle des protéines diffère d'une race à une autre peut être associé aux propriétés contractiles et métaboliques des muscles (Picard *et al.*, 2014). Enfin, l'implication des Hsp dans les composantes de la couleur peut être liée à leur rôle protecteur contre la dénaturation des protéines de structure pouvant affecter les propriétés de réfraction et l'aspect d'un morceau de viande (Gagaoua *et al.*, 2015).

## Conclusions

Nos résultats suggèrent que les mécanismes régissant la couleur, impliquent des biomarqueurs liés à la tendreté, étant donné que les protéines retenues appartiennent aux mêmes familles biologiques.

## Références

* Canto A.C., Suman S.P., Nair M.N., Li S., Rentfrow G., Beach C.M., Silva T.J., Wheeler T.L., *et al.* (2015). *Meat Science*, 102, 90-8.

* Font I.F.M. & Guerrero L. (2014). *Meat Science*, 98, 361-71.

* Gagaoua M., Terlouw E.M., Micol D., Boudjellal A., Hocquette J.F. & Picard B. (2015). *J Agric Food Chem* 63, 6799-809.

* Jia X., Veiseth-Kent E., Grove H., Kuziora P., Aass L., Hildrum K.I. & Hollung K. (2009). *J Anim Sci* 87, 2391-9.

* Joseph P., Suman S.P., Rentfrow G., Li S. & Beach C.M. (2012). *J Agric Food Chem* 60, 3196-203.

* Picard B., Barboiron C., Chadeyron D. & Jurie C. (2011). *Electrophoresis* 32, 1804-6.

* Picard B., Gagaoua M., Micol D., Cassar-Malek I., Hocquette J.F. & Terlouw C.E. (2014). *J Agric Food Chem* 62, 9808-18.

* Suman S.P., Rentfrow G., Nair M.N. & Joseph P. (2014). *J Anim Sci* 92, 875-82.

* Wu W., Gao X.-G., Dai Y., Fu Y., Li X.-M. & Dai R.-T. (2015). *Food Research International* 72, 98-105.

## Remerciements

Cette étude faisait partie du projet européen ProSafeBeef contrat no. FOODCT-2006-36241. Nous remercions vivement les agents de l'UERT de l'INRA ayant pris en charge les animaux avant et après abattage et pour les mesures de couleur. Nous remercions aussi Jean-François Hocquette, correspondant INRA du projet, et Nicole Dunoyer pour la quantification des biomarqueurs par Dot-Blot.