黃業(yè)傳,李婷婷,龔道楷,李 鳳
高壓結(jié)合熱處理對豬肉風(fēng)味的影響
黃業(yè)傳,李婷婷,龔道楷,李 鳳
(西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院,四川 綿陽 621010)
為研究高壓結(jié)合熱處理對豬肉風(fēng)味的影響,以豬背最長肌為原料,用不同壓力(200~600 MPa)結(jié)合熱處理(20~60 ℃)10 min,采用氣相色譜-質(zhì)譜和電子鼻對各樣品的風(fēng)味進(jìn)行分析。在不同樣品中共鑒定出141 種揮發(fā)性風(fēng)味成分,包括醛、酮、醇、酯、酸、烷烴等。處理樣品中揮發(fā)性化合物種類和總峰面積與對照組相比都有所增加,且樣品的總峰面積隨溫度或壓力的升高而增加,醛類、酮類和醇類是引起總峰面積增加的主要原因。偏最小二乘回歸分析表明,壓力對風(fēng)味的影響較溫度更大,處理條件越劇烈對樣品風(fēng)味改變越大;電子鼻分析表明,600 MPa的壓力處理能顯著改變樣品風(fēng)味。因此對豬肉進(jìn)行高壓處理時,壓力應(yīng)控制在400 MPa左右為宜,而溫度在不超過60 ℃時對風(fēng)味的作用較小。
豬肉;高壓;熱處理;風(fēng)味
超高壓食品加工技術(shù)作為國際上近20 a發(fā)展起來的非熱加工技術(shù),其加工的食品營養(yǎng)成分保存好、口感佳、色澤自然、安全性高、保質(zhì)期長,且環(huán)保節(jié)能,被譽為“21世紀(jì)食品加工的技術(shù)革命”[1-3]。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和生活水平的提高,人們對飲食健康的要求越來越高,超高壓食品作為一種新興的健康食品也必將成為今后的發(fā)展趨勢。風(fēng)味作為肉類食品的重要食用品質(zhì)之一,雖然目前關(guān)于高壓處理對肉類風(fēng)味成分的影響已有一些報道[4-6],但因揮發(fā)性物質(zhì)種類繁多、穩(wěn)定性差等因素,使得研究難度加大。以前大多數(shù)報道都是單純高壓在肉制品中的應(yīng)用,但有些耐壓微生物在1 000 MPa的壓力條件下仍能存活,因此高壓技術(shù)在肉類中的應(yīng)用受到一定的限制;現(xiàn)在研究表明在高壓結(jié)合一定溫度熱處理條件下,這些微生物很快失活,所以高壓結(jié)合熱處理是現(xiàn)在肉制品中應(yīng)用的趨勢[7],但相關(guān)的理論研究還很少,僅有的一些報道主要是高壓結(jié)合熱處理對肉色澤、脂肪氧化、脂肪酸組成或脂肪酶活性的影響[8-14],鮮見有關(guān)高壓結(jié)合熱處理對肉風(fēng)味物質(zhì)影響的報道。另外,現(xiàn)在大多數(shù)研究采用氣相色譜-質(zhì)譜(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)對高壓處理肉品中的具體風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行測定,或?qū)Ω邏禾幚砗蟮臉悠愤M(jìn)行感官評定,但感官評定受到較大主觀因素的影響,很難從宏觀上把握高壓處理對肉品整體風(fēng)味的影響。近年發(fā)展起來的電子鼻能較好的研究食品的整體風(fēng)味,它與普通化學(xué)儀器不同,得到的不是被測樣品中各成分的定性或定量結(jié)果,而是給予樣品中揮發(fā)性成分的整體信息;GC-MS可對樣品中風(fēng)味物質(zhì)的具體種類和含量進(jìn)行檢測和比較,但它不能分析這些物質(zhì)作為一個整體時對樣品感官品質(zhì)的貢獻(xiàn),而電子鼻能對各樣品的總體香氣特征進(jìn)行比較,GC-MS的分析結(jié)果有利于對電子鼻分析結(jié)果的解釋,因此兩者配合有利于同時從宏觀和微觀上研究樣品的風(fēng)味,更好的達(dá)到研究目的[15-17],但鮮見關(guān)于GC-MS和電子鼻結(jié)合起來研究高壓肉品的風(fēng)味。因此為能更好地了解高壓結(jié)合熱處理對豬肉風(fēng)味的影響,本實驗以不同的壓力(200~600 MPa)結(jié)合熱處理(20~60 ℃)對豬肉處理后,探究其揮發(fā)性風(fēng)味成分的變化,同時結(jié)合電子鼻從宏觀角度分析樣品在處理后整體風(fēng)味的變化,以期為高壓肉類食品的工業(yè)化提供理論依據(jù)。
豬背最長肌購于四川省綿陽市青義鎮(zhèn)青科市場;早上宰殺的新鮮豬肉,購買同一頭豬背最長肌約4 kg,低溫條件下快速運回實驗室,去掉表面可見脂肪、筋膜及結(jié)締組織,切成小塊,混勻后按每袋約50 g分裝于聚乙烯真空袋中并真空封口,于-18 ℃條件下冷凍備用。
C8~C20正構(gòu)烷烴混標(biāo) 美國Sigma公司;其他藥品均為國產(chǎn)分析純。
DZ400-DZ(2L)真空封裝機 成都瑞昌儀器制造有限公司;HPP.L2-800/1型高壓設(shè)備 天津華泰森淼生物工程技術(shù)股份有限公司;GCMS-QP2010Plus型GC-MS聯(lián)用儀 日本島津公司;75 μm碳分子篩/聚二甲基硅氧烷(carboxen/polydimethylsiloxane,CAR/PDMS)萃取頭、手動SPME進(jìn)樣器 上海安譜科學(xué)儀器有限公司;HH-S4型數(shù)顯恒溫水浴鍋 江蘇省金壇市醫(yī)療儀器廠;PEN3電子鼻 德國AirSense公司。
1.3.1 樣品處理
處理前樣品于4 ℃條件下解凍24 h,按照設(shè)定的壓力(200、400、600 MPa)、溫度(20、40、60 ℃)分別組合后處理10 min,每組處理重復(fù)3 次。對照樣在常溫條件下放置10 min。高壓設(shè)備最高壓力800 MPa,容積為1 L,內(nèi)腔溫度為常溫至60 ℃,傳壓介質(zhì)為癸二酸二辛酯。為方便表示,3 個壓力從低到高依次表示為P1、P2、P3,3 個溫度從低到高表示為T1、T2、T3。
1.3.2 揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的萃取
稱取6 g左右待測樣品于15 mL頂空瓶內(nèi),在60 ℃水浴鍋中預(yù)熱20 min,然后將固相微萃取器插入頂空瓶中并推出萃取頭,將其置于頂空瓶中樣品上部,于60 ℃條件下萃取35 min后縮回萃取頭并取出,將其插入GC進(jìn)樣口于250 ℃解吸6 min,同時啟動儀器采集數(shù)據(jù)。
1.3.3 GC-MS檢測條件及數(shù)據(jù)處理
GC條件:DB-5MS毛細(xì)管色譜柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);載氣為氮氣,流速l mL/min;進(jìn)樣口溫度250 ℃;分流比10∶1;升溫程序:35 ℃保持5 min,然后以4 ℃/min升到45 ℃并保持3 min,再以5 ℃/min升到100 ℃并保持2 min,最后以6 ℃/min升到230 ℃并保持5 min。
MS條件:電子電離源;電子能量70 eV;離子源溫度230 ℃;接口溫度250 ℃;燈絲電流150 μA;質(zhì)量掃描范圍40~650 u。
定量與定性分析:分離的揮發(fā)性風(fēng)味成分經(jīng)過計算機檢索系統(tǒng)自帶的數(shù)據(jù)庫相匹配,同時用正構(gòu)烷烴混標(biāo)(C8~C20)在相同條件下定性;利用峰面積進(jìn)行定量。
1.3.4 電子鼻分析
稱取15 g樣品于160 mL的一次性杯子中兩層保鮮膜封口密封放置30 min,直接將進(jìn)樣針頭插入密封塑料杯中,電子鼻進(jìn)行測定。測定條件:采樣時間為1 s/組;傳感器自清洗時間為100 s;傳感器歸零時間為10 s;樣品準(zhǔn)備時間為5 s;進(jìn)樣流量為400 mL/min;分析采樣時間為60 s。采用主成分分析法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。
采用Unscrambler軟件,V 9.7(CAMO ASA,Trondheim, Norway)進(jìn)行偏最小二乘回歸(partial least squares regression,PLSR)分析,以主要設(shè)計變量(壓力(P)、溫度(T)、壓力×溫度(P×T)、對照樣)為X變量,主要揮發(fā)性物質(zhì)為Y變量,所有數(shù)據(jù)分析前均標(biāo)準(zhǔn)化與中心化。以下用各變量符號指代在此變量條件下所得揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。
從10 個樣品中共檢測出141 種揮發(fā)性成分,如表1所示,在對照組及P1T1、P1T2、P1T3、P2T1、P2T2、P2T3、P3T1、P3T2、P3T3各組中分別檢測出33、40、44、42、39、45、55、56、56、56 種揮發(fā)性成分。與對照組相比,經(jīng)高壓結(jié)合熱處理后樣品化合物數(shù)量都有所增加,處理條件越劇烈時化合物數(shù)量增加也越多,400 MPa、60 ℃處理的樣品比對照樣增加了22 種物質(zhì),而600 MPa處理的3 種樣品均比對照樣增加了23 種物質(zhì);其他處理的樣品相比對照樣也增加了6~12 種成分。岳志國[18]研究發(fā)現(xiàn)綿羊肌肉在700 MPa條件下處理20 min后揮發(fā)性風(fēng)味成分增加了24 種,與本研究結(jié)果一致。由表1可以看出,各樣品中鑒定出的揮發(fā)性成分主要是醛類、酮類、醇類、烷烴類等化合物;樣品經(jīng)高壓結(jié)合熱處理后其總峰面積均大于對照組;相同壓力或相同溫度條件下,樣品的總峰面積隨溫度或壓力的升高而增加,其中壓力引起的總峰面積變化比溫度更明顯,醛類、酮類和醇類等物質(zhì)峰面積的增加是引起總峰面積增加的主要原因,酯類、酸類、烷烴類及其他類化合物的峰面積變化則相對較小。對照組中,烷烴類化合物峰面積最大,而經(jīng)過高壓結(jié)合熱處理的樣品中醛類峰面積最大。10 個樣品中,醛類峰面積分別占總峰面積的25.18%、37.99%、59.09%、69.14%、73.08%、83.67%、89.81%、89.62%、91.45%、89.18%。
實驗中檢測出的醛、酮、醇以及烷烴類化合物,大都是由脂肪氧化產(chǎn)生的。其中醛類含量高且閾值低,是揮發(fā)性化合物中最重要的成分,對豬肉風(fēng)味貢獻(xiàn)較大[19-20];醛類中以直鏈醛為主,如戊醛、己醛,特別是己醛,與對照組相比,9 個處理樣品中己醛的峰面積分別增加了1.023、4.804、4.705、7.180、16.203、76.185、66.153、120.245、137.632 倍。郭向瑩[21]研究中也報道高壓處理顯著提高了早餐腸中己醛的含量。己醛主要是來自亞油酸、花生四烯酸的氧化分解,具有清香和青草味,而其他一些飽和醛如庚醛、辛醛、壬醛、癸醛等的產(chǎn)生主要來自油酸[22]。Fuentes等[5]用600 MPa處理西班牙火腿時,也發(fā)現(xiàn)直鏈醛類物質(zhì)顯著增加,但增加幅度小于本研究,這可能與火腿在加工中大部分脂肪已氧化有關(guān)。酮類揮發(fā)性化合物一般呈黃油味或果香味,甲基酮類主要是脂肪氧化產(chǎn)物,而羥基酮、二酮、呋喃酮等是經(jīng)過美拉德反應(yīng)產(chǎn)生的[23]。在本研究中酮類物質(zhì)主要是3-羥基-2-丁酮和2,3-辛二酮峰面積變化較大,其中3-羥基-2-丁酮可能是2-乙基乳酸脫羧反應(yīng)生成的副產(chǎn)物,具有果香味,而2,3-辛二酮具有甜的奶油香味[20,24]。醇類揮發(fā)性化合物對肉風(fēng)味的形成沒有醛類作用大,飽和醇閾值較高,對肉風(fēng)味貢獻(xiàn)不大,而不飽和醇的閾值較低;本研究中樣品中醇類峰面積的變化主要是由戊醇、1-辛烯-3-醇等的變化引起,戊醇主要來自亞油酸的氧化,具有酒香和果香,1-辛烯-3-醇可能是花生四烯酸的降解產(chǎn)物,其閾值較低,具有熟蘑菇和泥土的氣味,對豬肉風(fēng)味具有重要作用[25-26]。Schindler等[6]發(fā)現(xiàn)600 MPa以下的壓力處理新鮮牛肉或雞肉,揮發(fā)性物質(zhì)中變化比較明顯的是己醛、庚醛、2,3辛二酮、1-辛醇,特別是己醛,高壓處理后增加了近10 倍,與本研究結(jié)果類似。Campus等[4]用300~400 MPa的壓力對干腌腰肉進(jìn)行處理,發(fā)現(xiàn)2-戊酮的含量顯著增加,一些美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的含量顯著降低,而其他如己醛等含量變化不明顯,與本研究的結(jié)論不一致,這可能是原料或加工工藝不同引起的,成品干腌肉在制作過程中已充分氧化。
為更好地研究不同處理樣品間的風(fēng)味差異,在檢測到的141 種揮發(fā)性成分中選取了45 種含量較高的成分作PLSR(利用該軟件的PLS2分析法)分析,如表2、圖1所示。第1、2主成分分別解釋了Y變量的60%和11%,因此樣品間差異主要體現(xiàn)在第1主成分。壓力和溫度條件下所得揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)成分的差異都同時體現(xiàn)在第1、2主成分。從壓力來看,P1、P2主要與一些烴類物質(zhì)(35、39、41、44)聯(lián)系緊密,P3主要與一些醛類、酮類和醇類聯(lián)系緊密;從溫度來看,T1、T2間的差異較小并主要與一些烴類(35、39)、酸類(26)物質(zhì)聯(lián)系較緊密,而T3則主要影響一些酯類(24)、烴類(28、31)物質(zhì),并且T1、T2、T3都在內(nèi)圓之間,對風(fēng)味的影響不及壓力顯著。9 個樣品也表現(xiàn)出一定的差異性,樣品P2T3、P3T1、P3T2、P3T3分布較離散,差異相對較大,都位于圖1左側(cè);其余5 個樣品均在圖1右側(cè),且差異較小,特別是樣品P1T1和P1T2兩者,以及P1T3、P2T1和P2T2三者幾乎重合在一起,因此可以推斷處理條件越劇烈時對樣品整體風(fēng)味的改變越大。同時由9 個樣品來看,在相同的溫度條件下,隨壓力逐漸升高,圖1中的樣品就越向左側(cè)移動;相同的壓力條件下,樣品變化也是相同的規(guī)律,但樣品隨壓力的變化比隨溫度變化明顯。圖1的左側(cè)主要聚集的是醛類、酮類和醇類物質(zhì),進(jìn)一步說明樣品在進(jìn)行溫壓聯(lián)合處理時,這些物質(zhì)的濃度會增加,且處理條件越劇烈增加的程度也越大。
表1 不同處理樣品中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類和峰面積Table 1 Classes and peak areas of volatile flavor compounds in different samples
圖1 樣品PLS2分析的前二維主成分效果圖Fig. 1 PLS2 correlation loadings plot of first two principal components(PCs) for the samples
圖2 10 個樣品(A)和7 個樣品(B)電子鼻區(qū)分圖Fig. 2 PCA plots of ten (A) and seven (B) samples distinguished by electronic nose
表2 主要揮發(fā)性風(fēng)味成分代號Table 2 Codes of main volatile flavor compounds
為更好地了解高壓結(jié)合熱處理對豬肉整體風(fēng)味的影響,用電子鼻對不同樣品進(jìn)行區(qū)分。結(jié)果如圖2A所示,第1主成分和第2主成分的方差貢獻(xiàn)率分別為99.96%和0.02%,總貢獻(xiàn)率接近100%,幾乎代表了樣品的整體信息。由于第1主成分的貢獻(xiàn)率遠(yuǎn)大于第2主成分,因此樣品間的差異主要體現(xiàn)在第1主成分。圖2A中每個橢圓代表不同樣品的數(shù)據(jù)采集點,可以看出,樣品按氣味差異被分成了兩大類,除了P3的處理樣位于各自獨立的區(qū)域外,其他樣品幾乎重疊在一起無法區(qū)分,說明電子鼻無法很好地一次區(qū)分10 個樣品,也說明經(jīng)過P3處理的樣品其風(fēng)味與其他樣品差異極顯著,600 MPa的壓力處理能極顯著的改變豬肉的風(fēng)味,因此在實際應(yīng)用時應(yīng)考慮將壓力控制在600 MPa以下,以400 MPa左右為宜。楊華等[27]研究表明400 MPa對大黃魚進(jìn)行處理不會影響其營養(yǎng)成分和風(fēng)味特性;Schindler等[6]的研究也表明600 MPa以下的壓力處理對新鮮牛肉或雞肉風(fēng)味特性影響不明顯;Sorenson等[28]以牛肉為原料經(jīng)200~500 MPa處理后進(jìn)行消費者評定,發(fā)現(xiàn)200 MPa和300 MPa處理的樣品最容易被消費者接受,其次是400 MPa,而500 MPa處理的樣品最不被接受,這些研究的結(jié)論都與本研究結(jié)果基本一致,在本研究中600 MPa處理的樣品與其他樣品間有顯著的風(fēng)味差異。Kruk等[29]對雞肉進(jìn)行壓力處理時,發(fā)現(xiàn)450 MPa處理的樣品消費者接受性最高,而300 MPa和600 MPa處理的都要差一些,這與本研究的結(jié)論略為不一致,可能是因為他們是以消費者來評定樣品的風(fēng)味可接受性,而本研究僅以電子鼻為工具進(jìn)行風(fēng)味的整體評價;Hayes等[30]研究表明牛肉餅400 MPa處理后,感官可接受性顯著降低,而本研究中400 MPa對豬肉的感官影響不明顯,這可能與原料不同有關(guān)。
去掉P3的處理樣后,電子鼻也能很好地對其他樣品進(jìn)行區(qū)分,如圖2B所示,第1、2主成分的累計貢獻(xiàn)率達(dá)95%以上,可以很好地解釋樣品的整體信息,樣品間的差異仍然主要體現(xiàn)在第1主成分。由圖2B可以看出,在去掉P3處理條件的樣品后,對照樣與P1、P2的樣品都能很好的區(qū)分,說明這7 個樣品間的整體風(fēng)味信息也是存在差異的。在P1條件下,樣品隨溫度的升高依次向右移動,與對照樣的差異逐漸增大;且P1T1與P1T2的中心距離小于P1T2與P1T3的距離,說明P1T1與P1T2整體風(fēng)味差異小于P1T2與P1T3間的差異,隨著溫度的升高,樣品的整體風(fēng)味差異逐漸增加。在P2條件下,樣品隨溫度的升高逐漸向左移動,且P2T1與P2T2的中心距離大于P2T2與P2T3的距離,說明P2T1與P2T2整體風(fēng)味差異大于P2T2與P2T3間的差異,隨著溫度的升高,樣品的整體風(fēng)味差異逐漸減小。
電子鼻和PLS2分析都能較好地區(qū)分各處理樣品,且兩者都表明處理條件越劇烈時樣品與對照樣的風(fēng)味差異將變大,特別是600 MPa處理的樣品;因電子鼻分析的是樣品整體風(fēng)味信息,而PLS2也能較好地區(qū)分樣品且與電子鼻結(jié)果基本一致,說明本研究中選擇的45 種風(fēng)味成分具有較大的代表性。但兩者的分析結(jié)果也有一定差異,如在PLS2分析中P2T3與其他樣品存在明顯風(fēng)味差異,但在電子鼻分析中當(dāng)10 個樣品一起分析時,其與對照樣差異不明顯;又如在圖1中P2T1與P2T2的差異比P2T2與P2T3的差異小,而在圖2B中前者大于后者。這些差異可能是因為PLS2分析的是已經(jīng)鑒定出的含量相對較高的45 種揮發(fā)性風(fēng)味成分,有些風(fēng)味成分雖然含量高但其閾值也高,對豬肉整體風(fēng)味的貢獻(xiàn)很??;PLS2分析中未包括一些未鑒定成分和微量成分,這些成分可能也會對風(fēng)味有重要貢獻(xiàn);而電子鼻則是針對樣品的整體風(fēng)味信息進(jìn)行區(qū)分,并不是對揮發(fā)性成分具體的定量或定性分析。
在不同的樣品中共鑒定出141 種揮發(fā)性風(fēng)味成分,經(jīng)高壓結(jié)合熱處理后的樣品中揮發(fā)性物質(zhì)數(shù)量與對照組相比都有所增加,特別是600 MPa處理的樣品比對照樣增加了23 種物質(zhì);在相同壓力或相同溫度條件下,樣品中揮發(fā)性物質(zhì)的總峰面積隨溫度或壓力的升高而增加,醛類、酮類和醇類物質(zhì)峰面積的增加是引起總峰面積增加的主要原因;PLSR分析表明壓力對風(fēng)味的影響較溫度更為顯著,處理條件越劇烈對樣品風(fēng)味改變越大;電子鼻的區(qū)分結(jié)果表明600 MPa的壓力處理能顯著改變豬肉的風(fēng)味。因此對豬肉進(jìn)行溫壓聯(lián)合處理時,壓力是影響豬肉風(fēng)味的最主要因素,宜將其控制在400 MPa左右;而溫度對風(fēng)味的影響較小,可根據(jù)實際情況將溫度控制在40~60 ℃之間,以利于更好地殺滅肉中一些耐壓微生物。
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Effect of Combined Thermal and High Pressure Treatment on Flavor of Pork
HUANG Yechuan, LI Tingting, GONG Daokai, LI Feng
(School of Life Science and Engineering, Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621010, China)
To investigate the effect of combined thermal and high-pressure treatment on the flavor of pork, Longsissimus dorsi muscles were treated in the pressure range of 200–600 MPa and the temperature range of 20–60 ℃ for 10 min. Then the volatile compounds and flavor characteristics of samples were analyzed by gas chromatography-mass spectrometry (GCMS) and electronic nose, respectively. The results showed that a total of 141 volatile flavor compounds were identified in different samples, including aldehydes, ketones, alcohols, esters, acids and alkanes. Compared with the control group,both the number of compounds and the total peak area of the treated samples were increased, and the total peak area was increased with increasing temperature or pressure, which was mainly resulted from aldehydes, ketones and alcohols. Partial least squares regression (PLSR) analysis showed that the effect of pressure on the flavor was larger than that of temperature;the more drastic the treatment conditions were, the more significantly the flavor was changed. The results of electronic nose showed that the samples treated at 600 MPa had a very different flavor from that of other samples. Thus, pressure should be controlled at around 400 MPa when pork is treated with high pressure, and pork flavor was little affected at temperatures below 60 ℃.
pork; high pressure; thermal treatment; flavor
10.7506/spkx1002-6630-201802036
TS251.1
A
1002-6630(2018)02-0227-06
黃業(yè)傳, 李婷婷, 龔道楷, 等. 高壓結(jié)合熱處理對豬肉風(fēng)味的影響[J]. 食品科學(xué), 2018, 39(2): 227-232.
10.7506/spkx1002-6630-201802036. http://www.spkx.net.cn
HUANG Yechuan, LI Tingting, GONG Daokai, et al. Effect of combined thermal and high pressure treatment on flavor of pork[J]. Food Science, 2018, 39(2): 227-232. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201802036.http://www.spkx.net.cn
2017-03-21
四川省科技廳應(yīng)用基礎(chǔ)研究計劃項目(2016JY0110);
四川省生物質(zhì)資源利用與改性工程技術(shù)研究中心科研創(chuàng)新團隊建設(shè)基金項目(14tdgc03)
黃業(yè)傳(1975—),男,副教授,博士,研究方向為肉制品加工與食品酶技術(shù)。E-mail:hyc2005@sina.com