任 強(qiáng),姜 平,張來林,李興軍(.河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院,河南鄭州45000;2.國家糧食局科學(xué)研究院,北京00037)
采用FCF染色法測(cè)定糧食破碎率
任 強(qiáng)1,2,姜 平2,+,張來林1,李興軍2,*
(1.河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院,河南鄭州450001;2.國家糧食局科學(xué)研究院,北京100037)
根據(jù)染色劑快綠FCF與糧粒破碎部分能夠形成藍(lán)色復(fù)合物,該復(fù)合物溶于稀NaOH溶液,本研究采用比色方法定量了OD610與糧食破碎率之間的關(guān)系。建立了FCF染色法測(cè)定玉米、小麥及糙米破碎率方法,對(duì)5~20 g樣品用體積為樣品質(zhì)量克數(shù)2倍的0.1%FCF染料染色20 min后,用蒸餾水沖洗直到水顯示無色,再用體積為樣品質(zhì)量克數(shù)2倍的0.01 mol·L-1NaOH溶液洗脫樣品30 min,對(duì)洗脫液采用紫外分光光度計(jì)測(cè)定OD610。整個(gè)操作在1 h內(nèi)完成。該方法檢測(cè)玉米、小麥及糙米破碎率范圍分別在40%、20%及60%以上,但是不適合大米和大豆破碎率檢測(cè)。OD610(y)與破碎率(x)之間的線性方程對(duì)玉米、小麥及糙米代表品種分別為y=0.034x+0.316、y=0.071x+0.204、y=0.049x+0.206,相關(guān)系數(shù)高于0.998。
糧食破碎,快綠FCF,小麥,玉米,糙米
糧食破碎率是反映糧食品質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。我國糧食質(zhì)量指標(biāo)中規(guī)定[1-3],1、2、3、4、5級(jí)玉米中不完善粒分別不能超過4%、6%、8%、10%、15%。1~2、3~4、5級(jí)小麥中不完善粒分別不能超過6%、8%、10%。秈稻谷(粳稻谷)1、2、3、4、5級(jí)整精米率分別不低于50%(61%)、47%(58%)、44%(55%)、41%(52%)、38%(49%)。不完善粒包括了破碎粒、熱損傷粒、蟲蝕粒等。糧粒破碎率越高,直接使糧食質(zhì)量等級(jí)下降,在糧食運(yùn)輸和儲(chǔ)藏當(dāng)中,其易發(fā)生脂肪過氧化,品質(zhì)劣變[4-5];入倉時(shí)還會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的自動(dòng)分級(jí)現(xiàn)象,不利于儲(chǔ)藏管理[6];破碎的糧粒吸濕性強(qiáng),易于引起發(fā)熱和遭受害蟲及霉菌的侵襲,使糧食儲(chǔ)藏的穩(wěn)定性顯著降低,貨架期變短[7]。高含量的破碎粒及雜質(zhì)大大增加了粉塵的爆炸發(fā)生率[7];干燥過程限制氣流,糧倉通風(fēng)過程氣流不均勻,且裂紋破碎糧出粉率低[8]。因此在糧食干燥、儲(chǔ)藏及處理環(huán)節(jié)非常重視裂紋及破碎機(jī)理研究。
從田間到最終利用,玉米收獲、干燥、儲(chǔ)藏及處理環(huán)節(jié),籽粒受到物理脅迫的力包括壓縮、撞擊、剪切及摩擦力,其中撞擊力是玉米籽粒破碎的主要貢獻(xiàn)者[7]。玉米應(yīng)力裂紋與破碎敏感性相關(guān),單粒應(yīng)力裂紋數(shù)越多,玉米受力破碎的可能性就越大,破碎敏感性值就越高[9]。裂紋率可使用裂紋燈、史泰恩破碎敏感性儀(Stein breakage tester)及離心式破碎敏感性儀進(jìn)行檢測(cè)[9-10]。Brooker等[11]在《谷物油料干燥和儲(chǔ)藏》專著中提到Chowdhury等[12]采用快綠FCF染料檢測(cè)玉米籽粒破碎率,將10 g玉米樣品完全浸泡在0.1% 的FCF染料中30 s,接著用自來水沖洗30 s除去種皮染料,然后樣品在0.01 mol·L-1NaOH溶液漂白30 min后測(cè)定OD610。但是,他們沒有深入研究玉米品種及其含水率對(duì)吸光度的影響。
國內(nèi)對(duì)糧粒裂紋及破碎率測(cè)定方法與設(shè)備研究較少。我國國標(biāo)GB/T 16714-2007連續(xù)式糧食干燥機(jī)規(guī)定[13],用測(cè)稻谷爆腰的裂紋燈方法測(cè)玉米裂紋時(shí),方法不夠統(tǒng)一規(guī)范。研究糧食流通和儲(chǔ)藏環(huán)節(jié)破碎機(jī)理與檢測(cè)方法,對(duì)減少糧食收獲后損失具有重要意義[14]。本研究根據(jù)糧粒破碎部分與快綠(FCF)染色劑形成復(fù)合物,采用稀堿液溶解這種復(fù)合物,并在紫外可見分光光度計(jì)上進(jìn)行定量分析,以期建立我國主要糧食種類小麥、玉米、稻谷(糙米)破碎率的定量檢測(cè)方法。
1.1 材料與儀器
本研究采用的糧食樣品:玉米品種包括鄭單958(含水率11.1%)、先玉335(11.2%)、中糯(10.0%)、唐抗(10.4%);小麥品種包括隴塬(11.3%)、漯麥8號(hào)(11.9%)、運(yùn)旱618(12.1%)、周麥(12.2%);大米品種包括福優(yōu)838(14.8%)、普通大米(14.3%)、成都秈米(14.5%)、泰國大米(14.0%)、東北香米(14.1%)、雙遼粳米(15.1%);糙米品種包括準(zhǔn)兩優(yōu)(10.9%)、中加早(10.4%)、龍洋(12.4%)、鎮(zhèn)稻99(12.4%);大豆品種包括中黃(9.9%)、商縣1號(hào)(7.6%)、澄豆(7.9%)。為了觀察調(diào)質(zhì)對(duì)大米和糙米裂紋和破碎的影響,將正常含水率的大米(福優(yōu)838、普通大米)和低水分準(zhǔn)兩優(yōu)糙米樣品,加水調(diào)至含水率15%~33%的梯度樣品,在4℃平衡2周,每天混勻1次。
AL204-IC型萬分之一天平 梅特勒生物科技有限公司;TU-1900-紫外可見分光光度計(jì) 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司;DHG-9040A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 杭州藍(lán)天儀器廠;JLGJ4.5型檢驗(yàn)礱谷機(jī),精米機(jī) 浙江臺(tái)州市糧儀廠;50 m圓底離心管 上?;茖?shí)驗(yàn)器材有限公司;快氯FCF染料 Sigma公司;NaOH、冰醋酸 分析純。
1.2 實(shí)驗(yàn)方法
1.2.1 樣品含水率測(cè)定 采用105℃恒重法(GB 5497-1985)。
1.2.2 染色方法
1.2.2.1 染色液標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 采用0.01 mol·L-1NaOH配制0、0.5、1、2、3、4、5、6、7 mg·L-1的FCF染料。對(duì)6 mg·L-1的FCF染色液,在紫外可見分光光度計(jì)400~800 nm進(jìn)行波長掃描。然后在其最大吸光值610 nm處測(cè)定并建立不同濃度FCF染色液與吸光度之間的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程。
1.2.2.2 糧食樣品染色液波長掃描 對(duì)鄭單玉米沿著籽粒長軸,對(duì)鎮(zhèn)稻99糙米、漯麥8號(hào)沿著籽粒寬度用刀片切成兩半,將20 g切碎部分與80 g完整?;旌?,即破碎率20%。以破碎率20%的這3個(gè)糧食品種5 g為試樣,用0.1%FCF染料10 mL染色20 min,用蒸餾水沖洗直至水呈現(xiàn)無色,再用0.01 mol·L-1NaOH洗脫液10 mL洗脫30 min,對(duì)洗脫液在450~900 nm進(jìn)行波長掃描。
1.2.2.3 玉米樣品最佳染色液濃度確定 采用0.01 mol·L-1NaOH配制0、0.05%、0.125%、0.3%、0.5% FCF染料。以破碎率20%和30%的鄭單玉米5 g為試樣,采用不同濃度的FCF染料10 mL染色20 min后,用蒸餾水沖洗直至水呈現(xiàn)無色,再用0.01 mol·L-1NaOH溶液10 mL洗脫30 min,測(cè)定D610。
1.2.2.4 最佳染色時(shí)間確定 以破碎率20%鄭單玉米5 g為試樣,采用0.1%FCF染料10 mL,分別染色0、2、5、10、20、30 min后,用蒸餾水沖洗直至水呈現(xiàn)無色,再用0.01 mol·L-1NaOH溶液10 mL洗脫30 min,測(cè)定D610。
1.2.2.5 最佳洗脫液濃度 以破碎率20%鄭單玉米5 g為試樣,0.1%FCF染料10 mL染色20 min,用蒸餾水沖洗直至水呈現(xiàn)無色,再分別用0、0.005、0.01、0.05、0.1、0.5 mol·L-1NaOH溶液10 mL洗脫30 min,測(cè)定D610。
1.2.2.6 最佳洗脫液體積 以破碎率20%鄭單玉米5 g為試樣,0.1%FCF染料10 mL染色20 min,用蒸餾水沖洗直至水呈現(xiàn)無色,再分別采用0.01 mol·L-1NaOH洗脫液3、5、10、15、20 mL洗脫30 min,測(cè)定D610。
1.2.2.7 最佳洗脫時(shí)間 以破碎率20%鄭單玉米5 g為試樣,0.1%FCF染料10 mL染色20 min,用蒸餾水沖洗直至水呈現(xiàn)無色,再0.01 mol·L-1NaOH洗脫液10 mL洗脫0、10、20、30、60、90 min,對(duì)洗脫液測(cè)定D610。
1.2.2.8 供試樣品克數(shù)確定 以破碎率20%的鄭單玉米、鎮(zhèn)稻99糙米、漯麥8號(hào)為樣品,各取0、5、10、15、20、25、30 g,用體積為質(zhì)量克數(shù)2倍的0.1%FCF染料染色20 min,用蒸餾水沖洗直至水呈現(xiàn)無色,再用體積為質(zhì)量克數(shù)2倍的0.01 mol·L-1NaOH洗脫液洗脫30 min,對(duì)洗脫液測(cè)定D610。
1.2.2.9 樣品破碎率測(cè)定 將玉米、糙米、小麥、大豆、大米樣品分別裝在紗布袋中,用金屬鋁塊打碎后,與完整籽粒以一定百分比混合,各取20 g,0.1% FCF染料40 mL染色時(shí)間20 min,用蒸餾水沖洗直至水呈現(xiàn)無色,再0.01 mol·L-1NaOH洗脫液40 mL洗脫30 min,對(duì)洗脫液測(cè)定D610。對(duì)玉米(鄭單)、小麥(隴塬)及糙米(鎮(zhèn)稻99)代表品種,擬合OD610(y)與破碎率(x)之間的線性方程。以O(shè)D610值不超過1為準(zhǔn),測(cè)定其破碎率。
1.3 數(shù)據(jù)處理
采用隨機(jī)區(qū)組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),同一數(shù)據(jù)三個(gè)平行測(cè)定,數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。LSD test中同一列不相同字母表示樣品之間差異顯著(p<0.05)。
2.1 染色液標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立
圖1 波長和濃度對(duì)染色液吸光度的影響Fig.1 Effect of wavelength and dye(fast green FCF)concentration on the absorbency
從圖1(A)看出,對(duì)6 mg·L-1FCF染色液進(jìn)行波長掃描,在610 nm有最大吸收值。在1~7 mg·L-1FCF濃度范圍內(nèi),以610 nm處吸光度(藍(lán)色深度)為縱坐標(biāo),以FCF濃度(X)為橫坐標(biāo),建立FCF染色液的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=0.123x+0.001,R2=0.999(圖1B)。以破碎率20%的鄭單玉米、鎮(zhèn)稻99糙米、漯麥8號(hào)各5 g樣品,用0.1%FCF染料10 mL染色20 min,用蒸餾水沖洗直至水呈現(xiàn)無色,再用0.01 mol·L-1NaOH洗脫液10 mL洗脫30 min,對(duì)洗脫液在450~900 nm進(jìn)行波長掃描,最大吸收尖峰在610 nm(圖1C)。
2.2 玉米樣品最佳染色液濃度和時(shí)間確定
從圖2(A)看出,對(duì)破碎率分別為20%、30%的5 g鄭單玉米樣品,在0.01%~0.125%FCF濃度范圍內(nèi),OD610急劇增加。本研究取0.1%FCF濃度。以0.1%FCF濃度染色破碎率20%的鄭單玉米,當(dāng)染色時(shí)間20 min時(shí) OD610最大(圖2B)。
圖2 染色液濃度和染色時(shí)間對(duì)鄭單玉米樣品吸光度的影響Fig.2 Effect of dye concentration and soaking time on the absorbency of bleaching solution from“Zhengdan”shelled corn
2.3 玉米樣品洗脫液濃度、體積及時(shí)間確定
從圖3(A)看出,以0.1%FCF染料10 mL染色破碎率20%的5 g鄭單玉米20 min后,用稀NaOH溶液洗脫,在NaOH溶液0.005~0.1 mol·L-1濃度范圍內(nèi)OD610顯著急劇增加(p<0.01),之后在0.1~0.5 mol·L-1濃度范圍,OD610顯著降低(p<0.01)。OD610隨洗脫液NaOH濃度的變化呈現(xiàn)類似正態(tài)分布,考慮線性遞增范圍本研究取洗脫液NaOH濃度0.01 mol·L-1。圖3(B)顯示,OD610在洗脫體積3~10 mL范圍內(nèi)線性減少(p<0.01),而在10~20 mL范圍內(nèi)減少變緩。圖3(C)顯示OD610在洗脫時(shí)間0~90 min范圍持續(xù)顯著增加(p<0.01),考慮線性遞增范圍10~30min均可,由于測(cè)定樣品數(shù)多,可以延長到30min。本研究取洗脫時(shí)間30 min。對(duì)5 g試樣,洗脫液NaOH濃度取0.01 mol·L-1,洗脫體積20 mL,洗脫時(shí)間30 min。
2.4 試樣質(zhì)量確定
由于樣品籽粒之間個(gè)體、破碎面積差異,造成測(cè)試結(jié)果有偏差,于是擴(kuò)大樣品用量來消除這種偏差。破碎率20%的鄭單玉米在試樣5~30 g范圍內(nèi)OD610差異不顯著,但是對(duì)隨機(jī)取樣,當(dāng)試樣質(zhì)量從5 g增加到30 g,OD610值在20 g時(shí)趨于最大(圖4A)。對(duì)破碎率20%的鎮(zhèn)稻99糙米試樣,在5~30 g試樣范圍,20 g試樣對(duì)應(yīng)的OD610值最大(圖4B)。20%破碎率的漯麥試樣在5~30 g范圍OD610值大于1,且顯著增加;測(cè)定液稀釋5倍后在5~20 g范圍OD610值增加不顯著(圖4C)。因此,依據(jù)樣品籽粒大小及破碎面積,玉米、小麥、糙米取樣5~20 g,如果FCF染料洗脫液OD610值超過1,可以稀釋后進(jìn)行測(cè)定。
圖3 玉米樣品洗脫液濃度、時(shí)間及體積Fig.3 Effect of the concentration,washing time,and volume of bleaching solution on the absorbency of“Zhengdan”shelled corn
2.5 玉米破碎率測(cè)定
圖5(A)是鄭單玉米破碎率與OD610之間的關(guān)系,在低于破碎率40%范圍內(nèi),隨著破碎率增加,OD值幾乎線性增加(p<0.01),相關(guān)系數(shù)為0.998。將唐抗、中糯、先玉玉米品種采用打碎方法破碎后,準(zhǔn)備不同水平的破碎率。在一定破碎率水平,這三個(gè)玉米品種的OD610測(cè)定值之間有差異。它們的OD610值隨著籽粒破碎率增加而顯著地增加(圖5B)。對(duì)唐抗、中糯及先玉玉米品種同時(shí)檢測(cè)破碎率,以O(shè)D610值不超過1為準(zhǔn),該方法能夠測(cè)定這三個(gè)玉米品種的破碎率分別達(dá)到100%、80%、40%。
2.6 大米和糙米破碎率測(cè)定
對(duì)正常含水率的大米樣品和挑選的完整粒20 g,以0.1%FCF染料40 mL染色大米樣品20 min后,用0.01 mol·L-1NaOH洗脫溶液40 mL洗脫30 min,吸光度均大于1,而且米粒染藍(lán)色較深。表1中,對(duì)調(diào)質(zhì)的水分梯度系列福優(yōu)838和普通大米樣品,隨著含水率增加,碎米率及OD610呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì),OD610大于1.4。對(duì)準(zhǔn)兩優(yōu)品種糙米,隨著含水率增加,碎米率有小浮動(dòng)變化,但是OD610低于0.24,試樣染色較淺。因此認(rèn)為FCF染色方法適合糙米破碎率檢測(cè),不適合大米樣品。圖6是糙米破損率與OD610之間的關(guān)系。在低于60%破碎率范圍內(nèi),隨著破碎率增加,鎮(zhèn)稻99糙米OD610值呈現(xiàn)線性增加(p<0.01),相關(guān)系數(shù)為0.999(圖6A)。對(duì)準(zhǔn)兩優(yōu)、中加早及龍洋品種,該方法能夠檢測(cè)到破碎率分別達(dá)到100%、80%、60%(圖6B)。
圖4 試樣質(zhì)量克數(shù)確定Fig.4 Effect of sample grams on the absorbency of test grain samples
2.7 小麥破碎率測(cè)定
從圖7(A)看出,隨著隴塬小麥品種破碎率從0%增加到20%,OD610顯著增加(p<0.01),相關(guān)系數(shù)為0.998。對(duì)運(yùn)旱618、周麥及漯麥8號(hào),該方法能夠檢測(cè)到破碎率分別達(dá)到20%左右(圖7B)。
2.8 FCF染色法測(cè)定主要糧食破碎率的圖像證據(jù)
在植物組織水平,在堿性條件下,F(xiàn)CF對(duì)完整粒的糙米(龍洋)、小麥(漯麥8號(hào))、玉米(鄭單)種皮幾乎不染成藍(lán)色,而對(duì)它們破碎部分的斷裂面全部染成了藍(lán)色,即FCF能夠與谷物斷裂面形成藍(lán)色復(fù)合物。FCF將一部分大豆(中黃)的種皮染成深藍(lán)色,但是對(duì)豆瓣內(nèi)部斷裂面染色較淺,豆瓣仍然顯示黃色??赡茉谟诖蠖购土扛?,油滴阻礙FCF與大豆種子斷裂面的生化成分形成復(fù)合物;FCF方法不適合大豆破碎率檢測(cè)。
圖5 玉米品種破碎率檢測(cè)Fig.5 Results of breakage percent of shelled corn samples
表1 調(diào)質(zhì)大米和糙米樣品破碎率及OD610Table1 The relationship between breakage percent and OD610in milled rice and brown rice samples
FCF對(duì)大米(成都秈米、雙遼粳米、泰國大米、東北香米)完整粒及破碎粒均能夠染成藍(lán)色,且清晰地顯示了大米裂紋情況。FCF不適合大米破損率檢測(cè)??傊?,F(xiàn)CF染色法適合糙米、小麥及玉米破碎率檢測(cè),而不適合大米和大豆破碎率檢測(cè)。
本研究表明,快綠(FCF)染色劑與玉米、糙米、小麥籽粒破碎部分形成的復(fù)合物能夠用稀堿液溶解,并進(jìn)行定量測(cè)定。Chowdhury等[12,15]采用此原理檢測(cè)玉米籽粒破碎情況,將10 g玉米樣品完全浸泡在0.1% 的FCF染料中30 s,接著用自來水沖洗30 s除去種皮染料,然后樣品在0.01 mol·L-1NaOH溶液漂白30 min后測(cè)定OD610,但他們沒有深入分析玉米品種及含水
圖6 糙米品種破碎率檢測(cè)Fig.6 The relationship between breakage percent and absorbency of bleaching solution from brown rice samples
圖7 小麥破碎率檢測(cè)Fig.7 The relationship between breakage percent and absorbency of bleaching solution from wheat samples
率對(duì)吸光度的影響,也未對(duì)其他糧食種類建立通用方法。本研究嘗試采用此原理檢測(cè)我國主要糧食種類的破碎率,并建立了通用方法。FCF染色法能夠檢測(cè)正常含水率玉米、小麥及糙米樣品破碎率各40%、20%、60%以上,而不適合大米和大豆破碎率測(cè)定。具體方法是,5~20 g樣品以體積為樣品質(zhì)量克數(shù)二倍的0.1%FCF染色20 min后,倒去染色液,樣品用蒸餾水立即沖洗直到水呈現(xiàn)無色,然后以體積為樣品質(zhì)量克數(shù)二倍的0.01 mol L-1NaOH溶液洗脫樣品30 min,對(duì)洗脫液采用紫外分光光度計(jì)測(cè)定OD610。OD610值大小受籽粒破碎面積所影響,在一定破碎率范圍內(nèi),OD610與破碎率之間呈現(xiàn)線性關(guān)系。此方法能夠區(qū)分品種之間的差異。深入研究是探討FCF染料與糧粒內(nèi)何種生化成分形成藍(lán)色復(fù)合物。并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際,對(duì)不同類型玉米、稻谷、小麥品種及其含水率、不同儲(chǔ)藏年限、不同庫區(qū)的糧食取樣進(jìn)行測(cè)定,建立小麥、稻谷(糙米)及玉米FCF染色后吸光度與破碎粒(等級(jí))之間的關(guān)系。
[1]國家糧食局標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量中心,北京國家糧食質(zhì)量監(jiān)督中心,河南省糧食局等.GB 1351-2008小麥[S].2008-01-01.
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Biochemical method for evaluation of grain damage with fast green FCF dye
REN Qiang1,2,JIANG Ping2,+,ZHANG Lai-lin1,LI Xing-jun2,*
(1.College of Grain,Oil and Food,Henan University of Technology,Zhengzhou 450001,China;2.Academy of the State Administration of Grains,Beijing 100037,China)
The complexes between Fast Green FCF dye and the damaged part of a grain were vivid,and were soluble in sodium hydroxide solution.The study established a biochemical method for evaluation of grain damage by FCF dye.Five to twenty grams of samples were soaked for 20 min by 10 to 40 mL of 0.1%FCF dye dissolved in 0.01 mol·L-1NaOH solution,then the samples were rinsed off by distilled water till no blue color in washed water,finally the samples were bleached in 10 to 40 mL of 0.01 mol·L-1NaOH for 30 min in order to recover the complexes formed between FCF dye and the damaged part of grain.The bleaching solution was used to determine absorbency in 610 nm.This protocol was carried out within 1 hour for determination of grain damage.The damaged rates for shelled corn,brown rice,and wheat were respectively detected by this method over the range of 40%,60%and 20%,but it can't be used to detect the breakage percent of milled rice and soybean.The linear equations of between OD610(y)and sample breakage percent(x)for shelled corn,wheat,and brown rice were y=0.034x+0.316,y=0.071x+0.204,y=0.049x+0.206 and,respectively,with determined coefficient higher than 0.998.
grain damage;fast green FCF;wheat;shelled corn;brown rice
TS210.7
A
1002-0306(2016)02-0049-06
10.13386/j.issn1002-0306.2016.02.001
2015-03-19 +同為第一作者
任強(qiáng)(1990-),男,碩士研究生,研究方向:糧食儲(chǔ)藏與食品工程,E-mail:renqiang1990@126.com。
姜平(1987-),女,碩士,實(shí)習(xí)研究員,研究方向:糧食生化與多糖工程,E-mail:jingping2552@163.com。
*通訊作者:李興軍(1971-),男,博士,副研究員,研究方向:糧食生化與多糖工程,E-mail:lixingjun888@aliyun.com。
糧食公益性行業(yè)科技專項(xiàng)(201313001-03)。