大豆蛋白和魚肉復(fù)合擠壓工藝參數(shù)的優(yōu)化

趙貴興,張 光，畢偉偉，王 凈，楊春華，孫冰玉，劉琳琳，石彥國(guó)，范洪臣，陳 霞，劉麗君，劉昊飛，李進(jìn)榮，趙春杰

(1.哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150076; 2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院大豆研究所,黑龍江 哈爾濱 150086; 3.長(zhǎng)春大成集團(tuán)，吉林 長(zhǎng)春 130062)

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大豆蛋白和魚肉復(fù)合擠壓工藝參數(shù)的優(yōu)化

趙貴興1,2,張 光1，畢偉偉2，王 凈1，楊春華1，孫冰玉1，劉琳琳1，石彥國(guó)1，范洪臣1，陳 霞2，劉麗君2，劉昊飛2，李進(jìn)榮2，趙春杰3

(1.哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150076; 2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院大豆研究所,黑龍江 哈爾濱 150086; 3.長(zhǎng)春大成集團(tuán)，吉林 長(zhǎng)春 130062)

以新鮮淡水魚魚糜為原料,與大豆蛋白(大豆分離蛋白、大豆凝膠蛋白、低變性豆粕粉)混合進(jìn)行復(fù)合擠壓，利用雙螺桿擠壓機(jī)生產(chǎn)魚肉與大豆蛋白復(fù)合食品，該方法能極好的利用淡水魚資源與大豆蛋白資源，降低魚肉食品的生產(chǎn)成本，增加食品營(yíng)養(yǎng)，拓展了魚糜食品的加工途徑。選取物料含水率、原料配比、擠壓溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、喂料速度等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)測(cè)定，得出擠壓產(chǎn)品的最佳工藝條件。研究表明，復(fù)合魚肉蛋白食品擠壓工藝的最佳條件為：物料含水率30%～40%,四區(qū)溫度125～135℃,喂料速度35～40 r/min,螺桿轉(zhuǎn)速165～170 r/min。

魚肉;大豆蛋白;復(fù)合食品；擠壓成形；工藝條件

我國(guó)已成為世界第一漁業(yè)大國(guó)，水產(chǎn)品產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的三分之一。農(nóng)業(yè)部漁業(yè)局市場(chǎng)處官員說(shuō)，中國(guó)水產(chǎn)品的產(chǎn)量和漁業(yè)總產(chǎn)值分別以每年8.7%和10.4%的速度遞增，成為農(nóng)業(yè)中發(fā)展最快、效益最好的一個(gè)產(chǎn)業(yè)。世界各國(guó)淡水漁業(yè)發(fā)展迅猛,至今已經(jīng)占到漁業(yè)總產(chǎn)量的40%,而生產(chǎn)成本低廉、高產(chǎn)的低值淡水魚的比例一般也在淡水魚生產(chǎn)總量的50%以上。如我國(guó)的鰱、鳙等低值淡水魚占了淡水魚生產(chǎn)總量的60%以上,因此,低值淡水魚加工利用的原料是巨大而豐富的。

目前，世界各國(guó)魚糜制品的原材料主要是海水魚類，但由于海洋捕撈強(qiáng)度過(guò)大，從而導(dǎo)致了優(yōu)質(zhì)海水魚的數(shù)量下降。世界淡水魚產(chǎn)量卻與此相反，它在持續(xù)增加，例如我國(guó)大宗淡水魚如草魚、鰱魚從2011年的產(chǎn)量4 400 000 t、2 718 200 t開始都是一直呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，到2015年已經(jīng)分別達(dá)到5 376 803 t、3 172 433 t。因此，為了滿足市場(chǎng)需求來(lái)大力開發(fā)淡水魚魚糜制品成為魚糜加工業(yè)的重要課題之一。目前，對(duì)我國(guó)產(chǎn)量較大且價(jià)格低廉的鯉魚魚糜加工特性的研究很少，而在鰱魚魚糜的加工特性上已有一些報(bào)道[1-9]。

大豆在我國(guó)資源十分豐富，并且我國(guó)對(duì)組織化大豆蛋白的研究已有一定的工業(yè)基礎(chǔ)。近些年來(lái)，大豆蛋白制品的開發(fā)受到國(guó)內(nèi)外廣大關(guān)注，采用大豆蛋白制造“仿生肉”是現(xiàn)階段研究的重點(diǎn)。本研究利用上述兩種優(yōu)勢(shì)資源，通過(guò)螺桿擠壓技術(shù)，生產(chǎn)組織化復(fù)合蛋白。將大豆蛋白及魚肉的內(nèi)部結(jié)構(gòu)重新組合，得到一種方便、即食及營(yíng)養(yǎng)的食品[10-12]，即寵物食品和魚豆腐食品。

1 材料與儀器

1.1 試驗(yàn)材料

新鮮鯉魚(三道鱗),低變性豆粕粉,大豆分離蛋白(分散型),大豆分離蛋白(凝膠型)，骨頭湯(自制)，蒸魚豆豉，米醋，陳醋，醬油，茶葉，花椒、八角、蔥、姜、蒜，料酒。

1.2 試驗(yàn)儀器

雙螺桿擠壓機(jī)DSE-25型，組織搗碎機(jī)JJ-2型，中草藥粉碎機(jī)FW177，電子分析天平BS2243，核磁儀NM120，電鏡儀QUANTA200，多功能電磁爐C20-SH2050，物性分析儀TA-XT2i。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及指標(biāo)測(cè)定

2.1 單因素試驗(yàn)的設(shè)計(jì)

2.1.1 四區(qū)溫度的優(yōu)化與確定

雙螺桿擠壓機(jī)內(nèi)部機(jī)筒分為五個(gè)區(qū)域，第一區(qū)域?yàn)榧恿隙?、第二區(qū)域?yàn)榧訜岫?、第三區(qū)域?yàn)閿D壓段、第四區(qū)域?yàn)榉盗隙?、第五區(qū)域?yàn)槌隽隙?。根?jù)控制變量原則，由于螺桿全程勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，單獨(dú)控制第一區(qū)域或第二區(qū)域溫度對(duì)擠壓產(chǎn)品組織化程度的影響甚微；由于整體擠壓過(guò)程中第三區(qū)域?qū)ξ锪线M(jìn)行兩次擠壓，單獨(dú)控制此區(qū)域溫度對(duì)擠壓產(chǎn)品組織化程度的影響過(guò)大，擠壓產(chǎn)品會(huì)產(chǎn)生焦糊狀現(xiàn)象；單獨(dú)控制第五區(qū)域溫度只能改變擠壓產(chǎn)品的膨化度；單獨(dú)控制第四區(qū)域溫度會(huì)對(duì)擠壓產(chǎn)品組織化程度有較大影響并容易控制。故只對(duì)第四區(qū)域進(jìn)行控制變量法試驗(yàn)。為了研究第四區(qū)溫度對(duì)擠壓成品組織化程度的影響，采用控制變量法，對(duì)四區(qū)溫度進(jìn)行研究，操作參數(shù)如下：

不變量：含水率30%；喂料速度35 r/min；螺桿轉(zhuǎn)速170 r/min；復(fù)合蛋白混合比例：魚肉蛋白∶大豆蛋白=1∶2；大豆蛋白的組成：低溫豆粕粉∶分離蛋白(凝膠型)∶分離蛋白(分散型)=1∶1∶1。變量：五區(qū)溫度中的第四區(qū)溫度分別為：125、135、145、155、165℃。在上述條件下進(jìn)行雙螺桿擠壓，測(cè)定擠壓成品的相關(guān)指標(biāo)。

2.1.2 喂料速度的優(yōu)化與確定

為了研究喂料速度對(duì)擠壓成品組織化程度的影響，采用控制變量法，對(duì)喂料速度進(jìn)行研究，操作參數(shù)如下：

不變量：五區(qū)溫度：90℃→100℃→110℃→135℃→110℃；螺桿轉(zhuǎn)速：170 r/min；物料含水率30%；復(fù)合蛋白混合比例：魚肉蛋白∶大豆蛋白=1∶2；低溫豆粕粉∶分離蛋白(凝膠型)∶分離蛋白(分散型)=1∶1∶1。變量:喂料速度分別為30、35、40、45、50 r/min。在上述條件下進(jìn)行雙螺桿擠壓，測(cè)定擠壓成品的相關(guān)指標(biāo)。

2.1.3 螺桿轉(zhuǎn)速的優(yōu)化與確定

為了研究螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)擠壓成品組織化程度的影響，采用控制變量法，對(duì)螺桿轉(zhuǎn)速進(jìn)行研究，操作參數(shù)如下：

不變量：五區(qū)溫度：90℃→100℃→110℃→135℃→110℃；喂料速度40 r/min；物料含水率30%；復(fù)合蛋白混合比例:魚肉蛋白∶大豆蛋白=1∶2；低溫豆粕粉∶分離蛋白(凝膠型)∶分離蛋白(分散型)=1∶1∶1。變量: 螺桿轉(zhuǎn)度分別為165、170、175、180、185 r/min。在上述條件下進(jìn)行雙螺桿擠壓，測(cè)定擠壓成品的相關(guān)指標(biāo)。

2.1.4 物料含水率的優(yōu)化與確定

為了研究物料含水率對(duì)擠壓成品組織化程度的影響，采用控制變量法，對(duì)物料含水率進(jìn)行研究，操作參數(shù)如下：

不變量：五區(qū)溫度：90℃→100℃→110℃→135℃→110℃；喂料速度40 r/min；螺桿轉(zhuǎn)速170 r/min；復(fù)合蛋白混合比例:魚肉蛋白∶大豆蛋白=1∶2；低溫豆粕粉∶分離蛋白(凝膠型)∶分離蛋白(分散型)=1∶1∶1。變量: 物料含水率分別為30%、35%、40%、45%、50%。

在上述條件下進(jìn)行雙螺桿擠壓，測(cè)定擠壓成品的相關(guān)指標(biāo)。

2.2 產(chǎn)品的各種指標(biāo)測(cè)定

2.2.1 產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)特性的測(cè)定

組織化程度：采用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定。以擠壓成品的寬度為邊長(zhǎng)，切成邊長(zhǎng)相同的正方形，每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)量5～10次。

2.2.2 產(chǎn)品組織化程度的測(cè)定

[13]，將擠壓產(chǎn)品切割，依次測(cè)出橫向和縱向(模頭擠出方向)剪切力的大小。用橫向與縱向剪切力的比值來(lái)表示擠壓產(chǎn)品組織化程度的大小，每組樣品重復(fù)測(cè)量3次，取其平均值。

2.2.3 產(chǎn)品電鏡特性的檢測(cè)

采用電鏡儀(美國(guó)FEI QUANTA 200)測(cè)定。將擠壓好的成品切成1 cm左右的剖面正方形，經(jīng)噴金處理后置于電鏡儀中觀察，檢測(cè)。

3 結(jié)果與分析

3.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1.1 物料含水率對(duì)擠壓產(chǎn)品組織化程度的影響

不同物料含水率的擠壓成品組織化程度的測(cè)定結(jié)果見圖1。由圖1可見，含水率對(duì)擠壓產(chǎn)品的組織化程度有顯著的影響。隨著物料含水率的增加，擠壓產(chǎn)品的組織化程度有所降低，物料含水率30%時(shí)，擠壓產(chǎn)品的組織化程度最高，當(dāng)物料含水率從35%增加到40%時(shí)，擠壓產(chǎn)品的組織化程度有所增加，但物料含水率超過(guò)40%時(shí)，擠壓產(chǎn)品的組織化程度下降明顯。而在30%～40%時(shí)，組織化程度忽高忽低，是由于原料調(diào)節(jié)含水率時(shí)混合不均造成的。因此，試驗(yàn)設(shè)計(jì)中物料含水率應(yīng)選擇30%～40%。

圖1 不同物料含水率下擠壓產(chǎn)品的組織化程度

3.1.2 四區(qū)溫度對(duì)擠壓成品組織化程度的影響

不同四區(qū)溫度擠壓成品組織化程度的測(cè)定結(jié)果見圖2。由圖2可見，雙螺桿擠壓機(jī)機(jī)箱內(nèi)的第四區(qū)溫度對(duì)擠壓產(chǎn)品的組織化程度影響較顯著。但隨著溫度的增加，擠壓產(chǎn)品的組織化程度在逐漸降低?？紤]實(shí)際情況，當(dāng)溫度達(dá)到155℃時(shí)，擠壓產(chǎn)品已經(jīng)開始糊化，產(chǎn)生苦味，對(duì)食品口味不好。綜合考慮，在后面的試驗(yàn)設(shè)計(jì)中四區(qū)溫度應(yīng)選擇125～135℃。

圖2 不同四區(qū)溫度下擠壓產(chǎn)品的組織化程度

3.1.3 喂料速度對(duì)擠壓成品組織化程度的影響

不同喂料速度下的擠壓成品組織化程度的測(cè)定結(jié)果見圖3。由圖3可見，雙螺桿擠壓機(jī)的操作參數(shù)中喂料速度對(duì)擠壓產(chǎn)品的組織化程度影響不是很明顯。喂料速度增加，擠壓產(chǎn)品的組織化程度也隨之增加，但喂料速度從30 r/min增加到40 r/min時(shí)，擠壓產(chǎn)品的組織化程度的變化很緩慢；喂料速度超過(guò)40 r/min后，導(dǎo)致擠壓成品的組織化程度降低。因此，喂料速度既不是越低越好，也不是越高越好，它的顯著區(qū)域范圍是35～40 r/min。

圖3 不同喂料速度下擠壓產(chǎn)品的組織化程度

3.1.4 螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)擠壓成品組織化程度的影響

不同螺桿轉(zhuǎn)速下的擠壓成品組織化程度的測(cè)定結(jié)果見圖4。

圖4 不同螺桿轉(zhuǎn)速下擠壓成品的組織化程度

從圖4可以看出，螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)擠壓產(chǎn)品的組織化程度有著顯著的影響。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速?gòu)?65 r/min 增加到175 r/min時(shí)，擠壓產(chǎn)品的組織化程度呈增加趨勢(shì)；螺桿轉(zhuǎn)速超過(guò)175 r/min，直至185 r/min時(shí)，擠壓產(chǎn)品的組織程度呈下降趨勢(shì)?？梢姡輻U轉(zhuǎn)速大小需要謹(jǐn)慎控制與調(diào)配，試驗(yàn)設(shè)計(jì)中螺桿轉(zhuǎn)速的試驗(yàn)范圍應(yīng)選擇在165～170 r/min。

3.2 產(chǎn)品各種指標(biāo)測(cè)定結(jié)果與分析

3.2.1 產(chǎn)品電鏡特性的檢測(cè)結(jié)果

由圖5可知，不同含水率的物料在擠壓過(guò)程中面團(tuán)熔融的形態(tài)變化和最終產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特性截然不同。單因素試驗(yàn)下，物料含水率在30%時(shí)組織化程度相對(duì)更好。當(dāng)含水率較低時(shí)，擠壓過(guò)程中不容易發(fā)生熔融，面團(tuán)的微觀結(jié)構(gòu)更大程度上受擠壓機(jī)各區(qū)段溫度的影響，當(dāng)物料通過(guò)機(jī)頭端模孔時(shí)，氣化膨脹作用較小，使得最終擠出產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)比較致密；隨著物料含水率增加，物料與水在機(jī)筒內(nèi)發(fā)生水合作用的程度增大，在擠壓溫度較低時(shí)就能夠發(fā)生熔融，面團(tuán)的微觀結(jié)構(gòu)受擠壓機(jī)各區(qū)段溫度的影響相對(duì)較小，當(dāng)濕化熔融的物料通過(guò)機(jī)頭端?？讜r(shí)，盡管受到長(zhǎng)模頭的冷卻作用，但是由于熔融體自身含有大量高溫水蒸氣，由模頭流出時(shí)仍會(huì)發(fā)生氣化膨脹，使得最終擠出產(chǎn)品中呈現(xiàn)輕微的膨松多孔狀結(jié)構(gòu)。

(a)含水率30% (b)含水率35% (c)含水率40%

(d)含水率45% (e)含水率50%圖5 不同物料含水率的產(chǎn)品在電鏡2 000倍下的結(jié)構(gòu)

由圖6可知，不同四區(qū)溫度下的產(chǎn)品在擠壓過(guò)程中面團(tuán)熔融的形態(tài)變化和最終產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特性也截然不同。單因素試驗(yàn)下135℃時(shí)組織化程度更好。

(a)溫度125℃ (b)溫度135℃ (c)溫度145℃

(d)溫度155℃ (e)溫度165℃圖6 不同四區(qū)溫度的產(chǎn)品在電鏡2 000倍下的結(jié)構(gòu)

由圖7可知，不同喂料速度下的產(chǎn)品在擠壓過(guò)程中面團(tuán)熔融的形態(tài)變化和最終產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特性同樣截然不同。單因素試驗(yàn)下喂料速度35～40 r/min時(shí)組織化程度更好。

(a)喂料速度30 r/min (b)喂料速度35 r/min (c)喂料速度40 r/min

(d)喂料速度45 r/min (e)喂料速度50 r/min圖7 不同喂料速度的產(chǎn)品在電鏡2 000倍下的結(jié)構(gòu)

由圖8可知，不同螺桿轉(zhuǎn)速下的產(chǎn)品在擠壓過(guò)程中面團(tuán)熔融的形態(tài)變化和最終產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特性同樣截然不同。單因素試驗(yàn)下螺桿轉(zhuǎn)速在165～175 r/min時(shí)組織化程度更好。

(a)螺桿轉(zhuǎn)速165 r/min (b)螺桿轉(zhuǎn)速170 r/min (c)螺桿轉(zhuǎn)速175 r/min

(d)螺桿轉(zhuǎn)速180 r/min (e)螺桿轉(zhuǎn)速185 r/min圖8 不同螺桿轉(zhuǎn)速的產(chǎn)品在電鏡2 000倍下的結(jié)構(gòu)

總之，充分組織化的大豆蛋白和魚肉蛋白與未有效組織化的大豆蛋白和魚肉蛋白相比，無(wú)論是從宏觀狀態(tài)還是微觀結(jié)構(gòu)上都有很大差異。觀察內(nèi)部有大量的顆粒存在，說(shuō)明此條件下，物料在機(jī)筒內(nèi)未達(dá)到充分熔融狀態(tài)；擠出物表現(xiàn)出連續(xù)的黏彈體形態(tài)，沒(méi)有不熔的蛋白顆粒存在，說(shuō)明物料在機(jī)筒內(nèi)已充分熔融，充分組織化。組織化程度越高的產(chǎn)品越好。結(jié)合上述圖片，經(jīng)觀察分析得到：?jiǎn)我蛩卦囼?yàn)下，物料含水率在30%、四區(qū)溫度135℃、喂料速度為35～40 r/min、螺桿轉(zhuǎn)速在165～175 r/min時(shí)，組織化程度更好。

3.2.2 質(zhì)構(gòu)特性對(duì)產(chǎn)品的影響

樣品TPA測(cè)定5～10次后的平均值如表1～表4所示。TPA主要是通過(guò)質(zhì)構(gòu)儀探頭模擬人口腔的咀嚼運(yùn)動(dòng)，對(duì)樣品進(jìn)行兩次壓縮，通過(guò)軟件分析出測(cè)試曲線，得出以下質(zhì)構(gòu)特性參數(shù)：硬度、黏著性、彈性、黏聚性、膠著性、咀嚼性、回復(fù)性。該測(cè)定對(duì)綜合評(píng)價(jià)食品的質(zhì)地特性非常有價(jià)值，可以在某些程度上減少感官評(píng)價(jià)中主觀因素帶來(lái)的誤差，是測(cè)定食品質(zhì)構(gòu)特性的通用測(cè)試方法。

硬度為壓縮樣品時(shí)用力的大小,是衡量樣品質(zhì)地軟硬程度的指標(biāo)。硬度值越小，表示口感越好。咀嚼度表示將固體樣品咀嚼成吞咽穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)所需的能量。咀嚼度值越小,表示口感越好，隨物料含水率的變化,擠壓組織化產(chǎn)品的咀嚼度與硬度有著類似的變化趨勢(shì)。

組織化度表示擠出產(chǎn)品沿著擠出方向纖維化形成程度,組織化度越大,擠壓產(chǎn)品中纖維化的形成程度越大。本試驗(yàn)主要通過(guò)單因素試驗(yàn)對(duì)產(chǎn)品的硬度和咀嚼度進(jìn)行分析研究。

通過(guò)比較分析，結(jié)合表1～表4可以得出，在不同的四區(qū)溫度下，產(chǎn)品硬度和咀嚼度在125℃和135℃下相對(duì)較好；在不同的物料含水率下，產(chǎn)品的硬度和咀嚼度在30%和35%更好；在不同的喂料速度下，產(chǎn)品在條件為35 r/min和40 r/min下更好；在不同的螺桿轉(zhuǎn)速下，產(chǎn)品在條件為170 r/min和175 r/min下更好。

表1 不同四區(qū)溫度下產(chǎn)品的TPA值

表2 不同物料含水率下產(chǎn)品的TPA值

表3 不同喂料速度下產(chǎn)品的TPA值

表4 不同螺桿轉(zhuǎn)速下產(chǎn)品的TPA值

4 結(jié)論

物料的含水率對(duì)擠壓產(chǎn)品的組織化程度有顯著的影響。雙螺桿擠壓機(jī)機(jī)箱內(nèi)的第四區(qū)溫度對(duì)擠壓產(chǎn)品的組織化程度影響較顯著。喂料速度對(duì)擠壓產(chǎn)品的組織化程度影響不是很明顯。螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)擠壓產(chǎn)品的組織化程度有著顯著的影響。

擠壓生產(chǎn)的最佳工藝條件為：物料含水率30%，四區(qū)溫度選擇135℃，喂料速度40 r/min，螺桿轉(zhuǎn)速170 r/min。

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(責(zé)任編輯：趙琳琳)

Optimization of extrusion process parameters of soybean protein and fish

ZHAO Gui-xing1,2,ZHANG Guang1,BI Wei-wei2,WANG Jing1,YANG Chun-hua1,SUN Bing-yu1,LIU Lin-lin1,SHI Yan-guo1,FAN Hong-chen1,CHEN Xia2,LIU Li-jun2, LIU Hao-fei2，LI Jin-rong2,ZHAO Chun-jie3

(1. College of Food Science and Engineering, Harbin University of Commerce, Harbin 150076,China;2.Soybean Research Institute, Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences, Harbin 150086,China; 3.Changchun Dacheng Group,Changchun 130062,China)

Using fresh water fish surimi as raw material，mixed with soybean protein(soy protein isolate, soy protein gel and low denatured soybean meal),we producted compound food of fish and soybean protein by double screw extruder.The use of freshwater fish and soybean protein resources, could reduce the cost of fish food, increase food nutrition, and expand the processing of surimi food. Selecting the material moisture,raw material ratio, extrusion temperature, screw speed, and feed speed for evaluation, we determined the optimum process conditions of extrusion products.The method can be an excellent use resources of freshwater fish and soy protein, reduce the production cost of fish, and increase food nutrition.The optimum conditions of extrusion process parameters of soybean protein and fish were as: material moisture content between 30%-40%,four zone temperature between 125-135℃,feeding speed between 35-40 r/min,and screw speed between 165-170 r/min.

fish;soy protein;compound food;extrusion forming;technological conditions

2016-08-01；

2016-12-24

趙貴興(1978-),男，副研究員，博士，研究方向?yàn)榇蠖咕罴庸ぜ捌焚|(zhì)分析。

10.7633/j.issn.1003-6202.2017.01.005

TS251.6+5;TS201.1

A

1003-6202(2017)01-0019-06