樊金玲，宋會(huì)娟，孫玉宇，張金迪，朱文學(xué),*

（1.河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471023；2.洛陽(yáng)理工學(xué)院環(huán)境工程與化學(xué)系，河南 洛陽(yáng) 471023）

機(jī)械加工方式及油脂對(duì)胡蘿卜中β-胡蘿卜素生物接近度的影響

樊金玲1，宋會(huì)娟1，孫玉宇2，張金迪1，朱文學(xué)1,*

（1.河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471023；2.洛陽(yáng)理工學(xué)院環(huán)境工程與化學(xué)系，河南 洛陽(yáng) 471023）

研究不同機(jī)械加工方式（1 mm×1 mm×1 mm切丁、2 mm×2 mm× 2 mm切丁、打漿）和油脂（添加量 0%、3%、5%、10%）對(duì)β-胡蘿卜素生物接近度的影響。采用高效液相色譜法（high performance liquid chromatography，HPLC）測(cè)定β-胡蘿卜素濃度，采用靜態(tài)體外消化法、以釋放率和膠束化率為指標(biāo)評(píng)估β-胡蘿卜素生物接近度。結(jié)果表明：3 種機(jī)械加工處理的胡蘿卜在相同油脂添加量條件下，β-胡蘿卜素的釋放率和膠束化率由大至小的排序均為：打漿處理（釋放率為2.069%～32.565%，膠束化率為0.324%～1.999%）、切丁1 mm×1 mm×1 mm（釋放率為1.088%～6.162%，膠束化率為0.226%～0.911%）和2 mm×2 mm×2 mm（釋放率為0.335%～4.102%，膠束化率為0.109%～0.242%）；不同油脂添加量均提高了胡蘿卜中β-胡蘿卜素的釋放率和膠束化率，且油脂添加量分別與釋放率和膠束化率均呈線性關(guān)系，但是提高幅度因機(jī)械加工方式不同而異：10%油脂添加量與無(wú)油脂添加相比，打漿處理的釋放率提高了約15倍，膠束化率提高了約5倍，1 mm×1 mm×1 mm胡蘿卜丁的釋放率和膠 束化率分別提高了約5 倍、3 倍， 2 mm×2 mm×2 mm胡蘿卜丁的釋放率和膠束化率則分別提高了11倍、1 倍。

胡蘿卜；β-胡蘿卜素；機(jī)械加工；膳食油脂；體外消化法；生物接近度

胡蘿卜中胡蘿卜素的含量很高，主要為β-胡蘿卜素，其次為α-胡蘿卜素，含量分別為46.0～130.0、5.3～51.6 μg/g[1]。α-胡蘿卜素和β-胡蘿卜素是人類食物中85%～97% VA活性的來(lái)源，具有抗癌、預(yù)防心血管疾病等多種功能，可防止老化和衰老引起的多種退化性疾病。但其在人體的利用率很低，僅為純品的21%。類胡蘿卜素的生物利用過(guò)程分為4 個(gè)步驟：從食品基質(zhì)中釋放、小腸內(nèi)脂質(zhì)微粒（膠束）的形成、小腸黏膜細(xì)胞的吸收、被轉(zhuǎn)運(yùn)至門脈及淋巴循環(huán)及在肝臟中轉(zhuǎn)為VA或被貯存[2]。胡蘿卜中β-胡蘿卜素定位于細(xì)胞有色體的類囊體膜上，只有在食物的加工以及咀嚼等過(guò)程中細(xì)胞壁及膜等結(jié)構(gòu)被破壞，β-胡蘿卜素從食物中釋放出來(lái)后才能被人體吸收[3-4]。生物接近度用于描述其從食品基質(zhì)中釋放到胃腸道以及被包被在脂質(zhì)微粒中程度。

食物的加工制備過(guò)程影響其生物接近度，由于新鮮胡蘿卜中的β-胡蘿卜素的生物利用率僅為純品的21%，因此，加工方式對(duì)其生物接近度的影響顯得尤為重要。已有文獻(xiàn)報(bào)道了熱處理、高壓處理等加工方法對(duì)胡蘿卜中的β-胡蘿卜素生物接近度的影響，但也許是由于原料狀態(tài)（汁、塊、條、片等）、處理參數(shù)的差異（溫度、時(shí)間、壓力等）等原因，已有的研究結(jié)果彼此矛盾。例如：Tydeman等[3]報(bào)道了蒸汽加熱和沸水處理（100 ℃、20 min，胡蘿卜片）使胡蘿卜的細(xì)胞彼此分離（擦成絲狀），從而造成β-胡蘿卜素的膠囊包埋效應(yīng)，使得其生物接近度下降，而Knockaert等[5]的研究則表明沸水處理（70℃、2 min；90℃、10 min）使β-胡蘿卜素的生物接近度提高了1.4～1.5 倍（切成片狀）。

類胡蘿卜素是一種脂溶性營(yíng)養(yǎng)素，通常認(rèn)為油脂能促進(jìn)類胡蘿卜素的吸收利用，這是因?yàn)橐环矫嬗椭峁┝艘粋€(gè)疏水區(qū)域，在消化過(guò)程中使胡蘿卜素溶于其中，促進(jìn)其轉(zhuǎn)運(yùn)到脂質(zhì)微粒中；另一方面，油脂可促進(jìn)膽鹽和胰脂酶的分泌，有利于脂質(zhì)膠束的形成，從而增加小腸細(xì)胞的吸收[6-8]。如de Jesus Ornelas-Paz 等[9]研究表明：在不同成熟度（早期、中期、完全成熟）的芒果中加入雞肉，膠束化率分別增加了25.7%、114.4%和231.1%，Hornero-Méndez等[10]在胡蘿卜渣（切碎）中加入油脂（5%、10%橄欖油），膠束化率隨油脂添加量的增加而增加，但是與此同時(shí)，也有研究報(bào)道了油脂對(duì)生物接近度無(wú)顯著影響，如Knockaert等[6]研究表明：在胡蘿卜泥高壓均質(zhì)處理前加入油脂（5%橄欖油），對(duì)β-胡蘿卜素的釋放率無(wú)顯著影響，F(xiàn)leshman等[11]的研究表明：添加2.5%～3%油脂對(duì)甜瓜β-胡蘿卜素的膠束化率無(wú)顯著影響。

本實(shí)驗(yàn)采用靜態(tài)體外消化法，以釋放率和膠束化率為指標(biāo)評(píng)估β-胡蘿卜素生物接近度，研究了不同機(jī)械加工方式（1 mm×1 mm×1 mm切丁、2 mm×2 mm×2 mm切丁、打漿）和油脂（添加量0%、3%、5%、10%）對(duì)β-胡蘿卜素生物接近度的影響。本研究對(duì)于選擇胡蘿卜合適的加工方式、有效提高β-胡蘿卜素生物利用率具有重要的指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

胡蘿卜購(gòu)于當(dāng)?shù)爻?；食用調(diào)和油（食品級(jí)） 中糧北海糧油工業(yè)有限公司。

正己烷（分析純） 天津大茂化學(xué)試劑廠；丙酮（分析純） 洛陽(yáng)昊華化學(xué)試劑廠；無(wú)水乙醇（分析純） 天津德恩化學(xué)試劑廠；胃蛋白酶、胰酶、膽鹽（均為生化級(jí)）、β-胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)品（純度98%） 美國(guó)Sigma公司。

1.2 儀器與設(shè)備

FA1004 型分析天平 上海上平儀器公司；LGL-18C型高速臺(tái)式離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠；NPW-12型水浴氮吹儀 合肥艾本科學(xué)儀器有限公司；1260高效液相色譜儀 美國(guó)安捷倫公司；PHS-3C pH計(jì) 上海宇隆儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

切丁：胡蘿卜→清洗→削皮→切?。? mm× 1 mm×1 mm、2 mm×2 mm×2 mm）；打漿：胡蘿卜→清洗→削皮→家用打漿機(jī)打打成泥漿狀。

為了研究油脂對(duì)β-胡蘿卜素生物接近度的影響，在部分樣品中加入3%、5%、10%的食用油。

1.3.2 體外消化法

[8,10,12]，做適當(dāng)修改。將10 g樣品、15 mL電解質(zhì)溶液（50 mmol/L NaCl、14 mmol/L KCl、3.5 mmol/L KH2PO4、10 mmol/L CaCl2·2H2O、3.6 mmol/L MgCl2·6H2O）放入150 mL三角瓶中，用1 mol/L HCl調(diào)節(jié)pH值至2.00±0.05，加2 mL胃蛋白酶（50.25 mg/mL，胃蛋白酶溶于0.1 mol/L HCl）封口放入搖床，于37 ℃、95 r/min消化1 h。取出三角瓶，用1 mol/L NaHCO3調(diào)節(jié)pH值至6.90±0.05，加入9 mL膽鹽-胰酶液（31.13、5 mg/mL；膽鹽、胰酶溶于0.1 mol/L NaHCO3）封口放入搖床于37 ℃、95 r/min消化2 h。消化結(jié)束后，于5 000×g離心10 min得到上清液，用于分析β-胡蘿卜素從食物中釋放出來(lái)的程度（釋放率），按式（1）計(jì)算釋放率；上清液過(guò)0.22 μm濾膜得到膠束，用于分析β-胡蘿卜素可能被小腸吸收的程度（膠束化率），按式（2）計(jì)算膠束化率。酶液和樣品需實(shí)驗(yàn)當(dāng)天準(zhǔn)備，每個(gè)樣品重復(fù)3次。

式中：m1為上清液中β-胡蘿卜素的含量/（μg/g）；m2為膠束中β-胡蘿卜素的含量/（μg/g）；m3為胡蘿卜中β-胡蘿卜素的含量/（μg/g）。

1.3.3 β-胡蘿卜素的萃取

稱1 g鮮胡蘿卜樣品于研缽中，放入少量石英砂，用50 mL萃取劑（正己烷、乙醇、丙酮體積比50∶25∶25）分?jǐn)?shù)次研磨提取，直到萃取劑和渣為無(wú)色。合并萃取液，加入15 mL蒸餾水和1 g CaCl2·2H2O，振蕩，避光靜止分層；取分層后的上層有機(jī)相，待測(cè)。

在上清液或膠束中加入等體積萃取劑，輕微振蕩，避光靜止分層；重復(fù)2 次，合并分層后的有機(jī)相；用氮吹儀吹干后定容，待測(cè)。

1.3.4 β-胡蘿卜素的測(cè)定

采用高效液相色譜外標(biāo)法定量測(cè)定待測(cè)樣品液中β-胡蘿卜素含量。

高效液相色譜法（high performance liquid chromatography，HPLC）條件：色譜柱：ZORBAX SBC18；柱溫：25 ℃；流速：1.2 mL/min；進(jìn)樣量：10 μL；流動(dòng)相A：甲醇，流動(dòng)相B：乙酸乙酯；線性梯度洗脫：0～15 min，90%～85% A，15～30 min，85%～70% A；檢測(cè)器波長(zhǎng)范圍：190～550 nm；檢測(cè)波長(zhǎng)：450 nm，胡蘿卜中β-胡蘿卜素的色譜圖和光譜圖分別見(jiàn)圖1、2。

圖1 胡蘿卜中類胡蘿卜素提取物的HPLC圖（450 nm）Fig.1 HPLC chromatogram of carotenoids extracted from carrots (450 nm)

圖2 胡蘿卜中β-胡蘿卜素的紫外-可見(jiàn)光譜圖Fig.2 UV-visible absorption spectrum of β-carotene in carrots

標(biāo)準(zhǔn)曲線制作：精密稱取β-胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)品5 mg，溶于25 mL二氯甲烷中，得到β-胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)品儲(chǔ)備液（質(zhì)量濃度為200 μg/mL）。用流動(dòng)相將儲(chǔ)備液分別稀釋為質(zhì)量濃度2、4、10、20、40、100 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)品使用液，進(jìn)行HPLC檢測(cè)。以峰面積為縱坐標(biāo)，以溶液質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，進(jìn)行線性回歸，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=79.526x+13.980，R2=0.999。

樣品中β-胡蘿卜素的含量測(cè)定：取待測(cè)樣品過(guò)0.45 μm濾膜，進(jìn)行HPLC分析。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)得樣品中β-胡蘿卜素質(zhì)量濃度，并計(jì)算胡蘿卜、上清液和膠束中β-胡蘿卜素的含量。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

用DPS3.01數(shù)據(jù)處理軟件，對(duì)不同樣品的釋放率和膠束化率進(jìn)行0.01水平上的單因素試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 機(jī)械加工方式對(duì)β-胡蘿卜素生物接近度的影響

圖3 不同加工方式對(duì)β-胡蘿卜素釋放率的影響Fig.3 Effect of different mechanical processing methods on β-carotene bioaccessibility in the supernatant phase

由圖3可知，在同一油脂添加量條件下，打漿處理胡蘿卜中β-胡蘿卜素的釋放率都顯著高于切丁處理（1 mm×1 mm×1 mm、2 mm×2 mm×2 mm）。在未加油脂時(shí)，打漿處理的釋放率為2.069%，約為1 mm×1 mm×1 mm切丁處理的2倍，約為2 mm×2 mm×2 mm切丁處理的6 倍；油脂添加量為10%時(shí)，打漿處理的釋放率為32.565%，分別約為1 mm×1 mm×1 mm、2 mm×2 mm×2 mm切丁處理的5.2、7.9倍。同時(shí)，未加油脂和油脂添加量添加10%時(shí)，切丁1 mm×1 mm×1 mm的釋放率顯著高于2 mm×2 mm×2 mm，添加3%和5%油脂條件下，兩種切丁處理的釋放率差異不顯著。

由圖4可知，在同一油脂添加量條件下，3種處理方式后β-胡蘿卜素的膠束化率之間的差異均顯著，膠束化率從大至小的順序?yàn)榇驖{處理、1 mm×1 mm×1 mm切丁、2 mm×2 mm×2 mm切丁。未加油脂時(shí)，打漿處理的膠束化率（0.324%）約為1 mm×1 mm×1 mm切丁處理的1.4倍，約為2 mm×2 mm×2 mm切丁處理的3倍。

圖4 不同機(jī)械加工方式對(duì)β-胡蘿卜素膠束化率的影響Fig.4 Effect of different mechanical processing methods on β-carotene bioaccessibility in the micellar phase

從上述分析可看出，胡蘿卜中β-胡蘿卜素的釋放率和膠束化率都隨胡蘿卜細(xì)胞的破碎程度的增大而增大，即β-胡蘿卜素的生物接近度隨細(xì)胞破碎程度的增大而增大。這與β-胡蘿卜素在胡蘿卜中的存在位置和物理狀態(tài)有關(guān)。在鮮胡蘿卜中，β-胡蘿卜素以晶體狀態(tài)存在于細(xì)胞（被細(xì)胞壁，細(xì)胞膜包圍）有色體（雙分子層）的類囊體膜上[6]，在機(jī)械處理過(guò)程中，細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、類囊體膜被破壞，從而使β-胡蘿卜素釋放至消化液中。打漿處理相對(duì)于切分處理，細(xì)胞被破壞的程度高、被破壞細(xì)胞的數(shù)量多，因此，β-胡蘿卜素釋放至消化液中的數(shù)量就多（釋放率高），被膠束包被的數(shù)量也隨之增加（膠束化率高）。Tydeman等[4]研究則表明：在人體內(nèi)消化過(guò)程中，消化液僅使被消化胡蘿卜的外層細(xì)胞壁略微腫脹，多數(shù)細(xì)胞在消化后仍保持完整的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，阻礙了β-胡蘿卜素從類囊體膜向消化液中的釋放。因此，機(jī)械加工方式對(duì)于β-胡蘿卜素的生物接近度的影響至關(guān)重要。

目前，多數(shù)采用靜態(tài)體外消化法測(cè)定β-胡蘿卜素的生物接近度的報(bào)道中，研究者更注重體外消化條件對(duì)人體胃腸道的模擬，只有少數(shù)研究者注意到對(duì)人體口腔咀嚼作用的模擬，樣品的前處理方式也有較大差異。從本實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果可推測(cè)，口腔咀嚼和樣品的前處理方式對(duì)于測(cè)定結(jié)果將有極大影響，這也是導(dǎo)致研究結(jié)果差異較大，有時(shí)甚至相互矛盾的一個(gè)重要原因。

2.2 油脂添加量對(duì)β-胡蘿卜素生物接近度的影響

圖5 不同油脂添加量對(duì)β-胡蘿卜素釋放率的影響Fig.5 Effect of amount of oil added on β-carotene bioaccessibility in the supernatant phase

圖6 不同油脂添加量對(duì)β-胡蘿卜素膠束化率的影響Fig.6 Effect of amount of oil added on β-carotene bioaccessibility in the micellar phase

表1 1β-胡蘿卜素的釋放率和膠束化率隨油脂添加量變化的線性回歸方程Table 1 Linear regression equations ofβ-carotene in supernatant and micellar phases as a function of amount of oil added

圖5、6為不同油脂添加量對(duì)胡蘿卜中β-胡蘿卜素的釋放率和膠束化率的影響，表1為不同粒度胡蘿卜中β-胡蘿卜素的釋放率和膠束化率與油脂添加量間的回歸方程和相關(guān)系數(shù)，油脂添加量選擇在正常膳食中油脂含量范圍內(nèi)（10%以下）[6,10-11]。由圖5、6和表1可知，不同油脂添加量均提高了3種粒度不同的胡蘿卜中β-胡蘿卜素的釋放率和膠束化率，且釋放率和膠束化率均隨油脂添加量的增加呈線性增長(zhǎng)趨勢(shì)，釋放率、膠束化率與油脂添加量線性回歸方程的R2均大于0.88（表1）；但不同胡蘿卜粒度中β-胡蘿卜素的釋放率和膠束化率的增長(zhǎng)幅度有較大差異，表現(xiàn)為線性回歸方程的斜率顯著不同，增長(zhǎng)幅度由大至小的順序?yàn)椋捍驖{處理、1 mm×1 mm×1 mm切丁、2 mm×2 mm×2 mm切丁。如油脂添加量從0%～10%時(shí)，打漿處理β-胡蘿卜素的釋放率由2.069%增至32.565% ，膠束化率由0.324%增長(zhǎng)至1.999%，分別增長(zhǎng)了約15、5倍，而1 mm×1 mm×1 mm、2 mm×2 mm×2 mm的釋放率分別增長(zhǎng)了約5、11倍，膠束化率分別增長(zhǎng)了3、1倍。差異顯著性分析表明，同一種機(jī)械加工方式下，10%油脂添加量條件下的釋放率和膠束化率都顯著高于其他油脂添加量（0%、3%和5%）；3%、5%油脂添加量條件下的釋放率和膠束化率都顯著高于無(wú)油脂添加，但二者之間差異不顯著（打漿時(shí)的釋放率除外）。

類胡蘿卜素是一種脂溶性營(yíng)養(yǎng)素，目前通常認(rèn)為膳食油脂一方面提供了一個(gè)疏水區(qū)域，在消化過(guò)程中使類胡蘿卜素溶于其中，促進(jìn)其轉(zhuǎn)運(yùn)到脂質(zhì)微粒中，從而更利于小腸細(xì)胞的吸收；另一方面，油脂可促進(jìn)膽鹽和胰脂酶的分泌，從而有利于脂質(zhì)膠束的形成，增加小腸細(xì)胞的吸收[6,8]。例如，Homero-Mendez 等[10]的研究表明在胡蘿卜烹調(diào)過(guò)程中或鮮胡蘿卜消化前加入橄欖油（添加量5、10%）均有利于類胡蘿卜素的膠束化率的提高；de Jesus Ornelas-Paz等[9]的研究表明加入雞肉可促進(jìn)不同成熟度的芒果泥中的β-胡蘿卜素的膠束化率。但也有不同的研究結(jié)論出現(xiàn)，如Knockaert等[6]研究表明：在胡蘿卜泥高壓均質(zhì)處理前加入油脂（5%橄欖油），對(duì)β-胡蘿卜素的釋放率無(wú)顯著影響；Schweiggert等[12]的研究表明：添加2.5%～3%油脂對(duì)甜瓜β-胡蘿卜素的膠束化率無(wú)顯著影響。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持前一結(jié)論，即油脂提高了β-胡蘿卜素的生物接近度。同時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同機(jī)械處理的胡蘿卜，油脂提高β-胡蘿卜素生物接近度的程度有所不同，提高程度由大至小的順序依次為漿狀、1 mm×1 mm×1 mm切丁、2 mm×2 mm×2 mm切丁。機(jī)械加工使胡蘿卜的粒度越小，細(xì)胞破壞程度越大，使更多定位于細(xì)胞類囊體膜上β-胡蘿卜素有機(jī)會(huì)接觸到油脂，并溶于其中，從而使釋放率增加的比例增大；進(jìn)而使得其向膠束中轉(zhuǎn)移的推動(dòng)力增大，膠束化率增加的比例也因此提高。

2.3 釋放率與膠束化率的關(guān)系

圖7 釋放率和膠束化率的關(guān)系Fig.7 Relationship of β-carotene in the supernatant and micellar phases

由圖7可知，釋放率與膠束化率間成良好的線性關(guān)系，即膠束化率隨釋放率的增加而增加。

3 結(jié) 論

機(jī)械加工方式和油脂對(duì)胡蘿卜中β-胡蘿卜素的生物接近度影響顯著。機(jī)械加工處理對(duì)胡蘿卜細(xì)胞的破碎程度越大、油脂添加量越高，β-胡蘿卜素的生物接近度越高；且隨細(xì)胞破碎程度的增加，油脂對(duì)β-胡蘿卜素生物接近度提高的幅度也隨之增加。

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Effect of Mechanical Processing and Dietary Lipids on β-Carotene Bioaccessibility of Carrots

FAN Jin-ling1, SONG Hui-juan1, SUN Yu-yu2, ZHANG Jin-di1, ZHU Wen-xue1,*
(1. College of Food and Bioengineering, Henan University of Science and Technology, Luoyang 471023, China; 2. Department of Environmental Engineering and Chemistry, Luoyang Institute of Science and Technology, Luoyang 471023, China)

The effect of mechanical processing and oil addition on the bioaccessibility of β-carotene from carrots was investigated. β-Carotene concentration was determined by high performance liquid chromatography (HPLC) and the bioaccessibility of β-carotene from three types of processed carrots (1 mm cubes, 8 mm cubes and grated carrot) was assessed by in vitro digestion model. The fraction of β-carotene transferred from the food matrix to a supernatant and a micellar phase was also investigated. The highest bioaccessibility of β-carotene measured in the supernatant and the micellar phase was observed in grated carrots, followed by 1 mm cubes and 8 mm cubes. The bioaccessibility of β-carotene in both the supernatant and the micellar phase was greatly enhanced after oil addition and highly correlated with oil content. Although the above-mentioned ranking of bioaccessibility remained unchanged after oil addition, there was a significant difference in increment rate among three types of mechanical processed carrots. Compared with no oil addition, the addition of 10% oil could result in approximately 16-fold and 6-fold increases in β-carotene bioaccessibility of the supernatant and the micellar phase from grated carrots, approximately 6-fold and 4-fold increases for 1 mm cubes, and 12-fold and 2-fold increases for 8 mm cubes, respectively.

carrots; β-carotene; mechanical processing; dietary oil; in vitro digestion; bioaccessibility

TS201.1

A

1002-6630（2014）15-0025-05

10.7506/spkx1002-6630-201415006

2013-06-30

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（31171723）

樊金玲（1973—），女，教授，博士，研究方向?yàn)樘烊划a(chǎn)物化學(xué)。E-mail：fanjinling@haust.edu.cn

*通信作者：朱文學(xué)（1967—），男，教授，博士，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工。E-mail：zwx@mail.haust.edu.cn