微生物發(fā)酵醋糟的研究進(jìn)展

鄧永平，辛嘉英*，鄭洛昀，劉曉蘭，艾瑞波，郭建華

（1.哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院省高校食品科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江哈爾濱150076；2.齊齊哈爾大學(xué)農(nóng)產(chǎn)品加工黑龍江省普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江齊齊哈爾161006）

微生物發(fā)酵醋糟的研究進(jìn)展

鄧永平1,2，辛嘉英1*，鄭洛昀1，劉曉蘭2，艾瑞波2，郭建華2

（1.哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院省高校食品科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江哈爾濱150076；2.齊齊哈爾大學(xué)農(nóng)產(chǎn)品加工黑龍江省普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江齊齊哈爾161006）

醋糟是釀醋的下腳料，其酸性大、腐爛慢，易污染環(huán)境。通過現(xiàn)代生物發(fā)酵技術(shù)，可以變廢為寶，既可減少醋糟對(duì)環(huán)境的污染，又可實(shí)現(xiàn)醋糟資源的再利用。該文介紹了醋糟在發(fā)酵飼料、酶、益生菌、能源制備和有機(jī)肥生產(chǎn)方面的研究進(jìn)展，從而為醋糟資源的研發(fā)提供參考和依據(jù)。

醋糟；微生物；發(fā)酵；飼料；酶；有機(jī)肥

醋具有多種生理功能，《本草綱目》中有“醋能消腫、散水氣、殺邪毒、理諸藥”之說。在我國，釀造歷史悠久，醋的品種繁多。醋糟是以淀粉質(zhì)原料為主料固態(tài)發(fā)酵釀造食醋過程中產(chǎn)生的殘?jiān)?，年產(chǎn)量巨大[1]。不同來源（如山西、天津、四川等）的醋糟含水量極高（約70%），蛋白質(zhì)含量低（6%～12%），粗纖維含量高（15%～35%），而且pH較低，不易降解，直接排放易造成環(huán)境污染[2-6]。因此，醋糟的有效利用一直是研究人員關(guān)注的問題。

目前，醋糟的主要利用方式有飼料原料、食用菌栽培基質(zhì)和植物無土栽培基質(zhì)、循環(huán)回用等[7-10]。近年來，還有較多關(guān)于微生物發(fā)酵醋糟制備發(fā)酵飼料及制氫的報(bào)道，開辟了醋糟開發(fā)利用的新途徑。本文對(duì)微生物發(fā)酵醋糟制備發(fā)酵飼料和微生態(tài)制劑、制備能源和有機(jī)肥生產(chǎn)方面的研究進(jìn)展和現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，旨在為醋糟的開發(fā)利用提供一定的參考。

1　微生物發(fā)酵醋糟制備發(fā)酵飼料或微生態(tài)制劑

1.1微生物發(fā)酵醋糟制備發(fā)酵飼料

近年來，由于世界范圍內(nèi)糧食的短缺和飼料工業(yè)的快速發(fā)展，致使常規(guī)飼料原料的供應(yīng)日趨緊張。因此，開發(fā)利用非常規(guī)飼料資源便成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。我國飼料工業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃也指出要廣辟飼料來源，加大非常規(guī)飼料資源開發(fā)力度。崔耀明等[3]測(cè)定了山西老陳醋醋糟的營養(yǎng)成分，發(fā)現(xiàn)醋糟中含有多種無機(jī)離子、維生素和較豐富的纖維成分，是一種新型的飼料原料。在反芻動(dòng)物和草食動(dòng)物飼養(yǎng)中可將醋糟直接用于配制動(dòng)物日糧，替代部分其他飼料，既可以降低飼喂成本，也可以緩解我國畜牧業(yè)飼料資源相對(duì)匱乏的現(xiàn)狀[5]。但是，其他單胃動(dòng)物對(duì)醋糟的直接利用率極低[6]。

微生物營養(yǎng)譜寬廣，大量研究表明，醋糟可以作為酵母菌和霉菌的培養(yǎng)基生產(chǎn)發(fā)酵飼料。微生物發(fā)酵后可以有效地降低醋糟粗纖維含量，提高其蛋白質(zhì)的含量，提高動(dòng)物的消化利用率。酵母菌細(xì)胞蛋白質(zhì)含量高，是生產(chǎn)富含蛋白質(zhì)飼料的常用菌株[11-12]。但是酵母單獨(dú)發(fā)酵醋糟生產(chǎn)醋糟生物蛋白飼料，醋糟中含有的殘留淀粉不易被酵母菌吸收利用，單寧則有苦澀味，導(dǎo)致飼料的適口性較差，因此研究人員們將生產(chǎn)工藝由單菌種發(fā)酵改為雙菌種或多菌種混合發(fā)酵。醋糟中的粗纖維及殘留淀粉作為誘導(dǎo)物可以誘導(dǎo)某些霉菌產(chǎn)生纖維素酶、木聚糖酶、淀粉酶等，從而將醋糟中所含的粗纖維及淀粉降解為單糖或二糖，配合蛋白質(zhì)含量高的酵母菌共同發(fā)酵即可制備出富含優(yōu)質(zhì)蛋白的生物發(fā)酵飼料，從而提高醋糟的營養(yǎng)價(jià)值，改善其適口性。

張建新等[13]利用擔(dān)子菌和酵母菌混合發(fā)酵醋糟培養(yǎng)基，培養(yǎng)基料水比1∶1.2（g∶mL），初始pH 6.5，在27℃發(fā)酵后提高了醋糟中蛋白質(zhì)的含量，明顯降低了粗纖維的含量，提高了醋糟的營養(yǎng)價(jià)值。云春鳳等[4]探討了白腐真菌和黑曲霉（Aspergillus niger）混合發(fā)酵的接種時(shí)間對(duì)鮮醋糟中的氨基酸和粗纖維的影響，結(jié)果表明，在鮮醋糟培養(yǎng)基中接入白腐真菌培養(yǎng)9 d后接入黑曲霉，混合發(fā)酵24 d后，氨基酸總量較發(fā)酵前提高了170%，氨基酸總量占粗蛋白總量的比率提高至85.25%，必需氨基酸總量占氨基酸總量的比率提高至42.25%。

果醋是近些年深受大眾喜愛的保健飲品，釀造果醋產(chǎn)生的糟渣含有一定比例的粗蛋白、粗脂肪及部分殘?zhí)?，直接作為飼料價(jià)值較低，但是適合微生物的生長(zhǎng)繁殖。史曉華等[14]以櫻桃醋糟為主料，玉米粉為輔料，利用黑曲霉（Aspergillus niger）SC203、米曲霉（Aspergillus oryzae）SC213、酵母菌SL-Y203共同發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料，發(fā)現(xiàn)3種菌共同發(fā)酵效果優(yōu)于單菌發(fā)酵，黑曲霉代謝產(chǎn)物中含較高活性的纖維素酶和淀粉酶，可以降解櫻桃醋糟中的抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)及纖維素；米曲霉可以賦予飼料特有的酸甜味道，改善適口性；酵母菌富含蛋白質(zhì)，最終確定接種量為11%，三種菌接種比例為2∶1∶2，30℃發(fā)酵4 d后，與未發(fā)酵醋糟相比，飼料中粗蛋白含量提高了30.8%，粗纖維含量降低了6.4%。于磊娟等[15]通過改進(jìn)接種比例對(duì)該工藝進(jìn)行了優(yōu)化，櫻桃醋糟培養(yǎng)基輔以1.5%硫酸銨和20%玉米粉，調(diào)節(jié)初始pH值為6.0，首先接種米曲霉，1 d后接種黑曲霉，2 d后接種酵母菌，接菌比例為3∶4∶4，接種量11%，發(fā)酵溫度30℃。發(fā)酵96 h后，飼料中粗蛋白可達(dá)38.7%，較櫻桃醋糟提高了約5倍，粗纖維含量降低34.8%，既提高了飼料的營養(yǎng)價(jià)值，又提高了適口性。

制備醋糟發(fā)酵飼料主要采用固體發(fā)酵的方式，為了提高固體發(fā)酵效價(jià)，林克龍等[16]利用自行研制的轉(zhuǎn)鼓式反應(yīng)器對(duì)醋糟固體發(fā)酵工藝進(jìn)行了研究。確定干醋糟和麩皮的比例為8∶2，初始含水量為65%，將熱帶假絲酵母（Candida tropicalis）、綠色木霉（Trichoderma viride）以3∶1的比例同時(shí)接入發(fā)酵培養(yǎng)基，在30℃通氣（65 L/min）培養(yǎng)48 h，每4 h攪拌一次，發(fā)酵后醋糟中真蛋白含量可以提高至19.7%。

梁靜波等[17]以餐廚垃圾和醋糟為原料，利用混菌固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料，確定最佳工藝條件為餐廚垃圾和醋糟添加質(zhì)量比為67∶33，接種量為10.46%，菌種由平菇（Pleurotus ostreatus）、釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）、產(chǎn)朊假絲酵母（Candida utilis）和枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）按一定比例組成，尿素添加量為2.9%，發(fā)酵產(chǎn)物真蛋白含量為24.04%，較初始條件提高28.97%。

通過微生物發(fā)酵可以提高醋糟中蛋白質(zhì)的含量，降低粗纖維的含量，提高醋糟的營養(yǎng)價(jià)值，改善適口性，同時(shí)，微生物發(fā)酵醋糟還可以產(chǎn)生其他生物活性物質(zhì)，如酶類、抗氧化活性物質(zhì)等，可以提高動(dòng)物對(duì)飼料的消化利用率、增強(qiáng)防病抗病能力、改善體色、降低環(huán)境污染等。經(jīng)過微生物發(fā)酵可以進(jìn)一步拓寬醋糟在養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用范圍，降低養(yǎng)殖業(yè)成本，產(chǎn)生較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1.2微生物發(fā)酵醋糟產(chǎn)酶

在飼料中添酶制劑可以降低飼料的黏度，不僅能提高飼料的消化率和利用率，提高禽畜及魚類的生產(chǎn)性能，還能減少禽畜排泄物中的氮、磷的排泄量，減輕污染治理成本，有十分廣闊的應(yīng)用前景。醋糟是一種廉價(jià)的固體發(fā)酵原料，醋糟結(jié)構(gòu)疏松，通風(fēng)良好，非常適合好氧菌的生長(zhǎng)和代謝。霉菌是利用醋糟發(fā)酵產(chǎn)酶的優(yōu)勢(shì)菌。

LIU J等[18-19]測(cè)定了醋糟的部分理化性質(zhì)，研究了康寧木霉（Trichoderma koningii）AS 3.4262固體發(fā)酵醋糟產(chǎn)纖維素酶和植酸酶的工藝，確定培養(yǎng)基含40%醋糟、1%（NH4）2SO4、0.2%K2HPO4、0.1%MgSO4·7H2O，初始pH為5.0，在30℃發(fā)酵84 h，其中纖維素酶活力23.76 IU/g、植酸酶活力6.90 IU/g。

白玉明等[20]采用多菌種固態(tài)發(fā)酵醬油渣、醋糟制備飼用復(fù)合酶，所用菌種為木霉（Trichodermasp.）、扣囊擬內(nèi)孢霉（Endomycopsis fibuligera）AS2.1145和絲孢酵母（Thichospron cuteneum）2057，培養(yǎng)料配比為醬油渣∶醋糟∶麥麩∶玉米面=6∶2∶2∶1，按所選各項(xiàng)條件曲盤培養(yǎng)42 h后，物料收率為82%左右，蛋白含量24.5%左右，纖維素酶活2 750 U/g，糖化酶活1 800 U/g，蛋白酶活1 100 U/g和3.5×109CFU/g。

WANG Z H等[21-22]研究發(fā)現(xiàn)無花果曲霉（Aspergillus ficuum）能在單一醋糟培養(yǎng)基中很好地生長(zhǎng)并且產(chǎn)生植酸酶，干物質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)物中最高酶活達(dá)8.74 U/g。將該酶用于飼喂試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，蛋雞排泄物中磷含量減少了22.14%，并且可降低飼喂成本。

利用微生物發(fā)酵醋糟制備酶具有成本低、附加值較高的優(yōu)點(diǎn)，但是，提取目的產(chǎn)物之后產(chǎn)生的未完全發(fā)酵的殘余物如果直接排放不僅浪費(fèi)資源，還會(huì)造成環(huán)境污染，如何處理還需要進(jìn)一步研究探討。

1.3微生物發(fā)酵醋糟生產(chǎn)活菌

除了通過微生物發(fā)酵改善醋糟的發(fā)酵品質(zhì)，還可以采用物理、化學(xué)手段與生物處理相結(jié)合的方法。李小連等[23]采用水熱處理結(jié)合纖維素酶酶解技術(shù)對(duì)醋糟進(jìn)行了預(yù)處理，制得葡萄糖質(zhì)量濃度為27 g/L的醋糟酶解液，利用該醋糟酶解液作為液體發(fā)酵培養(yǎng)基，發(fā)酵生產(chǎn)枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）TS-02活菌制劑，培養(yǎng)44 h時(shí)活菌數(shù)高達(dá)4.64×1010CFU/mL；在7 L發(fā)酵罐中發(fā)酵22 h，活菌數(shù)達(dá)6.16×1010CFU/mL，產(chǎn)量高于葡萄糖培養(yǎng)基產(chǎn)量。但是，采用外加纖維素酶降解技術(shù)預(yù)處理醋糟的成本較高。

2　用于發(fā)酵制備能源

能源短缺是全球問題，我國目前處于快速發(fā)展時(shí)期，對(duì)能源需求巨大，積極推動(dòng)能源科技革命，大力發(fā)展可再生能源和清潔能源，是發(fā)展的重中之重。醋糟厭氧發(fā)酵產(chǎn)能，不僅可以使這種廢物轉(zhuǎn)化為能源，也可減輕對(duì)環(huán)境的污染，具有很好的工業(yè)應(yīng)用前景。

2.1發(fā)酵醋糟產(chǎn)甲烷

魏本平等[24]對(duì)批式干發(fā)酵醋糟產(chǎn)沼氣進(jìn)行了研究。確定了醋糟是良好的干發(fā)酵產(chǎn)沼氣的原料。在發(fā)酵初始料液總固體量為23.7%的條件下，35℃培養(yǎng)時(shí)原料產(chǎn)氣率比25℃培養(yǎng)提高了24.3%，池容產(chǎn)氣率提高21.4%。

賈志莉等[25]研究了在中溫條件下混菌發(fā)酵醬糟和醋糟混合物產(chǎn)沼氣的情況。研究發(fā)現(xiàn)，單一醬渣培養(yǎng)菌種的延滯期為17.46 d，混合物培養(yǎng)明顯縮短了延滯期，為3.00～3.83 d；混合發(fā)酵組產(chǎn)甲烷量最多提高了14%；發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣中甲烷體積分?jǐn)?shù)在65%～70%；醬、醋糟發(fā)酵的產(chǎn)酸類型以乙酸型發(fā)酵為主。

FENG L等[26]發(fā)現(xiàn)活性污泥接種比例（feed to inoculum ratio，F(xiàn)/I）為1時(shí)甲烷的產(chǎn)量最高，可以達(dá)到242.69 mL/g VS。LI L等[27]研究了在連續(xù)攪拌罐反應(yīng)器中醋糟厭氧消化（anaerobic digestion，AD）產(chǎn)甲烷的情況。在有機(jī)負(fù)荷率（organic loading rate，OLR）為2.5 gVS/Ld時(shí)甲烷最高產(chǎn)率為581.88 mL/L。廢液的再循環(huán)能夠有效地中和醋糟的酸度，提高原料的pH值，增強(qiáng)厭氧消化系統(tǒng)的緩沖能力。

為了提高醋糟的生物能源氣體轉(zhuǎn)化，WANG Z B等[28]在兩階段的厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中對(duì)醋糟和厭氧污泥的預(yù)處理進(jìn)行了研究。堿預(yù)處理厭氧污泥能夠有效地富集氫；鹽酸處理醋糟會(huì)釋放更多的有機(jī)成分，將醋糟的非晶纖維素結(jié)構(gòu)顯著分解。通過醋糟和厭氧污泥的預(yù)處理增強(qiáng)了產(chǎn)氫量，獲得較短的延遲期和發(fā)酵周期，兩級(jí)厭氧發(fā)酵具有更高的效率。

FENG J Y等[29]為了進(jìn)一步提高醋糟厭氧發(fā)酵的轉(zhuǎn)化率，采用蒸汽爆破對(duì)醋糟進(jìn)行預(yù)處理，破壞了醋糟的纖維結(jié)構(gòu)，與未處理醋糟相比，發(fā)酵后甲烷產(chǎn)量提高了27.65%，且預(yù)處理不影響厭氧發(fā)酵的穩(wěn)定性。

2.2發(fā)酵醋糟產(chǎn)氫

馬海樂等[30]以預(yù)處理的牛糞為接種物，研究了醋糟固體發(fā)酵產(chǎn)氫的情況，在批式反應(yīng)器中，當(dāng)有機(jī)負(fù)荷（food/ microbe，F(xiàn)/M）為1.65、醋糟加量為16.90 g/200 mL水、初始pH值6.02、發(fā)酵溫度為37.66℃時(shí)，產(chǎn)氫量最高達(dá)到33.73 mL/g TS。邵淑萍等[31]在中溫條件下，采用批式發(fā)酵方式，以活性污泥為接種物，研究了醋糟厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫的情況。結(jié)果表明，最佳碳氮源比例為40，添加氯化銨使產(chǎn)氫率最多提高了57%。

通過微生物發(fā)酵醋糟制備能源氣體具有綠色、環(huán)保、可持續(xù)的優(yōu)點(diǎn)，而且發(fā)酵后的殘余物可以用作肥料，具有巨大的發(fā)展空間。值得注意的是，醋糟的高酸度和高纖維含量不利于發(fā)酵，需要進(jìn)行醋糟的預(yù)處理，以降低酸度和纖維含量，同時(shí)，以牛糞或活性污泥作為接種物進(jìn)行批次發(fā)酵可能會(huì)使不同批次氣體產(chǎn)量出現(xiàn)差異，可以開發(fā)連續(xù)發(fā)酵工藝。

3　利用醋糟生產(chǎn)有機(jī)肥

堆肥化處理是有機(jī)固廢資源化利用的有效途徑，堆肥可以抑制多種土傳植物病原體，如黃單胞菌（Xanthomonas campestris）、黃萎病菌（Verticilliumspp.）、腐霉屬（Pythiumspp.）、大豆疫霉（Phytophthora）等[32-35]。但醋糟堆肥過程中產(chǎn)生的有機(jī)物中間代謝產(chǎn)物（如有機(jī)酸等）會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生毒害作用，并且如果堆肥產(chǎn)品腐熟度不夠，可能會(huì)造成植物根系缺氧[36]。因此，以確定的指標(biāo)判斷堆肥腐熟度來保證堆肥產(chǎn)品質(zhì)量在堆肥生產(chǎn)中是非常重要的。

孫德民等[37]研究表明，接種微生物可以促進(jìn)醋糟堆肥的物質(zhì)轉(zhuǎn)化；堆溫、可溶性碳含量會(huì)因含水率過低而降低，堆溫接近環(huán)境溫度、可溶性碳含量降到15 g/kg以下是醋糟堆肥腐熟的必要條件；由于其硝態(tài)氮含量過低，因此不宜作為腐熟指標(biāo)；pH值降到7以下、碳氮比降至16、銨態(tài)氮含量降到4 g/kg左右可以作為醋糟堆肥腐熟的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

為了探討醋糟發(fā)酵過程中氮素形態(tài)變化對(duì)pH值的影響，趙青松等[38]采用向醋糟堆體添加水分的兩階段條垛式堆肥發(fā)酵方法，堆肥完成后堆體總氮、氨氮、硝氮相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)均有所上升，堆體pH值從4.3升至6.3，有機(jī)物的含量從91.8%下降至83.2%，發(fā)芽指數(shù)（germination index，GI）達(dá)到102.3%。研究表明，經(jīng)兩階段堆肥發(fā)酵，醋糟堆體已完全腐熟。為了提高醋糟堆肥的效率，該課題組研究了分離自堆肥的嗜熱菌OP-2、根霉FM1和根霉SL10混合堆肥的效果，結(jié)果表明，混合接種可以加快醋糟堆肥速度，同時(shí)加速有機(jī)氮礦化，提高堆肥質(zhì)量[39]。

在醋糟有機(jī)肥生產(chǎn)過程中，混菌堆肥效果較好。但是在此過程中微生態(tài)關(guān)系復(fù)雜，容易受外界環(huán)境條件的影響，導(dǎo)致堆肥工藝不穩(wěn)定，除此之外，對(duì)接種堆肥的微生物之間的生態(tài)學(xué)關(guān)系了解較少，限制了該技術(shù)在堆肥過程中的進(jìn)一步應(yīng)用。

4　展望

對(duì)醋糟的綜合利用既能減輕環(huán)境的壓力，又可變廢為寶，進(jìn)一步節(jié)約淀粉類和蛋白質(zhì)類原料，真正能做到食醋生產(chǎn)企業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。但是，已有的報(bào)道大都處于實(shí)驗(yàn)室研究水平，因此應(yīng)加快研發(fā)力度，使之盡快產(chǎn)業(yè)化。通過校企合作，提高企業(yè)自主創(chuàng)新能力，充分利用現(xiàn)代生物發(fā)酵技術(shù)，將醋糟轉(zhuǎn)化為附加值高的發(fā)酵產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)桨l(fā)展，使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)勃發(fā)生機(jī)。

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Research advances of microbial fermentation of vinegar residues

DENG Yongping1,2,XIN Jiaying1*,ZHENG Luoyun1,LIU Xiaolan2,AI Ruibo2,GUO Jianhua2
(1.Key Laboratory for Food Science&Engineering,College of Food Engineering,Harbin University of Commerce,Harbin 150076,China; 2.Key Laboratory of Processing Agricultural Products of Heilongjiang Province,Qiqihar University,Qiqihar 161006,China)

The vinegar residue,a byproduct of brewing vinegar,has the characteristics of high acidity,slow rotting;therefore,it pollutes the environment.It can be valuable by modern biological fermentation technology,which can reduce the vinegar residue pollution to the environment,and also realize reuse of vinegar residue resources.In this paper,the research progresses of vinegar residue in fermentation feed,production of enzymes and probiotics,preparation of energy,production of organic fertilizer were introduced,which could provide reference and basis for the research and development of vinegar residue resources.

vinegar residue;microorganism;fermentation;feed;enzyme;organic fertilizer

Q815

0254-5071（2016）10-0005-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2016.10.002

2016-07-08

黑龍江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（C201329）；齊齊哈爾市科技局社會(huì)發(fā)展攻關(guān)項(xiàng)目（SFGG-201578）；山西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（指南）項(xiàng)目（201603D221027-3）；齊齊哈爾大學(xué)青年教師科學(xué)技術(shù)類科研啟動(dòng)支持計(jì)劃項(xiàng)目（2014k-Z08）

鄧永平（1978-），女，副教授，博士研究生，研究方向?yàn)槲⑸飳W(xué)與應(yīng)用酶學(xué)。

辛嘉英（1978-），男，教授，博士，研究方向?yàn)槭称坊瘜W(xué)。