添加劑對(duì)南美白對(duì)蝦凍藏期間蛋白質(zhì)變性的影響

曹淑敏，趙亞，石啟龍

(山東理工大學(xué) 農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，山東 淄博，255000)

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添加劑對(duì)南美白對(duì)蝦凍藏期間蛋白質(zhì)變性的影響

曹淑敏，趙亞，石啟龍*

(山東理工大學(xué) 農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，山東 淄博，255000)

以南美白對(duì)蝦為研究對(duì)象，在蝦肉中分別加入10%海藻糖、10%菊糖和5%麥芽糊精，將蝦肉置于-18 ℃下凍藏2個(gè)月，每隔15 d測(cè)定蝦肉肌原纖維蛋白的Ca2+- ATPase活性、鹽溶性蛋白含量、活性巰基含量和肌原纖維蛋白表面疏水性，探討糖類添加劑對(duì)蝦肉凍藏期間蛋白質(zhì)變性的影響。結(jié)果表明：海藻糖、菊糖和麥芽糊精均抑制了凍藏過程中蝦肉肌原纖維蛋白Ca2+- ATPase活性、鹽溶性蛋白含量、活性巰基含量的降低和表面疏水性升高的程度，延緩了南美白對(duì)蝦肉凍藏期間蛋白質(zhì)的冷凍變性。3種添加劑中，抗凍效果高低順序依次為：海藻糖、菊糖、麥芽糊精，其中添加海藻糖與菊糖處理間無顯著差異(P>0.05)，但兩者的抗冷凍變性效果均顯著高于添加麥芽糊精處理組(P<0.05)?；诓ＡЩD(zhuǎn)變理論，闡明了3種添加劑對(duì)蝦肉抗凍效果的機(jī)制，為水產(chǎn)品抗冷凍變性劑的篩選提供理論依據(jù)。

南美白對(duì)蝦；蛋白質(zhì)變性；肌原纖維蛋白；生化特性

南美白對(duì)蝦(PenaeusvannameiBoone)是世界養(yǎng)殖產(chǎn)量最高的三大蝦類之一，具有豐富的營養(yǎng)價(jià)值與保健功能。南美白對(duì)蝦蛋白質(zhì)和水分含量高，內(nèi)源性蛋白酶活性較強(qiáng)，蛋白質(zhì)降解作用較快。目前，鮮蝦冷凍是維持其品質(zhì)的常用方法，但在凍藏過程中經(jīng)常出現(xiàn)蛋白質(zhì)變性，導(dǎo)致蝦肉持水力和凝膠能力降低[1]。添加抗凍劑是緩解蝦肉冷凍變性常采用的方法。李姣等[2]、李學(xué)鵬等[3]研究表明，Ca2+-ATPase活性、疏水性與活性巰基可以作為蛋白質(zhì)變性程度的判定指標(biāo)。馬璐凱等[4]以焦磷酸鈉為對(duì)照，研究了海藻糖、海藻膠與寡糖對(duì)蝦肉蛋白質(zhì)冷凍變性的影響，結(jié)果表明，3種添加劑能有效降低冷凍蝦仁解凍汁液流失，防止肌原纖維蛋白Ca2+-ATPase活性降低。糖類作為抗冷凍保護(hù)劑在水產(chǎn)品凍藏過程中使用范圍較廣泛，工業(yè)上常用抗凍劑為蔗糖與山梨糖醇或者兩者混合物，但其甜度和熱量較高[5]。菊糖可促進(jìn)腸道益生菌增殖，而且熱量低，適合糖尿病、肥胖癥患者等特殊人群食用[6]。海藻糖甜度與熱量較低，而且具有提高機(jī)體免疫、抗腫瘤、抗輻射、降血脂等生物活性[7]。麥芽糊精甜度低、易消化，在食品工業(yè)中常用于乳化劑、增稠劑和成膜劑[8]。石啟龍等[5,9]研究表明，添加菊糖、海藻糖、麥芽糊精可提高南美白對(duì)蝦肉的最大冷凍濃縮溶液時(shí)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，縮短最大冰晶形成帶區(qū)域，理論上可提高蝦肉貯藏穩(wěn)定性，但有待于進(jìn)一步驗(yàn)證?；诖?，本文研究了海藻糖、菊糖和麥芽糊精對(duì)蝦肉凍藏期間肌原纖維蛋白生化特性影響，為蝦肉新型抗凍劑篩選提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鮮活南美白對(duì)蝦，2014.12月購于淄博市海盛水產(chǎn)品市場(chǎng)，長度(10.50±0.65) cm，質(zhì)量(11.24±1.50) g。冰溫猝死后，置于- 76℃冰箱凍藏待用。主要試劑：海藻糖、菊糖、麥芽糊精，食品級(jí)；牛血清蛋白、三羥甲基氨基甲烷(Tris)、馬來酸(maleate)、三氯乙酸(TCA)、Elon試劑、二硫-2-硝基苯甲酸(DTNB)、三磷酸腺苷二鈉、8-苯胺基-1-萘磺酸鈉、鉬酸銨、Na2HPO4、NaH2PO4、十二烷基硫酸鈉、濃H2SO4、NaOH、HCl、KCl、Na2SO3等，分析純。

DW-FL253型低溫冰箱，中科美菱低溫科技有限公司；GL-20G-Ⅱ型冷凍離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠；T18 basic型分散機(jī)，德國IKA公司；UV-2102型紫外-可見分光光度計(jì)，尤尼柯(上海)儀器有限公司；970CRT熒光分光光度計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

南美白對(duì)蝦4 ℃解凍，去頭、殼，將蝦肉平均分成4份，按蝦肉質(zhì)量分別加入10%海藻糖(PV-T)、10%菊糖(PV-I)和5%麥芽糊精(PV-MD)，以純蝦肉(PV)作為對(duì)照。將4份蝦肉分別用攪拌機(jī)攪勻，然后密封于自封袋中，置于-18 ℃貯藏2個(gè)月，每隔15d取樣，進(jìn)行肌原纖維蛋白生化特性指標(biāo)測(cè)定。

1.3 指標(biāo)測(cè)定方法

1.3.1 肌原纖維蛋白提取

采用馬璐凱等[4]的方法，略作修改。準(zhǔn)確稱取蝦肉2.00 g，置于離心管中，加入20 mL冷卻的Tris-maleate緩沖液(0.05 mol/L KCl-20 mmol/L Tris-maleate，pH=7.0)，低溫均質(zhì)2 min；然后4 ℃、10 000 r/min下離心20 min，移除上清液，沉淀洗滌2～3次，收集沉淀，然后加入20 mL 冷卻的Tris- maleate緩沖液(0.6 mol/L KCl-20 mmol/L Tris-maleate，pH=7.0)，低溫均質(zhì)2 min。均質(zhì)后樣品在溫度4 ℃下提取60 min，然后在溫度4 ℃、10 000 r/min離心20 min，用紗布過濾所得上清液即為肌原纖維蛋白溶液。

1.3.2 肌原纖維蛋白含量

采用雙縮脲法測(cè)定[2]。

1.3.3 鹽溶性蛋白含量

參考胡亞琴等[10]方法。

1.3.4 Ca2+-ATPase活性

首先繪制無機(jī)磷酸鹽溶液的標(biāo)準(zhǔn)曲線，用于無機(jī)磷的定量分析[11]。Ca2+-ATPase活性測(cè)定參考萬建榮等方法[12]，略作修改。按表1中比例配制反應(yīng)體系，25 ℃反應(yīng)10 min，加入1 mL 15%的TCA終止反應(yīng)，將混合液6 500 r/min離心5 min，取上清液1.0 mL，分別加入1.0 mL硫酸鉬酸溶液、0.50 mL Elon試劑和2.5 mL蒸餾水，混勻后25 ℃發(fā)色45 min，640 nm測(cè)定吸光度值(A)。空白組先加入1.0 mL 15% TCA使酶失活，再加ATP溶液，其它操作同上，640 nm測(cè)定吸光度值(B)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線求出磷酸量。Ca2+-ATPase活性計(jì)算公式：

Ca2+-ATPase活性=(A-B)/t·酶蛋白質(zhì)量

(1)

式中：A為1.0 mL反應(yīng)液中生成的磷酸量，μmol；B為空白值，μmol；t為反應(yīng)時(shí)間，min；酶蛋白質(zhì)量為1.0 mL反應(yīng)液所含的酶量，mg。

1.3.5 活性巰基

參考繆函霖等[13]的方法，略作修改。取1.0 mL肌原纖維蛋白溶液(4 mg/mL)，加入9 mL 0.20 mol/L的Tris-HCl緩沖液(2% SDS和10 mmol/L EDTA，pH=6.8)，取4 mL混合液，加入0.4 mL、pH 8.0的0.2 mol/L Tris-HCl(含0.1% DTNB)?；旌弦?0℃反應(yīng)25 min，412 nm處測(cè)定吸光度，空白采用0.6 mol/L KCl取代樣品。計(jì)算公式為：

(2)

式中:A為412 nm處的吸光度值；11為稀釋倍數(shù)；c為分子吸光系數(shù)，其值為13 600 L/(mol·cm)；M為肌原纖維蛋白含量，mg/mL。

表1 Ca2+-ATPase活性反應(yīng)體系

1.3.6 表面疏水性

采用熒光探針法測(cè)定表面疏水性[14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 Ca2+-ATPase活性

Ca2+-ATPase活性是肌肉蛋白的重要屬性，是評(píng)價(jià)肌球蛋白分子完整性的重要指標(biāo)，被廣泛用于評(píng)價(jià)肌肉蛋白質(zhì)的變性[15]。蝦肉凍藏過程中肌原纖維蛋白Ca2+-ATPase活性的變化如圖1所示。

圖1 凍藏過程中肌原纖維蛋白Ca2+-ATPase活性的變化Fig.1 Ca2+-ATPase activity change in myofibrillar protein during frozen storage

蝦肉Ca2+-ATPase活性隨貯藏時(shí)間延長而下降。凍藏前期，蝦肉Ca2+-ATPase活性下降速度較快；凍藏中、后期，蝦肉Ca2+-ATPase活性呈緩慢下降趨勢(shì)。例如，凍藏15 d和60 d時(shí)，PV的Ca2+-ATPase活性分別降低了18.2%和31.5%。BENJAKUL等[16]、NOPIANTI等[17]分別對(duì)蟹肉、金線魚魚糜凍藏期間肌原纖維蛋白Ca2+-ATPase活性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)了類似的規(guī)律。Ca2+-ATPase活性源于肌球蛋白的球狀頭部區(qū)域，凍藏期間，蝦肉肌原纖維蛋白的Ca2+-ATPase活性都發(fā)生了不同程度的下降，說明肌原纖維蛋白發(fā)生了不同程度的變性，尤其是肌球蛋白的頭部區(qū)域。Ca2+-ATPase活性在凍藏前期下降速度較快可能是由于肌球蛋白頭部區(qū)域變性所致。3種添加劑具有延緩Ca2+-ATPase活性下降的作用。例如，蝦肉貯藏15d時(shí)，PV-T、PV-I和PV-M的Ca2+-ATPase活性分別下降了14.0%、15.1%和16.4%；凍藏60 d時(shí)，Ca2+-ATPase活性分別下降了16.7%、18.2%和22.3%。

2.2 鹽溶性蛋白含量

肌動(dòng)球蛋白的溶解度是評(píng)價(jià)肌肉蛋白質(zhì)變性的常用指標(biāo)。南美白對(duì)蝦在凍藏過程中鹽溶性蛋白含量隨貯藏時(shí)間變化如圖2所示。

圖2 凍藏過程中肌原纖維蛋白鹽溶性蛋白含量的變化Fig.2 Salt extractable protein content change in myofibrillar protein during frozen storage

可以看出，鹽溶性蛋白的含量隨著凍藏時(shí)間的延長呈下降趨勢(shì)，尤其是凍藏初始階段下降幅度明顯，凍藏后期呈緩慢下降趨勢(shì)。凍藏15、30、45和60 d時(shí)，PV的鹽溶蛋白含量分別降低了12.3%、19.7%、28.7%和32.0%。XIONG[18]、WU等[19]研究了鯉魚魚糜、鳙魚凍藏期間鹽溶蛋白變化規(guī)律，得到了類似的結(jié)論。添加海藻糖、菊糖和麥芽糊精顯著抑制了蝦肉鹽溶蛋白含量下降的速度和幅度。凍藏15、30、45和60d時(shí)，PV-I鹽溶蛋白含量分別降低了8.2%、9.8%、10.7%和10.7%。相同凍藏時(shí)間時(shí)，添加海藻糖和菊糖蝦肉的鹽溶蛋白含量要顯著高于添加麥芽糊精的蝦肉。例如，凍藏45d時(shí)，PV-T、PV-I和PV-M鹽溶蛋白含量分別降低了8.1%、10.7%和15.6%。路鈺希等[20]研究了魷魚凍藏期間鹽溶蛋白變化規(guī)律基本一致。凍藏過程中，由于肌原纖維蛋白部分結(jié)合水形成冰晶，導(dǎo)致肌動(dòng)球蛋白分子之間能夠相互形成非共價(jià)鍵，進(jìn)而形成超大分子的不溶性凝集體，使其溶出量在凍藏過程中不斷下降[21]。此外，肌原纖維蛋白質(zhì)變性后會(huì)產(chǎn)生一種在高離子強(qiáng)度下不能溶出，但在堿性條件下可以溶出的蛋白質(zhì)，也會(huì)導(dǎo)致肌動(dòng)球蛋白在凍藏過程中溶出量的下降[3]。KITTIPHATTANABAWON等[22]認(rèn)為鹽溶蛋白含量下降可能與疏水作用、二硫鍵以及離子相互作用有關(guān)。

2.3 活性巰基含量

南美白對(duì)蝦凍藏過程中肌原纖維蛋白活性巰基含量隨凍藏時(shí)間的變化如圖3所示。隨著凍藏時(shí)間的延長，蝦肉活性巰基的含量呈下降趨勢(shì)。凍藏初始階段，蝦肉的活性巰基含量下降速度較快。凍藏15 d和60 d時(shí)，PV的活性巰基含量分別減少了26.6%和44.8%。添加海藻糖、菊糖和麥芽糊精能顯著抑制蝦肉活性巰基含量下降的速度和幅度。凍藏15、30、45和60 d時(shí)，PV-T活性巰基含量分別降低了17.6%、19.7%、20.5%和21.8%。相同凍藏時(shí)間時(shí)，添加海藻糖和菊糖蝦肉的鹽溶蛋白含量要顯著高于添加麥芽糊精的蝦肉。例如，凍藏60 d時(shí)，PV-T、PV-I和PV-M鹽溶蛋白含量分別降低了21.8%、24.1%和31.4%。WANG等[15]研究表明，草魚活性巰基含量隨隨凍藏時(shí)間的延長呈下降趨勢(shì)，添加魔芋葡甘聚糖水解物能抑制活性巰基含量的降低，這與本文研究結(jié)果基本一致。

圖3 凍藏過程中肌原纖維蛋白活性巰基含量的變化Fig.3 Reactive sulfhydryl content change in myofibrillar protein during frozen storage

巰基是肌球蛋白分子中的活性基團(tuán)，位于肌動(dòng)球蛋白頭部區(qū)域，巰基含量降低與肌動(dòng)球蛋白頭部區(qū)域結(jié)構(gòu)的改變有關(guān)。通過比較可知，活性巰基和Ca2+-ATPase活性的下降幅度要高于鹽溶性蛋白含量的下降幅度，這可能是肌原纖維蛋白變性的過程中，肌動(dòng)球蛋白的頭部更易受到影響。低溫貯藏過程中，蝦肉蛋白質(zhì)發(fā)生變性，肌球蛋白的分子結(jié)構(gòu)特別是頭部區(qū)域發(fā)生構(gòu)象的變化，使埋藏在蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的活性巰基暴露出來，進(jìn)而被氧化成二硫鍵，導(dǎo)致巰基含量的減少[10,14-15]。本研究中，活性巰基含量的變化與Ca2+-ATPase活性的變化趨勢(shì)基本一致，由此可以推測(cè)凍藏過程中，蝦肉肌球蛋白的構(gòu)象尤其是頭部區(qū)域發(fā)生了變化，導(dǎo)致了蛋白質(zhì)變性。海藻糖、菊糖和麥芽糊精的添加可較好地抑制南美白對(duì)蝦肉肌原纖維蛋白構(gòu)型的變化，防止活性巰基的暴露，抑制凍藏過程中巰基氧化和二硫鍵的形成。

2.4 表面疏水性

蛋白質(zhì)的表面疏水性反映的是蛋白質(zhì)分子表面疏水性氨基酸的相對(duì)含量，可用之衡量蛋白質(zhì)的變性程度。南美白對(duì)蝦在凍藏過程中肌原纖維蛋白的表面疏水性隨時(shí)間變化如圖4所示?？梢钥闯?，蝦肉蛋白質(zhì)表面疏水性隨著凍藏時(shí)間的延長呈上升趨勢(shì)。這與WANG等[15]、ZHAO等[23]對(duì)草魚、大黃魚變化規(guī)律基本一致。添加海藻糖、菊糖和麥芽糊精能顯著抑制蝦肉蛋白質(zhì)表面疏水性升高的幅度。凍藏15、30、45和60d時(shí)，PV的表面疏水性分別增加了43.8%、51.2%、59.4%和68.3%；而PV-I的表面疏水性分別增加了12.2%、14.7%、19.7%和25.0%。3種添加劑中，海藻糖和菊糖抑制表面疏水性增加的效果要好于麥芽糊精，而且凍藏過程中，蛋白質(zhì)表面疏水性上升幅度較為平緩。凍藏的過程中，蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，導(dǎo)致肌原纖維蛋白質(zhì)分子伸展開，從而使親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)的相對(duì)位置發(fā)生變化，非極性的氨基酸殘基暴露在蛋白質(zhì)分子的表面，使蛋白質(zhì)的疏水性增加[3,14]。

圖4 凍藏過程中肌原纖維蛋白表面疏水性的變化Fig.4 Surfacehydrophobicity change in myofibrillar protein during frozen storage

3 討論

冷凍是水產(chǎn)品保藏常用方法，但在冷凍過程中會(huì)逐漸發(fā)生冰結(jié)晶成長、重結(jié)晶、蛋白質(zhì)變性等引起品質(zhì)劣變的反應(yīng)。這些受分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)控制的變化反應(yīng)與玻璃化轉(zhuǎn)變密切相關(guān)。鮮活水產(chǎn)品凍結(jié)過程中，隨著溫度降低，冰晶體的數(shù)量逐漸增多，液相中溶質(zhì)濃度和體系黏度逐漸增加，當(dāng)溫度降低到一定程度，液相不再結(jié)冰，此時(shí)體系狀態(tài)為玻璃態(tài)，對(duì)應(yīng)的溫度為最大冷凍濃縮溶液時(shí)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg′)。根據(jù)玻璃化轉(zhuǎn)變理論，當(dāng)貯藏溫度低于Tg′時(shí)，體系處于玻璃態(tài)，分子間流動(dòng)受到限制，各種理化反應(yīng)受到抑制；反之，當(dāng)貯藏溫度高于Tg′時(shí)，體系處于橡膠態(tài)，分子流動(dòng)性加強(qiáng)，受分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)控制的各種化學(xué)反應(yīng)速度加快[24]。AGUSTINI等[25]研究表明，金槍魚肉在低于-84 ℃貯藏時(shí)，體系處于玻璃態(tài)，魚肉中各種分子移動(dòng)速率顯著降低，酶促反應(yīng)受到抑制，導(dǎo)致魚肉三磷酸腺苷(ATP)降解速率受到抑制。AKK?SE和AKTA[26-27]研究表明，虹鱒魚肉在高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)貯藏6個(gè)月，總揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)和硫代巴比妥酸反應(yīng)物(TBARS)值較高，魚肉劣變速度加快；而在低于Tg貯藏時(shí)，魚肉保持較高品質(zhì)。添加抗凍劑是目前有效的抗魚肉蛋白質(zhì)冷凍變性的方法。OSAKO等[28]研究報(bào)道，添加海藻糖可使冷凍魚糜凍藏期間保持較高的Ca2+-ATPase活性，而且魚糜中的非凍結(jié)水含量顯著增加。CARVAJAL等[29]研究了不同分子量的麥芽糊精對(duì)狹鱈魚糜蛋白質(zhì)抗凍作用的影響。結(jié)果表明，所有分子量的麥芽糊精都具有很好的抗凍效果。高分子量的麥芽糊精在低溫凍藏時(shí)抗凍效果顯著，這可能是低溫下水分子的流動(dòng)性降低的緣故。石啟龍等[5, 9]研究表明，南美白對(duì)蝦肉的最大冷凍濃縮溶液時(shí)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg′隨著海藻糖、菊糖、麥芽糊精的添加而提高，且提高效果海藻糖和菊糖高于麥芽糊精，而海藻糖和菊糖間差別不大[5, 9]。此外，南美白對(duì)蝦肉的最大冰晶形成帶的區(qū)域隨糖類添加而縮短[2, 27]。因此，糖類尤其是菊糖和海藻糖添加能顯著提高南美白對(duì)蝦肉的貯藏穩(wěn)定性，這與本文研究結(jié)論基本吻合，進(jìn)一步驗(yàn)證了玻璃化轉(zhuǎn)變理論的正確性。

4 結(jié)論

(1)添加海藻糖、菊糖和麥芽糊精均抑制了凍藏過程中蝦肉肌原纖維蛋白Ca2+- ATPase活性、鹽溶性蛋白含量、活性巰基含量的降低和表面疏水性升高的速度和程度，延緩了南美白對(duì)蝦肉凍藏期間蛋白質(zhì)的冷凍變性。

(2)蝦肉中添加菊糖、海藻糖時(shí)，其抗冷凍變性效果要高于添加麥芽糊精處理組，但是菊糖與海藻糖處理組間差異不顯著。

(3)基于玻璃化轉(zhuǎn)變理論，揭示了菊糖、海藻糖與麥芽糊精提高蝦肉抗凍作用以及3種不同添加劑間抗凍效果間的差異的機(jī)制，為水產(chǎn)品尤其是南美白對(duì)蝦肉的抗冷凍變性劑的篩選提供理論依據(jù)。

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Effects of additives on protein denaturation of Penaeus vannamei during frozen storage

CAO Shu-min, ZHAO Ya, SHI Qi-long*

(School of Agricultural Engineering and Food Science, Shandong University of Technology, Zibo 255000, China)

Penaeusvannameiwere used to study the effect of cryoprotective on denaturation of frozen seafood.Penaeusvannameimeat with addition of 10 % trehalose, 10 % inulin and 5% maltodextrin were stored at -18 ℃ for up to 2 months. Ca2+-ATPase activity, salt solubility, reactive sulfhydryl content and surface hydrophobicity of myofibrillar protein were analyzed every 15 days during the frozen storage. The results showed that addition of trehalose, inulin and maltodextrin inhibited the decrease of Ca2+-ATPase activity, salt solubility, reactive sulfhydryl content and rising trend of surface hydrophobicity. The additives delayed the degree of protein denaturation during frozen storage ofPenaeusvannameiand the order of cryoprotective effect from high to low is: trehalose, inulin and maltodextrin. Cryoprotective effect between trehalose and inulin had no significant (P>0.05), they were both better than maltodextrin treatment (P<0.05). The cryoprotective effect of three additives onPenaeusvannameiwas interpreted based on glass transition theory, which will offer theoretical foundation for screening of cryoprotective agent.

Penaeusvannamei；protein denaturation；myofibrillar protein；biochemical properties

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201610017

碩士研究生(石啟龍教授為通訊作者，E-mail:qilongshi@sdut.edu.cn)。

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31171708)

2016-01-29，改回日期：2016-03-24