氯化鉀部分替代氯化鈉對豬肉肌原纖維蛋白凝膠特性的影響

齊鵬輝，陳倩，逄曉云，孔保華

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030）

氯化鉀部分替代氯化鈉對豬肉肌原纖維蛋白凝膠特性的影響

齊鵬輝，陳倩，逄曉云，孔保華*

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030）

將不同配比的NaCl和KCl復(fù)合鹽，按照0.6 mol/L+0 mol/L、0.5 mol/L+0.1 mol/L、0.4 mol/L+0.2 mol/L和0.3 mol/L+0.3mol/L的比例添加到豬肉肌原纖維蛋白溶液中，熱誘導(dǎo)形成凝膠。通過對凝膠的持水性、硬度、水分分布和微觀結(jié)構(gòu)的分析來考察氯化鉀部分替代氯化鈉對肌原纖維蛋白凝膠性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，與單獨(dú)添加NaCl的對照組相比，添加0.4mol/LNaCl+0.2mol/LKCl的復(fù)合鹽能顯著提高凝膠的持水性和凝膠強(qiáng)度（P<0.05）。低場核磁技術(shù)對凝膠中水分分布和遷移的分析表明，添加0.4mol/LNaCl+0.2mol/LKCl的復(fù)合鹽可縮短肌原纖維蛋白凝膠的弛豫時間T2b、T21和T22，表明凝膠可以增強(qiáng)對結(jié)合水及不易流動水的結(jié)合能力，但添加不同配比的復(fù)合鹽對凝膠的微觀結(jié)構(gòu)影響不顯著。

肌原纖維蛋白；凝膠特性；替代；NaCl；KCl

肉制品品種豐富，在營養(yǎng)、質(zhì)構(gòu)和風(fēng)味等方面受到消費(fèi)者的歡迎。在肉制品的生產(chǎn)加工過程中，氯化鈉起著非常重要的作用。氯化鈉是肉制品中常用的腌制劑，它可以促進(jìn)肌原纖維蛋白的溶解，降低產(chǎn)品的水分活度，抑制病原微生物的生長，影響產(chǎn)品最終的風(fēng)味[1]。但是，過量的攝入食鹽會引起很多疾病，如高血壓、動脈粥樣硬化和胃癌等疾病[2]。因此，對低鹽肉制品的開發(fā)就變得十分必要。

目前，肉制品中低鹽的研究主要集中在直接減少氯化鈉和替代氯化鈉兩個方面。其中，直接采用減少氯化鈉的方法會對肉制品品質(zhì)及安全性產(chǎn)生不利的影響。Pietrasik等[3]研究了氯化鈉替代物和鮮味劑對重組火腿加工特性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)直接減少氯化鈉添加量對重組火腿的質(zhì)構(gòu)特征會產(chǎn)生不利影響。Chin等[4]研究發(fā)現(xiàn)肌原纖維蛋白熱誘導(dǎo)凝膠的蒸煮損失隨著離子強(qiáng)度的降低而增加了，直接減少氯化鈉含量會導(dǎo)致保水性能的下降。因此，采用氯化鈉部分替代的方法是近些年研究的熱點(diǎn)。關(guān)于氯化鈉替代的研究主要是集中在肉制品中，而關(guān)于替代物在肌原纖維蛋白中的研究相對較少。肉制品中氯化鈉替代物的種類有很多，如氯化鉀、氯化鈣、氯化鎂[5-6]、乳酸鉀[7]和咸味肽[8]等。其中，氯化鉀對肉制品的品質(zhì)影響最小[9]。

目前，關(guān)于氯化鈉替代物對肌原纖維蛋白影響的研究多集中在氯化鈉濃度對其凝膠特性的影響。賈娜等[10]研究氯化鈉濃度對肌原纖維蛋白－食用膠混合物凝膠特性的影響。韓敏義等[11-12]用拉曼光譜技術(shù)和低場核磁共振技術(shù)分別研究氯化鈉濃度對豬肉肌原纖維蛋白凝膠硬度及凝膠水分分布和移動性的影響。而關(guān)于等離子強(qiáng)度條件下部分氯化物替代對肌原纖維蛋白凝膠特性影響的研究鮮見報道。本文研究在等離子強(qiáng)度下，使用氯化鉀部分替代氯化鈉的復(fù)合鹽，研究其對肌原纖維蛋白凝膠持水性、硬度、水分分布以及微觀結(jié)構(gòu)的影響，為低鹽肉類制品的開發(fā)和加工提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

新鮮豬背最長肌：哈爾濱大潤發(fā)超市；哌嗪-N，N-2-乙磺酸（PIPES）及牛血清蛋白（BSA）：美國 Sigma公司；β-mercaptoethanol（β-ME）、乙二醇-雙-（2-氨基乙醚）四乙酸（EGTA）：美國 AMRESCO 公司；NaCl、KCl等試劑均為國產(chǎn)分析純；其它試劑均購于國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

JD500-2型電子天平：沈陽龍騰電子稱量儀器有限公司；PHS-3C精密PH計：上海雷磁儀器廠；冷凍離心機(jī)：美國Beckman公司；721型可見分光光度計：上海元析儀器有限公司；WSC-S型測色色差計：上海物理光學(xué)儀器廠；TA-XT plus型質(zhì)構(gòu)分析儀：英國Stable Micro System；Mq-20低場核磁共振分析儀：德國布魯克公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 豬肌原纖維蛋白的提取

肌原纖維蛋白的提取過程在4℃條件下進(jìn)行。根據(jù)Park等[13]的方法，取一定質(zhì)量新鮮的豬背部最長肌，去除結(jié)締組織，切碎，加入4倍體積的提取液（pH 7.0，10 mmol/L 磷酸鹽緩沖液、0.1 mol/L NaCl、2 mmol/L MgCl2和 1 mmol/L EGTA），在勻漿機(jī)中勻漿 60 s，形成的肉漿在3 500 r/min的離心轉(zhuǎn)速下冷凍離心15 min，除去上清液，保留沉淀，按照上面的步驟重復(fù)進(jìn)行兩次，最后得到粗肌原纖維蛋白沉淀，接著在此沉淀中加入4倍體積預(yù)先預(yù)冷的0.1 mol/L NaCl洗液，勻漿機(jī)中勻漿 60 s，3 500 r/min，冷凍離心 15 min，取沉淀，重復(fù)上述操作一次，再取沉淀加入4倍體積0.1 mol/L NaCl洗液，勻漿60s，用4層紗布過濾，濾液用0.1mol/L HCl調(diào)節(jié)pH值至6.0，在3 500 r/min的離心轉(zhuǎn)速下冷凍離心15min，除去上清液，得到的肌原纖維蛋白2℃～4℃保存，在48 h內(nèi)利用。

1.3.2 肌原纖維蛋白凝膠的制備

參考李銀等[14]的方法，將提取的肌原纖維蛋白，用含有（0.3 mol/L NaCl和 0.3 mol/L KCl、0.4 mol/L NaCl和0.2 mol/L KCl、0.5 mol/L NaCl和 0.1 mol/L KCl、0.6 mol/L NaCl）4種 50 mmol/L的 PIPES緩沖液（pH 6.0）配制，將其濃度調(diào)至40 mg/mL后，分別置于燒杯中，混合均勻后，放入4℃冰箱中，經(jīng)過24 h后，放到凝膠瓶中（高為50 mm，直徑為30 mm），在72℃下水浴10 min，然后立即取出冷水浴后，進(jìn)行后續(xù)指標(biāo)測定。

1.3.3 肌原纖維蛋白凝膠持水性的測定

根據(jù)Xia等[15]的方法。取約5 g凝膠樣本放入直徑30 mm的離心管中，4℃，1 000 r/min，離心10 min，除去離心出的水分，測定離心前后凝膠的重量。根據(jù)下面公式計算WHC（%）：

式中：m0是離心管重量，g；m1是離心前離心管和凝膠重量，g；m2是離心后離心管和凝膠重量，g。

1.3.4 肌原纖維蛋白凝膠強(qiáng)度的測定

根據(jù)Jiang[16]的方法，稱取10.0 g肌原纖維蛋白樣品放在凝膠瓶中（高為50 mm，直徑為30 mm），在72℃的水浴鍋里加熱10 min，形成凝膠。用質(zhì)構(gòu)儀利用穿刺的模式測定凝膠強(qiáng)度。采用P/0.5探頭，測前速度 2.0 mm/s，測試速度 0.3 mm/s，測后速度 2.0 mm/s，穿刺距離為10.0 mm，穿透力（N）即為凝膠的強(qiáng)度。

1.3.5 維持肌原纖維蛋白凝膠作用力的測定

根據(jù)Jiang和Xiong[17]的方法，略作修改。將2.0 g蛋白凝膠分別溶解在18.0 mL含3種不同變性劑的緩沖液中，在80℃下加熱30 min，迅速冷卻到室溫后，于5 000 g離心15 min。3種緩沖液體系如下：（1）含有8 mol/L尿素（Urea）和 50 mmol/L磷酸鹽（pH 7.0），用于測定凝膠中的氫鍵；（2）含有0.5%的十二烷基磺酸鈉（SDS）和 50 mmol/L磷酸鹽（pH 7.0），用于測定凝膠中的疏水相互作用；（3）0.25%β-巰基乙醇（β-ME）和50 mmol/L磷酸鹽溶液（pH 7.0），用于測定凝膠中的二硫鍵。采用雙縮脲方法測定上清液的蛋白含量。蛋白溶解度即為溶出的蛋白量占總蛋白量的百分比。

1.3.6 肌原纖維蛋白凝膠中水分分布的測定

參考吳燁等[18]的方法并稍加修改，采用低場核磁共振（Lowfield-nuclear magnetic resonance，LF-NMR）技術(shù)測定凝膠樣品中水分分布情況。將2.0 g的蛋白凝膠樣品放入專用的核磁管中，在LF-NMR分析儀中進(jìn)行橫向馳豫時間（T2）的測定。分析儀的磁場強(qiáng)度為0.47 T，質(zhì)子共振頻率為20 MHz。采用Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）程序測定凝膠的橫向弛豫時間T2，每個樣品自動掃描16次，每次重復(fù)的間隔時間為2 s。測定后的每個樣品的T2，通過CONTIN軟件進(jìn)行反演，得到相應(yīng)的弛豫時間T2與對應(yīng)的峰面積A2。

1.3.7 肌原纖維蛋白凝膠微觀結(jié)構(gòu)的測定

根據(jù)韓敏義等[12]的方法，取肌原纖維蛋白凝膠在2.5%（體積分?jǐn)?shù)）戊二醛溶液中固定14 h，取樣（1 cm×1 cm×1cm）并用0.1 mol/L磷酸緩沖液（pH6.5）漂洗數(shù)次，用10 g/L四氧化鋨固定，再用同樣的緩沖液漂洗，然后乙醇梯度脫水，冷凍干燥，噴金，最后通過掃描電鏡進(jìn)行觀察并拍照，加速電壓為15 kV，每個樣品觀察8個區(qū)域。

1.3.8 統(tǒng)計分析

每個試驗(yàn)重復(fù)3次，結(jié)果表示為平均數(shù)±SD。數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用 Statistix8.1（分析件，StPaul，MN）軟件包中Linear Models程序進(jìn)行，差異顯著性（P<0.05）分析使用Tukey HSD程序。采用sigmaplot 11.1軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 氯化鉀部分替代氯化鈉對肌原纖維蛋白凝膠持水性的影響

氯化鉀部分替代氯化鈉對肌原纖維蛋白凝膠持水性的影響見圖1。

圖1 氯化鉀部分替代氯化鈉對肌原纖維蛋白凝膠持水性的影響Fig.1 The effect of partial substitution of NaCl with KCl on the water holding capacity of myofibrillar protein gel

如圖1所示，KCl替代量對肌原纖維蛋白凝膠保水性的影響不大，只有添加0.3 mol/L NaCl+0.3 mol/L KCl水平的鹽離子才產(chǎn)生差異性，保水性由對照組（0.6 mol/L NaCl）的62%降低到53%，降低了9%（P<0.05）。凝膠持水性可以反映凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，凝膠結(jié)構(gòu)越細(xì)密、均勻，其持水性越好[19]。在凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成過程中，氫鍵、疏水和靜電相互作用等均會影響凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的變化會影響到凝膠的持水能力。其中，離子種類和強(qiáng)度對這些作用力的效果有很大的影響。本研究選擇了等離子強(qiáng)度的鹽離子，結(jié)果表明，KCl替代NaCl一定程度上降低了蛋白凝膠的持水性。

2.2 氯化鉀部分替代氯化鈉對肌原纖維蛋白凝膠強(qiáng)度的影響

氯化鉀部分替代氯化鈉對肌原纖維蛋白凝膠強(qiáng)度的影響見圖2。

圖2 氯化鉀部分替代氯化鈉對肌原纖維蛋白凝膠強(qiáng)度的影響Fig.2 The effect of partial substitution of NaCl with KCl on the strength of myofibrillar protein gel

本試驗(yàn)比較了不同配比的NaCl和KCl的復(fù)合鹽對肌原纖維蛋白凝膠強(qiáng)度的影響，結(jié)果見圖2。如圖2所示，與單獨(dú)添加NaCl的對照組相比，添加0.3 mol/L NaCl+0.3 mol/L KCl的復(fù)合鹽顯著的降低了凝膠的強(qiáng)度（P<0.05）。添加 0.4 mol/L NaCl+0.2 mol/L KCl和0.5 mol/L NaCl+0.1 mol/L KCl的復(fù)合鹽與單獨(dú)添加NaCl相比差異不顯著（P>0.05）。這一結(jié)果和Guàrdia的報道一致，其研究結(jié)果也表明添加氯化鉀替代也會影響產(chǎn)品的硬度[20]。

2.3 蛋白凝膠中主要作用力的分析

在肌原纖維蛋白凝膠中，肌球蛋白是參與蛋白凝膠的主要蛋白，其主要通過疏水相互作用、氫鍵和二硫鍵來形成凝膠[21]。因此，本試驗(yàn)采用不同的變性劑處理肌原纖維蛋白凝膠，考察其在含有不同變性劑緩沖液中的溶解情況，分析參與蛋白凝膠作用的作用力，結(jié)果見圖3。

圖3 氯化鉀部分替代氯化鈉對肌原纖維蛋白凝膠在不同變性劑（尿素、SDS和β-巰基乙醇）中溶解度的影響Fig.3 The effect of partial substitution of NaCl with KCl on the solubility of myofibrillar protein gel in different solvents（Urea，SDS and β-ME）

從圖3中可知，蛋白質(zhì)在添加SDS變性劑緩沖液中溶解度最高，尿素次之，β-巰基乙醇最低，它們對應(yīng)可以破壞疏水相互作用，氫鍵和二硫鍵。其中，氫鍵是弱偶極鍵，在蛋白質(zhì)凝膠體系中的數(shù)量極大，是增加凝膠強(qiáng)度的重要化學(xué)鍵，對穩(wěn)定結(jié)合水起重要作用；二硫鍵是肌原纖維蛋白熱誘導(dǎo)凝膠形成的主要化學(xué)鍵。凝膠化過程中肌球蛋白頭部的二硫鍵在凝膠形成的過程中起重要作用[22]。如圖3所示，與對照組相比，0.4 mol/L NaCl+0.2 mol/L KCl和0.5 mol/L NaCl+0.1 mol/L KCl的蛋白凝膠在含有尿素的緩沖液中溶解性無顯著性差異（P＞0.05），而 0.3 mol/L NaCl+0.3 mol/L KCl試驗(yàn)組的蛋白溶解性顯著降低了（P＜0.05），說明氯化鉀的添加減弱了氫鍵的作用力；隨著氯化鉀的添加量增加，在對照組、0.4 mol/L NaCl+0.2 mol/L KCl和0.5 mol/L NaCl+0.1 mol/L KCl 3組之間的溶解性不存在顯著性差異，當(dāng)氯化鉀的添加量增至0.3 mol/L時溶解度發(fā)生了降低（P＜0.05），該結(jié)果說明了氯化鉀增加到一定程度后蛋白凝膠中的疏水相互作用力降低了，0.3 mol/L氯化鉀的替代對肌原纖維蛋白成膠的抑制。該結(jié)論與凝膠強(qiáng)度增加的趨勢基本一致，說明由0.3 mol/L氯化鉀替代處理導(dǎo)致的蛋白內(nèi)部疏水基團(tuán)的暴露不利于凝膠強(qiáng)度的增加；采用β-巰基乙醇處理后的蛋白凝膠溶解度變化趨勢與前兩種作用力相似，添加0.3 mol/L NaCl+0.3 mol/L KCl的復(fù)合鹽的凝膠，蛋白之間的二硫交聯(lián)作用顯著減少。綜上，在氯化鉀替代的凝膠中氫鍵、二硫鍵和疏水相互作用對蛋白質(zhì)凝膠起著一定的作用。

2.4 氯化鉀部分替代氯化鈉對肌原纖維蛋白凝膠中水分分布的影響

采用低場核磁弛豫時間（T2）來反映豬肉肌原纖維蛋白凝膠體系中水的分布和遷移情況[23]。在水分分布圖譜中共出現(xiàn) 4 個特征峰，分別為 T2b、T21、T22和 T23，對應(yīng)的弛豫起始時間見表1。

表1 氯化鉀部分替代氯化鈉對肌原纖維蛋白凝膠低場核磁弛豫時間的影響Table 1 The effect of partial substitution of NaCl with KCl on relaxation time of myofibrillar protein gel

弛豫時間T2越短說明樣品中水分子與底物結(jié)合的越緊密，T2時間越長表明水分子越自由[24]。其中，弛豫時間在0～10 ms之間的為結(jié)合水（T2b）；弛豫時間在10 ms～100 ms之間，表示不易流動水（T21和 T22）；弛豫時間在 100 ms～1 000 ms之間為自由水（T23）[25]。

由表1可知，隨著氯化鉀替代量的增多，T2的弛豫時間發(fā)生了變化。添加0.3 mol/L NaCl+0.3 mol/L KCl、0.4 mol/L NaCl+0.2 mol/L KCl和 0.5 mol/L NaCl+0.1 mol/L KCl 3組復(fù)合鹽和單獨(dú)添加NaCl組的肌原纖維蛋白熱誘導(dǎo)凝膠T2b的弛豫時間沒有顯著差異（P＞0.05），大部分研究結(jié)果表明，T2b與肉的宏觀和微觀結(jié)構(gòu)及機(jī)械壓力的變化無關(guān)[26-27]。在添加0.4 mol/L Na－Cl+0.2 mol/L KCl的復(fù)合鹽和單獨(dú)添加NaCl組中T21沒有顯著差異（P＞0.05），但與其他兩組差異顯著。而在單獨(dú)添加NaCl組與其余3組的T22相比較，均差異顯著，說明增加氯化鉀的替代量由于形成良好的凝膠結(jié)構(gòu)，限制了水的移動，水的可移動性降低，造成了弛豫時間下降。T23代表自由水，與單獨(dú)添加NaCl組相比較，添加0.3 mol/L NaCl+0.3 mol/L KCl的復(fù)合鹽的T23弛豫時間顯著增加了，說明了其中的自由水含量顯著增多，其他組份均無顯著差異。

氯化鉀部分替代氯化鈉對肌原纖維蛋白凝膠低場核磁峰面積的影響見表2。

由表2可知，不同氯化鉀的替代量豬肉肌原纖維蛋白熱誘導(dǎo)凝膠的不同狀態(tài)水的峰面積有顯著差異。增加氯化鉀的替代量，降低了自由水（T23）的峰面積，增加了部分不易流動水（T22）的峰面積，該結(jié)果說明提高氯化鉀的替代量有利于三維網(wǎng)狀凝膠結(jié)構(gòu)的形成，將水分束縛于凝膠網(wǎng)絡(luò)中，減少水分的損失[25]。

表2 氯化鉀部分替代氯化鈉對肌原纖維蛋白凝膠低場核磁峰面積的影響Table 2 The effect of partial substitution of NaCl with KCl on peak area of myofibrillar protein gel

綜上所述，氯化鉀部分替代的肌原纖維蛋白凝膠可使T21、T22所對應(yīng)的組份的水的移動性下降，但對添加0.4 mol/L NaCl+0.2 mol/L KCl的復(fù)合鹽弛豫時間的影響并不是完全線性的，可以得出，相對于全鹽組，添加0.4 mol/L NaCl+0.2 mol/L KCl的復(fù)合鹽的不易流動水的保水性是最強(qiáng)的。

2.5 蛋白凝膠的微觀結(jié)構(gòu)

添加不同配比的NaCl+KCl的復(fù)合鹽的肌原纖維蛋白形成凝膠微觀結(jié)構(gòu)的變化如圖4所示。

圖4 氯化鉀部分替代氯化鈉對肌原纖維蛋白凝膠凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig.4 The effect of partial substitution of NaCl with KCl on the microstructure of myofibrillar protein gel

由圖4中可以看出，添加復(fù)合鹽組中所成凝膠結(jié)構(gòu)與單獨(dú)添加NaCl組的凝膠樣品無明顯差異。因?yàn)?，該凝膠是在等離子強(qiáng)度條件下制備的，等離子條件對凝膠微觀結(jié)構(gòu)內(nèi)部的改變沒有顯著的影響。

3 結(jié)論

在肌原纖維蛋白凝膠形成過程維持凝膠結(jié)構(gòu)的主要作用力包括，疏水相互作用、氫鍵和二硫鍵。添加0.4 mol/L NaCl+0.2 mol/L KCl的復(fù)合鹽能夠顯著提高蛋白凝膠的凝膠強(qiáng)度，但是凝膠持水性與單獨(dú)添加NaCl組相比無顯著差異。通過低場核磁共振測定肌原纖維蛋白凝膠的橫向弛豫時間T2，研究凝膠中結(jié)合水、不易流動水和自由水3種狀態(tài)水的分布情況，結(jié)果顯示，添加0.4 mol/L NaCl+0.2 mol/L KCl的復(fù)合鹽能夠縮短凝膠的T21、T22弛豫時間，增大A3峰面積，因此提高了凝膠的保水性，改善了肌原纖維蛋白熱誘導(dǎo)凝膠的持水性、硬度及水分分布的性質(zhì)。電鏡分析表明，等離子強(qiáng)度對蛋白凝膠結(jié)構(gòu)的影響不顯著。

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Effects of Partial Substitution of NaCl with KCl on the Gel Properties of Porcine Myofibrillar Proteins

QI Peng-hui，CHEN Qian，PANG Xiao-yun，KONG Bao-hua*
（College of Food Science，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，Heilongjiang，China）

Complex salts of different ratio in NaCl and KCl（0.3 mol/L+0.3 mol/L，0.4 mol/L+0.2 mol/L，0.5 mol/L+0.1 mol/L and 0.6 mol/L+0 mol/L）were added to porcine myofibrillar protein gel to examine their impacts on gelling properties of myofibrillar proteins by the measurements of water holding capacity，hardness，moisture distribution and microstructure.The results showed that the addition complex salts of 0.4 mol/L Na－Cl and 0.2 mol/L KCl could improve the water holding capacity of gel，enhance the interactions between disulfide bonds and hydrophobic interaction，increase gel strength significantly （P<0.05）and shorten the relaxation time T2b，T21and T22of myofibrillar protein gel，which indicating that the water binding capacity increased in gel with bound water and immobilized water.However，the effect of adding complex salts of different ratio on the microstructure of gel was not significant.

myofibrillar proteins；gel properties；substitution；NaCl；KCl

2016-10-19

黑龍江省應(yīng)用技術(shù)研究與開發(fā)計劃重大項(xiàng)目（GA15B302）

齊鵬輝（1990—），男（漢），碩士研究生，研究方向：畜產(chǎn)品加工及貯藏工程。

*通信作者：孔保華（1963—），女（漢），教授，博士，研究方向：畜產(chǎn)品加工及貯藏工程。

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.13.004