響應面試驗優化肉凍粉配方及其成糊和流變學性質

王小燕，黃 艷，鐘 耕,2,3,*

（1.西南大學食品科學學院，重慶 400716；2.西南大學 食品科學與工程國家級實驗示范教學中心，重慶 400715；3.西南大學 重慶市高校魔芋資源利用研究工程中心，重慶 400716）

響應面試驗優化肉凍粉配方及其成糊和流變學性質

王小燕1，黃 艷1，鐘 耕1,2,3,*

（1.西南大學食品科學學院，重慶 400716；2.西南大學 食品科學與工程國家級實驗示范教學中心，重慶 400715；3.西南大學 重慶市高校魔芋資源利用研究工程中心，重慶 400716）

采用四因素三水平Box-Behnken試驗設計，研究用魔芋膠、k-卡拉膠、糯米粉和羧甲基纖維素鈉復 配成的肉凍 粉及其對保水性、硬度、糊化和流變性質的影響。結果表明，魔芋膠、k-卡 拉膠和羧甲基纖維素鈉添加量對肉凍粉的保水性有極顯著影響，魔芋膠、k-卡拉膠、糯米粉和羧甲基纖維素鈉添加量對肉凍粉的硬度有極顯著影響。糯米粉和羧甲基纖維素鈉添加量的增加會使肉凍粉的峰值黏度增大，羧甲基纖維素鈉添加量增加使肉凍粉體系的崩解值和回升值均增大，而起始成糊溫度降低。保水性和硬度最佳的肉凍粉樣品在45～85 ℃均為假塑性流體，并隨著溫度升高假塑性增強，其動態流 變學實驗表明，隨著溫度的降低G’、G”呈增大趨勢。

肉凍粉；響應面；魔芋膠；糊化特性；流變學性質

肉凍粉在我國有著悠久的食用歷史，它是制作湯包餡心的重要原料，也是良好的涼拌佐餐和菜肴，深受廣大群眾喜愛。在傳統工藝中，肉凍以肉皮為原料生產，工藝繁瑣且不經濟。近年來，人們常以瓊脂和明膠作凝膠劑生產肉皮凍，但產品脆軟、易析水、熔點低，難以成形，生產成本也高。為解決實際應用中存在的問題，本研究中的肉凍粉主要由k-卡拉膠（后文中簡稱卡拉膠）、魔芋膠等植物凝膠和淀粉復合而成，含有豐富的膳食纖維，加熱可熔成汁，冷卻可成凝膠凍狀，韌性強，有類似肉皮凍的口感和外觀，在制作火腿腸、午餐肉、湯包餡心及肉凍骨頭湯時可作為重要原料，能與肉、骨頭黏為一體、不易分開[1-2]。本研究采用魔芋膠、卡拉膠和淀粉復配制備的肉凍粉有著析水少，彈性好等優點。卡拉膠易形成熱可逆性半固體狀透明凝膠，能夠減少肉制品的蒸煮損失，改善肉品的出品率和彈性，降低肉品水分活度，和魔芋膠復配能顯著改善肉制品的口感[3]，并延長其貯藏期。魔芋是一種高纖維低熱量的天然保健食品，食用魔芋食品可以促進消化，對人體健康十分有益。魔芋的主要成分為魔芋葡甘聚糖（konjac glucomannan，KGM）。KGM溶于水后會形成一種十分黏稠的溶膠，并且，KGM在提高機體免疫機能、抗癌、降血脂、降血糖、預防動脈粥樣硬化等方面均顯示出較好的效果[4]，KGM有較高的相對分子質量，主要分布在20～200萬之間，可吸水膨脹80～100 倍，具有良好的增稠性、膠黏性和乳化性等功能特性，與卡拉膠復配能提高凝膠強度及增加彈性[5]，為模擬明膠肉凍提供了可能。由于魔芋膠吸水性較好，可以和卡拉膠復配時吸收體系的水分，使肉凍粉體系保水性變好[6]。糯米粉中支鏈淀粉含量達95%以上，有著易糊化、凍融穩定性好的特點，可以作為脂肪代替物使用[7-8]。羧甲基纖維素鈉（sodium carboxymethyl cellulose-Na，CMC-Na）因為具有持水性好、凍融穩定性佳等優點，可替代明膠、瓊脂、海藻酸鈉和果膠的作用，常被用在冷凍食品中[9]。

由魔芋膠、卡拉膠、糯米粉、CMC-Na復合配方而成的肉凍粉鮮見報道，魔芋膠和卡拉膠復配能顯著減少凝膠體系的析水率，卡拉膠具有強大而優異的凝膠和乳化能力。能給肉制品，如包子肉餡、餃子餡等帶來良好的組織結構及口感，提高出品率，降低生產成本。也就是在后續的肉凍粉和肉餡的配合使用于速凍包子，速凍餃子時能有效地減少析水，為速凍包子、速凍餃子有良好的口感和外觀提供可能。最終目的是將“肉凍粉”在日常食品如包子、餃子中應用起來，讓速凍餃子、速凍包子等半成食品在家蒸制也擁有和專業包子鋪一樣好的品質和口感。因此，本實驗采用四因素三水平的響應面設計研究4 種配料對肉凍粉的保水性和硬度的影響，優化肉凍粉的配方技術，初步探索其糊化特性和流變學特性，以期對實際生產有更好的指導作用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

特級魔芋膠（質量滿足NY 494—2010《魔芋粉》要求） 四川魔力科技有限公司；卡拉膠（食品級）福建省綠麒食品膠體有限公司；CMC-Na（食品級）上海甘源實業有限公司；糯米粉（食品級） 泰州市今世味食品有限公司。

1.2 儀器與設備

HH-2恒溫數顯水浴鍋 國華電器有限公司；CT3質構儀 美國Brookfi eld公司；DHR-1TA流變儀 美國TA儀器公司；TechMaster RVA快速黏度儀 波通瑞華科學儀器（北京）有限公司；電子分析天平 上海天平儀器廠；Avanti J-301高速冷凍離心機 美國貝克曼庫爾特公司。

1.3 方法

1.3.1 肉凍粉的制備

常溫條件下按前期試驗結果最優設計，稱取一定量的卡拉膠、魔芋膠、糯米粉和CMC-Na，室溫條件下用蒸餾水配制成質量濃度為1.0 g/100 mL左右的復配膠，于70 ℃恒溫水浴鍋中攪拌加熱30 min。待其充分溶脹后，靜置冷卻。要求形成的凝膠狀物質5～6 h無析水，切開后切口基本不出水，爽滑，有類似肉皮凍的口感，室溫靜置12 h后測定。

1.3.2 單因素試驗

考察魔芋膠、卡拉膠、糯米粉、CMC-Na添加量對肉凍粉品質的影響。采用1.3.1節方法制備肉凍粉。以保水性和質構參數綜合評價肉凍粉。每組試驗3 個平行，結果以“±s”表示。

1.3.2.1 魔芋膠添加量對肉凍粉品質的影響

考察0.05、0.10、0.15、0.20、0.25 g的魔芋膠對肉凍粉保水性及質構的影響。其他反應條件添加量為：卡拉膠0.15 g、糯米粉0.2 g、CMC-Na 0.3 g（于100 mL水中，下同）。

1.3.2.2 卡拉膠添加量對肉凍粉品質的影響

考察0.05、0.10、0.15、0.20、0.25 g的卡拉膠對肉凍粉保水性及質構的影響。其他反應條件添加量為：魔芋膠0.2 g、糯米粉0.2 g、CMC-Na 0.3 g。

1.3.2.3 糯米粉添加量對肉凍粉品質的影響

考察0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g的糯米粉對肉凍粉保水性及質構的影響。其他反應條件添加量為：魔芋膠0.2 g、卡拉膠0.15 g、CMC-Na 0.3 g。

1.3.2.4 CMC-Na添加量對肉凍粉品質的影響

考察0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g的CMC-Na對肉凍粉保水性及質構的影響。其他反應條件添加量為：魔芋膠0.2 g、卡拉膠0.15 g、糯米粉0.2 g。

1.3.3 響應面試驗

選用四因素三水平的Box-Behnken試驗設計，共29 組試驗，每組試驗3 個平行。試驗設計因素與水平見表1。

表1 響應面試驗因素水平表Table1 Factors and levels used in response surface design

1.3.4 肉凍粉保水性的測定

將制備好的肉凍粉搗碎置于離心機中以4 540×g的轉速離心10 min后除水稱質量。保水性計算如下式所示：

式中：M1為離心管和肉凍粉初質量/g；M2為離心管和離心除水后的肉凍粉質量/g；M為離心管質量/g。

1.3.5 肉凍粉質構測定

用質構儀測定凝膠硬度，單位為g。質構儀參數：測前探頭下降速率1.0 mm/s，測試速率0.5 mm/s，測試后探頭上升速率10 mm/s[10]，穿刺測試距離10 mm，感應力為20 g，用質構儀自帶的軟件進行分析。

1.3.6 樣品糊化特性（rapid visco analyser，RVA）

準確稱取肉凍粉組成所需的魔芋膠、卡拉膠、糯米粉和CMC-Na，分別與蒸餾水混合于RVA專用鋁盒內，調成淀粉與膠體復配的懸浮液。

RVA測定程序：10 s內轉速由960 r/min降到160 r/min并保持穩定[11]，從50 ℃開始升溫，經過4.5 min升溫到95 ℃。并保溫2.5 min，經過3 min降溫至50 ℃，保持50 ℃到第13分鐘，由快速黏度儀自動繪出糊化曲線。

1.3.7 樣品流變學性質測定

流變學性質是研究物體受外力作用而變形或者流動的性質，是力學性質的一部分，包括靜態流變學性質和動態流變學性質[12]。

1.3.7.1 靜態流變學實驗

將樣品放入DHR-1TA流變儀測定平臺，采用平板-平板測量系統，平板直徑為40 mm[13]，平板間距750 μm，刮去平板外多余樣品，加上蓋板，并加入硅油防止水分蒸發。分別于45、55、65、75、85 ℃測定樣品隨著剪切速率從0～300 s-1遞增過程中黏度的變化。

1.3.7.2 動態流變學實驗

樣品測試條件如1.3.7.1節所示，溫度以3 ℃/min從 85 ℃降到45 ℃，應變1%（線性黏彈區內）的條件做動態降溫掃描，在恒定的振動頻率1 Hz條件下測定肉凍粉凝膠形成過程中的動態儲能模量G′、損耗模量G″隨溫度的變化情況。

1.4 數據處理

采用Excel和SPSS 17.0軟件進行數據處理和統計分析，用Design-Expert 8.0.5軟件進行響應面設計和分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

由圖1可知，隨著魔芋膠的添加量增加，肉凍粉的保水性呈上升趨勢，介于肉凍粉冷卻可成凝膠凍狀，加熱又可成湯汁的特殊要求，魔芋膠的適宜添加量為0.2 g/100 mL，卡拉膠添加量增大，保水性先增大后減小，卡拉膠的適宜量為0.15～0.2 g/100 mL之間，糯米粉和CMC-Na添加量對肉凍粉保水性的影響不大。

圖1 魔芋膠（A）、卡拉膠（B）、糯米粉（C）、CMC-Na（DD）添加量對肉凍粉保水性的影響Fig.1 Effects of KGM, kCG, GRF and CMC-Na on WHC of aspic powder

圖2 魔芋膠（A）、卡拉膠（B）、糯米粉（C）、CMC-Na（D）添加量對肉凍粉硬度的影響Fig.2 Effects of KGM, kCG, GRF and CMC-Na on hardness of aspic powder

由圖2可知，隨著魔芋膠添加量的增大，肉凍粉的硬度變化起伏不定，但整體有向下的趨勢，而卡拉膠的添加量越大，硬度越大，由于肉凍粉應用的要求，選擇卡拉膠添加量范圍為0.1～0.2 g/100 mL做進一步的篩選。糯米粉添加量的增加使肉凍粉硬度呈減小趨勢，但幅度較小，CMC-Na添加量增大，肉凍粉的硬度先增大后減小，整體變化程度較緩和。

2.2 響應面試驗設計與結果

在單因素試驗結果的基礎上，以魔芋膠添加量（A）、卡拉膠添加量（B）、糯米粉添加量（C）和CMC-Na添加量（D）為自變量，以保水性（R1）和硬度（R2）為響應值，對肉凍粉制備的工藝條件進行優化，試驗設計與結果見表2。

由表3可知，模型的F=642.77，P＜0.000 1，表明試驗所用的二次模型是極顯著的，在統計學上也是有意義的。失擬項P=0.068 9，在P＜0.05水平上不顯著，對模型是有利的。校正決定系數R2Adj=0.996 9，變異系數CV=0.093%，說明該模型只有0.31%的變異不能由該模型解釋，因此，該模型擬合性較好。

因素A、B、D 對肉凍粉的保水性影響極顯著，交互項AB、AD的P值也都小于0.000 1，對肉凍粉的保水性也有極顯著的影響。二項式A2、B2、D2的P值都達到了極顯著水平。魔芋膠添加量對肉凍粉保水性影響最大；其次是卡拉膠添加量、CMC-Na添加量和糯米粉添加量。采用Design-Expert對表2數據進行回歸分析與擬合，肉凍粉保水性與各因素變量的二次方程模型為：

R1=98.57＋1.80A-1.36B-0.069C-0.15D＋1.14AB-0.035AC＋0.36AD＋0.10BC-0.045BD＋0.16CD-1.00A2-0.36B2-0.021C2-0.38D2

表2 肉凍粉保水性和硬度的響應面試驗設計與結果Table2 Experimental design and results for WHC and hardness of aspic powder

表3 保水性回歸模型方差分析Table3 Analysis of variance for the fi tted quadratic model of WHC

表4 硬度回歸模型方差分析Table4 Analysis of variance for the fi tted quadratic model of hardness

由表4可知，模型的F=313.78，P＜0.000 1，表明該模型高度顯著，失擬項P=0.056 2，在P＜0.05水平上不顯著，表明該模型具有較好的擬合度。=0.993 6，變異系數CV=2.02%，說明該模型只有0.64%的變異不能由該模型解釋，模型具有實際應用意義。

因素A、B、C、D對肉凍粉的硬度影響極顯著，交互項AC、BC、BD的P值也都小于0.000 1，對肉凍粉的硬度也有極顯著的影響。二項式B2、D2的P值達到極顯著水平。卡拉膠含量是對肉凍粉保水性影響最大的因素。肉凍粉硬度與各因素變量的二次方程模型為：

R2=238.80-16.50A＋86.17B-9.33C-5.00D-2.50AB＋15.00AC＋6.00AD＋11.50BC-11.50BD＋5.50CD＋0.52A2-6.48B2＋4.77C2-11.73D2

圖3 魔芋膠添加量和其他各因素交互作用對肉凍粉保水性影響的響應面 圖Fig.3 Response surface plots showing the interactive effects of KGM with kCG, GRF, and CMC-Na on WHC of aspic powder

圖4 卡拉膠添加量和其他各因素交互作用對肉凍粉硬度影響的響應面圖Fig.4 Response surface plots showing the interactive effects of kCG with KGM, GRF, CMC-Na on hardness of aspic powder

由圖3可知，隨魔芋膠添加量的增加肉凍粉的保水性整體呈上升趨勢，但上升的趨勢比較平穩，糯米粉的添加量對肉凍粉的保水性幾乎沒有影響。由圖4可以看出，卡拉膠添加量對肉凍粉的硬度影響最大，隨著卡拉膠添加量的增加，肉凍粉的硬度急劇增大。通過Design-Expert 8.0.5軟件分析，魔芋膠、卡拉膠、糯米粉、CMC-N a添加量分別為0.22、0.10、0.20、0.18 g/100 mL時肉凍粉的保水性最大；添加量分別為0.15、0.20、0.20、0.18 g/100 mL時肉凍粉的硬度最大。

2.3 樣品的糊化特性

圖5 不同質量濃度的糯米粉和CMC-Na的保水性最佳樣品糊化曲線Fig.5 Pasting curves of samples containing different concentrations of GRF and CMC-Na and showing the best WHC

由圖5可以看出，隨著糯米粉、CMC-Na添加量的遞增，響應面試驗最優工藝條件保水性最佳的肉凍粉樣品體系峰值黏度增大，說明糊的性質與糯米粉和CMC-Na的糊化性質有關。由圖5b可知，CMC-Na添加量增加使體系的崩解值[14]（峰值黏度和谷值黏度的差值）也呈上升趨勢，尤其是CMC-Na含量為0.2～0.3 g/100 mL之間上升幅度巨大，說明CMC-Na添加量增加會降低糊的熱穩定性。回升值[15]（最終黏度與谷值黏度的差值）逐漸增大，而起始成糊溫度卻逐漸降低。

圖6 不同質量濃度的糯米粉和CMC-Na的硬度最佳樣品糊化曲線Fig.6 Pasting curves of samples containing different concentrations of GRF and CMC-Na and showing the bes hardness

利用響應面分析法對肉凍粉品質的兩個因素硬度和保水性進行有效分析，并優化肉凍粉的工藝制備條件，對硬度最大的復配凝膠體系不同的糯米粉、CMC-Na含量的樣品進行快速黏度測定，如圖6所示，糯米粉和CMC-Na添加量增加，體系的峰值黏度和保水性最佳樣品呈現相似的變化趨勢，但硬度最佳樣品不同質量濃度糯米粉和CMC-Na峰值時間更加趨于一致，硬度最佳樣品不同質量濃度糯米粉樣品的峰值時間在3.27～3.53 min間，CMC-Na添加量在0.1、0.2 g/100 mL時峰值時間為3.40 min，添加量在0.3～0.5 g/100 mL之間時峰值時間均為3.47 min。此外，樣品的峰值黏度、谷值黏度和最終黏度均隨著樣品質量濃度的增大而增加，但糯米粉的增加使樣品的崩解值逐漸減小，而CMC-Na的增加使體系的崩解值逐漸增大，進一步說明糯米粉可以提高熱糊的穩定性，而CMC-Na降低體系的熱糊穩定性。由于肉凍粉是模擬明膠肉凍的形態，有著不析水、原料易得等優點，應用于灌湯類食品的餡料中，溫度變化是對其形態影響的主要因素，而加熱是食品加工及熟化的主要途徑之一，由肉凍粉隨溫度變化趨勢圖可以模擬在溫度變化作用下湯汁餡料的形態轉變過程。

2.4 樣品的靜態流變學性質

由響應面試驗可以得出保水性和硬度分別最高的肉凍粉組，用保水性和硬度最佳的肉凍粉分別做不同溫度的靜態頻率掃描，由DHR-1TA流變儀自帶軟件分析可知肉凍粉符合冪率方程。

冪率方程：τ= Kγn

式中：τ為剪切應力/Pa；γ為剪切速率/s-1；K為稠度系數/（Pa·sn）；n為流體指數[16]。

采用冪率方程對肉凍粉保水性和硬度最佳的樣品體系進行擬合，流動曲線的各參數如表5所示。

肉凍粉保水性和硬度最佳的樣品體系靜態流變特性如圖7所示，在所掃描的剪切速率0～300 s-1范圍中，流體指數n均小于1，樣品的黏度隨剪切速率的增大而減小，表現為剪切時間依賴現象，為假塑性流體[17-18]。由表5可以看出，復相關系數R2在0.967 6～0.993 9之間，冪率方程適用于該樣品體系流變曲線的擬合[19]。流體指數n值隨溫度的升高而降低，說明肉凍粉樣品隨著溫度的升高假塑性增強。

表5 肉凍粉保水性和硬度最佳的樣品體系靜態流變的冪率方程擬合參數Table5 Power law parameters of samples with the best WHC and hardness

圖7 保水性（a）和硬度（b）最佳樣品不同溫度條件下靜態流變曲線Fig.7 Static isothermal rheological curves of samples with the best WHC (a) and hardness (b)

2.5 樣品的動態流變學性質

動態流變學是用來測定樣品的黏彈性響應，可以判斷該流體是黏性為主還是彈性為主，適用于何處加工或如何加工，對質量控制及應用具有很大價值。彈性模量G’（儲能模量）表示應力能量在實驗中暫時儲存，以后可以恢復；黏性模量G”（損耗模量）表示初始流動所需能量是不可逆損耗；而tanδ是G”和G’的比值[20]。

由圖8可以看出，肉凍粉樣品保水性最佳樣品和硬度最佳樣品的儲能模量（彈性模量）和損耗模量（黏性模量）隨溫度的升高逐漸減小。且儲能模量大于損耗模量，表明彈性占主導地位。所以肉凍粉凝膠的可恢復性較好。

圖8 保水性（a）和硬度（b）最佳樣品隨溫度變化關系曲線Fig.8 Temperature variation curves of sample with the best hardness

圖9 樣品動態流變曲線Fig.9 Dynamic rheology curves of samples with the best WHC and hardness

由圖9可見，在60 ℃之前，損耗角正切值tanδ較平穩，并小于1，說明這個階段樣品顯黏性流體性質；而后，隨著溫度的升高tanδ增大，硬度最佳樣品和保水最佳樣品先后達到1，并且保持大于1，說明流體此階段略顯彈性流體性質。

3 討 論

保水性最佳樣品在溫度為71 ℃時出現交叉，此后，損耗模量大于儲能模量，黏性占主導[21-23]，表明此溫度條件下，肉凍粉凝膠狀態逐漸變為溶膠狀態。硬度最佳樣品在溫度為67 ℃時出現交叉，在67～85 ℃，損耗模量較儲能模量大，黏性主導[24-25]，說明肉凍粉樣品逐漸由凝膠變為溶膠。

魔芋膠添加量0.22 g/100 mL、卡拉膠添加量0.10 g/100 mL、糯米粉添加量0.20 g/100 mL、CMC-Na添加量0.18 g/100 mL時，肉凍粉的保水性最大，對肉凍粉保水性影響最大的因素為魔芋膠添加量；魔芋膠添加量0.15 g/100 mL、卡拉膠添加量0.20 g/100 mL、糯米粉添加量0.20 g/100 mL、CMC-Na添加量0.18 g/100 mL時，肉凍粉的硬度最大，對肉凍粉硬度影響最大的為卡拉膠添加量。隨著糯米粉添加量在0.1～0.5 g/100 mL，樣品糊化曲線中峰值黏度逐漸升高；隨著CMC-Na添加量在0.1～0.5 g/100 mL，糊化曲線的峰值黏度、崩解值和回升值都成上升趨勢，而起始糊化溫度呈下降趨勢。保水性最佳和硬度最佳的肉凍粉樣品在45～85 ℃均為假塑性流體，樣品的G’和G”均隨溫度的降低而增大。保水性最佳樣品在45～71 ℃之間G’＞G”，71～85℃范圍內G’＜G”；硬度最佳樣品在45～67 ℃之間G’＞G”，67～85 ℃范圍內G’＜G”。

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Formulation Optimization of Aspic Powder by Response Surface Methodology and Its Pasting and Rheological Properties

WANG Xiaoyan1, HUANG Yan1, ZHONG Geng1,2,3,*
(1. College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400716, China; 2. National Undergraduate Experimental Teaching Center, Southwest University, Chongqing 400715, China; 3. Konjac Resources Utilization Engineering Center of Chongqing Universities, Southwest University, Chongqing 400716, China)

Ιn this study, a Box-Behnken design with four factors at three levels was used to analyze the effects of konjac gum (KGM), k-carrageenan (kCG), glutinous rice fl our (GRF) and sodium carboxymethyl cellulose (CMC-Na) on the water holding capacity (WHC), hardness, pasting, and rheological properties of aspic powder. The results showed that KGM, kCG, and CMC-Na had extremely signifi cant effects on the WHC of aspic powder, while KGM, kCG, GRF and CMC-Na had extremely signifi cant effects on its hardness. The peak viscosity of aspic powder increased with an increase in GRF and CMC-Na. With increasing CMC-Na concentration, the breakdown and setback values increased, and pasting temperature decreased. Aspic powder samples with the best WHC and hardness were pseudo-plastic fluids at 45-85 ℃, and as the temperature rose, pseudo-plasticity was enhanced. Dynamic rheological tests showed that as the temperature decreased, G’and G’’ tended to increase.

aspic powder; response surface methodology; konjac gum; pasting properties; rheological properties

TS219

A

1002-6630（2015）22-0025-08

10.7506/spkx1002-6630-201522005

2015-02-10

重慶市“121”科技示范工程創新項目（cstc2014zktjccxyyB0022）

作者介紹：王小燕（1990—），女，碩士研究生，研究方向為農產品加工及貯藏工程。E-mail：1028636720@qq.com

*通信作者：鐘耕（1964—），男，教授，博士，研究方向為糧食、油脂與植物蛋白。E-mail：zhonggdg@126.com