趙 悅,韓 寧,孫玉霞,孫慶揚,韓愛芹,趙新節,*
(1.齊魯工業大學生物工程學院,山東濟南 250353;2.山東省農業科學院農產品研究所,山東濟南 250100)
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不同產地釀酒葡萄“赤霞珠”果實中有機酸差異性研究
趙悅1,韓寧1,孫玉霞2,孫慶揚1,韓愛芹1,趙新節1,*
(1.齊魯工業大學生物工程學院,山東濟南 250353;2.山東省農業科學院農產品研究所,山東濟南 250100)
采用反相高效液相色譜法(RP-HPLC),對云南迪慶德欽、河北懷來沙城和山東煙臺萊山三地的成熟期釀酒葡萄“赤霞珠”果實中6種主要有機酸的含量進行差異性分析。結果表明,不同產地的釀酒葡萄果肉和果皮中有機酸總量存在明顯差異(p<0.05)。三產地釀酒葡萄果肉中有機酸含量以云南迪慶德欽11.434 mg/g·FW為最高,而釀酒葡萄果皮中有機酸含量最高的是山東煙臺萊山19.081 mg/g·FW。6種主要有機酸在不同產地釀酒葡萄果肉和果皮中含量均不同,其中酒石酸與L-蘋果酸共占葡萄果肉和果皮中有機酸總量的86.5%和77.0%以上,共同構成了釀酒葡萄果肉和果皮中最主要的有機酸。另外,不同產地的釀酒葡萄果皮中酒石酸、L-蘋果酸、乳酸、檸檬酸和琥珀酸的含量均高于果肉。除山東煙臺萊山,其它兩產地釀酒葡萄果肉中草酸含量高于果皮。總之,釀酒葡萄“赤霞珠”果實中有機酸的分布存在組織特異性,并且其含量與產地的氣候密切相關。
產地,釀酒葡萄,有機酸
有機酸是釀酒葡萄果實中主要的風味物質之一,也是評價釀酒葡萄與葡萄酒品質的重要指標[1]。在成熟的葡萄果實中,有近70%的有機酸分布在果皮和果肉中,而在種子中的含量很少[2]。其中含量最多的是酒石酸和L-蘋果酸,這兩者共占有機酸總含量的90%以上[3],此外,還含有少量的草酸、乳酸、檸檬酸和琥珀酸等。酒石酸是葡萄果實中的特征酸,是葡萄與葡萄酒中酸度的主要來源;L-蘋果酸是一種具有強烈辛酸味的雙羧基酸,當其在葡萄中含量較高時,釀造出來的葡萄酒會給人以酸澀和粗糙的感覺,但在發酵結束后,L-蘋果酸可在乳酸菌的作用下分解為乳酸[2]。這些有機酸不僅為葡萄酒提供了骨架物質[4],參與葡萄酒味感的平衡,還決定了葡萄酒的pH[5]和緩沖能力[6],進而影響了葡萄酒的微生物穩定性、顏色穩定性和陳釀潛力[7-9]。

表1 葡萄園地址、生態條件及栽培模式
關于有機酸檢常見的分析檢測方法有電位滴定法[10]、分光光度法[11]、酶法[12]、薄層色譜法[13]、氣相色譜法[14]液相色譜法[15]、離子色譜法[16]和毛細管電泳法[17]等。其中反相高效液相色譜法(RP-HPLC)因其具有操作簡單、準確度高、重現性好等優點,而且可以同時測定樣品中的多種有機酸,目前有著廣泛的應用[18]。
本文采用RP-HPLC法,對云南迪慶德欽、河北懷來沙城和山東煙臺萊山三地的成熟期釀酒葡萄“赤霞珠”果肉和果皮中的有機酸進行差異性分析,以期為釀酒葡萄選擇最佳的栽培地區以及我國葡萄酒地方特色的形成提供依據。
1.1材料、試劑與儀器
1.1.1材料實驗所用的釀酒葡萄“赤霞珠”果實樣品于2014年9月下旬至10月下旬手工采摘,從葡萄園中不同方位隨機手工采摘健康、成熟的葡萄果實400~500粒,采摘后置于保溫冰箱中帶回實驗室立即進行液氮速凍,置于-80 ℃低溫冰箱保存備用,葡萄果實長途運輸過程中采用干冰保藏。葡萄園地址、生態條件及栽培模式見表1。
1.1.2試劑草酸、酒石酸、L-蘋果酸、乳酸、檸檬酸、琥珀酸、葡萄糖和果糖標準樣品色譜純,美國Sigma公司;磷酸分析純,天津市森達化工產品銷售有限公司;磷酸二氫鉀分析純,天津市風船化學試劑科技有限公司。氫氧化鈉分析純,天津市北方天醫化學試劑廠;乙腈色譜純,美國TEDIA有限公司。
1.1.3儀器高效液相色譜儀LC-20A,日本島津公司;高速冷凍離心機Neofuge 15R,上海力申科學儀器有限公司;pH計PB-10,德國賽多利斯股份公司;電子分析天平BS124S,德國賽多利斯股份公司;超低溫冷凍儲存箱DW-HW50,中科美菱低溫科技有限責任公司;超聲波清洗機SB-5200D,寧波新芝生物科技股份有限公司;自動雙重純水蒸餾器SZ-93,上海亞榮生化儀器廠;旋轉蒸發儀RE52CS,上海亞榮生化儀器廠。
1.2方法
1.2.1百粒重測定方法隨機選取100粒果實,用分析天平準確稱重(精確至0.01 g)。
1.2.2可溶性固形物測定方法果實榨汁后用手持折光儀測定。
1.2.3pH測定方法取30 mL葡萄汁于50 mL燒杯中,用已校正的pH計測定。
1.2.4總酸測定方法采用電位滴定法(GB/T 15038-2006)測定。
1.2.5可溶性糖測定方法
1.2.5.1色譜條件色譜柱:Agilent ZORBAX NH2(250×4.6 mm,5 μm);流動相:乙腈∶水=75∶25(v/v);流速:1.0 mL/min;進樣量:10 μL;柱溫:40 ℃;檢測器:示差檢測器;分析時間:20 min。
1.2.5.2可溶性糖標準溶液配制準確稱取葡萄糖和果糖各1.000 g于10 mL容量瓶中,用純水溶解并定容,得到100.000 g/L可溶性糖混合標準溶液,依次用純水稀釋配成50.000 g/L、40.000 g/L、20.000 g/L、和10.000 g/L的可溶性糖混合標準溶液,用0.45 μm濾膜過濾于樣品瓶中,置于-20 ℃備用。

表2 不同產地釀酒葡萄“赤霞珠”果實基本理化指標
注:數字后不同小寫字母表示差異達到顯著水平p<0.05。
1.2.5.3樣品制備隨機選取葡萄果實樣品,將葡萄果實樣品在液氮保護下剝去果皮、去籽,果肉加液氮磨成粉末,準確稱取3.000 g樣品于15 mL離心管中,加入80%的乙醇溶液6.0 mL,在35 ℃條件下超聲波震蕩提取20 min,之后在8000 r/min、20 ℃條件下離心10 min,取上層清液,重復提取3次,合并上清液于35 ℃減壓濃縮,最后定容至10 mL,用0.45 μm濾膜過濾后進行測定。
1.2.6有機酸測定方法
1.2.6.1色譜條件色譜柱:Thermo Hypersil GOLD aQ(250×4.6 mm,5μm);流動相:0.01 mol/L KH2PO4(pH=2.2);流速:0.5 mL/min;進樣量:10 μL;柱溫:25 ℃;檢測波長:210 nm,分析時間:30 min。
1.2.6.2有機酸標準溶液配制準確稱取草酸、酒石酸、L-蘋果酸、乳酸、檸檬酸、琥珀酸0.200 g于10 mL容量瓶中,用流動相溶解并定容,搖勻備用,準確吸取上述6種有機酸溶液1.00 mL于10 mL容量瓶中,用流動相定容,得到2.000 g/L有機酸混合標準溶液,依次用流動相稀釋配成1.000、0.500、0.250、0.125 g/L的有機酸混合標準溶液,用0.45 μm濾膜過濾于樣品瓶中,置于-20 ℃備用。
1.2.6.3樣品制備隨機選取葡萄果實樣品,將葡萄果實樣品在液氮保護下剝去果皮、去籽,果肉、果皮分別研磨成粉末,準確稱取1.000 g樣品于25 mL離心管中,加入8 mmol/L的磷酸提取液10 mL,在25 ℃條件下超聲波震蕩提取10 min,之后在8000 r/min、4 ℃條件下離心20 min,取上層清液,用0.45 μm濾膜過濾后進行測定。
1.3數據統計與分析
每個樣品重復3次。數據整理與分析采用EXCLE 2007和SPSS Statistics 19軟件。
2.1不同產地的釀酒葡萄“赤霞珠”果實基本理化指標
不同產地釀酒葡萄“赤霞珠”果實百粒重、可溶性糖、可溶性固形物(TSS)、pH與總酸含量等基本理化指標及其差異性見表2,結果顯示三產地釀酒葡萄“赤霞珠”果實百粒重之間存在顯著性差異,具體表現為山東煙臺萊山>河北懷來沙城>云南迪慶德欽。此外云南德欽葡萄果實中葡萄糖含量為102.41 mg/g·FW,明顯高于河北沙城的99.44 mg/g·FW和山東萊山的100.07 mg/g·FW,并且與TSS之間的差異性相一致,但果糖含量彼此之間的差異并不大。同時三產地葡萄果實總酸含量之間也存在顯著性差異,并在云南德欽產地的葡萄果實中最高,其含量為5.02 g/L(以酒石酸計),較河北沙城和山東萊山分別高0.21 g/L和0.89 g/L。并且果實pH與果實總酸含量相符。
2.2有機酸標準曲線繪制
按照方法1.2.6.1的色譜條件,6種有機酸的分離效果較好,結果如圖1所示。以各標準有機酸質量濃度X對峰面積Y進行線性回歸,得到6種有機酸標準品的回歸方程和相關系數,結果如表3所示。

表3 標準有機酸峰面積回歸分析
注:回歸方程中Y為峰面積,X為濃度。

圖1 6種標準有機酸HPLC色譜圖Fig.1 HPLC chromatogram of six organic acid standards
2.3不同產地釀酒葡萄“赤霞珠”果肉中有機酸含量
采用RP-HPLC法分別對不同產地釀酒葡萄“赤霞珠”果肉中6種有機酸進行分析,并根據外標法進行定量計算,結果如表4所示。結果表明,三產地釀酒葡萄“赤霞珠”果肉樣品中均檢測出草酸、酒石酸、L-蘋果酸、乳酸、檸檬酸和琥珀酸。其中酒石酸和L-蘋果酸含量共占有機酸總量的86.5%以上,構成了葡萄果肉中主要的有機酸;而草酸、琥珀酸含量相對較少,其含量均低于0.3 mg/g·FW。果肉中所測定的6種有機酸在有機酸總量中所占比例表現為酒石酸>L-蘋果酸>乳酸>琥珀酸>草酸>檸檬酸。由表4可以看出,三產地釀酒葡萄“赤霞珠”果肉有機酸總量之間均存在顯著差異,葡萄果肉中有機酸總量以云南迪慶德欽11.434 mg/g·FW為最高,這主要體現在其果肉6種有機酸中的4種(酒石酸、L-蘋果酸、檸檬酸、琥珀酸)均顯著高于河北懷來沙城和山東煙臺萊山,尤其是對有機酸總量貢獻較大的酒石酸和L-蘋果酸,其含量分別為7.800 mg/g·FW和2.088 mg/g·FW。河北懷來沙城和山東煙臺萊山果肉中酒石酸、檸檬酸和琥珀酸含量之間并無顯著性差,其差異主要表現在草酸、L-蘋果酸和乳酸的含量上。河北懷來沙城葡萄果肉中L-蘋果酸和乳酸含量分別為1.890 mg/g·FW和0.781 mg/g·FW,顯著高于山東煙臺萊山的1.162 mg/g·FW和0.538 mg/g·FW,而河北懷來沙城葡萄果肉中草酸含量為0.208 mg/g·FW略低于山東煙臺萊山的0.225 mg/g·FW,但在葡萄果肉有機酸總量上河北懷來沙城仍高于山東煙臺萊山。

表4 不同產地釀酒葡萄“赤霞珠”果肉中有機酸含量(mg/g·FW)
注:同一列數字后不同小寫字母表示差異達到顯著水平p<0.05。

表5 不同產地釀酒葡萄“赤霞珠”果皮中有機酸含量(mg/g·FW)
注:同一列數字后不同小寫字母表示差異達到顯著水平p<0.05。
2.4不同產地釀酒葡萄“赤霞珠”果皮中有機酸含量
采用RP-HPLC法分別對不同產地釀酒葡萄“赤霞珠”果皮中6種有機酸進行分析,并根據外標法進行定量計算,結果如表5所示。結果表明,三產地釀酒葡萄“赤霞珠”果皮樣品中均檢測出草酸、酒石酸、L-蘋果酸、乳酸、檸檬酸和琥珀酸。葡萄果皮中各有機酸含量與果肉不同,其中酒石酸和L-蘋果酸含量共占有機酸總量的77%以上,構成了葡萄果皮中主要的有機酸;在果皮中所測定的6種有機酸在有機酸總量中所占比例表現為酒石酸>L-蘋果酸>乳酸>琥珀酸>檸檬酸>草酸。由表5可知,三產地釀酒葡萄“赤霞珠”果皮有機酸總量之間均存在顯著差異,其中山東煙臺萊山葡萄果皮中有機酸總量最高為19.081 mg/g·FW,這主要體現在有機酸總量中所占比例最高的酒石酸含量達12.930 mg/g·FW,顯著高于云南迪慶德欽的10.927 mg/g·FW和河北懷來沙城的9.825 mg/g·FW。另外,山東煙臺萊山葡萄果皮中草酸含量達0.318 mg/g·FW,分別比云南迪慶德欽和河北懷來沙城高6.5倍及3.8倍。表5顯示,雖然河北懷來沙城葡萄果皮中乳酸、檸檬酸和琥珀酸含量分別為2.234、0.930和0.631 mg/g·FW,比云南迪慶德欽高出0.560、0.132和0.169 mg/g·FW,但由于在對有機酸總量有主要貢獻的酒石酸和L-蘋果酸含量上云南迪慶德欽均顯著高于河北懷來沙城,使得云南迪慶德欽葡萄果皮中有機酸總量較河北懷來沙城稍高。
葡萄果實中有機酸代謝是一個極為復雜的過程,其有機酸含量的高低一方面取決于品種或品系的基因型,另一方面還與葡萄的生長環境密和栽培措施等因素密切相關,這就使得同一葡萄品種在不同的地區呈現出不同的地域風格。葡萄果實中果肉(漿液)、果皮和果核所占比例大致為83%~92%、6%~12%和2%~5%,故葡萄果實中有機酸的種類與含量在很大程度上取決于葡萄果肉。
Falchi等應用高效液相色譜法對葡萄果肉、果皮和種子的成分分析,發現葡萄果實不同部位有機酸的含量存在差異,這表明葡萄果實中有機酸的代謝可能具有組織特異性[19]。由表3和表4可見,葡萄果肉和果皮中有機酸含量明顯不同,葡萄果皮中除草酸外,其余5種有機酸含量均高于果肉,并且這6種有機酸在葡萄果肉和果皮有機酸總量中所占的比例也存在著一定的差異,但可以確定酒石酸和L-蘋果酸共同構成了葡萄果實中主要的有機酸。Kliewer通過C14同位素示蹤法,對不同溫度下葡萄果實中有機酸和糖類C14含量變化進行了研究,結果表明在低溫條件下,未成熟的葡萄果實中C14大多存在于有機酸中,而在近成熟的葡萄果實中有80%以上的C14被固定在糖中,并且在一定的溫度范圍內,溫度越低蘋果酸的含量就越高[20]。Liu Huaifeng等[21]也指出葡萄果實中的有機酸對氣候非常敏感,且蘋果酸對氣候的敏感度要高于酒石酸。葡萄果實中L-蘋果酸含量在始熟前(花后4~6周)達到最高,之后呈現下降趨勢[22],這一時期恰與各產地的最熱月相重疊,通過表1和表4可以看出,云南迪慶德欽和河北懷來沙城最熱月均為7月,其平均溫度分別為11.7 ℃和24.0 ℃,而山東煙臺萊山最熱月為8月,其平均溫度為27.2 ℃,三產地釀酒葡萄“赤霞珠”果肉和果皮中L-蘋果酸含量均與三產地最熱月平均溫度均呈現負相關(表4,5),這表明葡萄果實中L-蘋果酸的含量可能與其成熟期的溫度相關。此外,成熟期的溫度還與葡萄果實中有機酸總量有關。有研究表明,蘋果、葡萄、柿、菠蘿、溫州蜜柑、酸櫻桃等多種果樹,熱量較高的地區果實中含酸量比熱量較低的地區低[23]。與上述情況類似,云南迪慶德欽處于高海拔地區,葡萄成熟期的平均溫度較低,且晝夜溫差較大,而河北懷來沙城和山東煙臺萊山均處于低海拔地區,同時受到季風的影響,使得這兩產地葡萄成熟期的平均溫度相比云南迪慶德欽較高,可能是由于較高的溫度導致葡萄果實有機酸的代謝消耗,最終表現為總量上的差異(表4)。
葡萄果實中的草酸和酒石酸均來自于抗壞血酸[4],而L-蘋果酸和檸檬酸則來自于三羧酸循環[2]。因此,外界環境因素可能通過調控其代謝途徑中基因的表達量,最終影響有機酸的組成比例。雖然草酸和酒石酸、L-蘋果酸和檸檬酸在代謝途徑上具有一定的關聯性,但在不同外界環境的影響下,同一生物合成途徑中的碳流向仍具有一定的差異,此推測需進一步驗證。
本文分析測定了云南迪慶德欽、河北懷來沙城和山東煙臺萊山三地的成熟期釀酒葡萄“赤霞珠”果實中6種主要有機酸的含量。結果表明,不同產地的葡萄果肉和果皮中有機酸總量上存在明顯差異(p<0.05)。6種主要有機酸在不同產地葡萄果皮和果肉中含量均不同,其中酒石酸與L-蘋果酸共同構成了釀酒葡萄果肉和果皮中最主要的有機酸。釀酒葡萄果實中有機酸的含量與產地氣候相關,但其仍不足以判定釀酒葡萄的品質,我們還將結合其他相關理化指標,更具體地探討我國不同產地釀酒葡萄的品質差異,為我國葡萄酒地方特色的形成提供指導。
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Difference of organic acids in ripen berry of wine grape(CabernetSauvignon)among production regions
ZHAO Yue1,HAN Ning1,SUN Yu-xia2,SUN Qing-yang1,HAN Ai-qin1,ZHAO Xin-jie1,*
(1.College of biological engineering,Qi Lu University of Technology,Jinan,Jinan 250353,China;2.Institute of Agro-food Science and Technology,Shandong Academy of Agricultural Sciences,Jinan,Jinan 250100,China)
Six organic acids in berries of wine grape(Cabernet Sauvignon)from three production regions(Deqin in Yunnan,Huailai in Hebei and Laishan in Shandong)in China were analyzed by high performance liquid chromatography(HPLC). The results showed that the total organic acids and six organic acids in the pulp and skin of berries from different production regions had obvious differences(p<0.05). Among three production regions,the highest content of organic acids in the pulp and skin were Deqin in Yunnan(11.434 mg/g·FW)and Laishan in Shandong(19.081 mg/g·FW),respectively. Moreover,the contents of tartaric acid and L-malic acid accounted for 86.5% and 77.0% of the total organic acids in the pulp and skin,so they together made up the main organic acids in the pulp and skin of berry. The skin of berry contained more tartaric acid,L-malic acid,lactic acid and citric acid than the pulp among three production regions. But except Laishan in Shandong,the content of oxalic acid in the pulp was higher than the skin in the other two regions. In brief,the distribution of organic acids in berries of wine grape(CabernetSauvignon)has tissue specificity,and the content of organic acids is closely related to the climate of production regions.
production regions;wine grape;organic acids
2015-04-29
趙悅(1989-),男,碩士研究生,研究方向:現代釀酒技術,E-mail:zhaoyue_0335@126.com。
趙新節(1962-),男,博士,教授,研究方向:現代釀酒技術,E-mail:zhaoxinjie1177@163.com。
山東省自然科學基金項目(ZR2013CQ022);山東省現代農業技術體系水果產業創新團隊項目(SDAIT-03-021-12)。
TS261.2
A
1002-0306(2016)01-0000-00
10.13386/j.issn1002-0306.2016.01.000