常靜,袁江蘭,康旭,黃亞明,陳曉敏
(湖北工業大學 生物工程與食品學院,湖北 武漢,430068)
米渣生醬油抗氧化活性與發酵溫度的相關性
常靜,袁江蘭*,康旭,黃亞明,陳曉敏
(湖北工業大學 生物工程與食品學院,湖北 武漢,430068)
米渣生醬油具有明顯的抗氧化活性。采用還原力、對1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl, DPPH)自由基清除能力、金屬螯合能力和抗脂質過氧化能力等體外抗氧化活性為評價指標,探究了發酵溫度與米渣生醬油的抗氧化活性的相關性,并利用Folin-Ciocalteu法、高效液相色譜(High Performance Liquid Chromatography, HPLC)法等對生醬油中總酚、5-羥甲基糠醛(5-hydroxymethylfurfural, 5-HMF)等抗氧化活性成分進行分析,以闡明發酵溫度對米渣生醬油中抗氧化活性成分的影響規律,從而闡釋其抗氧化機制,并應用于豬肉保鮮試驗。結果表明,米渣生醬油的還原能力、金屬螯合能力以及抗脂質過氧化能力均隨發酵溫度的升高而增強,而對DPPH自由基清除能力順序為50 ℃>20 ℃>35 ℃;抗氧化活性成分的變化規律與抗氧化活性變化規律相同,均以50 ℃發酵的米渣生醬油含量最高,其中50 ℃發酵時5-HMF含量顯著高于35 ℃和20 ℃,對米渣醬油抗氧化活性有重要貢獻。綜合分析,在一定溫度范圍內,高溫發酵有利于提高米渣生醬油的抗氧化能力,并通過抗氧化增強食品的保鮮效果。
米渣;醬油;發酵溫度;抗氧化;保鮮
米渣是大米淀粉糖生產中產生的副產品,蛋白質含量約60%左右,是在生產中富集的濃縮型大米蛋白。大米蛋白是一種低致敏性的植物蛋白,含八種人體必需氨基酸。此外,大米蛋白還具有一些潛在的生理功能,通過酶解米渣得到的大米蛋白多肽對多種自由基具有清除能力,并確定了2條抗氧化肽的一級結構[1]。米渣是釀造醬油的潛在優質原料[2-3]。在釀造過程中微生物蛋白酶系不斷將蛋白質降解為肽類、氨基酸等可溶性含氮物,加之微生物細胞作用,使谷蛋白逐漸降解和轉化,成為水溶性的含氮組分進入生醬油中,使氨基態氮含量和蛋白質利用率逐漸提高[2]。目前,用米渣蛋白代替大豆釀制的生醬油氮轉化率可達70%。米渣生醬油不僅具有醇厚的醬香,而且有淡雅怡人的米香味,是一種頗具市場潛力的醬油新品種。另外還初步檢測到米渣生醬油具有明顯的抗氧化活性,而發酵溫度對抗氧化活性有顯著影響,推測其抗氧化活性可能與其醬醪中蛋白質降解和轉化及其他代謝產物存在相關性[4]。關于這些方面,尚未見其他研究報道。
本研究在前期研究基礎上,進一步探討發酵溫度對生醬油中抗氧化活性成分的影響,及其與生醬油抗氧化活性的相關性,并將生醬油用于豬肉保鮮試驗。本研究對推進米渣在食品中的新應用、開發醬油新產品、提高米渣附加值具有一定意義。
米渣由湖南萬福生科股份有限公司提供,其他原料均為市購;米曲霉(Aspergillusoryzae)滬釀3.042購于上海佳民有限公司釀造一廠;1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH,≥96%)、菲洛嗪(≥98%)、5-羥甲基糠醛(5-HMF):色譜純、沒食子酸:分析純,美國sigma公司;總抗氧化能力(T-AOC)測定試劑盒為南京建成生物工程研究所產品;Folin-Ciocalteu試劑為國藥集團化學試劑有限公司產品;乙酸乙酯:色譜純,上海三愛思試劑有限公司產品;亞油酸、2-硫代巴比妥、K3[Fe(CN)6]、NH4SCN、FeSO4:為國產分析純。
WFJ2000型可見光分光光度計,上海尤尼柯儀器有限公司;Dionex Ultimate 3000高效液相色譜儀,美國戴安(DIONEX)公司。
3.1 發酵溫度對米渣生醬油抗氧化的影響
3.1.1 米渣生醬油制備
以m(米渣)∶m(麩皮)∶m(面粉)∶m(水)=6∶2∶2∶7.8的配比將原料混合,經蒸料、冷卻、接入0.2%米曲霉后在32~35 ℃、相對濕度85%~90%的恒溫恒濕曲室中制曲36 h。制曲結束后,稱取成曲,裝入1 L密封罐中,添加2.5倍體積的鹽水混合制成10.86%鹽濃度的稀醪,35 ℃恒溫發酵30 d,經過濾而得生醬油。
3.1.2 發酵溫度對米渣生醬油抗氧化活性的影響
按照3.1米渣生醬油制備方法,將曲料制成醬醪后,分別在20、35、50 ℃下發酵,按時取樣測定還原力、DPPH自由基清除能力、金屬螯合力、抗脂質過氧化能力,以確定樣品的抗氧化活性。
3.1.3 發酵溫度對米渣生醬油抗氧化活性成分的影響
樣品與3.1.1相同,測定樣品總酚、5-HMF,以確定部分抗氧化活性成分含量及溫度影響規律。
3.2 抗氧化能力檢測
3.2.1 還原力
普魯士藍法[4]。取稀釋100倍的生醬油1 mL,加入2.5 mL pH 6.6的PBS緩沖液和2.5 mL 1.0%鐵氰化鉀溶液,50 ℃反應20 min后加入2.5 mL 10%三氯乙酸溶液,10 000 r/min離心10 min,取2.5 mL上清液加入2.5 mL蒸餾水和0.5 mL 0.1% FeCl3溶液混合。測定A700nm,以VC的還原力標準曲線進行定量,每毫升油的還原力與VC濃度的等同量,即μg VC/mL(μg AAE/mL)。
3.2.2 DPPH自由基清除能力
采用文獻方法[5]。DPPH自由基清除率以SE(%)表示。生醬油稀釋200倍進行測定并以VC溶液為陽性對照。取2.0 mL樣品稀釋液,加入2.0 mL 0.15 mmol/L的DPPH乙醇溶液,搖勻,室溫下暗處放置30 min,測517 nm下的吸光值。
(1)
式中:A樣品為等體積樣品稀釋液和DPPH乙醇溶液的吸光值;A對照為等體積樣品稀釋液和無水乙醇的吸光值;A空白為等體積水和DPPH乙醇溶液的吸光值。
3.2.3 金屬螯合能力
采用文獻方法[6]。取樣品1 mL和2 mmol/L FeCl2溶液0.10 mL混合,室溫下反應5 min,再加入5 mmol/L菲洛嗪溶液0.2 mL,用蒸餾水調至總體積6 mL,充分混合,然后在室溫下放置10 min,測A562nm。每毫升樣品的金屬螯合能力以EDTA的濃度根據標準曲線的結果表示為mg EDTA/mL。
3.2.4 抗脂質過氧化能力
采用硫氰酸鐵法[7]。在酸性條件下,脂質氧化形成的過氧化物可將Fe2+氧化成Fe3+,然后Fe3+與硫氰酸根離子可形成在480~515 nm內有最大吸收的紅色絡合物,用A500nm表示物質抗脂質過氧化的能力,吸光值越小,表明物質的抗脂質過氧化能力越強。
3.2.5 總抗氧化能力
采用總抗氧化能力(T-AOC)測定試劑盒進行測定。取保鮮試驗的豬肉樣品2.0 g,加入18 mL生理鹽水,勻漿,制成10%的勻漿液,2 500 r/min離心10 min,嚴格按照試劑盒說明書操作。
3.3 抗氧化活性成分測定
3.3.1 總酚
采用Folin-Ciocalteu法[8]。取1 mL樣品稀釋液加6 mL蒸餾水和1 mL Folin-Ciocalteu試劑混勻后,在5~8 min內加1.5 mL 20% Na2CO3溶液,于漩渦混合器混勻后,75 ℃水浴保持2 h后測定A765nm。以0.1 mg/mL沒食子酸溶液繪制標準曲線,樣品中總酚含量以沒食子酸含量表示。
3.3.2 5-羥甲基糠醛
采用HPLC法[9]。準確移取5 mL生醬油樣品置于離心管中,加入5 mL乙酸乙酯充分混合后,3 500 r/min離心3 min,收集上層清液,重復3次上述萃取操作,合并上層清液,用氮氣吹干后,用流動相定容至1 mL,待測。
色譜條件:Ultimate C18色譜柱(5 μm,250 mm×4.6 mm);流動相為V(甲醇)∶V(水)=20∶80;柱溫30 ℃;流速1.0 mL/min;檢測波長284 nm;進樣體積20 μL。
3.3.3 丙二醛
保鮮試驗豬肉的丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法(TBA)測定[10]。將10 g豬肉樣品和50 mL的蒸餾水混合2 min后,置于蒸餾燒瓶中,再加入47.5 mL蒸餾水和2.5 mL的4 mol/L的HCl溶液以及少量消泡劑,將混合物進行蒸餾,并收集50 mL的餾分。將5 mL的餾分和5 mL的0.02 mol/L 2-TBA的乙酸溶液混合,沸水浴30 min后冷卻,測定538 nm處的吸光值,為A樣品,蒸餾水代替樣品餾分作為A空白。
MDA含量/(mg·kg-1)=(A樣品-A空白)×7.8
3.4 米渣生醬油對豬肉保鮮效果
將不同溫度下發酵生醬油稀釋成10%鹽濃度的樣品,與豬肉糜以1∶4的比例混合均勻,裝入聚乙烯袋中,冷藏于4±0.5 ℃冰箱中,并以10%的鹽水代替醬油作為空白,VC鹽溶液代替醬油作為對照。前期預實驗表明,豬肉在保藏至第10天時稍有異味,因此豬肉選擇保藏10 d以測定其MDA含量和總抗氧化能力。
3.5 數據處理
每個樣品均做3個平行,試驗中各項指標測定重復3次,結果取平均值,然后采用Origin 8.0處理和分析數據。
4.1 不同溫度發酵米渣生醬油的還原力
由圖1可知發酵溫度對生醬油還原力有明顯影響。50 ℃發酵的生醬油發酵過程中還原力迅速上升,16 d后趨于平緩,20 ℃和35 ℃下發酵醬油的還原力緩慢上升。在相同條件和一定的溫度范圍內,發酵溫度越高,米渣醬油的還原力上升越快。20 ℃、35 ℃、50 ℃下發酵30 d的米渣生醬油還原力分別為 1001.79、1 704.17、3 844.05 μg AAE/mL。發酵過程中,50 ℃發酵的米渣醬油色澤明顯顏色較深,說明其褐變反應速率最高,其中美拉德反應的系列產物具有抗氧化活性,是高溫下還原力增加的原因之一;另外溫度也是影響各種化學反應的重要因素,如各種酶促反應、大分子水解反應等,均會影響抗氧化活性成分的形成和消耗,從而影響米渣醬油的抗氧化活性。

圖1 發酵溫度對生醬油還原力的影響Fig.1 Effect of fermentation temperature on reducing power of RDP raw sauce
4.2 不同溫度發酵米渣生醬油的DPPH清除能力
如圖2所示,發酵初始的2 d內,DPPH清除能力均迅速增加,然后隨發酵時間延長趨于穩定,在試驗發酵時間內,50 ℃發酵的米渣生醬油清除DPPH自由基的能力始終高于35 ℃、20 ℃,在發酵30 d時,20、35、50 ℃下發酵米渣生醬油的DPPH自由基清除率分別為58.46%,53.29%,69.80%。值得注意的是,發酵6 d后,20 ℃發酵時DPPH自由基清除能力逐漸超過35 ℃,可能溫度影響了發酵醬油的菌相,從而改變了其酶系和生化反應的產物,有利于醬油抗氧化成分的積累。而50 ℃主要通過促進美拉德反應而積累相關抗氧化中間產物和終產物,提高生醬油的抗氧化能力。高溫影響了某些酶系的活力,產生更多具有抗氧化活性的成分[11],而且高溫能提高酚類物質的自由基清除率[12]。

圖2 發酵溫度對米渣生醬油DPPH清除能力的影響Fig.2 Effect of fermentation temperature on DPPH radical scavenging activity of RDP raw sauce
4.3 不同溫度發酵米渣生醬油的金屬螯合能力
由圖3可看出,在整個發酵過程中,50 ℃下發酵醬油的金屬螯合能力在2 d內迅速上升,而后增幅趨于平緩;20 ℃和35 ℃下發酵醬油的金屬螯合能力逐漸上升,并于20 d后趨于平緩。

圖3 發酵溫度對生醬油金屬螯合能力的影響Fig.3 Effect of fermentation temperature on metal ions chelation ability of RDP raw sauce
醬油中存在的一些金屬離子具有促氧化作用,如Fe2+是很強的自由基誘發劑,其產生的活性自由基很快與體系中的酚酸、黃酮類等抗氧化活性成分發生氧化還原反應,從而使體系的抗氧化能力下降。醬油中某些成分通過與金屬離子發生螯合作用而有效提高體系的抗氧化能力,因此體系的金屬離子螯合能力越強,抗氧化能力也越強[13]。相同條件下,發酵溫度越高米渣生醬油對鐵離子的螯合能力越強。發酵30 d時,20、35、50 ℃下發酵米渣醬油的金屬螯合能力分別為74.98、82.73、90.01 μg EDTA/mL。這可能與高溫有利于生醬油中可溶性成分在較短發酵時間內的快速累積,其中包括組氨酸等具有金屬螯合能力的化學成分,從而減少了游離鐵離子的含量,減少了自由基形成量。
4.4 不同溫度發酵米渣生醬油的抗脂質過氧化能力
脂質過氧化反應是由活性氧自由基誘發的自由基鏈式反應,反應所產生的醛類和過氧化物等降解產物具有很強的親電子特性[14]。如圖4所示,在不同溫度下發酵30 d的米渣生醬油與亞油酸混合均勻后,常溫下放置7 d,每天取樣測定抗脂質過氧化能力,顯然在動態監測過程中空白組的吸光值快速上升,亞油酸發生明顯的自氧化。50 ℃和35 ℃下發酵生醬油對亞油酸自氧化有明顯的抑制作用,但能力弱于VC,特別是50 ℃發酵的生醬油與亞油酸共存7 d后,仍然具有明顯的抗脂質過氧化能力。20 ℃發酵生醬油對亞油酸的脂質過氧化抑制作用相對較弱。米渣生醬油的抗脂質過氧化能力隨發酵溫度的升高而增大。

圖4 不同溫度發酵的生醬油抗脂質過氧化能力Fig.4 Anti-lipid peroxidation ability of RDP raw sauce fermented at different temperature
4.5 發酵溫度對生醬油總酚含量的影響
酚類物質具有有效的抗氧化能力和自由基清除能力[15]。如圖5所示,發酵初始的2 d內,生醬油總酚含量均迅速增加后增幅趨于平緩,在相同條件下,發酵溫度越高,米渣醬油中的游離酚含量上升越快,形成量越多。發酵30 d時,20、35、50 ℃發酵的米渣生醬油中總酚的含量分別為2.79、3.02、3.29 mg/mL,這可能與較高發酵溫度下多種酶促反應和非酶促反應速率明顯加快有關,導致相同時間內有更多酚類物質形成,從而起到主要的抗氧化作用。原料中也存在一些酚類物質,通過發酵過程釋放于醬油中。有研究表明,植物中大多數的酚類物質在細胞壁多糖中通過酯基與阿拉伯糖和半乳糖的殘基相連,這些結合酚類是不可溶的,然而通過木聚糖酶和酯酶的作用,游離的酚類物質能夠從細胞壁多糖上釋放出來[16-17]。醬油中的酚類物質除了來源于原料,更主要來源于發酵過程形成,這種形成包括了生物轉化、大分子降解、細胞合成等過程。

圖5 發酵溫度對米渣生醬油總酚含量的影響Fig.5 Effect of fermentation temperature on total phenols content of RDP raw sauce

圖6 發酵溫度對米渣生醬油5-HMF含量的影響Fig.6 Effect of temperature on 5-HMF content of RDP raw sauce
4.6 發酵溫度對生醬油5-HMF的影響
5-HMF是由糖類化合物在高溫或弱酸性條件下水解產生的一種呋喃類化合物,常被作為評價美拉德反應進程的指標。有研究表明,美拉德反應產物5-HMF具有一定的抗氧化活性[18-19]。如圖7可知,隨著發酵時間的延長,5-HMF的生成量均逐漸增多,其中50 ℃發酵生醬油的5-HMF均顯著高于35 ℃、20 ℃,這與高溫有利于美拉德反應有關。

圖7 米渣生醬油對豬肉貯藏期間MDA含量的影響Fig.7 Effect of RDP raw sauce on MDA values of pork during storage
發酵30 d時,20、35、50 ℃下發酵30 d的米渣生醬油中5-HMF的含量分別為1.32、5.07、7.93 μg/mL,可知發酵溫度對5-HMF的形成有極其重要的影響,5-HMF含量的增加是致使高溫發酵米渣生醬油抗氧化能力增強的又一重要原因。
4.7 米渣生醬油對豬肉的保鮮作用
由圖8可知,整個貯藏期間,各組的MDA值均呈上升趨勢,但增長速率不同,空白組的MDA值急速上升,而米渣生醬油樣品組和VC對照組的MDA值均上升緩慢且保持在一個較低的水平,遠低于空白組的MDA值。第10天時,空白、VC和20 ℃、35 ℃、50 ℃發酵的米渣生醬油保鮮豬肉的MDA含量分別是2.57、0.30、0.59、0.52、0.30 μg/kg,由此可見,空白組的肉樣脂質氧化程度遠大于米渣生醬油樣品組。由圖9可知,米渣生醬油處理的肉樣在一定程度上也提高了豬肉自身的總抗氧化能力。總體而言,米渣生醬油具有一定抑制脂肪氧化的能力,對豬肉保鮮有一定作用,其中50 ℃下發酵米渣生醬油保鮮效果最明顯。

圖8 米渣生醬油對豬肉貯藏期間T-AOC值的影響Fig.8 Effect of RDP raw sauce on T-AOC value of pork during storage
在體外抗氧化實驗中,不同發酵溫度下的米渣生醬油表現出不同程度的抗氧化活性,在一定的溫度范圍內,其還原能力、金屬螯合能力以及對亞油酸自氧化的抑制能力隨著發酵溫度的升高而增強,而對DPPH自由基清除能力順序為50 ℃最高,20 ℃下次之。根據對米渣生醬油中部分抗氧化活性成分的研究結果表明,總酚和5-HMF對米渣生醬油的抗氧化活性有重要貢獻,二者含量均與生醬油的抗氧化能力的規律相一致。米渣生醬油還能在一定程度上提高豬肉自身總抗氧化能力,并能較好地抑制脂肪氧化。所有結果一致表明50 ℃更有利于抗氧化活性成分的積累,從而賦予樣品最高的抗氧化活性。
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Correlation between antioxidant activity and fermentation temperature of raw sauce from rice dreg protein
CHANG Jing, YUAN Jiang-lan*, KANG Xu, HUANG Ya-ming, CHEN Xiao-min
(School of Food and Biological Engineering, College of Light Industry,Hubei University of Technology, Wuhan 430068, China)
Raw sauce from rice dreg protein (RDP) has significant antioxidant activity. Antioxidant activity of RDP raw sauce was evaluated by detecting reducing power, DPPH radical scavenging activity, metal ions chelation ability and anti-lipid peroxidation ability.Correlation between antioxidant activity and fermentation temperature of RDP raw sauce was examined. Some antioxidants such as total phenols and 5-HMF were analyzed by Folin-Ciocalteu and HPLC to clarify influence of fermentation temperature on antioxidants in RDP raw sauce, and then different RDP raw sauce fermented under different temperature were applied to preserve pork.The results showed that reducing power, metal ions chelation and anti-lipid peroxidation ability of RDP raw sauce increased with increasing of fermentation temperature, but DPPH radical scavenging activity from high to low at different temperature was 50 ℃>20 ℃>35 ℃. Contents of antioxidants kept the same tendency with antioxidant activity, namely, the content of antioxidants in RDP raw sauce fermented under 50 ℃was the highest.Wherein the content of 5-HMF at 50 ℃ was significantly higher than those at 35 ℃ and 20 ℃, so it could be an important contributor to antioxidant activity of RDP raw sauce. It could be concluded that high temperature fermentation was helpful for improving antioxidant activity of RDP raw sauce, and enhancing food preservation effect due to its antioxidant activity.
rice dreg protein; sauce; fermentation temperature; antioxidant; preservation
10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201702024
碩士研究生(袁江蘭副教授為通訊作者,E-mail:jlyuan1229@163.com)。
國家自然科學基金面上項目(31371741)
2016-06-07,改回日期:2016-10-12