豌豆蛋白对鸡肉糜热诱导凝胶品质特性与微观结构的影响

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豌豆蛋白对鸡肉糜热诱导凝胶品质特性与微观结构的影响
计红芳1,2，李莎莎1，张令文1,*，王雪菲1，康壮丽1，陈复生2，马汉军1
（1.河南科技学院食品学院，河南 新乡 453003；2.河南工业大学食品科学与工程博士后流动站，河南 郑州 450001）
摘 要：为改善鸡肉糜的凝胶性能，向其添加豌豆蛋白，研究豌豆蛋白对鸡肉糜凝胶色泽、蒸煮得率、保水性、质构、动态流变特性、微观结构、水分分布与迁移等特性的影响。结果表明，随豌豆蛋白添加量的增加，凝胶L*值、a*值下降，b*值上升；蒸煮得率呈上升趋势，但添加量为8%与12%时差异不显著（P＞0.05）。添加豌豆蛋白显著提高了不易流动水T21的相对百分比，降低了其弛豫时间（P＜0.05），提高了凝胶的保水性；硬度、咀嚼性均持续上升；弹性与恢复性则先升高后下降；储能模量G’的初始值和终值随豌豆蛋白添加量的增加而升高，且均高于对照（P＜0.05）。豌豆蛋白最适添加量为8%，此时保水性达到最大，为96.63%；弹性与恢复性最大，分别为0.892、0.288；形成的凝胶网络结构致密均匀、高度有序，品质最好。
关键词：鸡肉糜；豌豆蛋白；凝胶特性；微观结构
鸡肉营养丰富，以高蛋白、低脂肪、低胆固醇著称，其肉糜加工成的产品，如香肠、肉丸、肉饼等深受消费者欢迎。这些产品的品质取决于肉糜成凝胶的性能，而肉糜成凝胶的性能又受到原料肉本身、加工工艺，以及添加剂种类等的影响，如超高压[1]、微波[2]、谷氨酰胺转胺酶（transglutaminase，TGase）[3]、非肉蛋白[4]、淀粉[5]、多糖[6-8]、盐类[9-10]等。白登荣等[3]研究表明，γ-聚谷氨酸和TGase对鸡肉肌原纤维蛋白凝胶特性具有明显的改善作用，将二者复合使用后对凝胶特性的改善作用更为明显。Zhang Xiaowei等[11]研究发现，纳米纤维素与TGase可以协同增强鸡肉盐溶蛋白凝胶流变特性，提高硬度与咀嚼性。Kachanechai等[12]研究表明，壳聚糖可以改善鸡肉盐溶性蛋白凝胶质构、流变特性和微观结构。
豌豆是世界第2大豆类作物，目前世界上生产干豌豆的国家有60多个。我国具有丰富的豌豆资源，年产量约为150万 t，约占世界总产量的8%[13]。豌豆蛋白占干豌豆的23%～25%，其中清蛋白比例为18%～25%，球蛋白比例为55%～65%。清蛋白含有较多的赖氨酸、苏氨酸、色氨酸和含硫氨基酸；球蛋白含有较多的亮氨酸、精氨酸、苯丙氨酸和异亮氨酸。豌豆球蛋白按沉降系数分为legumin（11S，六聚体，分子质量350～400 kDa）、vicillin（7S，三聚体，分子质量150～180 kDa）、convicilin（分子质量71～75 kDa）[14-15]。整体而言，豌豆蛋白富含赖氨酸，缺乏含硫氨基酸，氨基酸组成比较平均，接近联合国粮农组织/世界卫生组织推荐的标准模式，是一种较好的必需氨基酸来源[16]。豌豆蛋白不存在过敏源，且具有降低肥胖、动脉粥样硬化、恶性肿瘤等发病率的功效[17-18]。豌豆蛋白具有良好的溶解性、乳化性、起泡性、胶凝性，在食品加工领域中的应用前景十分广阔[19-21]。豌豆蛋白是生产豌豆淀粉的副产物，主要用作动物饲料或饲料添加剂，相对于大豆蛋白，豌豆蛋白存在应用领域窄、附加值低的问题，极大地浪费了这一优质资源，尤其在肉制品中应用有限。白一凡等[19]研究发现，4%以下的豌豆蛋白可以对乳化香肠的品质产生较好影响。杨震等[13]研究表明，豌豆组织蛋白添加量为4%时，香肠颜色、质构和感官品质比较理想。Su等[20]研究了豌豆蛋白预乳化脂肪对法兰克福香肠质地和功能特性的影响，结果发现，添加豌豆蛋白的香肠热稳定性和剪切硬度较好。目前，鲜见有豌豆蛋白在鸡肉肉糜中应用的研究报道。豌豆蛋白是否具有类似大豆蛋白改善鸡肉凝胶品质的性能值得研究。因此，本研究考察豌豆蛋白对鸡肉糜共混热诱导凝胶特性的影响，旨在为改善鸡肉糜凝胶品质，提高豌豆蛋白的附加值，拓宽豌豆蛋白在食品工业中的应用领域提供技术支持。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
约42 日龄的白羽公鸡，购于河南新乡世纪华联超市，宰杀后无菌条件分割取胸肉，剔除可见脂肪和结缔组织，冷却排酸8 h后备用；豌豆蛋白（干基化学成分：蛋白81.5%、灰分5.7%、脂肪6.7%、碳水化合物6.1%）购于山东金都塔林食品有限公司。
氯化钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、25%戊二醛、无水乙醇、叔丁醇、氯仿均为分析纯。
1.2 仪器与设备
PQ001台式核磁共振分析仪 上海纽迈电子有限公司；TA-XT plus质构仪 英国Stable Micro Systems公司；UMC-5C斩拌机 德国Stephan公司；绞肉机山东嘉信食品机械有限公司；AUY120电子天平 日本岛津公司；台式高速冷冻离心机、Haake Mars 60旋转流变仪 德国Thermo Fisher Scientific公司；T25高速分散器 德国IKA公司；WFG7200型可见分光光度计 上海尤尼柯仪器有限公司；CR-400色差仪 日本Konica Minolta公司；Quanta 200扫描电子显微镜 美国FEI公司。
1.3 方法
1.3.1 鸡肉糜凝胶的制备
将切碎的鸡肉每份200 g置于斩拌机中，分别添加2%的NaCl、25%的冰水和不同量的豌豆蛋白（0、8、16、24 g，添加量占肉质量的0%、4%、8%和12%），1 500 r/min斩拌2 min，停3 min，3 000 r/min斩拌2 min，中心温度始终低于10 ℃。取35 g混合肉糜装入50 mL离心管，3 000 r/min离心10 min去除气泡，然后放入85 ℃水浴中保温30 min，冷却，4 ℃放置12 h备用。
1.3.2 凝胶色度测定
采用CR-400便携式色差仪，以标准白板作为对照进行色差测定，记录L*、a*、b*值，分别为样品的亮度值、红度值、黄度值[22]，重复6 次实验取平均值。标准白板X为94.51，Y为100.06，Z为109.13。
1.3.3 凝胶蒸煮得率测定
参考Kang Zhuangli等[23]的方法并稍作改动。将肉糜样品装入50 mL离心管，称质量，即为蒸煮前质量。将此样品在85 ℃保持30 min，煮制后冷却至室温，4 ℃条件下放置12 h，室温环境下回温2 h，用滤纸吸干表面水分，称质量并记录，即为蒸煮后质量。蒸煮得率按式（1）计算：

1.3.4 凝胶保水性测定
参考Hong等[24]的方法并稍作修改。将凝胶切成直径15 mm、高20 mm的圆柱体，称质量记为m1。置于离心管中，6 000hg离心10 min，用滤纸吸干表面水分后再次称质量，记为m2。保水性按式（2）计算：

1.3.5 凝胶质构测定
将凝胶样品（Φ 2.5 cmh2 cm）室温放置2 h后用TA-XT plus质构仪质构剖面分析模式测定，探头为P/36R，具体参数：测试速率与测试后速率均为2 mm/s，压缩比40%，时间5 s，触发力5 g，类型为自动，测得硬度、弹性、咀嚼性、恢复性等指标。每组样品测定6 次求平均值[25]。
1.3.6 凝胶流变特性测定
参考Westphalen等[26]的方法并稍作修改。校准机器并调好参数，不锈钢圆形平板探头50 mm，间隙0.6 mm，样品均匀涂抹于2 个平板探头之间，外涂薄的硅油，避免水分蒸发。先20 ℃保温10 min，后从20 ℃升温至80 ℃，加热速率2 ℃/min。加热过程在一个固定频率为0.1 Hz和一个振荡模式下对样品进行连续剪切，记录储能模量G’的变化。
1.3.7 凝胶微观结构观察
将凝胶样品切成2 mm的小条，用2.5%的戊二醛溶液（pH 6.8）浸泡过夜。先用0.1 mol/L pH 6.8的磷酸缓冲液洗3 次，每次15 min，再用50%～90%的乙醇脱水，每次15 min，无水乙醇脱水3 次，每次10 min。最后，采用氯仿进行脱脂1 h，无水乙醇∶叔丁醇=1∶1（V/V），以及叔丁醇各进行一次置换，每次15 min。真空干燥后进行扫描观察[27]。
1.3.8 凝胶核磁共振自旋-自旋驰豫时间（T2）测定
参考李可等[28]的方法并稍作修改。将质量约为2 g的凝胶放入直径15 mm核磁管。温度32 ℃，质子共振频率22.6 MHz，采样频率100 kHz，半回波时间τ-值（90°脉冲和180°脉冲间的时间）200 µs，重复扫描32 次，间隔时间110 ms，扫描12 000 个回波，自旋-自旋弛豫时间T2用CPMG序列测量，得到指数衰减图形。CPMG指数衰减曲线用仪器自带的Multi Exp Inv Analysis软件进行反演，得到弛豫时间T2。反演的结果为对应的时间常数（峰值）及其所占面积比例、峰起始时间和结束时间等。每个样品测定6 个重复，结果取平均值。
1.4 数据处理
每组实验除特殊说明外均重复3 次，结果以fs表示。利用Excel 2010进行数据整理、作图。采用SPSS 19.0进行方差分析，并使用最小显著差异法进行均值差异显著性分析，P＜0.05，差异显著。
2 结果与分析
2.1 豌豆蛋白对鸡肉糜凝胶色度的影响

图1 豌豆蛋白添加量对凝胶色泽的影响
Fig. 1 Effect of pea protein addition on color of chicken batter gel
由图1可知，随豌豆蛋白添加量的增加，鸡肉糜凝胶L*、a*值整体均呈下降趋势。L*值在添加量为4%时与对照相比差异不显著（P＞0.05），随后急剧下降（P＜0.05），添加12%时达到最小值，为78.06；a*值在添加量处于4%～12%之间差异不显著（P＞0.05）；凝胶b*值显著增加，添加量为12%时达到最大，是对照的1.62 倍。豌豆蛋白添加量为8%时，亮度适中、色泽适宜。有研究表明，肌红蛋白是影响肉色的关键性蛋白，肌红蛋白在加热过程中受热变性，含量下降，转化为褐色的高铁肌红蛋白等复杂产物，而致使红度下降[29-30]，这可能是豌豆蛋白-鸡肉糜共混凝胶a*值下降的原因之一。另外，豌豆蛋白本身呈淡黄色，添加量越大，肉糜凝胶的颜色就越黄越暗。
2.2 豌豆蛋白对鸡肉糜凝胶蒸煮得率的影响

图2 豌豆蛋白添加量对凝胶蒸煮得率的影响
Fig. 2 Effect of pea protein addition on cooking yield of chicken batter gel
从图2可知，鸡肉糜凝胶的蒸煮得率随豌豆蛋白添加量的增加，呈持续上升趋势。添加量为8%时，为93.72%，是对照的1.12 倍，但与12%相比，差异不显著（P＞0.05），表明豌豆蛋白添加量在8%时就能充分降低肉糜凝胶中水分损失，提高蒸煮得率。在加热过程中，豌豆蛋白与鸡肉中的盐溶蛋白结构充分展开，相互作用增强，并发生变性与聚集，使水分子运动受到束缚，进而形成了致密的三维网状结构，增强了凝胶的保水性，提高了凝胶的蒸煮得率。康壮丽等[31]研究表明，添加大豆分离蛋白乳化猪背膘显著提高猪肉肉糜的蒸煮得率。Chen Lin等[32]也报道了鸡血浆蛋白乳化大豆油可部分替代猪背膘，显著增加法兰克福香肠产品出品率。
2.3 豌豆蛋白对鸡肉糜凝胶保水性的影响

图3 豌豆蛋白添加量对凝胶保水性的影响
Fig. 3 Effect of pea protein addition on water-holding capacity of chicken batter gel
由图3可知，所有添加豌豆蛋白的肉糜凝胶保水性均优于空白对照，且豌豆蛋白添加量在8%时达到最大值，为96.63%，与12%相比差异不显著（P＞0.05），与对照相比，增加了3.76%。表明少量的豌豆蛋白就可以与肉糜形成均匀致密、高度有序的三维网络凝胶结构，使水分子的运动受到束缚，水分有效地截留于凝胶网络体系中。因此，凝胶的保水性得到了较大幅度的提高。冯婷等[33]研究发现，添加一定浓度的花生蛋白可以改善鸡肉盐溶蛋白的保水性。当添加量为2.5%时保水性达到最大值94.60%，显著高于未添加组的90.21%（P＜0.05）。Chen Xing[34]与Yao Jing[35]等研究认为，海藻酸钠的亲水性和它与肉蛋白间形成的网络结构是凝胶保水性提高的主要原因。
2.4 豌豆蛋白对鸡肉糜凝胶质构的影响
表1 豌豆蛋白添加量对肉糜凝胶质构的影响
Table 1 Effect of pea protein addition on texture properties of chicken batter gel

注：同列肩标不同小写字母表示差异显著（P＜0.05）。下同。
从表1可知，随豌豆蛋白添加量的增加，凝胶的硬度、咀嚼性均呈持续上升趋势，在添加量为12%时最大，分别为7 351、4 378 g，是对照的1.53、1.94 倍，且差异显著（P＜0.05）；凝胶的弹性与恢复性均随豌豆蛋白添加量的增加，呈先升高后下降趋势，在添加量为8%时最大，分别为0.892、0.288，比对照增加了9.05%和28.57%。由于豌豆蛋白具有较强的乳化性与胶凝性，随豌豆蛋白添加量的增加，不仅能使单位体积内形成凝胶的蛋白分子数量增加，而且能使蛋白分子间的碰撞机率增加，促进了与鸡肉中盐溶蛋白分子间的交联，形成了稳定细腻、富有弹性的凝胶网络结构，束缚了肉糜中大量游离水分，显著改善了肉糜凝胶的质构特性。在豌豆蛋白添加量为8%时，形成的肉糜凝胶质构特性最好。冯婷[33]和Feng[36]等研究发现，花生蛋白、大豆分离蛋白可以明显改善鸡肉盐溶蛋白与肌原纤维蛋白凝胶的质构特性，与本研究结果类似，更好的凝胶结构具有更高的硬度与蒸煮得率[9]。
2.5 豌豆蛋白对鸡肉糜凝胶流变特性的影响

图4 豌豆蛋白添加量对肉糜凝胶储能模量G’的影响
Fig. 4 Effect of pea protein addition on storage modulus (G’) of chicken batter gel
肉糜凝胶的形成主要经历两个过程，首先蛋白受热变性展开，随后展开的蛋白因为凝集作用而形成较大分子的凝胶体。储能模量G’能反映不同温度下蛋白分子展开和凝集的过程，G’越高表明所形成凝胶的能力越好[37]。如图4所示，添加豌豆蛋白后，各组的G’随温度的变化趋势基本一致。凝胶在21～42 ℃内，G’缓慢下降，随着温度的升高，G’在42 ℃左右缓慢增加，并在52 ℃达到第一个峰值，继续加热，G’急剧下降，在56 ℃左右达到最小值，接着G’在57～80 ℃内快速上升，之后趋于稳定。整体过程都经历了凝胶形成、凝胶削弱和凝胶增强3 个阶段。有文献报道，42～52 ℃范围内G’的增大是由于肌球蛋白头部的结合，形成了弱的凝胶；52～56 ℃范围内肌球蛋白尾部部分展开，造成肌球蛋白的头部结合崩溃瓦解，致使G’下降；57～80 ℃范围内蛋白变性增强并进一步聚集和交联，由半溶胶受热转变为弹性胶体，高度有序的凝胶网络结构再次形成，G’持续增加[38]，这与Kang Zhuangli等[39]的研究结果一致。G’的初始值和终值均随豌豆蛋白添加量的增加而升高，且均高于对照（P＜0.05），这可能是豌豆蛋白的添加，进一步优化了蛋白与蛋白，以及蛋白与水之间的相互作用，促进了蛋白形成更为细致均匀，富有弹性的凝胶网络结构。添加量为12%的G’（30.69kPa）＞8%的G’（27.27 kPa）＞4%的G’（25.41 kPa）＞0%的G’（20.77 kPa），G’结果与质构中硬度结果相一致，表明豌豆蛋白可以显著改善鸡肉糜凝胶质构特性。
2.6 豌豆蛋白对鸡肉糜凝胶微观结构影响
加热时，折叠的蛋白分子受热变性，侧链结合键断裂使蛋白结构伸展，活性基团暴露，蛋白分子构象发生改变，通过活性基团的非共价键作用，交联聚集成大的凝胶体，从而形成复杂三维网络结构。具有均匀致密的微观结构的凝胶体系，可以更牢固地保留水分[40]。由图5可知，未添加豌豆蛋白的肉糜凝胶内部结构疏松粗糙、孔洞较多，不够均匀致密。通过加入不同添加量豌豆蛋白形成的凝胶，总体可以获得较好的网络结构。随着豌豆蛋白添加量的增加，凝胶结构得以逐步改善。在添加量为8%时，形成的凝胶网络结构最好，致密均匀、高度有序，孔洞基本消失，具有更好的存留脂肪、保水能力。由于豌豆蛋白自身吸水性较强，添加量为12%时，过量的豌豆蛋白与盐溶蛋白激烈地竞争水分，阻碍了鸡肉盐溶蛋白和水之间的相互作用，豌豆蛋白已不能与盐溶蛋白更好地结合，形成的凝胶结构不够均匀致密，凝胶较硬，弹性较差。Ullah等[41]研究表明，适量的纳豆蛋白可以改善鸡肉肌原纤维蛋白凝胶的微观结构，降低蒸煮损失。

图5 豌豆蛋白添加量对肉糜凝胶微观结构的影响
Fig. 5 Effects of pea protein addition on microstructure of chicken batter gel
2.7 豌豆蛋白对鸡肉糜凝胶水分迁移的影响
表2 豌豆蛋白对鸡肉肉糜凝胶水分迁移的影响
Table 2 Effect of pea protein addition on water mobility in chicken batter gel

质子核磁共振测定自旋-自旋弛豫时间（T2），能够反映出凝胶体系水分分布和迁移情况。豌豆蛋白鸡肉肉糜凝胶的T2弛豫分布出现了3 个分峰T2b、T21、T22，峰顶点时间见表2。T2越短，表明水与底物结合越紧密，反之表明水分越自由。当T2弛豫时间在1～10 ms时，这部分水与蛋白质大分子结合得最为紧密，为结合水，用T2b表示；当T2弛豫时间在20～100 ms时，为不易流动水，用T21表示；当T2弛豫时间在250～400 ms时，这部分水可以自由移动，属于自由水，用T22表示[42]。结果显示，T2b、T21随豌豆蛋白添加量的增加，均呈现出峰值向较短时间方向移动，且T21彼此间差异显著（P＜0.05）；T22也出现向较短时间方向移动的趋势，豌豆蛋白添加量为8%与12%时差异不显著（P＞0.05）。已有研究表明，不同状态的水弛豫时间越短，其流动性越差，与蛋白凝胶体系结合得越紧密，反之表示蛋白凝胶中的水分流动性增强，不易流动水逐渐向自由水转化[43]。不同T2区间的积分面积所占总积分面积的百分比例，可以代表水分组分的相对含量。随豌豆蛋白添加量的增加，P2b变化不显著，P21持续增加，P22持续下降。添加豌豆蛋白可以降低自由水的峰比例，增加不易流动水的峰比例，表明豌豆蛋白的添加可以增强凝胶中的毛细管力，将水分束缚于凝胶中，减少水分损失。添加量为8%与12%的P21、P22差异不显著（P＞0.05），表明添加量为8%的豌豆蛋白就能够充分降低肉糜凝胶中水分的损失，提高保水性。Verbeken等[44]研究表明，肉制品的T2弛豫时间减小，表征凝胶的保水性增强，本实验中弛豫时间T2的测定结果与保水性结果相一致。L-组氨酸可以降低鸡肉肌原纤维蛋白低纳凝胶的弛豫时间（T2），提高凝胶的保水性，增强凝胶的形成能力[45]。张秋会等[46]研究11S大豆球蛋白对鸡肌球蛋白凝胶品质特性的影响时发现，11S大豆球蛋白的添加显著降低了凝胶结合水和自由水的弛豫时间，与本研究结果一致。
3 结 论
通过添加豌豆蛋白，提高了鸡肉糜凝胶形成能力，使鸡肉糜凝胶品质得到明显改善。豌豆蛋白的添加可增加不易流动水的峰比例，降低自由水的峰比例，提高凝胶的蒸煮得率与保水性。随豌豆蛋白添加量的增加，蒸煮得率与保水性均呈上升趋势；凝胶硬度、咀嚼性持续上升；弹性与恢复性，呈先升高后下降趋势，添加量为8%时最大；储能模量G’的初始值和终值随豌豆蛋白添加量的增加而升高，且均高于对照；豌豆蛋白的添加，有利于均匀细腻、富有弹性凝胶网状结构的形成。豌豆蛋白添加量为8%时，所形成的鸡肉糜凝胶的品质最好。
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Effect of Pea Protein on Quality Properties and Microstructure of Heat-Induced Gel of Chicken Batter
JI Hongfang1,2, LI Shasha1, ZHANG Lingwen1,*, WANG Xuefei1, KANG Zhuangli1, CHEN Fusheng2, MA Hanjun1
(1. School of Food Science, Henan Institute of Science and Technology, Xinxiang 453003, China;2. Food Science and Engineering Post-doctoral Research Station, Henan University of Technology, Zhengzhou 450001, China)
Abstract: In order to improve the gel properties of chicken batter, we investigated the effect of pea protein on the gel color,cooking yield, water-holding capacity, texture, dynamic rheology, microstructure, and water distribution and migration.Results indicated that with increasing the amount of pea protein addition, both L* and a* value decreased, while b* value rose. The cooking yield increased continuously except for no difference between those at addition levels of 8% and 12%(P ＞ 0.05). The addition of pea protein significantly enhanced the relative proportion of immobilized water and reduced the T21 relaxation time (P < 0.05); it increased water-holding capacity, resulted in a continuous increase in hardness and chewiness as well as an initial increase followed by a decrease in springiness and resilience. Initial and fi nal values of storage modulus (G’) increased with the addition of pea protein (P < 0.05). The optimum addition level of pea protein that provided maximum water-holding capacity (96.63%), springiness (0.892) and resilience (0.288) was determined to be 8%. At this addition level, the gel quality was achieved as indicated by the homogenous, compact and ordered gel network structure formed.
Keywords: chicken batter; pea protein; gel properties; microstructure
收稿日期：2018-12-29
基金项目：河南省科技攻关项目（192102110218）；河南省重大科技专项（161100110600）；河南省博士后基金项目（001702020）；河南科技学院博士后基金项目（2017）
第一作者简介：计红芳（1978ü）（ORCID: 0000-0002-4709-7992），女，副教授，博士，研究方向为肉制品加工与品质控制。E-mail: jhf300@126.com
*通信作者简介：张令文（1977ü）（ORCID: 0000-0003-1552-9452），男，副教授，博士，研究方向为农产加工与品质控制。E-mail: lingwen2008@163.com
DOI:10.7506/spkx1002-6630-20181229-359
中图分类号：TS251.5
文献标志码：A
文章编号：1002-6630（2020）04-0074-06
引文格式：计红芳, 李莎莎, 张令文, 等. 豌豆蛋白对鸡肉糜热诱导凝胶品质特性与微观结构的影响[J]. 食品科学, 2020, 41(4):74-79. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20181229-359. http://www.spkx.net.cn
JI Hongfang, LI Shasha, ZHANG Lingwen, et al. Effect of pea protein on quality properties and microstructure of heatinduced gel of chicken batter[J]. Food Science, 2020, 41(4): 74-79. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20181229-359. http://www.spkx.net.cn