品质改良剂及燕麦酸面团对燕麦面团黏弹特性的改善

袁娟丽，单玲克，高金燕，陈红兵，4，*

（1.南昌大学 食品科学与技术国家重点实验室，江西 南昌 330047；2.南昌大学药学院，江西 南昌 330006；3.南昌大学食品学院，江西 南昌 330031；4.南昌大学中德联合研究院，江西 南昌 330047）

品质改良剂及燕麦酸面团对燕麦面团黏弹特性的改善

袁娟丽1，2，单玲克1，高金燕3，陈红兵1，4，*

（1.南昌大学 食品科学与技术国家重点实验室，江西 南昌 330047；2.南昌大学药学院，江西 南昌 330006；3.南昌大学食品学院，江西 南昌 330031；4.南昌大学中德联合研究院，江西 南昌 330047）

采用动态流变仪初步探讨添加不同量的羟甲基丙基纤维素（hydroxy propyl methyl cellulose，HPMC）、黄原胶、乳清粉、大豆分离蛋白、燕麦酸面团对燕麦面团动态流变学特性的影响。结果表明：在频率0.01～10 Hz扫描过程中，与未添加任何配料的燕麦面团相比，添加不同量HPMC或燕麦酸面团的燕麦面团弹性模量、黏性模量均增加，且添加HPMC的燕麦面团损耗因子也有所增加，其中添加0.5% HPMC和30%燕麦酸面团对燕麦面团黏弹特性的改善作用最佳；添加0.2%黄原胶、5%乳清粉、5%和10%大豆分离蛋白对燕麦面团的动态流变学特性无明显影响，而添加10%、15%乳清粉或15%大豆分离蛋白时，燕麦面团弹性模量、黏性模量反而降低。

燕麦粉；动态流变学；燕麦酸面团；品质改良剂

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小麦粉是发酵烘焙类食品最主要的原料，因其含有丰富的麸质蛋白（面筋蛋白），使生面团具有高吸水率和黏弹性，赋予其良好的独特烘焙性能［1］。麸质蛋白主要包括麦醇溶蛋白和麦谷蛋白，麦醇溶蛋白水合后，主要赋予面团黏性和延展性，而水合的麦谷蛋白可使面团黏合并具有弹性；在揉制面团的过程中，麸质蛋白通过链间的二硫键和非共价键氢键、离子键和疏水键的作用聚集、交结形成黏弹性网状结构，形成气室，保留发酵产生的二氧化碳，经烘焙后，产品气孔规则而稳定，不易塌陷［1-2］。因此，在面包或者其他烘焙类产品中，麸质蛋白是一种必要的结构组成成分，缺失麸质蛋白将严重影响产品品质。

然而，在某些人群中，小麦麸质蛋白也可能带来危害。乳糜泻是一种携带有遗传易感基因的个体，因摄入含麸质蛋白的谷物（小麦、大麦和祼麦）或制品而诱发的自身免疫性肠病，其影响世界1%人口的健康；此外，还有非乳糜泻麸质蛋白敏感，其发病率可能高达6%［3-5］。治疗与麸质蛋白相关的疾病最有效的方法即是执行无麸质饮食，这促使了无麸质食品的快速发展，但缺乏麸质蛋白的网状结构会致使无麸质食品尤其是烘焙类食品品质较差。为解决这一难题，一些具备麸质蛋白某些特性、可构建网状结构、改善面团黏弹性和持气性的食品配料被应用到无麸质产品的配方中，如羟甲基丙基纤维素（hydroxy propyl methyl cellulose，HPMC）、黄原胶、琼脂糖等亲水胶体类，乳清、鸡蛋清、大豆分离蛋白（soy protein isolate，SPI）等［2］。研究表明，亲水胶体作为亲水性高分子质量长链多糖，在水中分散和膨胀，生成凝胶网状结构，可增强面团的黏性和稳定性，增加醒发和烘焙时面团的持气性，改善无麸质食品的体积、结构、质地和表观，因此常被添加到无麸质食品中，其中最常用的为HPMC和黄原胶［6］；在无麸质食品配方中添加蛋白质也有利于网状结构的形成，可改善面团的流变学特性和烘焙性能，且通过增加蛋白质和必需氨基酸含量，可提高无麸质食品的营养，常用的有大豆蛋白、乳清和鸡蛋等［2］。此外，近年来一些研究表明，采用酸面团发酵技术可改善无麸食品的品质，发酵过程中生成的有机酸和胞外多糖可影响面团体系中淀粉和蛋白质的相互作用，改变面团的流变学特性，降低面团硬度［7-10］；同时可使面团的持气性增强，面包体积增大25%～26%［11］；蛋白质溶解度增加，提高消化率［12］；延缓面包的老化，延长产品的货架期［8，13］。

无麸食品的主要原料常选择大米粉、玉米粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉等［2］。此外，未被其他谷物如小麦、黑麦、大麦所污染的纯燕麦也被纳入无麸质饮食中的谷物清单，可供乳糜泻患者安全食用［14-15］。燕麦中富含的膳食纤维β-葡聚糖不仅具备降低血液中胆固醇水平以及控制餐后血糖水平的功能［16］，并且可增加以玉米淀粉和大米粉为基质的无麸面包的体积，使面包更松软［17］。然而，若以燕麦粉为基质制成无麸食品，则因燕麦缺少麸质蛋白，使得燕麦面团本身的流变学特性（如黏弹性）较差，不易烘焙成型。因此，本实验探索加入亲水胶体（HPMC、黄原胶）、其他蛋白配料（乳清、SPI）以及燕麦酸面团等对燕麦面团黏弹特性的影响，以期为开发基于燕麦为主料的无麸质替代食品提供技术支撑。

1　材料与方法

1.1材料与试剂

白燕2号 吉林白城农科院；高筋小麦粉（每100 g小麦粉含蛋白质12.2 g、脂肪1.6 g、碳水化合物73.0 g）山东五得利集团东明面粉有限公司。

植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）22134 中国工业微生物菌种保藏管理中心；酵母粉 英国Oxoid公司；大豆分离蛋白（SPI） 谷神生物科技集团有限公司；乳清粉 中轻日用百货进出口公司；羟甲基丙基纤维素（HPMC） 天津巴斯夫化工有限公司；黄原胶 上海恒生化工有限公司；混合链β-葡聚糖检测试剂盒爱尔兰Megazyme公司。

1.2仪器与设备

Discovery HR-2流变仪 美国TA公司；HM750和面机 海氏集团；恒温培养箱 日本Sanyo公司；TS-2型摇床 北京六一仪器厂；立式压力蒸汽灭菌锅上海博迅实业有限公司医疗设备厂；生物安全柜、高速冷冻离心机 美国Thermo公司；电热恒温干燥箱 上海跃进医疗器械厂。

1.3方法

1.3.1白燕2号的主要成分测定及对照小麦粉的湿面筋含量测定

分别参照GB/T 5511—2008《谷物和豆类 氮含量测定和粗蛋白质含量计算 凯氏法》、GB/T 5512—2008《粮油检验 粮食中粗脂肪含量测定》、GB/T 5514—2008《粮油检验 粮食、油料中淀粉含量测定》方法，测定白燕2号的蛋白质、粗脂肪、淀粉含量；并选用混合链β-葡聚糖检测试剂盒，按照试剂盒的操作指南测定β-葡聚糖含量。

参照GB/T 5506.1—2008《小麦和小麦粉 面筋含量第1部分：手洗法测定湿面筋》，采用手洗法测定对照小麦粉的湿面筋含量。

1.3.2燕麦粉的制备

白燕2号籽粒去杂后，用水清洗3 遍，放于50 ℃的烘箱中烘干；按国家标准GB 5497—85《粮食、油料检验水分测定法》测定烘干的籽粒含水量，再加入适量的自来水使最终籽粒含水量达20%，进行1～2 h的润麦；将润麦好的燕麦籽粒常压蒸煮20 min，以去除燕麦的苦味，蒸煮的平铺厚度约为 0.5 cm，再放置于50 ℃的烘箱中烘干；最后磨粉，过40 目筛孔，常温保存备用。

1.3.3燕麦酸面团的制备

将植物乳杆菌22134经2 次活化培养至对数期，取150 mL菌液6 000×g离心10 min，弃上清，再加入无菌生理盐水20 mL，悬浮洗涤菌液，6 000×g离心10 min，收集菌体，接种至20 mL无菌水，涡旋悬浮后加至100 g燕麦粉中，然后再加入80 mL无菌水，搅拌混合均匀，使得植物乳杆菌22134的初始接入量达108CFU/g，放入30 ℃恒温恒湿培养箱中静置培养8 h（pH 4.0左右），制成燕麦酸面团。

1.3.4不同种类燕麦面团的制备

将不同配比的燕麦酸面团、亲水胶体黄原胶、HPMC和蛋白类食品配料乳清粉、SPI按照表1所示的比例加入到燕麦粉中，再加入适量水，充分混合均匀，制备成不同种类的燕麦面团。加水量根据预实验确定，以获得黏稠度合适的面团。此外，以只由燕麦粉与水混合制成的燕麦面团作为空白组，并以只用小麦粉和水混合制成的小麦面团作为对比。

表1　不同种类燕麦面团的配方Table 1 Formulations of oat doughsg

1.3.5面团黏弹性的测定

面团的动态流变学特性采用应变控制型Discovery HR-2流变仪进行测定。将以上和好的面团用擀面杖擀成2～3 mm的薄饼，用保鲜膜包裹好，室温松弛25 min。切一小块面团放于流变仪平台上，平板夹具直径为40 mm，间隙2 mm，切除多余的面团，用硅油密封面团，以防测量过程中水分蒸发，在平台上再平衡5 min，使残余的应力松弛后再开始测量。首先对每一个样品进行频率为1 Hz、应力范围为0.001%～100%之间的振幅扫描测定，确定面团的线性黏弹性区间，然后在线性黏弹性区间上的中间点的应力为0.01%时，对各样品进行0.01～10 Hz范围内的频率扫描，测定样品的频率函数储能模量（storage modulus，G’）与损耗模量（loss modulus，G”），并计算损耗因子（tanδ=G”/G’）。整个实验过程中通过冷却水装置调节温度始终恒定在25 ℃，且样品检测在1 h之内完成。

1.4数据统计分析

计算3 次独立实验所测得数据的平均值以及标准差，且所有数据均采用Origin 8.0软件绘制分析图。

2　结果与分析

2.1白燕2号的主要成分及对照小麦粉的湿面筋含量

β-葡聚糖是燕麦的主要功能性成分，可增加无麸面包体积，降低面包硬度［17］，因此，本研究除了测定白燕2号的蛋白质、粗脂肪和 淀粉的含量外，还检测了其β-葡聚糖含量，结果见表2。

表2　白燕2号主要成分Table 2 Components of oats （Baiyan No. 2 cultivar）g/100 g

本研究选择的对照小麦粉为适合做烘焙食品的 高筋小麦粉，采用手洗法测得100 g小麦粉中湿面筋含量为（31.4±0.3）g。

2.2品质改良剂与酸面团对燕麦面团动态流变学特性的影响

本研究通过动态频率扫描初步探索了添加亲水胶体、其他蛋白配料、酸面团等对燕麦面团的动态流变学特性（储能模量G’、损耗模量G”、损耗因子tanδ）的影响。其中，储能模量G’又称弹性模量，表示黏弹性材料在形变过程中由于弹性形变而储存的能量，反映材料的弹性大小；损耗模量G”又称 黏性模量，表示材料在发生形变时由于黏性形变而损耗的能量，反映材料的黏性大小。损耗因子tanδ表示的是G”与G’之比，其大小代表的是材料的黏弹性性能，在一定的范围内可以表示材料的状态。当tanδ的值小于1时，即G’大于G”，材料性质类似固体；当tanδ的值大于1时，即G”大于G’，材料性质类似流体或黏性系统。当tanδ值介于在0.1～0.2之间，说明物质更坚实［18］。

2.2.1添加亲水胶体HPMC与黄原胶对燕麦面团动态流变学特性的影响

本实验探讨了添加HPMC、黄原胶对燕麦面团动态流变学特性（储能模量G’、损耗模量G”、损耗因子tanδ）的影响。由图1可知，与空白组相比，添加1%或0.5% HPMC的燕麦面团的G’与G”均增加，当扫描频率为10 Hz时，添加1%或0.5% HPMC可使燕麦面团的G’值分别增加30.6%、65.8%，G”值分别增加42.1%、64.7%；表明燕麦面团的黏弹性有所改善；添加0.5% HPMC提高燕麦面团G’的效果优于添加1% HPMC，但不同的HPMC添加量对G”的影响相差较小，致使添加0.5% HPMC燕麦面团的G”/G’（tanδ）小于添加1% HPMC的燕麦面团的tanδ值；与添加HPMC不同的是，添加0.2%黄原胶对燕麦面团的G’和G”影响不大，其面团流变学特性与未添加黄原胶的燕麦面团的特性相似。此外，在扫描的频率范围（0.01～10 Hz）内，各种面团的G”均小于G’，二者之比tanδ值均小于1，说明各面团为具备黏弹性的固体，弹性特征强于黏性特征［19］；作为参比对照的小麦面团G’与G”均显著高于各类燕麦面团，且小麦面团的tanδ值在0.45左右，而燕麦面团的tanδ值在0.2左右，说明各种燕麦面团更坚实。

图1　添加HPMC与黄原胶对燕麦面团储能模量G’（a）、损耗模量G”（bb）、损耗因子（cc）的影响Fig. 1 Effect of addition of HPMC or xanthan gum on rheological properties （storage modulus G’ （a）， loss modulus G” （b） and loss factor tanδ （c）） of oat dough

以上结果表明，不同添加量的HPMC与黄原胶对燕麦面团黏弹性的影响效果不同。添加0.5% HPMC对燕麦面团黏弹性的改善效果较好，其次为1% HPMC，而添加0.2%黄原胶对燕麦面团的黏弹性无明显改善效果。研究发现，不同的亲水胶体对无麸质食品品质的改善作用不仅与胶体添加量和水的用量有关，而且与无麸质食品所用原料有关［20］。Demirkesen等［19］研究发现添加0.5%黄原胶可显著增加大米粉生面团的G’和G”值，效果优于添加0.5% HPMC；而Sciarini等［21］的研究结果显示添加0.5%黄原胶对由45 g大米粉、45 g木薯粉和10 g全脂大豆粉构成的混合面团的G’、G”和tanδ值无明显影响。Hager等［20］也研 究证实同一种亲水胶体对不同原料制成的面包作用是不同的，添加HPMC可增加苔麸面包和玉米粉面包的体积，而减少大米粉面包的体积，对芥麦粉面包无影响。因此，本实验结果显示黄原胶对燕麦面团的黏弹性无明显影响的原因主要有两点：一是黄原胶的添加量不足；二是可能与面团的原材料燕麦粉有关。

2.2.2添加乳清粉与SPI等蛋白配料对燕麦面团动态流变学特性的影响

图2　乳清粉与SPI对燕麦面团储藏模量G’（a）、损耗模量G”（bb）、损耗因子（cc）的影响Fig. 2 Effect of addition of whey or SPI on rheological properties （storage modulus G’ （a）， loss modulus G” （b） and loss factor tanδ （c）） of oat dough

由图2可知，在扫描的频率范围（0.01～1 0 Hz）内，各种面团的弹性模量G’均大于黏性模量G”，表示面团的弹性特征占优势，表现为固态的特性。不同添加量的乳清粉与SPI对燕麦面团黏弹性的影响效果不同，面团的G’和G”并不随蛋白添加量的增加而呈现正向或反向变化。在大部分扫描频率范围内，同一扫描频率下，各面团的G’的大小顺序为小麦面团组＞10% SPI组＞5%乳清粉组＞5% SPI组、空白组＞15%乳清粉组＞15% SPI组＞10%乳清粉组；G”的大小顺序为小麦面团组＞10% SPI组、5%乳清粉组＞15%乳清粉组、5% SPI组、空白组＞15% SPI组＞10%乳清粉组；当扫描频率为10 Hz时，添加10%的SPI或5%乳清粉可使燕麦面团的G’值分别增加31%、22.9%，G”值增加40%、22.3%；而添加15%的SPI和10%的乳清粉则使燕麦面团的G’值分别降低32%、39.7%，G”值降低25.8%、28.2%；添加15%的乳清粉可使燕麦面团的G’降低7.7%，G”值增加14.9%；添加5% SPI时，燕麦面团的G’和G”几乎不变；以上结果表明，添加10%的SPI或5%的乳清粉均可改善燕麦面团黏弹性，而添加15%的SPI或10%的乳清粉不但不能改善燕麦面团的黏弹性，相反还会产生负面的影响。各种燕麦面团的tanδ相近，均为0.2左右，面团较坚实。

研究结果发现：蛋白对燕麦面团的黏弹性的改善作用并未随蛋白添加量增加而增强，蛋白添加量过高时反而降低了面团的黏弹性，其原因可能是随蛋白添加量的增大，面团的吸水率也增大，当面团含水量过高时，G’和G”值下降［22-23］。本研究在揉制含不同添加量SPI的燕麦面团时，通过调节加水量来获得相同稠度的面团，SPI添加量越大，加水量也随之增加，结果导致与未添加SPI的燕麦面团相比，添加15% SPI的燕麦面团G’和G”下降；Marco等［22］研究也发现随SPI添加量（1%、5.9%、13%、20%、25%）的增大，大米粉面团吸水率可增加84.9%，而大米粉面团的G’和G”值呈线性降低。然而，在本研究中，揉制不同添加量乳清粉的燕麦面团时，恒定加水量为90%，但结果仍显示为乳清粉添加量的增大使燕麦面团的G’和G”下降；而Sarabhai等［24］的研究结果显示添加5%、7.5%、10%乳清蛋白均可使荸荠粉面团的G’和G”值增加，且与乳清粉添加量成正比；对比这两个研究，除去面团基质不同的因素之外，面团加水量也有较大差异：在Sarabhai等的实验中，3 个不同乳清蛋白添加量的100 g荸荠粉中的加水量分别为43、41、40 mL，远低于本研究中90%的加水量。Marco等［25］研究发现当恒定加水量为90%时，添加5%的乳清蛋白可显著降低大米粉面团的G’和G”值。由此可见，除去基质的影响外，加水量的多少也会影响到添加蛋白对面团黏弹性的作用。本实验中添加乳清粉与SPI对燕麦面团动态流变学特性的影响并不理想，也许与面团加水量过高有关。在加水调制面团过程中，随着水的加入和反复揉制，使所有面粉颗粒充分吸水，面粉中的麸质蛋白、淀粉和脂肪等成分通过氢键与水相互作用，且彼此间通过二硫键、氢键和疏水键相互作用形成了网状结构的面团，具备延伸性和弹性；加水量影响着面团的物性，当加水量不足时，面粉颗粒不能充分吸水，影响麸质蛋白的水合和淀 粉的糊化，难以形成连续的网状结构；当加水量过多时，麸质蛋白间的作用又由于水的隔离而减弱，面团弹性减小［26-27］。Dobraszczyk［28］的研究也已证实随着加水量增大，面团的G’和G”逐渐减小，且G’比G”减小得更快。

2.2.3燕麦酸面团的添加量对燕麦面团动态流变学特性的影响

图3　燕麦酸面团的添加量对燕麦面团储藏模量、损耗模量、损耗因子cc）的影响Fig. 3 Effect of sourdough on rheological properties （storage modulus， loss modulus G” （b） and loss factor tanδ （c）） of oat dough

由图3可知，各种面团的G’和G”值随振荡频率变化的模式一致，G’值始终大于G”值，面团呈固态特性；与空白组相比，添加不同比例的燕麦酸面团可不同程度地提高燕麦面团的G’和G”值，改善面团的黏弹性，但并不是添加量越大，G’和G”值就增加得最多，其中燕麦酸面团添加量为30%的面团黏弹性最好，G’和G”值分别增加49.7%和58.9%；其次是燕麦酸面团添加量为40%和50%的面团，而燕麦酸面团添加量为10%和20%的面团黏弹性改善效果较差；各种燕麦面团的tanδ值随振荡频率变化的曲线图几乎重合，远小于参照小麦面团的tanδ值。

燕麦酸面团在发酵过程中生成的胞外多糖可起到类似于亲水胶体的作用，同时可影响面团体系中淀粉和蛋白的相互作用［8］；此外，发酵过程中生成的有机酸可促使面团结构成分蛋白和淀粉水解，影响面团网状结构的连接性，改变面团的黏弹性［29］。本实验结果发现，添加燕麦酸面团可使燕麦面团的G’和G”值增加，黏弹性得到改善；燕麦酸面团添加量为30%时效果最佳，说明这时整个面团体系的微环境更有利于面团中大分子物质间相互作用。本研究结果与Hüttner等［29］的研究结果存在差异，其研究结果显示燕麦酸面团的G’和G”值均低于非酸化的燕麦面团和化学酸化的燕麦面团，表明酸面团的弹性更小。结果存在差异的原因可能与所用的发酵菌株不同，Hüttner等所用为从自然发酵燕麦酸面团中分离出的优势乳酸菌Leuconostoc argentinum FST.O1、Pedicoccus pentosaceus FST.O2、Weissella cibaria FST.O3、Lactobacillus coryniformis A FST.O4、Lactobacillus coryniformis B FST.O5，而本研究所用为Lactobacillus plantarum 22134；此外，所用原料燕麦品种也有所不同［29］。研究表明，酸面团对面包品质的改善作用与发酵状态、所用菌种及基质相关，如添加20%采用Weissella cibaria MG1发酵的酸面团可降低芥麦（-62%）、高梁（-43%）和小麦（-34%）酸面团的强度，而增加苔麸（+70%）和藜麦（+158%）酸面团的强度［8］；但在燕麦面团发酵过程中，Weissella cibaria MG1无法生长［9］。Moore等［13］研究发现采用Lactobacillus plantarum FST 1.7发酵由大米粉、玉米淀粉、芥麦粉和大豆粉组成的面团，可使面团的G’和G”值增加。

3　结 论

添加亲水胶体HPMC及燕麦酸面团可以改善燕麦面团的黏弹性，并与其添加量有关，添加0.5% HPMC或30%燕麦酸面团可使燕麦面团的弹性模量和黏性模量值增加50%，对燕麦面团黏弹性的改善效果较好，但与小麦面团的黏弹性相比仍存在一定的差距，还需进行多因素优化实验，以更好地模拟麸质蛋白的网络结构；而添加亲水胶体黄原胶和蛋白配料乳清粉、SPI对燕麦面团的黏弹性无明显改善效果，且当乳清粉和SPI添加量过高时，反而可使燕麦面团弹性模量和黏性模量降低25%以上。

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Effects of Quality Improvers and Oat Sourdough on Viscoelasticity of Oat Dough

YUAN Juanli1，2， SHAN Lingke1， GAO Jinyan3， CHEN Hongbing1，4，*
（1. State Key Laboratory of Food Science and Technology， Nanchang University， Nanchang 330047， China； 2. School of Pharmaceutical Science， Nanchang University， Nanchang 330006， China； 3. School of Food Science and Technology， Nanchang University， Nanchang 330031， China； 4. Sino-German Joint Research Institute， Nanchang University， Nanchang 330047， China）

The comparative effects of different amounts of hydroxypropylmethylcellulose （HPMC）， xanthan gum， whey powder， soy protein isolate （SPI） and oat sourdough on dynamic rheological properties of oat dough were investigated using a dynamic rheometer. In the process of frequency scan （0.01 to 10 Hz）， the storage and loss modulus of oat dough increased by adding different amounts of HPMC or oat sourdough， and the loss tangent of oats dough with added HPMC also increased. The proper proportion of HPMC and oat sourdough in oat dough should be 0.5% and 30%， respectively. However，adding 0.2% xanthan gum， 5% whey powder， or 5% and 10% SPI in oat dough had no significant effect on dynamic rheo logical properties of oat dough. Moreover， the storage and loss modulus of oat dough decreased by adding 10% and 15% whey powder or 15% SPI.

oat flour； dynamic rheology； oat sourdough； quality improver

10.7506/spkx1002-6630-201615010

TS202.3

A

1002-6630（2016）15-0056-07引文格式：

10.7506/spkx1002-6630-201615010. http://www.spkx.net.cn

2015-09-14

国家国际科技合作专项（2013DFG31380）；江西省对外科技合作计划项目（20121BDH80019）；江西省科技计划项目（20132BBG70101）

袁娟丽（1976—），女，讲师，博士，研究方向为食品营养与安全。E-mail：yuanjuan li@ncu.edu.cn

陈红兵（1967—），男，教授，博士，研究方向为食品营养与安全。E-mail：chenhongbing@ncu.edu.cn