楊 澍，張 婷，徐 杰，李學(xué)敏，周慶新，薛長湖*

高效液相色譜手性拆分法分析生物體內(nèi)蝦青素光學(xué)異構(gòu)體

楊 澍，張 婷，徐 杰，李學(xué)敏，周慶新，薛長湖*

（中國海洋大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266003）

建立一種高效液相色譜手性拆分法分析不同生物中3 種蝦青素光學(xué)異構(gòu)體含量的方法。以Chiralpak IC色譜柱（4.6 mm×250 mm，5 μm）為固定相，以甲基叔丁基醚-乙腈（95∶5，V/V）為流動相，采用等度洗脫，流速1.0 mL/min，二極管陣列檢測器檢測波長為476 nm，選用雨生紅球藻、紅法夫酵母、南美白對蝦、中國對蝦、日本對蝦、三文魚、梭子蟹7 種生物樣品為研究對象，分析其蝦青素光學(xué)異構(gòu)體，線性范圍為0.1～50 mg/L，相關(guān)系數(shù)為0.999 9，回收率為86.2%～98.3%，方法穩(wěn)定性良好。結(jié)果表明，該方法可行、快速簡便、準確可靠。

蝦青素；光學(xué)異構(gòu)體；手性分析；高效液相色譜

蝦青素是一種天然的類胡蘿卜素，化學(xué)名稱為3,3’-二羥基-β,β-胡蘿卜素-4,4’-二酮，分子式為C40H52O4，相對分子質(zhì)量為596.86[1]，廣泛存在于海洋動植物體內(nèi)，如蝦[2]、蟹[3]、野生三文魚[4]、微藻[5]等。它是由4 個異戊二烯單位以共軛雙鍵形式連接，其2 個手性中心分別位于兩端環(huán)結(jié)構(gòu)中的C-3和C-3’處，并都能以右旋R或左旋S的形式存在，產(chǎn)生3 種光學(xué)異構(gòu)體：一對外消旋型蝦青素（左旋型3S,3’S和右旋型3R,3’R）和內(nèi)消旋型蝦青素（3S,3’R）（圖1）[1]。人工合成蝦青素主要為3 種結(jié)構(gòu)蝦青素的混合物（3S,3’S占25%、3R,3’R占25%，3S,3’R占50%左右）[6]，抗氧化活性較弱，而紅法夫酵母中的蝦青素是以3R,3’R為主，具有部分活性[7]。已知藻源蝦青素是以3S,3’S為主，具有極強的抗氧化活性[6]。近年來許多研究表明，3S,3’S蝦青素具有重要的生物學(xué)功能，如抗氧化[8]、抗腫瘤[9]、免疫調(diào)節(jié)[10]以及增強機體免疫力[11]等。

蝦青素光學(xué)異構(gòu)體的分離及定量采用較多的為化學(xué)衍生高效液相色譜（high performance liquid chromatography，HPLC）法，主要通過將蝦青素與4,7,7-三甲基-3-氧代-2-氧雜雙環(huán)[2.2.1]庚烷-1-甲酸在一定條件下反應(yīng)形成蝦青素非對映體衍生物，然后采用Spherisorb S-5CN作為固定相，以正己烷-醋酸異丙基酯-丙酮作為流動相進行分離[12]。這種方法存在步驟復(fù)雜、耗時較長等缺點，并只能對游離蝦青素的光學(xué)異構(gòu)體進行測定。有報道直接通過HPLC法對蝦青素進行拆分。Abu-Lafi等[13]采用Pirkle L-亮胺酸手性柱，正己烷-異丙醇-水作流動相對蝦青素洗脫分離。Grewe等[14]采用反相手性柱Chiralcel OD-RH對蝦青素進行分離。但是采用上述方法對蝦青素3 種光學(xué)異構(gòu)體的拆分很難達到基線分離。

圖 1 蝦青素光學(xué)異構(gòu)體結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Stru ctures of astaxanthin stereoisomers

近年來，有研究通過測定的蝦青素光學(xué)異構(gòu)體比例對野生和養(yǎng)殖三文魚進行鑒別[15]。研究顯示，不同生物體內(nèi)蝦青素的光學(xué)異構(gòu)體組成可能具有顯著差異[2,16]，并可通過弄清蝦青素光學(xué)異構(gòu)體的組成鑒別其生物來源。對于蝦、蟹、三文魚等海洋水產(chǎn)品中蝦青素光學(xué)異構(gòu)體的比例及含量并不十分清楚。由于天然蝦青素主要以蝦青素酯的形式存在于蝦、蟹、藻等水產(chǎn)品中，多數(shù)已報道的分離方法也無法直接應(yīng)用于生物體中蝦青素的分析，需要先進行酯水解的預(yù)處理。蝦青素酯的水解研究[17]，主要圍繞皂化[18-19]和酶解[20]。常用的皂化法會導(dǎo)致副產(chǎn)物蝦紅素及半蝦紅素的產(chǎn)生[21]，又造成定量困難。

本實驗采用膽固醇酯酶使蝦青素酯完全水解，再通過HPLC法對不同樣品中蝦青素光學(xué)異構(gòu)體進行手性拆分和含量測定，為后續(xù)生物體內(nèi)蝦青素的綜合利用與開發(fā)提供方法基礎(chǔ)，對研究及鑒別不同生物來源的蝦青素提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

南美白對蝦、中國對蝦、日本對蝦、三文魚、梭子蟹 青島南山水產(chǎn)市場；雨生紅球藻 云南愛爾發(fā)生物技術(shù)有限公司；紅法夫酵母 通派（上海）生物科技有限公司；人工合成蝦青素標準品（純度為（97.3±0.5）%；3S,3’S、3S,3’R及3R,3’R蝦青素比例為1∶2∶1） 德國Dr. Ehrenstorfer公司；膽固醇酯酶（1 000 U，037-11221） 日本和光純藥株式會社；丙酮（色譜純）、甲基叔丁基醚 美國Muskegon公司；甲醇（色譜純） 德國Merck公司；乙酸乙酯、丙酮、正己烷等均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

LABOROTA 4000旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 德國Heidolph公司；ab135-S精密分析天平 瑞士Mettler Toledo公司；KQ-300E超聲波清洗機 昆山市超聲儀器有限公司；Q超純水器 美國Millipore公司；DTU-1C氮吹儀 日本Taitec公司；HH-6恒溫數(shù)顯水浴鍋 常州潤華電器有限公司；UV-2100紫外-可見分光光度計 尤尼柯（上海）儀器有限公司；1100系列高效液相色譜儀（配自動進樣器和二極管陣列檢測器） 美國Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品溶液配制

雨生紅球藻和紅法夫酵母樣品溶液：稱取新鮮藻粉或新鮮酵母粉0.1 g（±5%），加入3 mL甲醇-乙酸乙酯-石油醚（1∶1∶1，V/V），研磨5 min，倒入10 mL具塞離心管中，4 ℃離心，3 500 r/min，5 min，收集上清液。重復(fù)提取3 次，直至藻粉無色。收集提取液，氮氣吹干，再加入3 mL丙酮溶液復(fù)溶。

蝦、蟹、魚等樣品溶液：將新鮮南美白對蝦、中國對蝦、日本對蝦、三文魚、梭子蟹分別均質(zhì)勻漿，稱取每種樣品0.3 g（±5%），加入3 mL甲醇-乙酸乙酯-石油醚超聲浸提，收集上層相，抽濾，反復(fù)浸提3 次直至樣品無色。上述收集液氮氣吹干，再加入3mL丙酮溶液復(fù)溶。

上述復(fù)溶樣品以丙酮作為空白對照，在波長476 nm處讀取吸光度，吸光度應(yīng)介于0.2～0.8之間，如不在其間，進行稀釋處理，即得到樣品溶液。

1.3.2 樣品溶液酶解

準確量取樣品溶液1.0 mL置于10 mL具塞離心管中，加入2 mL丙酮溶液及2mL 0.1 mol/L pH 7.0磷酸鉀緩沖液后加蓋混勻，于37 ℃水浴鍋中保溫2 min后取出。加入1 mL膽固醇酯酶溶液（4 U/mL）振蕩混勻后，于37 ℃條件下保溫反應(yīng)2 h，每隔15 min振蕩1 次。

酶解后加入0.5 g十水硫酸鈉及2.0 mL石油醚，劇烈振蕩后，于冷凍離心機中離心3 000 r/min，3 min，收集上層有色溶液。之后再加入2.0 mL石油醚，重復(fù)提取3 次，直至下層水相無色。收集液在低溫避光環(huán)境中氮氣吹干，1 mL乙腈-甲基叔丁基醚（1∶1，V/V）復(fù)溶，待HPLC分析。

1.3.3 色譜條件

色譜柱：Chiralpak AD-H（4.6 mm×250 mm，5 μm）；流速1.0 mL/min；進樣體積20 μL；流動相：甲基叔丁基醚-乙腈（95∶5，V/V）等度洗脫；柱溫35 ℃；檢測波長476 nm。

1.3.4 方法學(xué)考察

1.3.4.1 線性關(guān)系測定

精密稱取蝦青素標準品適量，加入丙酮溶解、定容，配制成50 mg/L標準品儲備液。吸取儲備液，用丙酮稀釋成0.05、0.1、0.5、1、2、5、10、20、50 mg/L的標準品使用液，進行HPLC分析。記錄色譜峰3S,3’S、3S,3’R以及3R,3’R的峰面積為S1、S2及S3。以拆分后相應(yīng)峰的峰面積Sx為縱坐標，以標準品質(zhì)量為橫坐標，繪制標準曲線。計算各蝦青素光學(xué)異構(gòu)體的線性范圍、回歸方程及相關(guān)系數(shù)，并以RSN為3對應(yīng)的質(zhì)量濃度確定各蝦青素光學(xué)異構(gòu)體的檢出限。

1.3.4.2 回收率實驗

取同一批樣品，以日本對蝦為例，按1.3.1節(jié)和1.3.2節(jié)的前處理方法，分別制備供試品3 份，按1.3.3節(jié)色譜條件進行測定，以檢測該前處理方法的重復(fù)性。以丙酮和日本對蝦樣品作為基質(zhì)，分別向0.3 g的2 種基質(zhì)中加入低、中、高3 個含量水平的蝦青素對照品（即加入折合質(zhì)量為1.2、2.4、3.6 μg的3S,3’S蝦青素，1.2、2.4、3.6 μg的3S,3’R蝦青素和0.5、1.0、1.5 μg的3R,3’R蝦青素，相當于日本對蝦樣品中相應(yīng)物質(zhì)含量的50%、100%、150%），按1.3.1節(jié)和1.3.2節(jié)中方法處理樣品后，通過HPLC測定蝦青素異構(gòu)體的含量，考察樣品的回收率；每組做3 個平行。

1.3.4.3 儀器精密度實驗

取10 mg/L的蝦青素標準品溶液，連續(xù)進樣6 次，測定峰面積，并求算出峰面積的標準偏差和平均值，再計算相對標準偏差（relative standard deviation，RSD）。

1.3.4.4 穩(wěn)定性實驗

取同一份樣品溶液，于0、1、2、4、6 h測得其拆分后各蝦青素異構(gòu)體峰面積，并計算得RSD。

2 結(jié)果與分析

2.1 色譜條件的優(yōu)化

2.1.1 色譜柱的選擇

圖 2 固定相對蝦青素光學(xué)異構(gòu)體的拆分效果影響Fig.2 Effect of different stationary phases on the separation of astaxanthin stereoisomers

由于所研究的蝦青素為弱極性化合物，通過查閱相關(guān)資料，正相方法更適合進行分析。本實驗篩選了3 種手性固定相，分別為纖維素型CHIRLPAK AD-H（4.6 mm×250 mm，5 μm）、Pickle型Summichiral OA 2000（4.6 mm×250 mm，5 μm）及化學(xué)鍵合型Chiralpak IC（4.6 mm×250 mm，5 μm）。由圖2可知，采用CHIRLPAK AD-H，以正己烷-異丙醇為流動相，分析蝦青素標準品發(fā)現(xiàn)只有一個峰，未能實現(xiàn)光學(xué)異構(gòu)體的分離。而采用Summichiral OA 2000，并以正己烷-氯仿-無水乙醇為流動相，可以觀察到蝦青素分成三連峰，然而不能達到基線分離（分離度R=1.3），同時保留時間過長。與前兩者比較，采用Chiralpak IC，以甲基叔丁基醚-乙腈為流動相，蝦青素三連峰可實現(xiàn)完全分離（R＞1.5）。由此，確定出基線平穩(wěn)、分離效果最佳的Chiralpak IC柱作為分析用柱。

2.1.2 流動相溶劑系統(tǒng)的優(yōu)化

在Chiralpak IC固定相條件下，選擇4 種不同溶劑系統(tǒng)組成的流動相對蝦青素標準品進行分析，即正己烷-乙醇（溶劑系統(tǒng)Ⅰ）、正己烷-乙醇-四氫呋喃（溶劑系統(tǒng)Ⅱ）、甲基叔丁基醚-乙醇（溶劑系統(tǒng)Ⅲ）、甲基叔丁基醚-乙腈（溶劑系統(tǒng)Ⅳ），從而優(yōu)化出最佳的流動相組成。使用溶劑系統(tǒng)Ⅰ時，前2 個色譜峰未能完全分離，并且分析時間較長（圖3）；而使用溶劑系統(tǒng)Ⅱ時，3 個色譜峰均不能達到基線分離；溶劑系統(tǒng)Ⅲ也無法實現(xiàn)良好的分離；只有采用甲基叔丁基醚-乙腈為流動相時符合分離要求，因此本實驗選用溶劑系統(tǒng)Ⅳ作為流動相。

圖 3 不同溶劑系統(tǒng)對蝦青素光學(xué)異構(gòu)體拆分效果的影響Fig.3 Effect of different solvent systems on the separation of astaxanthin stereoisomers

2.2 方法學(xué)考察結(jié)果

2.2.1 定量線性范圍及檢出限

按1.3.4.1節(jié)評價該方法對標準品的線性范圍、回歸方程、檢出限及定量限進行測定。結(jié)果見表1。

表 1 蝦青素標準品的線性方程、回歸方程、檢出限及定量限結(jié)果Table 1 Regression equations and detection limits of astaxanthin stereoisomers

2.2.2 回收率

按1.3.4.2節(jié)方法測定，3 個加標水平的蝦青素光學(xué)異構(gòu)體平均回收率結(jié)果見表2。3 種蝦青素光學(xué)異構(gòu)體的加標回收率均在86.2%～98.3%之間，回收率較好，滿足定量要求。

表 2 方法平均回收率實驗結(jié)果Table 2 Recoveries for astaxanthin stereoisomers spiked in biological samples

2.2.3 儀器精密度

按1.3.4.3節(jié)方法考察精密度，取蝦青素標準品溶液，連續(xù)進樣6 次，測定拆分后蝦青素光學(xué)異構(gòu)體3S,3’S、3S,3’R及3R,3’R峰面積的RSD分別為3.25%、3.33%及3.07%，表明儀器精密度良好，滿足分析要求。

2.2.4 穩(wěn)定性

取同一份樣品溶液，于0、1、2、4、6 h測得其拆分后蝦青素異構(gòu)體3S,3’S、3S,3’R及3R,3’R峰面積的RSD分別為2.46%、2.92%及2.90%。結(jié)果表明樣品在6 h內(nèi)穩(wěn)定。

2.3 樣品中蝦青素光學(xué)異構(gòu)體含量

圖 4 不同生物樣品中蝦青素光學(xué)異構(gòu)體HPLC圖譜Fig.4 HPLC chromatograms of several biological samples

表 3 不同生物樣品中蝦青素光學(xué)異構(gòu)體含量Table 3 The contents of astaxanthin stereoisomers in biological samples determined by the developed HPLC method μg/g

按1.3節(jié)方法測定分析不同生物樣品中蝦青素光學(xué)異構(gòu)體，結(jié)果見圖4。采用外標法以峰面積計算，結(jié)果見表3。由圖4可知，不同生物體內(nèi)的蝦青素光學(xué)異構(gòu)體組成具有較大差異。雨生紅球藻及三文魚中的3S,3’S蝦青素所占比例較高，而紅法夫酵母中主要以3R,3’R蝦青素為主。中國對蝦、日本對蝦及梭子蟹中蝦青素光學(xué)異構(gòu)體組成比例較為相似。由表3可以看出，不同種類生物所含蝦青素的光學(xué)異構(gòu)體含量差異較大。其中，梭子蟹的蝦青素3 種光學(xué)異構(gòu)體含量均最低；而雨生紅球藻中3 種異構(gòu)體含量最高。蝦蟹類中，日本對蝦所含蝦青素總含量最為豐富；而蝦青素光學(xué)異構(gòu)體組成上，蝦蟹類略有相似，主要以3S,3’S及3S,3’R含量較多。紅法夫酵母蝦青素只有3R,3’R構(gòu)象。雨生紅球藻中3S,3’S蝦青素含量豐富，是蝦蟹類生物的100 倍以上，可作為良好的左旋蝦青素來源。從表3可看出，不同種類生物所含蝦青素光學(xué)異構(gòu)體組成及含量都具有特征性。

3 結(jié) 論

本實驗所建立的HPLC手性拆分法分析不同生物中蝦青素光學(xué)異構(gòu)體含量的方法快速、簡便。篩選出

Chiralpak IC柱作為手性分離柱，確立等度洗脫的甲基叔丁基醚-乙腈溶劑系統(tǒng)。采用所建立的方法，對7 種生物樣品中的蝦青素光學(xué)異構(gòu)體組成及含量進行了檢測，在所測樣品中，雨生紅球藻3S,3’S蝦青素含量最高為

689.78 μg/g，紅法夫酵母3R,3’R蝦青素含量為337.35 μg/g。本實驗實現(xiàn)了蝦青素光學(xué)異構(gòu)體的分離及定量，為蝦青素光學(xué)異構(gòu)體的開發(fā)和蝦蟹下腳料的利用提供了數(shù)據(jù)參考，為后續(xù)蝦青素光學(xué)異構(gòu)體的活性研究提供了方法學(xué)基礎(chǔ)。本研究結(jié)果表明該方法可行、快速簡便、準確，前處理步驟較為簡單，回收率較高，可以應(yīng)用于大部分含蝦青素生物樣品中蝦青素光學(xué)異構(gòu)體含量分析。

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Chiral Separation and Analysis of Astaxanthin Stereoisomers in Biological Organisms by High-Performance Liquid Chromatography

YANG Shu, ZHANG Ting, XU Jie, LI Xuemin, ZHOU Qingxin, XUE Changhu*
(College of Food Science and Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266003, China)

A high performance liquid chromatography (HPLC) method for chiral separation and analysis of astaxanthin stereoisomers in several biological organisms was developed. The separation was performed on a Chiralpak IC column (4.6 mm × 250 mm, 5 μm) by using methyl tert-butyl ether (MTBE)-acetonitrile as the mobile phase at a fl ow rate of 1.0 mL/min. The detection wavelength of diode array detector (DAD) was 476 nm. This method was applied to analyze astaxanthin stereoisomers in Haematococcus pluvialis, Phaffia yeast, Penaeus vannamei, Penacus orientalis, Japanese tiger prawn, salmon and crab. The results showed that the linear range of the calibration curve for astaxanthin stereoisomers was 0.1–50 mg/L with a correlation coeffi cient of 0.999 9. The average recovery rates for astaxantin stereoisomers were in the range of 86.2%–98.3%. These results demonstrate that the proposed method is feasible, rapid, simple and accurate.

astaxanthin; stereoisomers; chiral analysis; high-performance liquid chromatography (HPLC)

TS254.1

A

1002-6630（2015）08-0139-06

10.7506/spkx1002-6630-201508025

2014-07-25

“十二五”國家科技支撐計劃項目（2012BAD33B07）；長江學(xué)者和創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃項目（IRT1188）；山東省自主創(chuàng)新專項（2012CX80201）

楊澍（1989—），女，碩士研究生，研究方向為水產(chǎn)化學(xué)。E-mail：yangshu12@163.com

*通信作者：薛長湖（1964—），男，教授，博士，研究方向為水產(chǎn)化學(xué)及水產(chǎn)品加工。E-mail：xuech@ouc.edu.cn