加工工藝因素對(duì)黑蒜營(yíng)養(yǎng)素與功效成分的影響

陳子興，許明嬌，黃雪松(暨南大學(xué)理工學(xué)院，廣州　510632)

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加工工藝因素對(duì)黑蒜營(yíng)養(yǎng)素與功效成分的影響

陳子興，許明嬌，黃雪松
(暨南大學(xué)理工學(xué)院，廣州510632)

摘要:綜述了黑蒜中的水分、蛋白質(zhì)、氨基酸、糖類、5－羥甲基糠醛、酚類、黃酮類、生物堿、阿霍烯等營(yíng)養(yǎng)成分和功效，介紹了時(shí)間、預(yù)處理、溫度等工藝因素對(duì)上述成分的影響，為黑蒜的生產(chǎn)工藝優(yōu)化與品質(zhì)研究提供了參考。

關(guān)鍵詞:黑蒜;大蒜;成分;加工

黑蒜(black garlic)，又名黑大蒜、發(fā)酵黑蒜等，是由新鮮大蒜(Allium sativum)在高溫高濕的條件下發(fā)酵一定時(shí)間所形成的新型蒜制品具有抗氧化、殺菌消炎、抗衰老、防癌抗癌、保肝護(hù)肝等多種保健功能［1］。黑蒜自2003年在日本被發(fā)明以來(lái)［2］，便在許多國(guó)家和地區(qū)得到不同程度的推廣，其保健功能和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值也不斷得到新的認(rèn)識(shí)。相比大蒜而言，黑蒜具有功效多樣、口感甘甜、無(wú)刺激性氣味且食用方便等多種優(yōu)點(diǎn)，因而更易受到消費(fèi)者的青睞。

黑蒜產(chǎn)品形式多樣，除了帶皮、去皮、維持原蒜頭進(jìn)行包裝等多種保持原蒜組織形態(tài)的黑蒜產(chǎn)品外，還有黑蒜粉、黑蒜飲料、黑蒜果醬、黑大蒜醬油、黑蒜醋等再制品［4］。目前有關(guān)黑蒜的加工方式、保健作用等進(jìn)展的報(bào)道較多，但對(duì)于黑蒜加工過(guò)程中其主要營(yíng)養(yǎng)與功能成分的變化情況及其影響因素卻未見(jiàn)綜述。本文在查閱了大量2011年以來(lái)的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)后，對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行分析，希望以此為黑蒜的生產(chǎn)提供借鑒，并為進(jìn)一步凝練黑蒜的研究方向提供思路。

1　黑蒜與鮮蒜中營(yíng)養(yǎng)素與功效成分的含量對(duì)比

黑蒜與鮮蒜在組成上有較大差異。由附表可見(jiàn)，成品黑蒜的含水量與果脯蜜餞(含水量為18%～20%)相似［5］，再加上其低聚糖含量高等因素降低了水分活度(目前還缺少這方面的測(cè)定數(shù)據(jù))，使得黑蒜像果脯蜜餞等食品一樣，也具有能夠在常溫下長(zhǎng)期保存較長(zhǎng)時(shí)間而不腐爛的特性。

附表中的大多數(shù)數(shù)據(jù)都是以濕基來(lái)表示各種成分的含量，其優(yōu)點(diǎn)是可以直觀地展示出蒜樣中各種物質(zhì)的百分含量。然而，由于干燥過(guò)程中水分含量是下降的，以濕基百分含量表示各物質(zhì)的含量會(huì)得到“黑蒜中營(yíng)養(yǎng)成分含量相對(duì)上升”的結(jié)論(下文在分析時(shí)間對(duì)黑蒜成分含量的影響時(shí)將不再贅述這一點(diǎn))。但從理論上講，大多數(shù)營(yíng)養(yǎng)成分在加工過(guò)程中由于受熱會(huì)分解，其含量應(yīng)是減少的。因此，為了更好地得知黑蒜加工過(guò)程中各種成分含量的增減情況，剔除水分減少帶來(lái)的影響，建議以干基百分含量對(duì)黑蒜中的成分進(jìn)行表示，以便于比較它們的真實(shí)變化情況。

附表　黑蒜和大蒜中主要成分的含量　單位: g/100g

2　加工過(guò)程中影響黑蒜成分含量的因素

2.1時(shí)間

2.1.1水分隨加工時(shí)間的變化

食品物料在干燥過(guò)程中，一般是先經(jīng)歷恒速干燥階段而后進(jìn)入降速干燥階段。王玉榮［15］和劉宇峰［5］等測(cè)定了加工過(guò)程中黑蒜中的水分含量，發(fā)現(xiàn)隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，大蒜物料的水分逐漸減少，且干燥速率逐漸加大，即他們得到的干燥曲線與多數(shù)食品物料的干燥曲線并不完全一致。出現(xiàn)上述結(jié)果，一方面是由于干燥初期大蒜細(xì)胞尚未完全死亡，具有一定的“持水性”，所以初始干燥速率較小;另一方面則是因?yàn)榇笏庠现泻写罅砍炙枯^高的果聚糖，使得大蒜原料中結(jié)合水的含量較高，因而未表現(xiàn)出典型的恒速干燥過(guò)程。

2.1.2蛋白質(zhì)及氨基酸隨加工時(shí)間的變化

蛋白質(zhì)是衡量黑蒜品質(zhì)的一個(gè)指標(biāo)，然而有關(guān)蛋白質(zhì)含量在加工過(guò)程中變化情況的報(bào)道卻不一致。劉宇峰［5］、姬妍茹［7］等人利用凱氏定氮法測(cè)定了加工過(guò)程中蛋白質(zhì)的變化情況，發(fā)現(xiàn)扣除水分影響后，黑蒜干樣在加工過(guò)程中粗蛋白的含量呈上升趨勢(shì)，因此他們認(rèn)為大蒜中原有的無(wú)機(jī)含氮物質(zhì)、有機(jī)非蛋白含氮物質(zhì)在加工過(guò)程中轉(zhuǎn)化成了蛋白質(zhì)。然而實(shí)際上，由于凱氏定氮法測(cè)定的是樣品中的凱氏氮(Kjeldahl nitrogen)［16］，因此，粗蛋白含量上升的原因更可能是加工過(guò)程中非凱氏氮(即利用凱氏定氮法無(wú)法測(cè)出的氮)轉(zhuǎn)化成了凱氏氮。此外，王衛(wèi)東［17］等則觀察到黑蒜加工后期蛋白質(zhì)含量呈下降趨勢(shì)，推測(cè)是受美拉德反應(yīng)的影響所致。鑒于凱氏定氮法在測(cè)定蛋白質(zhì)含量時(shí)的多種可能干擾，在使用凱氏定氮法前應(yīng)先將樣品中游離氨基酸(尤其是含硫氨基酸)等物質(zhì)去除后再進(jìn)行測(cè)定，以期得到更精準(zhǔn)的結(jié)果。

大蒜中含有多種氨基酸，在加工過(guò)程中，不同氨基酸的變化情況不盡相同。Choi等人［18］測(cè)定了35d加工過(guò)程中黑蒜的氨基酸含量變化情況，結(jié)果顯示:亮氨酸、異亮氨酸、甲硫氨酸、天冬門(mén)氨酸、組氨酸、甘氨酸的含量在加工過(guò)程中先上升而后下降;纈氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、谷氨酸、賴氨酸、絲氨酸的含量在加工過(guò)程中逐漸下降;精氨酸、蘇氨酸、丙氨酸的含量在加工過(guò)程中呈波動(dòng)下降的趨勢(shì);苯丙氨酸的含量波動(dòng)上升。Liang等人［9］則測(cè)定了90d加工過(guò)程中氨基酸的變化情況:異亮氨酸、纈氨酸、丙氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、賴氨酸、精氨酸、脯氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、焦谷氨酸的含量先上升后下降;蘇氨酸、色氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、γ－氨基丁酸的含量一直下降。可以看出，Choi等和Liang等的試驗(yàn)結(jié)果中并不完全一致，這可能與蒜樣、加工時(shí)長(zhǎng)以及試驗(yàn)所取的樣本數(shù)目有關(guān)。從加工的后期來(lái)看，大多數(shù)氨基酸的含量均呈下降趨勢(shì)，結(jié)合黑蒜加工過(guò)程中顏色的變化情況，可推測(cè)加工后期黑蒜中的氨基酸發(fā)生美拉德反應(yīng)轉(zhuǎn)化成了黑色素。然而，由于美拉德反應(yīng)中黑色素的生成機(jī)理十分復(fù)雜，因此黑蒜中各種氨基酸的具體轉(zhuǎn)化途徑尚不明確。

蒜氨酸(S－烯丙基－L－半胱氨酸亞砜，SACS)是大蒜的主要功效成分之一，其含量一般隨著加工時(shí)間的延長(zhǎng)而下降。姬妍茹［7］等人發(fā)現(xiàn)，在加工過(guò)程中，黑蒜干樣蒜氨酸的含量先大幅度下降，中期變化較小，而后期又波動(dòng)性回升。這是由于加工初期溫度較低(一般為30～40℃)，而蒜氨酸酶的最適溫度為35℃左右［19］，因此黑蒜加工初期蒜氨酸在蒜氨酸酶的作用下急驟減少，當(dāng)溫度逐漸升高達(dá)到60℃后，蒜氨酸酶的活性迅速下降［20］，故蒜氨酸的含量也不再大幅度變化。而后期蒜氨酸含量的回升原作者認(rèn)為可能與蒜蛋白的分解等有關(guān)，然而由于蛋白質(zhì)中不含有蒜氨酸，因此蛋白質(zhì)分解不會(huì)引起蒜氨酸含量的上升。推測(cè)其含量回升是其他含硫化合物如γ－谷酰胺半胱氨酸水解或氧化的結(jié)果［21］，有待進(jìn)一步證實(shí)鑒于蒜氨酸在評(píng)價(jià)黑蒜品質(zhì)方面的重要性，明晰其轉(zhuǎn)化機(jī)理和變化規(guī)律十分必要。

S-烯丙基-L-半胱氨酸(S-allyl cysteine，SAC)是大蒜和黑蒜中的一種具有高穩(wěn)定性的有機(jī)硫功效成分，具有抗氧化、抗癌等多種生理活性［22］。隨著黑蒜加工時(shí)間的延長(zhǎng)，SAC的含量大幅度上升: Bae等［22］發(fā)現(xiàn)40℃的條件下SAC的增加量最多，由初始的19.61μg/g上升到124.67μg/g，提高了將近5倍。SAC的可能生成途徑有兩種:其一是SAC由γ-谷氨酰半胱氨酸在γ-谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶(γ-GTP)的催化下形成［23］，其二是SAC由蒜氨酸的轉(zhuǎn)化生成［22］。由于γ-GTP在高溫下十分容易失活，故第一種途徑在黑蒜的加工過(guò)程中不太可能實(shí)現(xiàn)，至于第二種途徑的可能性，還有待進(jìn)一步研究。

2.1.3糖類隨加工時(shí)間的變化

糖類是影響黑蒜口感的主要因素。鮮蒜中的多糖主要為果聚糖類多糖［24］，淀粉的含量為零或者極低。然而，劉宇峰等［5］卻測(cè)得鮮蒜的淀粉含量約為8.85 %，并發(fā)現(xiàn)加工過(guò)程中黑蒜干樣的淀粉含量呈下降趨勢(shì)。出現(xiàn)這一結(jié)果可能是由于其利用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5009.9—2008［25］測(cè)定淀粉，而該標(biāo)準(zhǔn)在測(cè)定淀粉時(shí)沒(méi)有排除果聚糖易于在酸性條件下水解成還原糖這一因素的干擾，故所測(cè)得的結(jié)果實(shí)際上包含了大量果聚糖在內(nèi)的多糖。

如附表所示，新鮮大蒜中還原糖的含量不多，其種類包括葡萄糖、果糖、麥芽糖、乳糖等［8］。鮮蒜在加工成黑蒜的過(guò)程中，還原糖的含量大幅度上升。王玉榮等人［15-17］用3，5-二硝基水楊酸(DNS)法測(cè)定了加工過(guò)程中還原糖的變化情況，發(fā)現(xiàn)其含量隨時(shí)間的延長(zhǎng)而持續(xù)上升。然而，盧福芝等人［18］用DNS法測(cè)定了兩個(gè)工藝中還原糖的變化，發(fā)現(xiàn)其含量均先上升而后小幅下降; Liang等人［9］測(cè)得的葡萄糖和果糖的含量也是先上升而后又下降一定幅度。從他們的結(jié)果來(lái)看，還原糖含量一開(kāi)始上升是果聚糖水解引起的，而盧福芝和Liang等發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵后期還原糖含量下降則可能與Maillard反應(yīng)的程度有關(guān)，王玉榮等人的試驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有出現(xiàn)下降趨勢(shì)可能是在其試驗(yàn)條件下Maillard反應(yīng)進(jìn)行的程度不大。

盧福芝等人［27］還采用蒽酮比色法測(cè)定了可溶性糖的變化情況，發(fā)現(xiàn)其含量先上升后下降，而安東［28］的試驗(yàn)結(jié)果則顯示可溶性糖的含量呈下降趨勢(shì)。兩者結(jié)果不同的可能原因是所取的蒜樣初始含水量不同。

2.1.4 5-羥甲基糠醛(5-HMF)隨加工時(shí)間的變化

HMF是黑蒜中的呈色物質(zhì)之一。卜利偉等［29］發(fā)現(xiàn)黑蒜加工過(guò)程中HMF的生成符合一級(jí)反應(yīng)的特征，其阿雷尼烏斯公式是(1)式:

(1)式中: K為反應(yīng)速率常數(shù)，min－1; T為絕對(duì)溫度，K，其反應(yīng)活化能為32.11kJ/mol。

安東［28］則觀察到在80℃和90℃的加工條件下，HMF的含量先上升而后下降。綜合上述結(jié)果，HMF在前期的生成符合一級(jí)反應(yīng)的規(guī)律，而后期則隨溫度等條件的不同而表現(xiàn)出不同的特征，其具體原因仍有待進(jìn)一步研究。

2.1.5酚類和黃酮類物質(zhì)隨加工時(shí)間的變化

酚類和黃酮類也是黑蒜中的重要抗氧化物質(zhì)［10］。在加工過(guò)程中，酚類和黃酮類物質(zhì)的干基含量均隨加工時(shí)長(zhǎng)的不同而有不同程度的提高。據(jù)研究，黑蒜的總酚和黃酮類物質(zhì)的含量在加工過(guò)程中均隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，這可能是結(jié)合型多酚和黃酮逐步得到釋放的結(jié)果。而安東［28］的試驗(yàn)結(jié)果則顯示總酚的含量先增加后下降，推測(cè)是由于試驗(yàn)過(guò)程中酚類物質(zhì)受到某些氧化劑的氧化以至含量降低。

2.1.6生物堿隨加工時(shí)間的變化

生物堿(alkaloid)是一類具有生理活性的堿性含氮有機(jī)化合物。Ichikawa等人［30］在老蒜(經(jīng)10個(gè)月以上自然熟化的大蒜)中發(fā)現(xiàn)了4種1，2，3，4-四氫-β-咔啉類衍生物(1，2，3，4-tetrahydro-β-carboline derivatives，THβCs)［3］(附圖)。Ichikawa等［30］通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這幾類生物堿都有較強(qiáng)的過(guò)氧化氫清除能力，且這些生物堿在鮮蒜中并不存在; Sato等人［31］則證實(shí)了黑蒜中存在MTCCs這一結(jié)論，但其結(jié)果顯示鮮蒜中也有微量的MTCCs。至于黑蒜中MTCdiCs以及MTCCs的具體含量及其含量隨時(shí)間的變化情況還有待進(jìn)一步研究。

附圖　四氫－β－咔啉類衍生物的化學(xué)結(jié)構(gòu)

2.1.7阿霍烯隨加工時(shí)間的變化

阿霍烯(Z，E-Ajoene)，又名大蒜烯、蒜烯，是一種具有抗微生物、降膽固醇等［32］生理活性的硫化物。周廣勇等［33］發(fā)現(xiàn)，黑蒜加工過(guò)程中阿霍烯的含量隨時(shí)間的延長(zhǎng)而線性上升，且其變化趨勢(shì)與大蒜辣素基本一致;通過(guò)比較，他們推測(cè)蒜氨酸在加工過(guò)程中經(jīng)大蒜辣素向阿霍烯轉(zhuǎn)化。然而，由于試驗(yàn)缺少阿霍烯標(biāo)準(zhǔn)樣品，僅進(jìn)行半定量分析，其結(jié)果具有一定的不確定性。為了得到黑蒜加工的不同階段阿霍烯的準(zhǔn)確含量，可在相同的試驗(yàn)條件下利用標(biāo)準(zhǔn)品測(cè)定保留時(shí)間并進(jìn)一步進(jìn)行定量分析。

2.1.8其他

黑蒜的加工除了對(duì)上述成分的含量有影響外，還對(duì)其他的許多成分也有影響，如乙醇的含量隨加工時(shí)間延長(zhǎng)而顯著降低［9］，乙酸、甲酸、琥珀酸、氨基葡萄糖、5-羥甲基糠酸(5-hydroxymethyl-2-furoic acid，5-HMFA)、3-羥基丙酸(3-hydroxypropionic acid)等物質(zhì)在鮮蒜中不存在，但隨加工時(shí)間延長(zhǎng)逐漸形成與積累［9］。黑蒜干樣中游離脂肪的含量變化不太明顯［5］。

2.2發(fā)酵溫度

黑蒜的加工溫度對(duì)其成品各成分的含量也有顯著影響，一般而言，發(fā)酵溫度越高，黑蒜中各種營(yíng)養(yǎng)素和功效成分的變化越明顯，該效應(yīng)與延長(zhǎng)發(fā)酵時(shí)間是一致的。因此，為了達(dá)到一定的質(zhì)量指標(biāo)(如色值等)，既可以通過(guò)升高溫度或延長(zhǎng)發(fā)酵時(shí)間得以實(shí)現(xiàn)，也可以兩者相結(jié)合從而快速地達(dá)到色值等質(zhì)量要求。

安東［28］設(shè)置了70℃、80℃和90℃三個(gè)溫度對(duì)大蒜進(jìn)行恒溫發(fā)酵并測(cè)定了多種組分的變化情況，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵溫度越高，HMF的積累速度越快，可溶性糖含量的下降速度也越快;此外，在80℃條件下，黑蒜含水量下降最快，即干燥速率最快。然而，從理論上講，干燥速率的大小取決于大蒜內(nèi)部水分的轉(zhuǎn)移速率和表面水分的汽化速率。一般溫度越高，空氣濕度越低，則干燥速率越快。安東的試驗(yàn)結(jié)果未呈現(xiàn)出溫度與干燥速率的正相關(guān)關(guān)系，原因可能是加工過(guò)程中各實(shí)驗(yàn)組的空氣濕度或密封程度沒(méi)有保持一致。

盧福芝等［27］采取兩個(gè)不同的變溫發(fā)酵工藝對(duì)鮮蒜進(jìn)行發(fā)酵，其結(jié)果顯示發(fā)酵溫度對(duì)還原糖的含量有較大的影響，但對(duì)可溶性糖的含量影響不大。

2.3預(yù)處理工序

黑蒜加工過(guò)程中的預(yù)處理方式主要有冷凍預(yù)處理和加壓預(yù)處理。

王海粟等［28］對(duì)鮮蒜采用－20℃的冷凍預(yù)處理后再進(jìn)行加工，發(fā)現(xiàn)成品中還原糖、總酚、游離氨基酸的含量總體上比未經(jīng)過(guò)冷凍處理的黑蒜成品要高，各成分的含量分別可達(dá)到(48.50±0.44)×10－2g/g、10.44± 0.53mg/g、(54.90±0.61)×10－2mg/g;成品中的一些氨基酸如天門(mén)冬氨酸、蘇氨酸、絲氨酸、甘氨酸的含量明顯高于未經(jīng)過(guò)冷凍預(yù)處理的黑蒜中相應(yīng)成分的含量;經(jīng)冷凍處理所制得的黑蒜的感觀品質(zhì)也更好。

鐘成等［35］在室溫、300 MPa的條件下，對(duì)黑蒜分別保壓0、5、10、15和20min再進(jìn)行加工并測(cè)定其營(yíng)養(yǎng)素和功效成分的含量。總體上看，經(jīng)過(guò)保壓處理的黑蒜，其總糖和黃酮含量比沒(méi)有經(jīng)過(guò)保壓處理的黑蒜低;保壓時(shí)間為15min的黑蒜總酚含量可達(dá)13.20mg/g，比不經(jīng)保壓預(yù)處理或者用其他保壓時(shí)間處理的黑蒜都高。

2.4制備方法

黑蒜除了可在高溫高濕的條件下發(fā)酵外，還可在高溫高壓的環(huán)境中進(jìn)行制備，其成品稱為非發(fā)酵黑蒜。趙巖［36］發(fā)現(xiàn)，非發(fā)酵黑蒜中的各種氨基酸含量均較發(fā)酵黑蒜高。非發(fā)酵黑蒜中的總氨基酸含量約為6.36 %，比發(fā)酵黑蒜高3.44 %左右;非發(fā)酵黑蒜的總酚含量也比發(fā)酵黑蒜的總酚含量高出0.69mg沒(méi)食子酸/100mg。

此外，除了常見(jiàn)的固態(tài)發(fā)酵黑蒜，還有將蒜瓣破碎后再進(jìn)行發(fā)酵的液態(tài)發(fā)酵方法。液態(tài)發(fā)酵對(duì)黑蒜成分的影響也隨著具體工藝條件的不同而不同［37］。

3　結(jié)論

黑蒜的組成十分復(fù)雜，本文僅綜述了已有研究的相關(guān)成分的變化情況，不包括那些暫未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道的物質(zhì)如皂苷、果聚糖、甘露聚糖、凝集素、酶類等。總的來(lái)講，人們對(duì)黑蒜的成分及其在加工過(guò)程中變化規(guī)律的認(rèn)識(shí)還不夠全面，而且，由于不同研究者所使用的加工技術(shù)、加工設(shè)備、原料的生理狀態(tài)、測(cè)定方法等有所差別，導(dǎo)致結(jié)果不盡相同，有時(shí)甚至出現(xiàn)相互矛盾的情況。此外，本文僅將各加工工藝因素獨(dú)立開(kāi)來(lái)進(jìn)行分析，未涉及不同因素之間的交互作用。因此，為了更好地探索各種物質(zhì)的變化規(guī)律、尋找最佳工藝條件，還須進(jìn)一步通過(guò)控制變量、應(yīng)用合理的試驗(yàn)設(shè)計(jì)、采取統(tǒng)一化的表示方法(如區(qū)分干基含量與濕基含量)等措施，以獲得可靠的試驗(yàn)結(jié)論，從而為確定最佳生產(chǎn)工藝、揭示黑蒜獨(dú)有的生物活性和保健作用等提供依據(jù)。

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(責(zé)任編輯李燕妮)

Effects of Processing Parameters on Nutrient and Functional Components of Black Garlic

CHEN Zi-xing，XU Ming-jiao，HUANG Xue-song
(College of Science and Engineering，Guangzhou 510632，China)

Abstract:Black garlic is a fermented garlic product containing many kinds of nutrient and functional components including the moisture content，protein，amino acids，carbohydrates，5－h(huán)ydroxymethylfurfural，phenols，flavonoids，alkaloids，ajoene and other components．The paper reviewed the nutrient components and its function of black garlic，and presented the factors which could affect the components of garlic including time，temperature，pretreatment methods，and so on，which could afford reference for the optimization of production process and the quality of research of black garlic．

Keywords:black garlic; Allium sativum; component; manufacture

通訊作者:黃雪松(1957—)，男，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向:功能性食品。

作者簡(jiǎn)介:陳子興(1994—)，男，本科生，研究方向:功能性食品。

基金項(xiàng)目:廣東省科技廳資助(項(xiàng)目編號(hào): 2013B020311011)。