不同超高压处理对DFD牛肉肉色及货架期的影响

毕玉莹,杨啸吟,张一敏,朱立贤,梁荣蓉,毛衍伟,左惠心,牛乐宝*

(山东农业大学食品科学与工程学院,山东 泰安 271018)

摘 要:为降低DFD(dark,firm and dry)牛肉初始菌落总数,延长真空包装DFD牛肉货架期并改善肉色,以不同压力(200、400、600 MPa)配合不同加压时间(5、10 min)的超高压处理为实验组,以空白处理为对照组,测定真空包装DFD牛肉在(2±2)℃条件下贮藏0、2、4、6、8、12、16 d后的肉色、表观肉色图像、pH值、微生物和3 种肌红蛋白相对含量,探究超高压处理对DFD牛肉货架期及肉色的影响,进而探寻适合DFD牛肉肉色改善和货架期延长的超高压处理条件。结果表明:超高压能显著提高DFD牛肉的亮度值、红度值和黄度值(P<0.05),增加氧合肌红蛋白的相对含量,降低高铁肌红蛋白的相对含量,但过高压力(600 MPa)会使DFD牛肉呈现粉红色;超高压处理能显著降低DFD牛肉初始菌落总数(P<0.05),200 MPa(5、10 min)处理组使DFD牛肉初始菌落总数降低0.6、0.8(lg(CFU/g)),400 MPa(5、10 min)处理组降低1.1、1.3(lg(CFU/g)),600 MPa(5、10 min)处理组降低1.7、2.0(lg(CFU/g)),有效抑制了微生物在贮藏期间的生长;对照组在12 d时已腐败,200 MPa处理组在16 d时达到腐败限值,而冷藏16 d,400、600 MPa处理组均未腐败;400 MPa是有效改善DFD牛肉肉色、延长其货架期的最适压力,保压时间的延长对肉色和货架期的影响不显著(P>0.05)。综合考虑,400 MPa-10 min是超高压处理DFD牛肉的最适参数,能改善DFD牛肉肉色,同时将货架期至少延长5 d以上。

关键词:超高压;DFD(dark,firm and dry)牛肉;肉色;肌红蛋白;货架期

随着我国经济的快速发展,人们的饮食水平逐渐提升,牛肉作为我国食用量仅次于猪肉的畜肉,因高蛋白、低脂肪、味道鲜美等特点深受喜爱[1]。DFD(dark,firm and dry)牛肉是一种牛肉生产行业中常见的劣质肉,颜色发黑发暗,切面干燥且坚硬,pH值较高,易受微生物侵染,货架期较短[2-3]。在冷藏状态下真空包装的正常牛肉可以贮藏30 d,但真空包装的DFD牛肉14 d左右就会腐败变质[4],造成牛肉资源的大量浪费。近10 年,我国牛肉产量持续增长,虽然目前牛肉屠宰加工规范化,但DFD牛肉的高发生率仍不可避免,据卢骁[5]不完全统计发现,山东省DFD牛肉发生率高达18.03%。因此,如何有效抑制DFD牛肉贮藏期间的微生物生长并延长其货架期一直都是肉牛产业迫切需要解决的热点问题。

超高压(ultra-high pressure,UHP)技术是通过水或其他液体等介质传递压力,对密封包装的食品在一定温度下进行加压处理的一种非热加工技术[6-7],可使微生物膜结构完整性丧失,胞内蛋白质和酶变性,内容物泄漏,失去活性[8-9]。UHP技术不仅能延长食品货架期,减少添加剂使用,同时将对食品品质的影响降至最低[10-11],在肉制品中行业具有广泛的应用前景。Wang Haihong[12]、张根生[13]等通过实验证明,在400~600 MPa压力水平,有利于延长冷藏牛肉制品的货架期;张顺君等[14]研究发现,UHP能将卤牛腱、卤鸭肫的货架期延长90 d;马汉军等[15]研究UHP处理正常牛肉发现,400 MPa压力可使牛肉亮度值(L*)增加,红度值(a*)下降,黄度值(b*)基本不变;但陈腊梅等[16]表明,400 MPa压力使牦牛肉的L*、a*、b*增加;Reesman等[17]研究UHP对DFD熟牛肉的肉色及食用品质发现,300~600 MPa压力使a*显著增大,但未对贮藏期内熟肉色及货架期进行测定。UHP处理对肉色的影响是一个复杂的现象,还有待进一步研究。此外,关于UHP处理正常牛肉在贮藏期内肉色和货架期的研究较多,但关于UHP技术在DFD牛肉肉色和货架期方面的研究尚不充分,本研究通过设置不同压力和保压时间,探究UHP处理对DFD牛肉肉色及货架期的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

牛胴体选取山东省某肉牛屠宰企业的西门塔尔杂交牛(月龄20~24 个月,胴体质量286~315 kg)。肉牛按照伊斯兰方式屠宰后,将胴体在(2±2)℃排酸48 h,使用便携式pH计测定pH值,测定部位为左右胴体第12~13 根肋骨间的背最长肌。选取宰后极限pH≥6.1的4 头牛胴体(n=4),取其左、右半胴体的背最长肌,分割为大小相近(每块牛排约200 g)、厚度约为2.54 cm的牛排作为实验材料。

聚偏二氯乙烯氧气阻隔膜(厚度54.8 μm)无锡太平洋新材料股份有限公司;BagPage®拍打袋 法国Interscience St Nom公司;平板计数琼脂、蛋白胨 北京陆桥技术责任有限公司;氯化钠(分析纯)天津凯通化学试剂有限公司;pH 4.00和pH 7.00的标准缓冲液瑞士梅特勒-托利多仪器有限公司。

1.2 仪器与设备

HPP600/3-5L超高压食品处理设备 包头科发高压科技有限责任公司;SenvonGo便携式温度补偿pH计瑞士梅特勒-托利多仪器有限公司;Nikon D90相机(光圈f/5.6,曝光时间1/100 s,ISO-400,焦距70 mm)日本尼康公司;SP62便携式色差计 美国爱色丽仪器公司;Deep摄影棚(边长为60 cm,发光二极管灯板功率60 W,亮度6 100 lm)浙江省摄影器材有限公司。

1.3 方法

1.3.1 实验设计

将牛排(厚度约为2.54 cm)进行独立真空包装,每头牛的牛排随机分为7 组,第1组在标准大气压下不经UHP处理,为空白对照组(0.1 MPa-0 min),剩余组为实验组(处理压力-时间组合:200 MPa-5 min、200 MPa-10 min、400 MPa-5 min、400 MPa-10 min、600 MPa-5 min、600 MPa-10 min)。UHP处理前,先将介质水放置于(2±2)℃条件下过夜,牛排经UHP处理后,在(2±2)℃条件下贮藏0、2、4、6、8、12、16 d。在各贮藏时间点,每组随机取样进行表观肉色图像、肉色(L*、a*、b*)、肌红蛋白相对含量、pH值、菌落总数等指标测定,并进行数据分析。

1.3.2 表观肉色图像采集

参考Zhang Yining等[18]的方法,牛排在(2±2)℃条件下发色30 min,用色差计进行测定后立即将样品放入摄影棚中,然后用相机于垂直于样品60 cm处拍摄。照片采集中关闭闪光灯,使用自动对焦,无滤镜,所有图像均以1∶1比例的JEP格式保存。

1.3.3 肉色测定

测定前先使用白板再使用黑板校正色差计。将去除包装后的牛排置于冷库(2±2)℃发色30 min,擦去牛排表面水分,使用校正后的便携式色差计(光圈直径8 mm,光圈A,标准视角10°)测定肉表面的L*、a*、b*,避开牛排的筋腱和脂肪,测量6 个位置,分别记录每个位置的数据,取其平均值作为最终测定结果。

1.3.4 3 种肌红蛋白相对含量测定

使用色差计测定400~700 nm波长处的反射率(R)(光谱间距10 nm),特定波长(474、525、572 nm)处的R采用线性插入法间接计算得出。为直观看出高铁肌红蛋白(metmyoglobin,MMb)、脱氧肌红蛋白(deoxymyoglobin,DMb)、氧合肌红蛋白(oxymyoglobin,OMb)在相等间隔时间的变化规律,选取0、4、8、12、16 d的数据作图分析。3 种肌红蛋白的相对含量计算采用King等[19]方法,反射衰减率(attenuance,A)根据A=log(1/R)计算,3 种肌红蛋白的相对含量按式(1)~(3)计算:

1.3.5 pH值测定

首先使用pH 4.00和pH 7.00的标准缓冲液校准便携式pH计,然后对打开包装后的牛排pH值进行测定,每块牛排测定4 次,取平均值作为最终测定结果。

1.3.6 菌落总数测定

参考Yang Xiaoyin等[20]的方法。在无菌环境下从牛排表面取10 g肉样,转移至装有90 mL无菌蛋白胨生理盐水(0.85 g/100 mL NaCl、0.1 g/100 mL蛋白胨)的拍打袋,室温下用拍打机拍打2 min,取混匀样液1 mL依次进行梯度稀释,选择2~3 个合适的稀释度涂布于平板计数琼脂培养基,36 ℃条件下平板培养48 h,每个梯度2 个技术重复。培养完成后筛选出菌落总数在30~300 CFU之间的培养皿,根据稀释倍数计算菌液的菌落总数。

1.4 数据处理

本研究中的肉色、微生物、pH值指标均使用SAS软件(9.0版本)进行分析,使用SAS MIXED Procedure进行方差分析,固定效应为贮藏时间、处理条件及其交互作用,随机效应为牛个体,差异显著水平为P<0.05。采用Origin 8.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 贮藏期间不同UHP处理对DFD牛肉表观肉色的影响

肉色数据虽能具体反映肉色单个指标的变化规律,但是不能综合、直观表现出整体肉色,因此借助相机反映消费者视觉中肉色的直接变化。如图1所示,可以直观观察到同等压力、不同保压时间下,UHP对表观肉色的影响较小;相同保压时间下,不同压力对表观肉色的影响差异明显。200 MPa处理组与对照组的表观肉色差异最小,牛排仍然呈现暗黑色,贮藏期内的肉色变化也不大,其对肉色的改善作用最小;400 MPa处理的DFD牛肉呈现接近于正常牛肉的鲜红色,贮藏期间均能呈现良好的肉色,表明该压力水平下对肉色改善效果较好,对肉色产生了积极影响。Reesman等[17]研究表明,肉色的改善源于450 MPa压力下OMb含量的增加。600 MPa处理下的DFD牛肉肉色呈粉色,并随贮藏时间延长出现“褪色”现象;白艳红等[21]通过对牛羊肉的研究也发现,高于500 MPa的压力能导致肉色淡化变白;Bak等[22]认为,UHP处理下,珠蛋白变性及血红素析出是肉色“褪色”的主要因素。400 MPa的UHP处理对肉色起到了积极的改善作用,但处理5 min和10 min的表观肉色差异不明显。

图1 贮藏期间不同UHP处理对DFD牛肉表观肉色的影响
Fig.1 Effects of different UHP treatments on the apparent color of DFD beef during storage

2.2 贮藏期间不同UHP处理对DFD牛肉L*的影响

如表1所示,贮藏时间和处理条件的交互作用对DFD牛肉的L*影响不显著(P>0.05),但单因素主效应贮藏时间、处理条件对其影响显著(P<0.05)。各组的L*在贮藏期间整体呈现出增加的趋势,可能是由于随着贮藏时间的延长,肌肉疏松,持水力降低,自由水比例增加,使光散射增加,L*增加[23-24]

表1 贮藏期间不同UHP处理对DFD牛肉L*的影响
Table 1 Effects of different UHP treatments on the L* of DFD beef during storage

注:a~e.同一贮藏时间、不同高压处理条件差异显著(P<0.05),表3、5同;x~y.同一高压处理条件、不同贮藏时间差异显著(P<0.05)。

同等压力下,保压时间的延长对L*影响不显著;但同等保压时间下,随压力水平的升高,L*显著升高。其中,200 MPa的处理压力对DFD牛肉的L*影响较小,400、600 MPa压力显著提高了DFD牛肉的L*(P<0.05)。陈腊梅等[16]在UHP处理牦牛肉实验中表明,UHP会改变肌纤维结构,肌肉持水力下降,散射光的能力增强,导致L*升高,同时受压力大小影响,L*随压力水平升高而增大。消费者对牛肉颜色偏好的预测模型中,L*被消费者所接受的阈值为31.4[18]。0 d时,0.1、200 MPa(5、10 min)组的L*为29.30、30.46和30.81,对照组、200 MPa组未达到该阈值水平。400、600 MPa组在贮藏期间的L*均超过了接受阈值。

2.3 贮藏期间不同UHP处理对DFD牛肉a*的影响

如表2所示,贮藏时间和处理条件的交互作用对DFD牛肉的a*影响不显著(P>0.05),但a*受单因素贮藏时间、处理条件的影响显著(P<0.05)。随着贮藏时间的延长,各组的a*增加,贮藏末期,a*达到最大值。200、400 MPa压力水平下,保压时间的延长对a*影响显著,而600 MPa水平下,保压时间的延长对a*影响不显著;同等保压时间下,a*与压力水平呈正相关。UHP处理后,DFD牛肉的a*均高于对照组,其中200 MPa-5 min组的a*与对照组差异不显著,这也与表观肉色中两者肉色相近的结果一致。400、600 MPa处理显著增大了a*(P<0.05)。Hughes等[25]认为,在高pH值的肌肉中,持水力较高,导致肌纤维肿胀,细胞和肌束之前缺乏空间,阻止了氧气扩散到组织中。而UHP处理后,随着压力水平的升高,肌纤维结构呈现不同程度改变,持水力下降,进而在后续发色中氧气渗透度加深,氧分压增大,形成更多的OMb,a*增加[16]。此外,贮藏期间,对照组的a*未达到消费者接受阈值(14.5),各组的a*均达到接受阈值[17],表面UHP处理在一定程度上改善了DFD牛肉肉色,达到消费者购买期望值。

表2 贮藏期间不同UHP处理对DFD牛肉a*的影响
Table 2 Effects of different UHP treatments on a* of DFD beef during storage

注:w~z.同一高压处理条件、不同贮藏时间差异显著(P<0.05)。

2.4 贮藏期间不同UHP处理对DFD牛肉b*的影响

如表3所示,贮藏时间和处理条件的交互作用对DFD牛肉的b*影响不显著(P>0.05),但b*受UHP处理条件影响显著(P<0.05)。与a*趋势相似,各组在贮藏前期整体呈现先增加后下降的趋势,在贮藏后期呈现增加趋势。整体而言,同等压力水平、不同保压时间对b*影响显著。保压时间为5 min时,b*随压力水平的增大而显著增加,且显著高于对照组(P<0.05),但保压时间为10 min时,b*随压力水平的增加趋势不显著(P>0.05)。Utama等[26]研究表明,UHP促进脂质氧化,从而导致b*增加,但肉色变化是一个复杂机理,b*的变化机理也尚不明确。

表3 贮藏期间不同UHP处理对DFD牛肉b*的影响
Table 3 Effects of different UHP treatments on b* of DFD beef during storage

注:a~d.同一贮藏时间、不同高压处理条件差异显著(P<0.05)。

2.5 贮藏期间不同UHP处理对DFD牛肉3 种肌红蛋白相对含量的影响

肉色很大程度上取决于肌红蛋白的化学状态及其相对含量,肌红蛋白状态主要有3 种:DMb、OMb和MMb。如图2所示,贮藏期间,各组DFD牛肉的MMb和OMb相对含量整体呈现增加趋势,DMb相对含量逐渐降低,Wu Shuang等[27]在DFD牛肉肉色及肉色稳定性的研究中3 种肌红蛋白含量变化与本研究结果一致。

图2 贮藏期间不同UHP处理对DFD牛肉3 种肌红蛋白相对含量的影响
Fig.2 Effects of different UHP treatments on DMb,OMb and MMb fractions of DFD beef during storage

0 d时,UHP处理后,同等压力下,保压时间的延长对3 种肌红蛋白相对含量的变化影响不明显;而同等保压时间下,增大压力对其影响明显。在同等保压时间下,增大压力水平,OMb相对含量明显上升,与a*呈正相关,DMb相对含量明显降低,MMb相对含量降低。王璐等[28]也发现UHP处理后牛肉的OMb含量增加,MMb含量降低。Hughes等[25]认为,高pH值的肌肉肌纤维肿胀,阻止了氧气扩散,而UHP使得肌纤维结构松散,自由水减少,在发色时氧气渗透能力增加,氧分压增大,肌红蛋白更易与氧气结合,导致OMb相对含量增加[22]。已有研究表明,DFD牛肉中线粒体含量是正常牛肉的2.04 倍,细胞中80%以上的氧气被线粒体所用[29]。线粒体会争夺消耗氧气,降低氧分压,介导MMb还原系统影响肌红蛋白的化学状态[30]。UHP处理破坏了线粒体膜结构,线粒体耗氧率降低有利于肌红蛋白的氧合[31]。郜娜[32]报道,UHP处理增强了线粒体介导的MMb还原酶活性,促进MMb被还原。这表明UHP能增大氧分压、降低线粒体耗氧率及影响MMb酶活性,致使OMb含量升高,DMb和MMb含量降低。牛淑萍等[33]研究表明,高压可能促进抗氧化肽的产生,抑制肌红蛋白的氧化。综上所述,UHP处理能够增加DFD牛肉中OMb的相对含量,改善DFD牛肉的肉色。

2.6 贮藏期间不同UHP处理对DFD牛肉pH值的影响

由表4可知,贮藏时间和处理条件的交互作用对DFD牛肉的pH值影响不显著(P>0.05),但单因素主效应贮藏时间、处理条件均对pH值影响显著(P<0.05)。贮藏期间,各组的pH值均呈现缓慢下降趋势,这可能是真空包装中乳酸菌等产酸微生物大量繁殖代谢所致[34]。整个贮藏期,经UHP处理后pH值均高于对照组。同等压力下,pH值随保压时间延长而增大;相同保压时间,pH值随压力增大而增大。pH值的升高可能是蛋白质结构在UHP处理后发生改变,酸性基团被包埋,碱性物质增加造成的[35]

表4 贮藏期间不同UHP处理对DFD牛肉pH值的影响
Table 4 Effects of different UHP treatments on pH of DFD beef during storage

注:v~z.同一高压处理条件、不同贮藏时间差异显著(P<0.05)。

2.7 贮藏期间不同UHP处理对DFD牛肉菌落总数的影响

新鲜肉的腐败主要是微生物生长繁殖使肉发生蛋白降解、脂肪酸败造成的。菌落总数变化与肉的货架期紧密相关,能够反映肉是否发生腐败,新鲜肉的腐败限值为7(lg(CFU/g)),超过该值时,肉的表面已明显腐败[36]。如图3所示,贮藏时间和处理条件的交互作用对菌落总数影响显著(P<0.05)。UHP处理可显著降低DFD牛肉的初始菌落总数,0 d时,对照组菌落总数为3.5(lg(CFU/g)),200 MPa使初始菌落总数降低0.6、0.8(lg(CFU/g)),400 MPa使菌落总数降低1.1、1.3(lg(CFU/g)),600 MPa使菌落总数降低1.7、2.0(lg(CFU/g))。总的来看,同等压力下延长加压时间,UHP的抑菌效果增强,但影响不显著(P>0.05)。相同保压时间下,增大压力抑菌效果增强,但影响不显著(P>0.05),这与闫玉雯[37]研究UHP处理牛肉乳化肠时保压时间和处理压力对抑菌效果的规律一致。0~4 d时,UHP组的菌落总数生长速率较低,此时微生物处于迟滞期。4 d后,菌落总数生长速率增大,菌落总数以指数形式增加,微生物进入对数期,对于外界环境因素的作用比较敏感。12 d时,对照组菌落总数为7.07(lg(CFU/g)),已超腐败限值,而UHP处理组均未腐败。16 d时,200 MPa组菌落总数已超腐败限值,400、600 MPa组均未达到7(lg(CFU/g)),均未腐败。综上所述,延长保压时间或增大压力能增强抑菌效果,200 MPa能将DFD牛肉货架期延长4 d,400、600 MPa抑菌效果更好,能将货架期至少延长5 d以上。

图3 贮藏期间不同UHP处理对DFD牛肉菌落总数的影响
Fig.3 Effects of different UHP treatments on total plate count of DFD beef during storage

a~e.同一贮藏时间、不同高压处理条件差异显著(P<0.05);u~y.同一处理条件、不同贮藏时间差异显著(P<0.05)。

3 结论

DFD牛肉经不同UHP处理后,与对照组相比,L*、a*、b*及OMb相对含量均增加,DMb相对含量和MMb相对含量降低,肉色得到一定改善。400 MPa的UHP处理条件对DFD肉色产生积极影响,肉色改善效果最好。DFD牛肉经UHP处理后,微生物数量显著降低(P<0.05)。结果显示,200 MPa处理组可将DFD牛肉货架期延长4 d,400、600 MPa处理组可将货架期至少延长5 d以上。400 MPa是有效改善DFD牛肉肉色、延长其货架期的最适压力。保压时间的延长对肉色和货架期的影响不显著(P>0.05)。综合考虑,400 MPa-10 min是UHP处理DFD牛肉的最适参数。

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Effects of Different Ultra-High Pressure Treatments on the Color and Shelf Life of Dark,Firm and Dry (DFD) Beef

BI Yuying,YANG Xiaoyin,ZHANG Yimin,ZHU Lixian,LIANG Rongrong,MAO Yanwei,ZUO Huixin,NIU Lebao*
(College of Food Science and Engineering,Shandong Agricultural University,Tai’an 271018,China)

Abstract: In order to reduce the initial number of microorganisms on the surface of DFD (dark,firm and dry) beef,extend the shelf life of vacuum-packed DFD beef and improve the color of DFD beef,the effects of ultra-high pressure (UHP)treatments at different pressures (200,400 and 600 MPa) and for different periods of time (5 and 10 min) on the shelf life and color of DFD beef were investigated.Vacuum-packed DFD beef was treated by UHP or not (control) and stored at(2 ± 2)℃.After 0,2,4,6,8,12 and 16 days,meat color,apparent images,pH,microbial load and deoxymyoglobin (DMb),oxymyoglobin (OMb) and metmyoglobin (MMb) fractions were measured.The results showed that UHP processing significantly increased the L*,a*,and b* values (P <0.05) of DFD beef,elevated the proportion of OMb,and decreased the proportion of MMb.However,too high pressure (600 MPa) caused DFD beef to show a pink color.The microbial load of DFD beef was reduced significantly by UHP (P <0.05),by 0.6 and 0.8 (lg (CFU/g)) at 200 MPa,1.1 and 1.3 (lg (CFU/g)) at 400 MPa,and 1.7 and 2.0 (lg (CFU/g)) at 600 MPa for beef treated for 5 and 10 min,respectively.UHP effectively inhibited microbial growth in beef during storage.The control group had been spoiled on day 12,and the 200 MPa group reached the threshold of spoilage on day 16,whereas no spoilage was observed in the 400 and 600 MPa groups on day 16.Thus,400 MPa was the optimal pressure to effectively improve the color and simultaneously extend the shelf life of DFD beef.The extension of holding time had no significant effect on meat color or shelf life (P >0.05).Taken together,400 MPa and 10 min were the optimal parameters for UHP treatments of DFD beef,which could improve the meat color of DFD beef while extending the shelf life by at least 5 days.

Keywords: ultra-high pressure;DFD (dark,firm and dry) beef;meat color;myoglobin;shelf life

收稿日期:2024-04-07

基金项目:山东省重点研发计划项目(2018GGX108004)

第一作者简介:毕玉莹(1998—)(ORCID: 0009-0009-3978-4619),女,硕士研究生,研究方向为动物性食品加工及品质、安全控制。E-mail: 1748132965@qq.com

*通信作者简介:牛乐宝(1978—)(ORCID: 0000-0001-5506-0340),男,副教授,博士,研究方向为动物性食品加工及品质、安全控制。E-mail: niulebao@sdau.edu.cn

DOI: 10.7506/rlyj1001-8123-20240407-069

中图分类号:TS251.1

文献标志码:A

文章编号:1001-8123(2024)04-0030-06

引文格式:

毕玉莹,杨啸吟,张一敏,等.不同超高压处理对DFD牛肉肉色及货架期的影响[J].肉类研究,2024,38(4): 30-35.DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20240407-069.http://www.rlyj.net.cn

BI Yuying,YANG Xiaoyin,ZHANG Yimin,et al.Effects of different ultra-high pressure treatments on the color and shelf life of dark,firm and dry (DFD) beef[J].Meat Research,2024,38(4): 30-35.(in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20240407-069.http://www.rlyj.net.cn