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《食品科學(xué)》:江蘇大學(xué)高瑞昌教授等:養(yǎng)殖模式與熱加工方式對羅非魚肉體外消化特性的影響

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魚類具有高蛋白、低脂肪且所含蛋白質(zhì)易被人體消化和吸收的特點(diǎn),是消費(fèi)者重要的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)來源。羅非魚(Oreochromis mossambicus)是世界上第二大淡水養(yǎng)殖物種,具有適應(yīng)能力強(qiáng)、生長速度快、經(jīng)濟(jì)效益高等特點(diǎn),在養(yǎng)殖戶中非常受歡迎。中國作為羅非魚的主要養(yǎng)殖區(qū),多年來一直是羅非魚重要的貿(mào)易出口國。傳統(tǒng)池塘養(yǎng)殖(TAP)是羅非魚在中國的主要養(yǎng)殖方式(圖1A),然而,水資源短缺、空間利用率低等問題嚴(yán)重制約了該模式下羅非魚養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。近年來,循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)(RAS)逐漸被養(yǎng)殖戶們接受,RAS由養(yǎng)殖區(qū)域、生物濾池、曝氣裝置、水泵、水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備等組成(圖1B),是一種通過生物、物理和化學(xué)處理,保持水質(zhì)穩(wěn)定并提高養(yǎng)殖效率的養(yǎng)殖模式,養(yǎng)殖區(qū)域僅占TAP面積的 10% ,養(yǎng)殖密度卻是TAP的十幾倍。RAS因具有環(huán)保、節(jié)水和高產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于羅非魚養(yǎng)殖。同時(shí),現(xiàn)有研究表明,RAS養(yǎng)殖可在一定程度上改善羅非魚肌肉組成并優(yōu)化肌纖維結(jié)構(gòu),這些特性可能影響蛋白質(zhì)的熱加工特性及消化酶可及性,進(jìn)而改變其消化特性。因此,比較不同養(yǎng)殖模式下魚肉的消化特性,對于評估新型養(yǎng)殖模式下的產(chǎn)品品質(zhì)具有重要意義。

除養(yǎng)殖模式外,熱加工方式亦是影響魚肉食用品質(zhì)與營養(yǎng)特性的關(guān)鍵因素。以生魚片為例,其雖能最大程度地保留魚肉中的天然營養(yǎng)物質(zhì),但由于沒有經(jīng)過高溫殺菌,可能會(huì)存在安全隱患。人體對生魚片的消化率較低,主要因?yàn)樘烊粻顟B(tài)的肌原纖維蛋白(如肌球蛋白、肌動(dòng)蛋白)空間三維結(jié)構(gòu)完整且緊密,使得蛋白酶(如胃蛋白酶、胰蛋白酶)的作用位點(diǎn)被掩蔽,可及性差。適度的熱處理可使蛋白質(zhì)變性展開,暴露出內(nèi)部的疏水區(qū)和酶切位點(diǎn),從而顯著提高其水解消化速率。因此,蒸煮、烤制、油煎等熱加工方式成為保障安全、改善風(fēng)味與質(zhì)構(gòu)特性的常用手段。然而,不同的加熱方式會(huì)通過誘導(dǎo)蛋白質(zhì)發(fā)生不同程度的變性、聚集和氧化,從而影響其在消化道內(nèi)的降解效率和最終消化特性。蛋白質(zhì)對熱處理非常敏感,在熱處理中,蛋白質(zhì)往往發(fā)生變性、聚集和交聯(lián)等變化,這些變化不僅影響魚肉的物理、化學(xué)和感官特性,還影響消化率。蛋白質(zhì)過度氧化可能會(huì)破壞消化過程中蛋白酶的活性,降低蛋白質(zhì)的消化率。Bax等研究表明,熱加工溫度高于 100°C 會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)羰基化和聚集,降低胃蛋白酶的活性。在RAS和TAP不同養(yǎng)殖模式下,羅非魚的肌肉組成及蛋白質(zhì)的理化特性有所差異,這可能使其在不同熱加工方式下產(chǎn)生的熱響應(yīng)不同。因此,熱加工方式也可能反過來影響RAS和TAP羅非魚肉的消化特性。

江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院的石彤、王顧霞、高瑞昌*等人選取TAP與RAS羅非魚為對象,通過體外模擬消化實(shí)驗(yàn),系統(tǒng)探究煮制和烤制對魚肉消化特性的影響。測定消化率、抗氧化活性、粒徑、粗肽含量等指標(biāo),觀察消化產(chǎn)物的微觀結(jié)構(gòu),評估不同養(yǎng)殖模式及熱加工方式對羅非魚消化特性的影響,以期為新型養(yǎng)殖模式羅非魚的后續(xù)加工優(yōu)化和高值化產(chǎn)品開發(fā)提供科學(xué)的理論依據(jù)與數(shù)據(jù)支撐。


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不同養(yǎng)殖模式對羅非魚肉熱加工消化產(chǎn)物的影響

對不同養(yǎng)殖模式的羅非魚進(jìn)行煮制和烤制處理,以未加熱處理組為對照,經(jīng)體外模擬消化后的消化產(chǎn)物如圖2所示,TAP組魚肉消化產(chǎn)物整體呈乳白色且透明度較低,RAS組則相對呈清澈透明狀。這一現(xiàn)象可能是因?yàn)門AP組魚肉脂肪含量高,而RAS組魚肉脂肪含量低( 0.1% ),僅為TAP組的 1/6 。在消化過程中,脂肪經(jīng)過均質(zhì)、消化等步驟后分散于溶液中形成乳液,導(dǎo)致TAP組消化液呈現(xiàn)乳白色。先前的研究表明,TAP組羅非魚中脂肪酸結(jié)合蛋白富集程度高,該蛋白主要存在于心肌和骨骼肌等組織中,其核心功能是結(jié)合細(xì)胞內(nèi)游離脂肪酸并將其輸送至線粒體、細(xì)胞核等細(xì)胞器,進(jìn)而參與甘油三酯及磷脂的合成調(diào)控。這種特異性結(jié)合方式可能通過影響蛋白質(zhì)-脂肪復(fù)合物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,進(jìn)而影響蛋白質(zhì)的消化吸收。在TAP養(yǎng)殖模式下,烤制組的消化產(chǎn)物較對照組和煮制組更偏向乳白色;而在RAS養(yǎng)殖模式下,3組處理?xiàng)l件下的消化產(chǎn)物差異不明顯。


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不同養(yǎng)殖模式對羅非魚肉熱加工消化率的影響

處理組為對照,如圖3所示,在胃消化階段,TAP組生魚肉、煮制和烤制魚肉的消化率分別為 67.2% , 74.3% 和 68.6% ,RAS組的消化率分別為 70.3% , 77.8% 和 70.8% 。與TAP組相比,RAS組魚肉的胃消化率均顯著提高 (P<0.05) ,其消化率分別提升了 3.1% , 3.5% 和 2.2% 。這可能是由于TAP組魚肉的脂肪含量更高,蛋白質(zhì)與脂肪在消化過程中形成緊密結(jié)合結(jié)構(gòu),二者的相互包裹作用減少了胃蛋白酶與蛋白質(zhì)的結(jié)合位點(diǎn),從而導(dǎo)致消化率偏低。在腸消化階段,脂肪被分解,蛋白質(zhì)分子被釋放,在胰蛋白酶進(jìn)一步作用下,兩組魚肉的蛋白質(zhì)消化率均顯著提高。此外,相同熱加工方式下,TAP組與RAS組魚肉的腸消化率無顯著差異。綜合來看,無論是胃消化階段還是腸消化階段,煮制處理的魚肉消化率均顯著高于對照組和烤制組 (P<0.05) 。


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不同養(yǎng)殖模式對羅非魚肉熱加工消化產(chǎn)物粗肽含量的影響

消化產(chǎn)物中的粗肽含量變化可以在一定程度上反映魚肉的消化程度,并與抗氧化活性密切相關(guān)。由圖4可知,在胃消化階段,RAS組生魚肉、煮制魚肉和烤制魚肉消化產(chǎn)物中粗肽含量分別比TAP組提高26.7%、12.5%和23.3%(P<0.05) ,表明RAS組魚肉的消化程度更高,與消化率的分析結(jié)果相印證。在腸消化階段,對于烤制處理?xiàng)l件,RAS和TAP組魚肉消化產(chǎn)物中的粗肽含量無顯著差異,而對于生魚肉和煮制處理?xiàng)l件,RAS組消化產(chǎn)物的粗肽含量均顯著高于TAP組;其中,RAS煮制魚肉組的粗肽質(zhì)量濃度最高,達(dá)到 5.4 mg/mL 。與生魚肉組相比,煮制后TAP組與RAS組魚肉的腸消化產(chǎn)物粗肽含量升高,而烤制后粗肽含量略有下降。這可能是由于烤制過程中的高溫使蛋白質(zhì)嚴(yán)重變性,消化程度降低,最終導(dǎo)致粗肽含量下降。


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不同養(yǎng)殖模式對羅非魚肉熱加工消化產(chǎn)物微觀結(jié)構(gòu)的影響

利用激光共聚焦熒光顯微鏡觀察TAP和RAS兩種養(yǎng)殖模式的羅非魚肉在不同熱加工方式處理后的消化產(chǎn)物微觀構(gòu)象,結(jié)果如圖5所示。在胃消化階段,生魚肉組的蛋白質(zhì)顆粒呈片狀聚集,煮制組的蛋白以均勻分布的小顆粒形式存在,而烤制組的蛋白聚集程度更高,形成塊狀聚集體(圖5A),這一現(xiàn)象表明,煮制組的魚肉消化更為徹底;而在相同煮制條件下,RAS組的蛋白和脂肪顆粒較TAP組更小、分布更均勻,與胃消化階段消化率的結(jié)果相印證(圖3)。

腸消化結(jié)束后,生魚肉組與烤制組仍可見明顯蛋白顆粒殘留,而煮制組的蛋白質(zhì)顆粒顯著減少(圖5B),進(jìn)一步證實(shí)煮制方式下魚肉的消化性能更好。有研究表明,適當(dāng)高溫可促進(jìn)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)展開,增加與消化酶的結(jié)合位點(diǎn),從而提升消化率;但當(dāng)熱加工溫度超過100°C時(shí),蛋白質(zhì)過度氧化易引發(fā)蛋白質(zhì)羰基化與聚集,一方面破壞酶作用位點(diǎn),另一方面降低胃蛋白酶活性,最終導(dǎo)致消化率下降。



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不同養(yǎng)殖模式對羅非魚肉熱加工消化產(chǎn)物平均粒徑的影響

如圖6所示,胃消化階段,TAP組與RAS組的生魚肉消化產(chǎn)物平均粒徑分別為2.04μm 和1.95μm ,煮制魚肉分別為1.8μm 和1.75μm ,兩者沒有顯著差異(P>0.05)。而在烤制處理組中,RAS組消化產(chǎn)物的平均粒徑(1.98μm)顯著低于TAP組(2.2μm)(P<0.05)。腸消化階段,在胰蛋白酶進(jìn)一步分解作用下,大分子的蛋白質(zhì)被分解成小分子蛋白質(zhì)或多肽,各處理組魚肉消化產(chǎn)物的平均粒徑均顯著下降。其中,煮制方式下魚肉消化產(chǎn)物的平均粒徑最低,尤其是RAS組,其平均粒徑僅為810nm ,表明其消化程度最高;而烤制魚肉的平均粒徑高于生魚肉,這可能是由于高溫導(dǎo)致蛋白質(zhì)過度變性并發(fā)生聚集,進(jìn)而降低了消化酶的作用效率。綜上所述,腸消化階段蛋白質(zhì)消化率的顯著提升、粗肽含量的增加以及平均粒徑的減?。▓D3、4、6),共同印證了2.1節(jié)中觀察到的現(xiàn)象,即腸消化產(chǎn)物相較于胃消化產(chǎn)物具有更高的澄清度,表明蛋白質(zhì)在腸道階段被進(jìn)一步水解得更為徹底。


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不同養(yǎng)殖模式對羅非魚肉熱加工消化產(chǎn)物抗氧化性能的影響

ABTS陽離子自由基可用于評估物質(zhì)的抗氧化活性。由圖7A可知,與胃消化階段相比,腸消化階段TAP和RAS魚肉消化產(chǎn)物的ABTS陽離子自由基清除能力均明顯提高。其中,TAP組生魚肉、煮制魚肉和烤制魚肉消化產(chǎn)物的清除率分別提升了16.6% ,16.3% 和16.8%,RAS組對應(yīng)處理的清除率分別提升了18.2%,20.1% 和18.5%。值得注意的是,煮制處理的兩組魚肉清除能力均表現(xiàn)最強(qiáng),而烤制魚肉與對應(yīng)生魚肉的清除能力無顯著差異(P>0.05 )。此外,在相同熱加工方式下,RAS組消化產(chǎn)物的ABTS陽離子自由基清除能力均顯著高于TAP組。

DPPH自由基是一種紫色的化合物,當(dāng)與抗氧化劑反應(yīng)時(shí),DPPH自由基通過提供 H+形成穩(wěn)定的DPPH-H分子,顏色從紫色變?yōu)辄S色。如圖7B所示,經(jīng)腸消化后,TAP組生魚肉、煮制魚肉和烤制魚肉的消化產(chǎn)物DPPH自由基清除能力分別上升8.2%,6.5%和7.3% (P<0.05) ;RAS組分別上升10.2% ,8.1% 和9.2%(P<0.05) ,其中煮制魚肉的清除能力最強(qiáng)。此外,各加工方式下RAS組的DPPH自由基清除能力均顯著優(yōu)于TAP組,與ABTS陽離子自由基清除率的趨勢一致。消化產(chǎn)物的抗氧化性能與其消化程度和自身的抗氧化物質(zhì)有關(guān),先前的研究表明,在RAS組羅非魚肉中,D-松醇、膽堿、谷胱甘肽和肌肽等抗氧化物質(zhì)富集度更高,可能也會(huì)導(dǎo)致兩者消化產(chǎn)物的自由基清除率不同。



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不同養(yǎng)殖模式對羅非魚肉熱加工消化產(chǎn)物的SDS-PAGE分析

如圖8A所示,兩種魚肉經(jīng)熱加工后的電泳條帶與生肉組無顯著差異。經(jīng)胃蛋白酶消化后,煮制處理的兩組魚肉在16~37kDa區(qū)間的條帶亮度顯著降低,表明其消化程度更高,蛋白質(zhì)被分解為低分子質(zhì)量的蛋白或肽段;而RAS組在 37kDa附近蛋白條帶強(qiáng)度更弱(圖8B),這可能與不同種類肌肉的有氧代謝能力有關(guān),促使該區(qū)間蛋白質(zhì)更易被降解為小分子多肽。適當(dāng)加熱可以誘導(dǎo)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)展開,暴露更多的消化酶結(jié)合位點(diǎn),提高蛋白質(zhì)消化程度。但由于烤制的溫度過高,蛋白質(zhì)過度氧化變性,導(dǎo)致蛋白質(zhì)與消化酶的結(jié)合位點(diǎn)減少,消化率下降。有報(bào)道稱,氧化形成的蛋白質(zhì)聚合物,可以通過減少底物與胃蛋白酶或胰酶的結(jié)合降低蛋白質(zhì)的消化率。腸消化后,各處理組均無清晰的蛋白條帶,表明蛋白質(zhì)已基本降解為分子質(zhì)量小于16kDa的氨基酸或寡肽。當(dāng)胃蛋白酶消化產(chǎn)物進(jìn)入腸道后,小分子蛋白質(zhì)或含疏水氨基酸殘基的肽段可與胰蛋白酶結(jié)合,進(jìn)一步降解為氨基酸等終產(chǎn)物。需要指出的是,本實(shí)驗(yàn)采用的SDS-PAGE(14% 分離膠)主要適用于觀察分子質(zhì)量大于10kDa的蛋白質(zhì)片段。腸消化后條帶消失,表明產(chǎn)物以分子質(zhì)量小于16kDa的寡肽和氨基酸為主,這些小分子物質(zhì)已超出本方法的有效分離范圍。因此,該結(jié)果證實(shí)了蛋白質(zhì)被徹底降解,但無法展示小分子肽的詳細(xì)分布。未來研究可采用Tricine-SDS-PAGE或凝膠滲透色譜等技術(shù),以更精確地分析消化產(chǎn)物的肽段組成。




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養(yǎng)殖模式與熱加工方式的雙因素方差分析

由表1可知,養(yǎng)殖模式與熱加工方式對魚肉消化率、粗肽含量、胃消化產(chǎn)物平均粒徑、ABTS陽離子自由基和DPPH自由基清除率均有顯著影響(P<0.05),但對腸消化產(chǎn)物平均粒徑無顯著影響。二者的交互作用對粗肽含量、ABTS陽離子自由基清除能力及腸消化階段DPPH自由基清除能力有顯著影響(P<0.05)。這一結(jié)果說明,養(yǎng)殖模式與熱加工方式并非獨(dú)立作用于魚肉的消化特性,而是存在協(xié)同效應(yīng)。例如,RAS養(yǎng)殖結(jié)合煮制處理在腸消化階段粗肽含量最高且抗氧化活性最強(qiáng),表明二者組合可顯著提升蛋白質(zhì)的消化能力并促進(jìn)生物活性肽的釋放。這可能源于RAS養(yǎng)殖模式下魚肉蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)更為疏松、脂肪含量較低,有利于煮制過程中蛋白質(zhì)的適度變性與酶切位點(diǎn)暴露,從而增強(qiáng)消化酶的可及性。相反,TAP組魚肉因脂肪含量較高,可能在烤制過程中因高溫導(dǎo)致蛋白質(zhì)-脂肪復(fù)合物形成,阻礙酶解,從而降低消化率與抗氧化活性。此外,交互作用對抗氧化活性的影響也表明不同養(yǎng)殖模式下魚體內(nèi)源性抗氧化物質(zhì)(如谷胱甘肽、肌肽等)的富集程度可能與熱加工方式共同調(diào)控消化產(chǎn)物的生物活性有關(guān)。


結(jié)論

本研究表明,RAS養(yǎng)殖模式結(jié)合煮制加工可協(xié)同優(yōu)化羅非魚的體外消化特性。在胃消化階段,RAS煮制魚肉的蛋白質(zhì)消化率顯著高于TAP組,SDS-PAGE與激光共聚焦顯微鏡觀察結(jié)果共同表明其蛋白質(zhì)降解更為徹底,表現(xiàn)為大分子蛋白條帶減弱、蛋白顆粒更小且分布均勻。進(jìn)入腸消化階段后,RAS煮制組產(chǎn)物的粗肽含量最高且抗氧化活性顯著增強(qiáng),說明其消化更為徹底并釋放出更多生物活性肽。綜上,RAS養(yǎng)殖模式與煮制加工的組合能有效提升羅非魚蛋白的消化能力,為其高品質(zhì)養(yǎng)殖與加工提供了理論依據(jù)與實(shí)踐方向。

作者簡介

通信作者:


高瑞昌,博士,教授,博士生導(dǎo)師,國家特色淡水魚產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系崗位科學(xué)家,江蘇省“333工程”和“六大人才高峰”高層次人才,江蘇大學(xué)食品生物工程與智能裝備方向帶頭人。研究領(lǐng)域主要為水產(chǎn)品加工與貯藏,在水產(chǎn)品風(fēng)味化學(xué)、蛋白質(zhì)化學(xué)、保鮮、生物加工等。主持和參與國家自然科學(xué)基金區(qū)域重點(diǎn)、面上基金等各類項(xiàng)目20余項(xiàng)。在國內(nèi)外期刊發(fā)表論文160多篇,其中被SCI和EI收錄120余篇,ESI高被引論文6 篇。主編高等學(xué)校通用規(guī)劃教材《食品化學(xué)》1 部,參編通用教材5 部;授權(quán)國家發(fā)明專利29 件,申請國家發(fā)明專利38 件,申請PCT專利3 件,授權(quán)美國、日本專利各1 件;獲江蘇省科技進(jìn)步獎(jiǎng)等獎(jiǎng)勵(lì)5 項(xiàng)。中國生物工程學(xué)會(huì)理事,中國食品科技學(xué)會(huì)青年委員會(huì)委員,《Food Biotechnology International》《Food Science of Animal Products》《未來食品科學(xué)》《食品科學(xué)》和《肉類研究》編委。

第一作者:


石彤,博士,江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院碩士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)槭称返鞍踪|(zhì)化學(xué)與綜合利用。獲批2022年江蘇省優(yōu)秀博士學(xué)位論文;主持國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目、江蘇省青年自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目和中國博士后面上基金各1 項(xiàng);入選江蘇大學(xué)青年英才培育計(jì)劃。以第一作者在國內(nèi)外頂級期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文20余篇;申報(bào)國家發(fā)明專利10余項(xiàng);指導(dǎo)研究生獲省級科研創(chuàng)新大賽一等獎(jiǎng)和二等獎(jiǎng);擔(dān)任《Journal of Future Foods》《Food Science of Animal Products》和《Food Production, Processing and Nutrition》青年編委。

引文格式:

石彤, 王顧霞, 解鈺, 等. 養(yǎng)殖模式與熱加工方式對羅非魚肉體外消化特性的影響[J]. 食品科學(xué), 2025, 46(24): 246-253. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250703-026.

SHI Tong, WANG Guxia, XIE Yu, et al. Effects of aquaculture modes and thermal processing methods on in vitro digestive properties of tilapia meat[J]. Food Science, 2025, 46(24): 246-253. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250703-026.

實(shí)習(xí)編輯:魏雨諾;責(zé)任編輯:張睿梅。點(diǎn)擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網(wǎng)





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觀威海
2026-04-11 17:56:07
比城投65萬億債務(wù)更棘手的是,土地財(cái)政已經(jīng)徹底玩不下去了。

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流蘇晚晴
2026-04-12 14:52:13
馬伊琍官宣喜訊不足24小時(shí),文章求復(fù)合姚笛笑到最后

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隨夢而飛起
2026-04-12 10:48:54
上海周末有雨,局部地區(qū)雨量可達(dá)中到大雨,出門記得帶好雨具

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縱相新聞
2026-04-11 20:56:18
謝霆鋒武漢演唱會(huì)快哭了,臉頰斑點(diǎn)明顯眼袋重,一身中年男油膩感

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小娛樂悠悠
2026-04-12 10:28:21
熱刺降級?真降不起啊

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懂球帝
2026-04-12 12:00:40
大案紀(jì)實(shí):淪喪的親情,變態(tài)兒子竟向母親伸出魔爪

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莫地方
2026-04-04 15:06:36
三大鄰國“倒向”中國!一個(gè)修路、一個(gè)拆墻、一個(gè)砸錢,啥信號?

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傲傲講歷史
2026-04-04 14:56:39
性需求是人的活力來源,性需求是成年人最強(qiáng)大的生命力

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加油丁小文
2026-04-03 11:30:07
41歲C羅迎生涯關(guān)鍵6戰(zhàn)!沖擊沙特聯(lián)首冠,5分領(lǐng)跑暗藏重重考驗(yàn)!

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田先生籃球
2026-04-12 12:47:26
鄭麗文如愿以償,閉門會(huì)談1小時(shí),大陸講出一句話,給出4點(diǎn)建議

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聞識
2026-04-12 07:22:40
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風(fēng)過鄉(xiāng)
2026-04-12 10:51:17
中國發(fā)現(xiàn)的“超級煤田”,占地面積接近臺(tái)灣省,位置究竟在哪里?

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明天后天大后天
2026-04-12 03:53:02
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2026-04-12 13:54:35
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高科技愛好者
2026-04-10 22:56:45
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金牌娛樂
2026-04-12 10:10:27
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2026-04-12 01:34:03
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