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黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料加工工藝及穩(wěn)定性研究

2018-07-09 08:00劉曉艷楊國力孔祥輝
中國釀造 2018年6期
關(guān)鍵詞:均質(zhì)穩(wěn)定劑明膠

劉曉艷,楊國力*,孔祥輝,王 博

(1.黑龍江中醫(yī)藥大學(xué) 藥學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150040;2.黑龍江眾生生物工程有限公司,黑龍江 哈爾濱 150028;3.黑龍江省科學(xué)院微生物研究所,黑龍江 哈爾濱 150010)

黑木耳(AuriculariaauriculaJudae)是一種食藥用真菌,營養(yǎng)豐富且具有很好的保健效果,被稱為“黑色瑰寶”和“人體的清道夫”[1]。黑木耳富含碳水化合物、蛋白質(zhì)和纖維素,脂肪含量較低,可以改善腸胃,潤肺清腸,對減肥和防治便秘等有很好的效果[2];同時黑木耳中鐵、鈣等礦物質(zhì)含量高,其鐵含量約為豬肝的8倍,可以改善貧血,使皮膚紅潤細嫩[3]。黑木耳中還含有多糖、腺苷、膠質(zhì)、黑色素等功效成分,具有增強免疫力、降血脂、抗血栓、抗腫瘤、抗凝血等藥理作用[4],具有較高的食用和藥用價值。

藜麥(Chenopodium quinoawilld)原產(chǎn)于南美洲安第斯山脈,是一種未被充分利用的遠古“黃金糧食”[5]。藜麥富含蛋白質(zhì),且氨基酸組成合理,與牛奶中的酪蛋白類似[6];藜麥中礦物質(zhì)含量豐富,100 g藜麥所含有的礦物質(zhì)可以滿足嬰幼兒和成人每天對礦物元素的需求[7];因此藜麥被稱為“全營養(yǎng)食品”、“太空糧食”、“超級谷物”等[8]。另外,藜麥有很好的生物活性,血糖生成指數(shù)低,是糖尿病患者碳水化合物攝入的首選糧食[9];藜麥中的類黃酮多酚類物質(zhì)、皂苷等在慢性病的防治中發(fā)揮著重要的作用[10]。藜麥作為一種新興原料,目前被開發(fā)成越來越多的產(chǎn)品,也越來越受消費者的歡迎,如藜麥蛋白飲料、藜麥復(fù)合粉、藜麥啤酒[11]、藜麥酒、藜麥雜糧面包[12]等。

乳酸菌乳飲料的保健功效已經(jīng)被廣泛接受,但是植物性乳酸菌飲料還尚未普及,在國內(nèi)發(fā)展緩慢,遠遠不能滿足人們對此類產(chǎn)品日益增長的需求。目前,該類產(chǎn)品正成為開發(fā)熱點,如黑木耳蘋果醋飲料[13]、黑木耳人參復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料[14]、黑木耳乳酸發(fā)酵酸豆奶[15]、藜麥酸奶[16]等產(chǎn)品正在被研究者開發(fā)出來,但是以黑木耳、藜麥為原料的乳酸菌發(fā)酵飲料國內(nèi)外尚未見相關(guān)的研究報道。

本研究以黑木耳和藜麥為原料,研究利用復(fù)合乳酸菌粉發(fā)酵黑木耳藜麥飲料的加工工藝,并對其穩(wěn)定性進行研究,使其既具有黑木耳、藜麥本身固有的多種營養(yǎng)成分和生理活性,同時又具有乳酸菌飲料的特點。以期為藜麥和黑木耳深加工產(chǎn)業(yè)開辟新的途徑,并對填補飲料市場的空白都具有一定實際意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

藜麥:北京安華藜麥科貿(mào)有限公司;黑木耳:黑龍江省科學(xué)院微生物研究所;復(fù)合乳酸菌粉(活菌數(shù)109CFU/g):黑龍江眾生生物工程有限公司;白砂糖:市售;明膠、黃原膠(純度為99%):上海耐今實業(yè)有限公司;檸檬酸(純度為99.9%)、檸檬酸鈉(純度為99.8%):廣州朋遠化工有限公司;復(fù)合纖維素酶(30 000 U/g):北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司。

1.2 儀器與設(shè)備

BSA124S電子分析天平:北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司;LDZX-50KBS高壓滅菌鍋:上海申安醫(yī)療器械廠;DHP-9082恒溫恒濕培養(yǎng)箱:上??瞥綄嶒炘O(shè)備有限公司;DNG-9140電熱鼓風(fēng)干燥箱:上海一恒科技有限公司;LB220b膠體磨:溫州昊星機械設(shè)備制造有限公司;GYB1001均質(zhì)機:上海東華高壓均質(zhì)機廠;DL-CJ-2NDI潔凈工作臺:北京東聯(lián)哈爾儀器制造有限公司;TDL-50B低速離心機:上海安亭科學(xué)儀器廠;FJ300-SH型數(shù)顯高速分散均質(zhì)機:上海標本模型廠;RE-52AA型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀:上海亞榮生化儀器廠。

1.3 方法

黑木耳浸提液制備:選擇干凈無雜質(zhì)的黑木耳,用純化水清洗后,于50℃烘干;將其粉碎,過50目篩,按照料液比1∶50(g∶g)加入純化水,用檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液調(diào)節(jié)pH值為4.0,加入0.2%的復(fù)合纖維素酶,45℃酶解2 h,升溫至100℃滅酶,用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值為中性。再采用熱水浸提方法浸提兩次,提取溫度為95℃,每次2 h,過濾并合并濾液,得到黑木耳浸提液,備用。

藜麥漿制備:選擇顆粒飽滿、優(yōu)質(zhì)的白藜麥,用清水洗滌數(shù)次,除去藜麥上附著的塵土等雜質(zhì)。將藜麥粉碎,過50目篩,按照料液比1∶20(g∶g)加入純化水,預(yù)煮30 min,用勻漿機把藜麥打散并研磨成糊狀。將藜麥糊調(diào)成一定濃度,用檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液調(diào)節(jié)pH值為4.0,酶解溫度為45℃,加入0.2%的復(fù)合纖維素酶酶解2 h,升溫至100℃滅酶,用NaOH溶液調(diào)pH為中性。再用熱水浸提兩次,提取溫度為95℃,每次2 h,過濾并合并濾液,采用減壓濃縮方法(濃縮條件為:濃縮溫度60℃,真空度-0.06 MPa)將濾液濃縮至干物質(zhì)含量達30%~40%,得到藜麥漿,備用。

發(fā)酵:將黑木耳浸提液和藜麥漿按照質(zhì)量比為6∶4(g∶g)混合并滅菌,加入一定量的含有保加利亞乳桿菌(Lactobacillus bulgaricus)、嗜熱鏈球菌(Streptococcus thermophilus)、長雙歧桿菌(Bifidobacterium longum)、嗜酸乳桿菌(Lactobacillusacidophilus)及植物乳桿菌(Lactobacillusplantarum)的復(fù)合乳酸菌粉,同時加入一定量的白砂糖,為乳酸菌發(fā)酵提供碳源。放入恒溫恒濕培養(yǎng)箱,發(fā)酵至pH值達3.5以下。

調(diào)配、均質(zhì)、灌裝:發(fā)酵后加入甜味劑、穩(wěn)定劑等,將調(diào)配好的黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料通過膠體磨進一步研磨至細膩,在50℃左右、一定的壓力條件下均質(zhì)兩次,測定其穩(wěn)定性,然后灌裝。

滅菌:將灌裝好的黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料在105℃條件下,滅菌10 min即得到成品。

1.3.2 單因素試驗

加工工藝優(yōu)化單因素試驗:選擇加糖量(5%、10%、15%、20%、25%)、復(fù)合乳酸菌粉添加量(2.5 g/L、5.0 g/L、7.5g/L、10.0g/L、12.5g/L)、發(fā)酵溫度(27℃、29℃、31℃、33℃、35℃、37℃、39℃、41℃)為考察因素,研究各因素對黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料感官評分的影響,確定單因素最佳水平。

穩(wěn)定性優(yōu)化單因素試驗:選擇黃原膠與明膠比例(1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5)、均質(zhì)壓力(15MPa、20MPa、25MPa、30MPa、35 MPa)、穩(wěn)定劑添加量(0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%)為考察因素,研究各因素對黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料穩(wěn)定性的影響,確定單因素最佳水平。

1.3.3 加工工藝優(yōu)化正交試驗

在單因素試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上,選擇3個主要因素:加糖量(A)、復(fù)合乳酸菌粉添加量(B)、發(fā)酵溫度(C),以感官評分為考察指標,每個因素選擇3個水平,依據(jù)L9(33)進行正交試驗優(yōu)化設(shè)計,因素與水平見表1。

表1 發(fā)酵飲料加工工藝優(yōu)化正交試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for processing technology optimization of fermented beverage

1.3.4 穩(wěn)定性優(yōu)化正交試驗

為了使黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料有更好的穩(wěn)定性,均勻細膩,選擇黃原膠∶明膠(E)、均質(zhì)壓力(F)、穩(wěn)定劑添加量(G)為主要因素,以沉淀率為考察指標,每個因素選擇3個水平,依據(jù)L9(33)表安排試驗,進行優(yōu)化設(shè)計,因素水平設(shè)計表見表2。

表2 發(fā)酵飲料穩(wěn)定性優(yōu)化正交試驗因素與水平Table 2 Factors and levels of orthogonal experiments for stability optimization of fermented beverage

1.3.5 檢測方法

整個感官評價由10位評價員對黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料產(chǎn)品從狀態(tài)、氣味、口味方面進行感官評價,滿分為100分,分值越高說明產(chǎn)品的質(zhì)量越優(yōu),產(chǎn)品感官評分標準見表3。

表3 發(fā)酵飲料感官評分標準Table 3 Sensory evaluation standards of fermented beverage

以沉淀率為指標來評價產(chǎn)品的穩(wěn)定性,即沉淀率越高,穩(wěn)定性越差;沉淀率越低,穩(wěn)定性越好。稱取10 mL的樣品,3500r/min離心15min,棄除溶液后底部沉淀的質(zhì)量與樣品質(zhì)量的比值即為沉淀率。沉淀率計算公式如下:

理化指標:可溶性固形物含量按照農(nóng)業(yè)行業(yè)標準NY/T 2637—2014《水果和蔬菜可溶性固形物含量的測定折射儀法》方法測定;pH值采用pH計直接測定;粗多糖含量按照苯酚硫酸法[17]測定;蛋白質(zhì)含量按照國標GB 5009.5—2016《食品安全國家標準食品中蛋白質(zhì)的測定》方法測定;L-乳酸含量按照高效液相色譜法[18]測定。

微生物指標:菌落總數(shù)按照國標GB 4789.2—2016《食品安全國家標準食品微生物學(xué)檢驗菌落總數(shù)測定》方法測定;大腸菌群按照國標GB 4789.3—2016《食品安全國家標準食品微生物學(xué)檢驗大腸菌群計數(shù)》方法測定;霉菌及酵母菌按照國標GB 4789.15—2016《食品安全國家標準食品微生物學(xué)檢驗霉菌和酵母計數(shù)》方法測定;致病菌按照GB 29921—2013《食品安全國家標準食品中致病菌限量》方法測定。

1.3.6 統(tǒng)計分析

應(yīng)用Excel軟件建庫,正交設(shè)計助手軟件進行統(tǒng)計分析。采用極差分析和方差分析方法,P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果與分析

2.1 黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料加工工藝優(yōu)化單因素試驗

2.1.1 加糖量對黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料感官品質(zhì)的影響

圖1 加糖量對發(fā)酵飲料感官品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of sugar addition on sensory quality of fermented beverage

由圖1可知,隨著加糖量的增加,黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料的感官評分呈先升高后降低的趨勢,當(dāng)加糖量為15%時,黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料的感官評分達到最高,為93分,這可能是因為在發(fā)酵終點時,糖酸比達到最佳狀態(tài),酸甜適口。因此,選擇加糖量10%、15%、20%進行正交試驗。

2.1.2 復(fù)合乳酸菌粉添加量對黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料感官品質(zhì)的影響

圖2 復(fù)合乳酸菌粉添加量對發(fā)酵飲料感官品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of compound lactic acid bacteria powder addition on sensory quality of fermented beverage

由圖2可知,隨著復(fù)合乳酸菌粉添加量的增加,黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料的感官評分先逐漸增加,當(dāng)復(fù)合乳酸菌粉添加量為7.5%時,感官評分達到最高,為93分;之后隨著添加量增加,感官評分有所下降??赡苁且驗槿樗峋N添加量過多使發(fā)酵過度,酸度過高。因此,選擇復(fù)合乳酸菌粉添加量5.0%、7.5%、10.0%進行正交試驗。

2.1.3 發(fā)酵溫度對黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料感官品質(zhì)的影響

圖3 發(fā)酵溫度對發(fā)酵飲料感官品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of fermentation temperature on sensory quality of fermented beverage

由圖3可知,隨著發(fā)酵溫度的上升,黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料感官評分先快速增加,達到頂點后緩慢下降,當(dāng)發(fā)酵溫度為37℃時,感官評分達到最高,為94分。可能是因為在低溫時,乳酸菌增殖和代謝緩慢,發(fā)酵時間一致的情況下,酸甜比未達到最佳,口感偏甜,風(fēng)味不佳;當(dāng)發(fā)酵溫度>37℃時,復(fù)合發(fā)酵飲料感官評分開始下降,一方面過度發(fā)酵,乳酸菌大量增殖和代謝,乳酸產(chǎn)量過多,酸度過大,口感偏酸,另一方面,考慮到實際工業(yè)化生產(chǎn)及經(jīng)濟成本,選擇發(fā)酵溫度33℃、35℃、37℃進行正交試驗。

2.2 復(fù)合發(fā)酵飲料加工工藝優(yōu)化正交試驗結(jié)果分析

根據(jù)單因素試驗結(jié)果,以感官評分為考察指標,采用正交試驗對加糖量(A)、復(fù)合乳酸菌粉添加量(B)、發(fā)酵溫度(C)進行優(yōu)化,確定黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料最佳加工工藝條件,正交試驗結(jié)果與分析見表4,方差分析見表5。

由表4的極差分析可知,影響黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料感官評分的因素主次順序為C>B>A,即發(fā)酵溫度>復(fù)合乳酸菌粉添加量>加糖量,最佳優(yōu)化因素組合為C3B1A2,即發(fā)酵溫度37℃,復(fù)合乳酸菌粉的添加量5.0 g/L,加糖量15%。為了保證試驗結(jié)果的準確性,在最佳加工工藝條件下進行3次驗證試驗,所得產(chǎn)品的感官評分為96分。

由表5可知,在加糖量、復(fù)合乳酸菌粉添加量、發(fā)酵溫度3個變量中,發(fā)酵溫度對黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料的感官品質(zhì)有顯著影響(P<0.05),其他因素影響不顯著。這與表4極差分析結(jié)果一致。

表4 發(fā)酵飲料加工工藝優(yōu)化正交試驗結(jié)果與分析Table 4 Results and analysis of orthogonal experiments for processing technology optimization of compound fermented beverage

表5 正交試驗結(jié)果方差分析Table 5 Variance analysis of orthogonal experiments results

2.3 黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料穩(wěn)定性單因素試驗

2.3.1 黃原膠與明膠比例對黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料穩(wěn)定性的影響

圖4 黃原膠與明膠比例對發(fā)酵飲料穩(wěn)定性的影響Fig.4 Effect of xanthan gum and gelatin ratio on the stability of fermented beverage

由圖4可知,隨著黃原膠與明膠的比例增大,黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料的沉淀率逐漸增加,穩(wěn)定性越差。在黃原膠∶明膠為1∶1時,發(fā)酵飲料的沉淀率最低,為0.51%,穩(wěn)定性最好。可能是因為明膠的比例增大時,復(fù)配膠的體系穩(wěn)定性遭到破壞,明膠在維持體系的穩(wěn)定性效果不如黃原膠,因此,選擇黃原膠∶明膠1∶1、1∶2、1∶3(g∶g)進行正交試驗。

2.3.2 均質(zhì)壓力對黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料穩(wěn)定性的影響

圖5 均質(zhì)壓力對發(fā)酵飲料穩(wěn)定性的影響Fig.5 Effect of homogeneous pressure on the stability of fermented beverage

由圖5可知,隨著均質(zhì)壓力的增加,黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料的沉淀率一直呈下降趨勢,說明其穩(wěn)定性越好,其原因是均質(zhì)壓力大,使體系的蛋白質(zhì)等物質(zhì)微小化,能夠更好的形成均一穩(wěn)定的溶液??紤]到實際生產(chǎn)加工過程中設(shè)備情況及經(jīng)濟成本因素,選擇均質(zhì)壓力25 MPa、30 MPa、35 MPa進行正交試驗。

2.3.3 穩(wěn)定劑添加量對黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料穩(wěn)定性的影響

圖6 穩(wěn)定劑添加量對發(fā)酵飲料穩(wěn)定性的影響Fig.6 Effect of stabilizer on the stability of fermented beverage

由圖6可知,隨著穩(wěn)定劑添加量增大,黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料的穩(wěn)定性越好,最后趨于平緩,當(dāng)穩(wěn)定劑添加量為0.4%和0.5%時,兩者的沉淀率分別為0.53%和0.52%,無明顯差異,再增加穩(wěn)定劑的添加量對于體系的穩(wěn)定性影響不大。因此,選擇穩(wěn)定劑添加量0.3%、0.4%、0.5%進行正交試驗。

2.4 穩(wěn)定性正交試驗結(jié)果分析

根據(jù)單因素試驗結(jié)果,以沉淀率為考察指標,采用正交試驗對黃原膠∶明膠(E)、均質(zhì)壓力(F)、穩(wěn)定劑添加量(G)進行優(yōu)化,確定黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料最佳穩(wěn)定性條件,正交試驗結(jié)果與分析見表6,方差分析見表7。

表6 發(fā)酵飲料穩(wěn)定性正交試驗結(jié)果與分析Table 6 Results and analysis of orthogonal experiments for stability optimization of fermented beverage

由表6的極差分析可知,影響黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料沉淀率的因素的主次順序是F>E>G,即:均質(zhì)壓力>黃原膠∶明膠>穩(wěn)定劑添加量。最佳穩(wěn)定性條件優(yōu)化方案為E2F3G2,即均質(zhì)壓力為35 MPa,黃原膠∶明膠為1∶2(g∶g),穩(wěn)定劑添加量為0.4%。為了保證試驗結(jié)果的準確性,對正交試驗得出的最優(yōu)水平進一步的驗證,結(jié)果表明,在最優(yōu)條件下,所得黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料沉淀率為0.51%,說明其穩(wěn)定性好,且常溫放置360 d無沉淀分層現(xiàn)象。

表7 正交試驗結(jié)果方差分析Table 7 Variance analysis of orthogonal experiment results

由表7可知,在黃原膠∶明膠、均質(zhì)壓力、穩(wěn)定劑添加量3個變量中,均質(zhì)壓力對黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料的穩(wěn)定性有顯著影響(P<0.05),其他因素影響不顯著。這說明均質(zhì)壓力大可以使飲料中顆粒半徑變小,沉降速度降低,因此,飲料的穩(wěn)定性越好。

2.5 黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料成品質(zhì)量指標

在正交試驗優(yōu)化所得的黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料最佳加工工藝和穩(wěn)定性工藝條件下,進行黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料的加工。所得的產(chǎn)品質(zhì)量要求符合GB 7101—2015《食品安全國家標準飲料》。

感官指標:灰白色,酸甜適口,無分層現(xiàn)象,均勻細膩,具有黑木耳和藜麥天然風(fēng)味及乳酸菌發(fā)酵的特有滋氣味。

理化指標:可溶性固形物含量≥5.0°Bx;pH≤3.5;粗多糖含量為864 mg/100 mL;蛋白質(zhì)含量為1.6%;L-乳酸的含量為8.7 g/L。

微生物指標:菌落總數(shù)≤100 CFU/mL;大腸菌群≤3 MPN/100 mL;霉菌和酵母≤20 CFU/mL;致病菌(沙門氏菌、志賀氏菌、金黃色葡萄球菌)未檢出。

3 結(jié)論

本研究采用正交試驗對黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料加工工藝和穩(wěn)定性的最佳條件進行優(yōu)化。結(jié)果表明,黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料的最佳發(fā)酵加工工藝條件確定為:發(fā)酵溫度37℃,復(fù)合乳酸菌粉的添加量5 g/L,加糖量15%;穩(wěn)定性最佳工藝為均質(zhì)壓力35 MPa,黃原膠∶明膠為1∶2(g∶g),穩(wěn)定劑添加量0.4%。在此條件下,得到的黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料感官評分為96分,風(fēng)味獨特,酸甜適口;沉淀率為0.51%,常溫放置360 d無沉淀現(xiàn)象,說明復(fù)合發(fā)酵飲料穩(wěn)定性好。

黑木耳藜麥復(fù)合發(fā)酵飲料的研制既豐富了產(chǎn)品的種類,又提高了產(chǎn)品的市場競爭力,其粗多糖含量達864mg/100mL,蛋白質(zhì)含量為1.6%,L-乳酸的含量為8.7 g/L;營養(yǎng)豐富,口感細膩,既具有黑木耳和藜麥天然風(fēng)味,又有乳酸菌發(fā)酵的特有滋氣味。

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