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響應面法優化黑蒜復合醬制備工藝及其抗氧化活性研究

2023-06-09 06:19馬夢亞古麗菲熱伊力哈木肖移聰李慕春嚴歡艾合買提江艾海提劉軍
中國調味品 2023年6期
關鍵詞:響應面法抗氧化活性

馬夢亞 古麗菲熱?伊力哈木 肖移聰 李慕春 嚴歡 艾合買提江?艾海提 劉軍

摘要:以新疆吉木薩爾縣大蒜為原料,結合課題組研制的短時黑蒜加工工藝制備黑蒜,以具有新疆特色的辣椒和番茄醬為主要原料,輔以食用油、食用鹽、料酒、五香粉、味精、雞精、花椒粉、白胡椒粉等炒制后殺菌制成黑蒜復合醬,以單因素試驗為基礎,以感官評分、DPPH和ABTS自由基的清除能力為指標,再利用響應面設計對黑蒜復合醬制備工藝進行優化,并對其理化指標進行檢測。結果表明,當黑蒜添加量為35 g、辣椒添加量為20 g、番茄醬添加量為13 g、食用油添加量為30%、食用鹽添加量為3%、料酒添加量為1.5%、五香粉添加量為1%、味精添加量為0.6%、雞精添加量為0.6%、花椒粉添加量為0.6%、白胡椒粉添加量為0.4%、炒制時間為8 min時,制得的黑蒜復合醬的感官評分為85.42分,對DPPH自由基的清除能力為17.01 mg TE/g,對ABTS自由基的清除能力為34.91 mg TE/g,總抗氧化能力為15.45 U/mL,得到的黑蒜復合醬理化指標符合復合調味品的標準,并且制備工藝簡單易操作,產品對自由基清除能力強,具有較好的抗氧化活性,可為工業化生產提供參考依據,豐富調味品市場。

關鍵詞:黑蒜復合醬;抗氧化活性;感官評定;響應面法

中圖分類號:TS255.5文獻標志碼:A 文章編號:1000-9973(2023)06-0071-08

Abstract: Black garlic is prepared from garlic in Jimusaer County, Xinjiang, combined with the short-term black garlic processing technology developed by the research group. Chili and tomato sauce with Xinjiang characteristics are used as the main raw materials, and edible oil, salt, cooking wine, five-spice powder, monosodium glutamate, chicken essence, Zanthoxylum bungeanum powder, white pepper powder are used as the auxiliary materials, they are fried and sterilized to prepare black garlic compound sauce. Based on single factor test, sensory score and DPPH and ABTS free radical scavenging capacity are used as the indexes, and then the preparation technology of black garlic compound sauce? is

收稿日期:2022-12-29

基金項目:新疆維吾爾自治區科技計劃項目(2021B02001-3)

作者簡介:馬夢亞(1996-),女,碩士,研究方向:食品工程。

*通信作者:艾合買提江·艾海提(1969-),男,副教授,碩士,研究方向:食品科學;

劉軍(1972—),男,副教授,博士后,研究方向:食用資源功效安全與健康產業。

optimized by response surface design, and its physical and chemical indexes are tested. The results show that when the addition amount of black garlic, chili and tomato sauce is 35, 20, 13 g, the addition amount of edible oil, salt, cooking wine, five-spice powder, monosodium glutamate, chicken essence, Zanthoxylum bungeanum powder, white pepper powder is 30%, 3%, 1.5%, 1%, 0.6%, 0.6%, 0.6%, 0.4%, and the frying time is 8 min, the sensory score of the prepared black garlic compound sauce is 85.42 points, the scavenging capacity on DPPH free radical is 17.01 mg TE/g, the scavenging capacity on ABTS free radical is 34.91 mg TE/g, and the total antioxidant capacity is 15.45 U/mL. The physical and chemical indexes of the prepared black garlic compound sauce accords with the standards of compound condiment, and the preparation technology is simple and easy to operate. The product has strong scavenging capacity on free radicals and good antioxidant activity, which can provide references for industrial production and enrich the condiment market.

Key words: black garlic compound sauce; antioxidant activity; sensory evaluation; response surface methodology

“復合味”是復合醬多樣化的靈魂,可以滿足人們對醬制品多營養、多風味、多保健功能的要求。傳統黑蒜加工工藝一般是將完整鮮蒜放置于發酵箱中2~3個月后制得,需要消耗大量的時間和能源[1]。短時加工黑蒜是根據課題組研制的黑蒜加工工藝,以新疆吉木薩爾縣大蒜為原料,經高溫高壓、熟化、干燥工藝制作而成,整個過程僅需8 h,并與兩種市售黑蒜產品進行比較,無論是產品的感官品質還是營養品質均達到或優于市售黑蒜[2]。辣椒的果實因果皮含有辣椒素而有辣味,能增進食欲,辣椒中VC的含量在蔬菜中居第一位。辣椒既可鮮食、調味,也可入藥,具有重要的經濟價值和食療保健作用。我國是最大的辣椒種植國家,也是最大的辣椒消費國[3]。新疆焉耆紅辣椒具有紅色素含量高、糖分高、辣味適中的特點,適于制醬和制粉[4]。番茄醬中除了含有豐富的番茄紅素外,還含有有機酸、B族維生素、膳食纖維、礦物質、蛋白質及天然果膠等多種營養組分,對于預防心血管疾病、動脈硬化等各種慢性疾病,以及改善人體免疫系統、延緩衰老等都具有重要意義[5-6]。由于新疆獨特的光熱資源和氣候條件,新疆所產番茄的紅色素、可溶性固形物含量高,目前,番茄醬產業極大地帶動了新疆紅色產業發展。

黑蒜營養價值高,對記憶和神經系統有保護作用,具有抗癌、抗肥胖、抗炎癥、免疫刺激、抗過敏、保護肝、保護心臟、抑制氧化應激、減少宿醉綜合征等作用[7]。黑蒜雖然具有豐富的營養物質和多種功效成分,但是還含有硫化物等具有刺激性氣味的揮發性風味物質,不能被大眾所接受,利用新疆特色原料對黑蒜醬進行復合,以有效地消減黑蒜的刺激性氣味,從而開發出一款既有良好風味又具有生物活性的復合醬,且制備工藝簡單,適合工業化生產。

1 材料和方法

1.1 材料

鮮蒜:新疆吉木薩爾縣;黑蒜:課題組自制短時加工黑蒜;辣椒:新疆焉耆辣椒;番茄醬:新疆惠澤食品有限責任公司;食用油:金龍魚大豆油;料酒、五香粉、雞精、味精、花椒粉、白胡椒粉:購自當地農貿市場。

1.2 試劑

DPPH(純度>99.5%);ABTS(純度>98.0%);總抗氧化能力(T-AOC)測定試劑盒:南京建成生物工程研究所;無水碳酸鈉(分析純):天津市盛奧化學試劑有限公司;無水乙醇(分析純):天津市鑫鉑特化工有限公司。

1.3 主要儀器與設備

商用臺式電磁爐 中山市普美特廚具有限公司; Molecular Devices多功能酶標儀 美谷分子儀器(上海)有限公司;3K15離心機 美國Sigma設備有限公司;BSA124S-CW電子天平 賽多利斯科學儀器(北京)有限公司;電熱恒溫水浴鍋 上海博迅實業有限公司醫療設備廠;MS3 Basic S25旋渦混合器 廣州儀科實驗室技術有限公司。

1.4 工藝流程及操作要點

1.4.1 工藝流程

短時加工黑蒜加工工藝:

黑蒜復合醬加工工藝:

1.4.2 操作要點

1.4.2.1 預處理

挑選完好無損的新鮮大蒜、干辣椒等原料,洗凈晾干。

1.4.2.2 干辣椒復水

取20 g干辣椒加入200 mL純水,室溫浸泡1 h后,在100 ℃沸水浴中預煮2 min,瀝干表面水分,備用[8]。

1.4.2.3 炒制

用電磁爐將食用油在1 300 W下加熱2 min之后將功率調至800 W,加入復水后的辣椒炒制2 min,加入黑蒜漿、番茄醬,添加一定比例的食用鹽、料酒、五香粉、雞精、味精、花椒粉、白胡椒粉等調味料充分攪拌混合[9]。

1.4.2.4 裝袋

趁熱裝袋,裝袋規格(15±0.5) g。

1.4.2.5 產品殺菌

在沸水浴中殺菌20 min,水沸騰后開始計時[10]。

1.5 試驗方法

1.5.1 感官評價的方法

本次試驗邀請10名經過培訓的人員進行評價,并對黑蒜復合醬的色澤、風味、口感、組織狀態進行打分,評分標準見表1[11-12]。

1.5.2 黑蒜復合醬抗氧化成分的提取

用電子天平稱取4 g黑蒜復合醬產品至50 mL比色管中,按料液比1∶10加入60%乙醇,用旋渦混合器充分混合均勻,在50 ℃下超聲提取1 h,用60%乙醇定容至刻度,9 500 r/min離心5 min,取上清液備用[13]。

1.5.3 DPPH自由基清除能力的測定[14-15]

向96孔板中加入100 μL(9 500 r/min 離心5 min)稀釋10倍的上清液和100 μL 0.2 mmol/L的 DPPH-乙醇溶液,混合搖勻,室溫下避光反應30 min,在517 nm處測定其吸光度。以250 μg/mL Trolox為標準品,以不同標準品濃度為橫坐標、DPPH自由基清除能力為縱坐標繪制標準曲線:Y=3X+3.095 1,R2=0.998 8。

DPPH自由基清除率(%)=(1-A1-A2A0)×100。

式中:A0為100 μL DPPH-乙醇溶液+100 μL無水乙醇溶液的吸光度;A1為100 μL DPPH-乙醇溶液+100 μL樣品溶液的吸光度;A2為100 μL乙醇溶液+100 μL樣品溶液的吸光度。

1.5.4 ABTS自由基清除能力的測定[16]

取30 μL(9 500 r/min 離心5 min)樣液與210 μL ABTS溶液(7 mmol/L ABTS 與2.45 mmol/L過硫酸鉀按1∶1配成工作液,用無水乙醇稀釋到吸光度為0.7±0.02),振蕩混勻,室溫下避光反應30 min,在734 nm處測定其吸光度。以250 μg/mL Trolox為標準品,以不同標準品濃度為橫坐標、ABTS自由基清除能力為縱坐標繪制標準曲線:Y=1.349 2X+9.121 3, R2=0.998。

ABTS自由基清除率(%)=(1-As-AbAc)×100。

式中:Ac為210 μL ABTS 試劑+30 μL無水乙醇溶液的吸光度;As為210 μL ABTS試劑+30 μL樣品溶液的吸光度;Ab為210 μL無水乙醇試劑+30 μL樣品溶液的吸光度。

1.5.5 總抗氧化能力的測定

用總抗氧化能力(T-AOC)測定試劑盒進行測定,計算公式如下:

總抗氧化能力(U/mL)=測定OD值-對照OD值0.01÷30×反應液總量取樣量×樣品測試前稀釋倍數。

1.5.6 微生物指標的測定

根據GB 4789.2—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 菌落總數測定》中菌落總數的測定方法測定成品中的菌落總數;根據GB 4789.3—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 大腸菌群計數》中大腸菌群數測定方法——乳糖膽鹽發酵法測定成品中大腸菌群數量。

1.5.7 單因素試驗

參考相關產品的加工配方,并結合預試驗,經感官評價對輔料配方進行調整并確定對產品影響范圍較小配方的比例,輔料配方為食用鹽3%、料酒1.5%、五香粉1%、味精0.6%、雞精0.6%、花椒粉0.6%、白胡椒粉0.4%[17-20]。以感官評分、DPPH自由基清除能力和ABTS自由基清除能力為指標,采用單因素試驗,以短時加工黑蒜添加量、番茄醬添加量、辣椒添加量、食用油添加量以及炒制時間為自變量,以感官評分、DPPH自由基清除能力和ABTS自由基清除能力為因變量進行單因素試驗,試驗水平分別選取短時加工黑蒜添加量20,25,30,35,40 g;辣椒添加量15,20,25,30,35 g;番茄醬添加量5,10,15,20,25 g;食用油添加量20%、25%、30%、35%、40%;炒制時間4,6,8,10,12 min。對制備工藝進行初步優化,確定較佳因素試驗參數范圍。

1.5.8 響應面優化試驗

根據Box-Behnken中心組合設計原則,在單因素試驗的基礎上,以短時加工黑蒜添加量、辣椒添加量、番茄醬添加量、炒制時間為自變量,以感官評分、DPPH自由基清除能力和ABTS自由基清除能力為響應值,進行四因素三水平的響應面分析,試驗因素水平見表2。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 黑蒜添加量單因素試驗結果

確定辣椒添加量25 g、番茄醬添加量10 g、食用油添加量30%、炒制時間6 min,設置短時加工黑蒜添加量分別為20,25,30,35,40 g進行試驗,以產品的感官評分及對DPPH、ABTS自由基的清除能力為評價標準,試驗結果見圖1。

由圖1可知,隨著黑蒜添加量的增加,產品的感官評分呈現先升高后降低的趨勢,而DPPH自由基清除能力和ABTS自由基清除能力呈逐漸上升的趨勢,達到最大值時的黑蒜添加量分別為25,40,40 g,相對應的感官評分為82.8分,DPPH自由基清除率為16.59 mg TE/g, ABTS自由基清除率33.76 mg TE/g。但隨著黑蒜添加量的繼續增加,感官評分逐漸減小。這是由于黑蒜添加量過多時,黑蒜味道過于濃郁,醬體香氣不協調。綜合考慮,響應面優化試驗中黑蒜添加量采用25,30,35 g 3個水平。

2.1.2 辣椒添加量單因素試驗結果

確定黑蒜添加量30 g、番茄醬添加量10 g、食用油添加量30%、炒制時間6 min,設置辣椒添加量分別為15,20,25,30,35 g進行試驗,以產品的感官評分及對DPPH、ABTS自由基的清除能力為評價標準,試驗結果見圖2。

由圖2可知,隨著辣椒添加量的增加,產品的感官評分呈現先升高后降低的趨勢,而DPPH自由基清除能力和ABTS自由基清除能力呈逐漸下降趨勢,達到最大值時的辣椒添加量分別為25,15,15 g,相對應的感官評分為82.4分,DPPH自由基清除率為17.54 mg TE/g, ABTS自由基清除率為35.61 mg TE/g。當辣椒添加量過少時,醬體缺少咀嚼感,辣椒味道不突出;而辣椒添加量過多時,掩蓋了醬體黑蒜和番茄醬的味道,醬體香氣不協調。綜合考慮,響應面優化試驗中辣椒添加量采用20,25,30 g 3個水平。

2.1.3 番茄醬添加量單因素試驗結果

確定黑蒜添加量30 g、辣椒添加量25 g、食用油添加量30%、炒制時間6 min,設置番茄醬添加量分別為5,10,15,20,25 g進行試驗,以產品的感官評分及對DPPH、ABTS自由基的清除能力為評價標準,試驗結果見圖3。

由圖3可知,隨著番茄醬添加量的增加,產品的感官評分呈現先升高后降低的趨勢,而DPPH自由基清除能力和ABTS自由基清除能力呈逐漸下降趨勢,達到最大值時的番茄醬添加量分別為10,5,5 g,相對應的感官評分為82.6分,DPPH自由基清除率為16.26 mg TE/g, ABTS自由基清除率為33.34 mg TE/g。當番茄醬添加量過少時,番茄醬味道不突出;而添加量過多時,番茄醬味道過于濃郁,醬體香氣不協調。綜合考慮,響應面優化試驗中番茄醬添加量采用10,15,20 g 3個水平。

2.1.4 食用油添加量單因素試驗結果

確定黑蒜添加量30 g、辣椒添加量25 g、番茄醬添加量10 g、炒制時間6 min,設置食用油添加量分別為20%、25%、30%、35%、40%進行試驗,以產品的感官評分及對DPPH、ABTS自由基的清除能力為評價標準,試驗結果見圖4。

由圖4可知,隨著食用油添加量的增加,產品的感官評分、DPPH自由基清除能力和ABTS自由基清除能力呈現先升高后降低的趨勢,達到最大值時的食用油添加量分別為30%、25%、25%,相對應的感官評分為83.1分,DPPH自由基清除率為16.43 mg TE/g,ABTS自由基清除率為32.45 mg TE/g。食用油添加量過少時,醬體油潤度不夠;當添加量過多時,醬體比較油膩,口感較差。綜合考慮,當食用油添加量為30%時,醬體油潤紅亮有光澤,口感較好,對DPPH、ABTS自由基清除率較高。

2.1.5 炒制時間單因素試驗結果

確定黑蒜添加量30 g、辣椒添加量25 g、番茄醬添加量10 g、食用油添加量30%,設置炒制時間分別為4,6,8,10,12 min進行試驗,根據產品的感官評分及對DPPH、ABTS自由基的清除能力為評價標準,試驗結果見圖5。

由圖5可知,隨著炒制時間的增加,產品的感官評分呈現先升高后降低的趨勢,而DPPH自由基清除能力和ABTS自由基清除能力呈逐漸上升趨勢,達到最大值時的炒制時間分別為6,12,12 min,相對應的感官評分為82.7分,DPPH自由基清除率為19.24 mg TE/g, ABTS自由基清除率為41.03 mg TE/g。這是由于隨著炒制時間的延長,醬體水分逐漸減少,DPPH、ABTS自由基清除能力逐漸上升,但是炒制時間過長,醬體發生糊化,口感較差。綜合考慮,響應面優化試驗中炒制時間采用6,7,8 min 3個水平。

2.2 響應面法優化試驗設計及結果分析

在單因素試驗的基礎上,以感官評分以及對DPPH、ABTS自由基的清除能力為指標,采用Design-Expert 13 軟件中Box-Behnken法進行試驗設計,確定制備黑蒜復合醬的最佳工藝參數,試驗設計及結果見表3。

對表3中試驗數據進行二次多項回歸擬合,獲得產品指標(DPPH、ABTS自由基清除率和感官評分)對黑蒜添加量(A)、辣椒添加量(B)、番茄醬添加量(C)、炒制時間(D)的多元回歸方程為:

DPPH自由基清除率=26.182 99-0.305 752A-0.305 361B+0.010 256C-0.622 508D+0.001 692AB-0.001 288AC-0.000 670AD-0.002 391BC+0.003 437BD-0.013 371CD+0.004 984A2+0.002 922B2+0.005 595C2+0.080 391D2;

ABTS自由基清除率=36.196 12-1.102 16A-0.042 946B+0.754 294C+2.160 27D-0.018 617AB+0.043 522AC+0.117 429AD-0.010 488BC+0.070 824BD-0.277 553CD+0.002 657A2-0.000 084B2 -0.000 387C2-0.174 829D2;

感官評分=-115.582 5+4.184A+10.678 33B+4.627C-10.91D-0.028AB-0.157AC+0.11AD-0.073BC-0.61BD-0.03CD-0.030 567A2-0.090 567B2+0.068 933C2+1.698 33D2。

由表4可知,模型的F值分別為68.02,29.83,102.53,P<0.000 1,表明這3個模型均極顯著。失擬項的P值分別為0.342 1,0.192 3,0.715 7,P>0.05,R2分別為0.985 5,0.967 6,0.990 3,均大于0.95,表明每個因素與響應值之間的關系都具有協同性,RAdj2與R2值很接近,說明樣本的容量足夠大。試驗的變異系數(C.V.,%)分別為0.518 6,1.14,0.488 7,表明其具有良好的可靠性與精密度,并且可以實際應用。

各因素交互作用的三維響應圖見圖6。

根據回歸方程建立響應曲面圖,進而分析黑蒜添加量、辣椒添加量、番茄醬添加量、炒制時間對產品品質的影響,響應曲面的陡峭程度說明響應值隨試驗因素的變化情況,曲面越陡峭,說明因素對產品品質的影響越大。

2.3 最佳工藝條件試驗驗證

由響應面優化試驗可知,DPPH、ABTS自由基清除能力和感官評分受到各工藝參數及其相互作用的顯著影響。黑蒜復合醬的最佳工藝條件:黑蒜添加量為 34.873 g,辣椒添加量為20.048 g,番茄醬添加量為12.972 g,炒制時間為7.998 min??紤]到實際操作,將最佳配方調整為黑蒜添加量35 g、辣椒添加量20 g、番茄醬添加量13 g、炒制時間8 min,在此條件下進行驗證試驗,重復3次,取平均值。制作的黑蒜復合醬對DPPH自由基的清除率為17.01 mg TE/g,對ABTS自由基的清除率為34.91 mg TE/g,感官評分為85.42分,與理論值非常接近。

2.4 黑蒜復合醬原料及成品抗氧化指標檢測結果

黑蒜復合醬原料及成品醬抗氧化指標檢測結果見表5。

2.5 微生物指標檢測結果

微生物指標檢測結果見表6。

3 結論

以DPPH、ABTS自由基清除能力和感官評分為指標,通過單因素試驗確定合適的工藝參數范圍,并進行響應面試驗,結果表明,黑蒜復合醬最佳工藝條件為黑蒜添加量35 g、辣椒添加量20 g、番茄醬添加量13 g、食用油添加量30%、食用鹽添加量3%、料酒添加量1.5%、五香粉添加量1%、味精添加量0.6%、雞精添加量0.6%、花椒粉添加量0.6%、白胡椒粉添加量0.4%、炒制時間為8 min。在此條件下制得的黑蒜復合醬產品對DPPH自由基的清除率為17.01 mg TE/g,對ABTS自由基的清除率為34.91 mg TE/g,總抗氧化能力為15.45 U/mL,感官評分為85.42分。同時,本試驗建立的回歸模型有效可行,可以用來預測設定試驗因素條件下的黑蒜復合醬工藝參數的響應值,且制備工藝簡單,適合工業化生產。

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