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紫薯全粉面配方及制備工藝的優化

2017-11-03 08:28范會平吳丹王娜索標趙天學艾志錄
食品與發酵工業 2017年9期
關鍵詞:全粉紫薯損失率

范會平,吳丹,王娜,索標,3,趙天學,艾志錄*

1(河南農業大學 食品科學技術學院,河南 鄭州,450002) 2(速凍面米及調制食品河南省工程實驗室,河南 鄭州,450002) 3(河南省薯類淀粉工程技術研究中心,河南 鄲城,477150) 4(農業部大宗糧食加工重點實驗室,河南 鄭州,450002)

紫薯全粉面配方及制備工藝的優化

范會平1,2,吳丹1,王娜1,索標1,3,趙天學4,艾志錄1*

1(河南農業大學 食品科學技術學院,河南 鄭州,450002) 2(速凍面米及調制食品河南省工程實驗室,河南 鄭州,450002) 3(河南省薯類淀粉工程技術研究中心,河南 鄲城,477150) 4(農業部大宗糧食加工重點實驗室,河南 鄭州,450002)

考察淀粉添加量20%、紫薯全粉添加量80%的紫薯全粉面的配方工藝并對生產工藝進行優化。在單因素實驗的基礎上,利用Box-Behnken中心組合原理設計3因素3水平實驗,選定制芡淀粉量、蒸制時間和老化時間為自變量,感官評分和蒸煮損失率為響應值進行響應面分析,研究各自變量及其交互作用對感官評分和蒸煮損失率的影響規律,并通過二次多項式非線性回歸方程的預測模型,確立了紫薯全粉面的最佳生產工藝條件為:制芡淀粉量10.30 g,蒸制時間5.30 min,老化時間3.70 h,在此條件下紫薯全粉面的感官評分為87,蒸煮損失率為14.96%。

紫薯全粉;制芡;老化;蒸制;擠壓;響應面

紫色甘薯[Ipomoeabatatas(L.) Lam.],又叫黑薯或紫番薯,是一類集營養、色澤和風味于一體的甘薯品種,含花青素、硒元素、膳食纖維等營養物質,具有抗氧化、降血壓、抗癌等生物學功效,在我國具有廣泛的種植面積[1]。新鮮紫薯收獲期短,隨著保藏時間的延長,紫薯由于持續的呼吸作用及酶的作用,營養價值逐漸降低,生物學功效也下降,還容易出現霉變、腐爛等一系列問題[2]。紫薯全粉是新鮮紫薯通過清洗、去皮、切片、漂洗、蒸煮、干燥、粉粹過篩等工藝制備的粉末狀產品,幾乎保留了新鮮紫薯的全部營養成分,營養和風味保留較好,是一種極好的食品加工原料或輔料。既解決新鮮紫薯不易保存的難題,同時最大限度地保持了紫薯營養的完整性,且具備貯藏條件簡單、運輸方便等特點,使其在食品工業中具有廣泛的應用前景[3]。

傳統的紫薯面[4]生產多是添加一定比例的紫薯全粉于小麥粉中制備紫薯面,從而達到提高面條營養價值的目的。但不添加小麥粉直接使用紫薯全粉來實現面條的生產,目前國內外在這方面的研究較少,這主要是因為紫薯全粉中的化學組分不同于小麥面粉,不含有能夠形成面筋網絡結構的面筋蛋白,因此紫薯全粉加水攪拌成面團后黏性很大,沒有筋性,紫薯面條易出現渾湯,斷條率高等現象[5]。因此為了實現紫薯全粉面的生產,參考粉絲的生產工藝,在粉絲的制備過程中利用制芡工藝對部分淀粉進行糊化,依靠糊化淀粉的黏性和淀粉的老化作用來維持粉絲的定型以及其質構[6]。李晶通過對冷凍熟面的生產工藝中采用蒸制處理方法的研究表明,蒸制處理可以改善面制品的蒸煮特性和品質特性。本研究中的紫薯全粉面是指以紫薯全粉為主要原料生產的一種新型的紫薯面,為了解決其黏性大、易斷條的問題,添加20%的甘薯淀粉并參考粉絲的制芡工藝、面條的蒸制工藝和擠壓工藝。因此,在紫薯全粉面生產中,綜合運用粉絲的老化機理、面條生產工藝中的蒸制技術以及擠壓工藝來進行探究并對其進行優化。

1 材料、設備和方法

1.1主要原料

紫薯全粉:由河南天豫薯業股份有限公司提供;甘薯淀粉:由河南天豫薯業股份有限公司提供。

1.2主要儀器與設備

HDGDWJ-150高低溫交變試驗箱,上海恒鼎儀器設備廠;MT2-80亦盛大牌粉條機,天津市亦盛達機械廠;TA-XA PLUS質構儀,英國Stable Micro System公司;DHG-9245A鼓風干燥灶箱,上海一恒科學儀器有限公司;DW-YL270醫用冷凍箱,中科美菱低溫科技有限責任公司。

1.3紫薯全粉面制作

淀粉稱量→制芡→調粉→蒸制→擠壓成型→老化→冷藏→烘干→ 成品

準確稱取一定量的淀粉及紫薯全粉共100 g,取已稱量好的淀粉其中的一部分加入定量的水并于水浴鍋中進行糊化制芡,制芡完成后將余下的淀粉和紫薯全粉充分混勻制成面團,置于蒸鍋中蒸制一定時間,蒸制結束后用粉條機擠壓成型后置于4 ℃冰箱中老化到所需時間,然后于-18 ℃冰箱冷凍20 h后拿出,自然解凍后放置于鼓風干燥箱中干燥得成品。

1.4紫薯面品質評價方法

1.4.1 質構測定

參考尹守偉[7]和王濤[8]的方法,稱取20 g面條放入1 000 mL沸水中煮至最佳煮面時間后撈入500 mL蒸餾水(4 ℃左右)中冷卻10 s,用漏勺撈出濾水1 min, 瀝干后用質構儀測定。每個樣品測定7次,取平均值。

TPA試驗參數:探頭:P50,測前速度:2.0 mm/s,測試速度:0.8 mm/s,測后速度:0.8 mm/s,壓縮比:70%,觸發力:0.05 N。

1.4.2 感官評定

將面條煮至最佳煮面時間后撈入蒸餾水(4 ℃左右)中冷卻10 s,由漏勺撈出濾水后放入碗中,由10名食品專業人員對其進行評價,評分標準參考SB/T10137—1993和紫薯全粉面的品質特性[9-10]。評定標準見表1。

表1 面條品嘗項目和評分標準

1.4.3 蒸煮損失率的測定

量取500 mL蒸餾水于鍋中,在電磁爐上煮沸,稱取10 g紫薯全粉面置于沸水中煮至最佳煮面時間,立即撈出紫薯全粉面,待面湯冷卻至常溫后轉移至500 mL容量瓶中,混勻定容,取100 mL面湯倒入恒重的鋁盒中,放入105 ℃烘箱中烘至恒重,測得固形物含量,則面湯中固形物總量與面條干基的比值即為烹煮損失[11]。計算公式:

(1)

式中:M,紫薯全粉面水分含量,%;m,固形物含量,g。

1.5紫薯全粉面加工工藝優化

1.5.1 紫薯粉與淀粉混合比例的確定

通過紫薯全粉遞增法,結合粉絲的生產工藝和掛面的工藝確定了紫薯全粉的添加比例;即將紫薯全粉和淀粉按照0∶100、10∶90、20∶80、30∶70、40∶60、50∶50、60∶40、70∶30、80∶20、90∶10、100∶0的比例混合均勻,制成紫薯全粉面,然后通過對不同比例的紫薯全粉-淀粉制作的紫薯全粉面的烹煮品質進行試驗測定,并對面條進行感官評價,確定紫薯全粉的添加量。

1.5.2 加工工藝條件對紫薯全粉品質的影響

為了研究淀粉添加量20 g,紫薯全粉添加量80 g的紫薯全粉面的生產加工工藝,分別選取制芡淀粉量(20 g淀粉中部分淀粉)、老化時間和蒸制時間這3個因素作為考察因素。其中制芡淀粉量(4、6、8、10、12 g)、老化時間(2、4、6、8、10 h)和蒸制時間(3、5、7、9、11 min)。以紫薯全粉面的質構(硬度,咀嚼性,彈性),蒸煮損失和感官評定為試驗評價指標。

1.5.3 響應面設計

結合單因素實驗結果,利用Box-Behnken響應面實驗方法對紫薯全粉面的生產工藝進行響應面優化,選定制芡淀粉量、蒸制時間和老化時間為自變量,感官評分和蒸煮損失率為響應值,確立自變量與響應函數之間的統計模型[12]。

1.5.4 數據處理

實驗數據采用Excel 2013數據處理軟件、SPSS 16.0軟件以及Design-ExpertV.8.0.6數據處理軟件對數據進行處理并分析。

2 結果與分析

2.1淀粉與紫薯全粉不同質量比對紫薯全粉面品質的影響

由表2可知,混合粉的比例與蒸煮時間呈現一定的相關性,混合粉中淀粉的含量越高,最佳煮面時間也越長,混合粉的比例對紫薯全粉面的最佳煮面時間、感官和蒸煮損失率的影響也是非常顯著的。

表2 不同比例混合粉分析結果

注:同列數據中不同字母代表顯著性,p<0.05。表3~表5同。

隨著紫薯全粉添加量的增加,紫薯全粉面的最佳煮面時間呈下降趨勢,紫薯全粉與混合粉的質量比自0∶100到20∶80范圍內,紫薯全粉面的感官評分呈下降趨勢,自20∶80~80∶20內感官評分呈上升趨勢,自80∶20~100∶0感官評分則呈下降趨勢。紫薯全粉與淀粉的質量比自0∶100~60∶40內蒸煮損失率呈上升趨勢,在60∶40~80∶20內蒸煮損失率呈下降趨勢,而后在80∶20~100∶0內蒸煮損失率呈上升趨勢。這可能是因為紫薯全粉的化學組分不同于淀粉,紫薯全粉除了富含淀粉外,還含有蛋白質、膳食纖維、多糖、維生素、礦物質等營養成分,因此在紫薯全粉面的形成過程中不僅受淀粉分子之間相互作用的影響,蛋白質、膳食纖維、礦物質等其他物質的存在也對紫薯全粉面的結構形成產生了影響,阻礙了直鏈淀粉分子相互作用形成雙螺旋能力,因此隨著紫薯全粉的添加量的增加,紫薯全粉面中由淀粉作用形成的凝膠結構逐漸弱化,紫薯全粉面的感官評分下降,蒸煮損失率上升[13-14]。但隨著紫薯全粉用量的繼續增加,紫薯全粉面的最佳煮面時間的縮短,蒸煮損失率呈下降趨勢,感官評分呈上升趨勢,隨著紫薯全粉用量的進一步增加,淀粉含量的降低導致紫薯全粉面中凝膠結構弱化引起蒸煮損失率進一步上升和感官評分的下降。當紫薯粉與淀粉的質量比為80∶20時,感官評分最高,蒸煮損失率較低,因此選取紫薯全粉與淀粉的質量比為80∶20作為該實驗的混合粉用料配比。

2.2加工工藝條件對紫薯全粉品質的影響

2.2.1 制芡淀粉量對紫薯全粉面品質的影響

紫薯全粉面的蒸制時間5 min,老化時間4 h,稱取淀粉4、6、8、10、12 g制芡,分析制芡淀粉量對紫薯全粉面質構、蒸煮損失率和感官的影響。結果如表3所示。

表3 制芡淀粉量對紫薯全粉面品質的影響

由表3可知,制芡淀粉量對紫薯全粉面的感官、蒸煮損失率、硬度和咀嚼性影響顯著,彈性變化規律不明顯。在制芡淀粉量4~10 g,蒸煮損失率、硬度和咀嚼性呈下降趨勢,感官評分呈現上升趨勢,制芡淀粉量在10~12 g,感官評分呈下降趨勢,蒸煮損失率、硬度、咀嚼性則呈上升趨勢。這可能是因為在紫薯全粉面的品質成型過程中芡糊起著非常重要的作用,倚靠自身的黏性和凝膠性能,芡糊能夠與紫薯全粉和淀粉能夠相互作用并形成具有一定黏性和凝膠特性的結構的物質,隨著制芡淀粉量的增加,芡糊與淀粉所形成的凝膠性結構能夠顯著提高紫薯全粉面品質,但隨著制芡淀粉量的進一步增加,由于凝膠性能的繼續增強破壞紫薯全粉面結構引起紫薯全粉面品質的降低[15]。在制芡淀粉量為10 g時,紫薯全粉面的感官評分最高,蒸煮損失率最低,因此,選取制芡淀粉量為10 g。

2.2.2 蒸制時間對紫薯全粉面品質的影響

紫薯全粉面制芡淀粉量10 g,老化時間4 h,分別選取蒸制時間3、5、7、9、11 min,分析蒸制時間對紫薯全粉面質構、蒸煮損失率和感官的影響,結果如表4所示。

表4 蒸制時間對紫薯全粉面品質的影響

蒸制時間對紫薯全粉面的感官、蒸煮損失率、硬度和咀嚼性影響顯著,彈性變化規律不明顯。當蒸制時間在3~5 min,蒸煮損失率、硬度和咀嚼性呈下降趨勢,感官評分呈現上升趨勢,蒸制時間在5~11 min,感官呈下降趨勢,蒸煮損失率、硬度、咀嚼性則呈上升趨勢。這可能是因為由于紫薯全粉面中成分僅為甘薯淀粉和紫薯全粉,不含有能夠形成面筋網絡狀結構的面筋蛋白,淀粉的糊化和老化特性在紫薯全粉面的工藝生產過程中有著不可忽視的重要重用,而采用蒸制處理工藝能夠改變淀粉的糊化特性,影響紫薯全粉面品質的形成[16]。隨著蒸制時間的延長,紫薯全粉面表面淀粉開始部分糊化,膳食纖維部分吸水,淀粉經老化形成的凝膠特性結構能夠提高紫薯全粉面的品質。但是隨著蒸制時間的延長,紫薯全粉面淀粉充分糊化,膳食纖維吸水能力增強,弱化老化形成的晶體結構,引起面條品質的下降[17-18]。當蒸制時間為5 min時,紫薯全粉面的感官評分最高,蒸煮損失率最低,因此,選擇蒸制時間為5 min。

2.2.3 老化時間對紫薯全粉面品質的影響

紫薯全粉面制芡淀粉量10 g,蒸制時間5 min,分別選取老化時間2、4、6、8、10 h,分析老化時間對紫薯全粉面質構、蒸煮損失率和感官的影響,結果如表5所示。

表5 老化時間對紫薯全粉面品質的影響

老化時間對紫薯全粉面的感官、蒸煮損失率、硬度和咀嚼性影響顯著,彈性變化規律不明顯。當老化時間在2~4 h,蒸煮損失率、硬度和咀嚼性呈下降趨勢,感官評分呈現上升趨勢,老化時間在4~10 h,感官呈下降趨勢,蒸煮損失率、硬度、咀嚼性則呈上升趨勢。這可能是因為老化初始階段由于已經糊化的淀粉的微晶束結構重排,淀粉分子重新結晶形成有規則的晶體結構,改善了紫薯全粉面品質,但隨著老化過程的進一步發生,由于老化發生的晶體重排的增多引起紫薯全粉面自身結構遭到破壞,紫薯全粉面品質的下降[19]。在老化時間為4 h時,紫薯全粉面的感官評分最高,蒸煮損失率最低。

2.3響應曲面優化實驗結果與分析

2.3.1 Box-Behnken方案設計與結果

結合單因素實驗結果,利用Box-Behnken響應面優化技術優化紫薯全粉面生產工藝,選定制芡淀粉量、蒸制時間和老化時間為自變量,以紫薯全粉面蒸煮損失率和感官評分為響應值,采用3因素3水平的響應面法進行試驗,試驗方案設計見表6[20]。

表6 響應曲面優化實驗的因素水平

通過Design-Expert數據處理軟件,輸入數據設計響應曲面優化實驗,分析結果見表7。

表7 Box-Behnken實驗設計與結果

各因素經回歸擬合后,解的回歸方程為:

蒸煮損失=48.30-5.89A-0.83B-0.44C-0.12AB-0.078AC-0.05BC+0.33A2+0.22B2+0.20C2

(2)

感官評分=-171.97+47.78A+3.54B+0.12C+1.34AB+0.93AC+0.55BC-2.83A2-1.77B2-1.67C2

(3)

2.3.2 蒸煮損失率的優化分析

運用Design-Expert數據處理軟件對數據進行處理,取蒸煮損失率指標進行響應曲面優化,分析結果見表8。

由表8可以看出,該模型的p<0.000 1呈極顯著水平,失擬項p值為0.097 9>0.05表明該模型失

擬不顯著,決定系數R2=0.963 7說明擬合程度較好,試驗誤差較小,本模型可以用來預測紫薯全粉面的蒸煮損失率。模型中一次項A、C顯著,B不顯著,二次項A2、B2和C2均顯著,交互項AB、AC顯著,BC不顯著。

表8 紫薯全粉面的蒸煮損失率響應曲面優化分析結果

注:R2=0.984 1;R2Adj=0.963 7;信噪比=20.296。

根據分析結果做出響應面曲面圖,結果如圖1所示。圖1-a~圖1-c反映了各因素對響應值的影響和他們之間的交互作用,由圖1可以看出,蒸煮損失率與制芡淀粉量,制芡淀粉量與老化時間交互作用顯著,蒸制時間和老化時間交互不顯著,隨著制芡淀粉量增加和老化時間的延長,蒸煮損失率均呈現先下降后上升的趨勢,但隨著制芡淀粉量的增加蒸煮損失率變化的更為明顯,可見相對于老化時間,制芡淀粉量對蒸煮損失率更為顯著,因此得出影響紫薯全粉面蒸煮損失率的因素大小依次為:制芡淀粉量、老化時間、蒸制時間。

a: Y1=(A,B); b: Y1=(A,C); c: Y1=(B,C)圖1 蒸煮損失率響應曲面圖Fig.1 Response surface of Loss of cooking

2.3.3 感官評定的優化分析

運用Design-Expert數據處理軟件對數據進行處理,取感官評分指標進行響應曲面優化,分析結果得表9。

表9 紫薯全粉面的感官評分響應曲面優化分析結果

根據分析結果做出響應面曲面圖,結果如圖2所示。圖2-a~圖2-c,e,f反映了各因素對響應值的影響和他們之間的交互作用。由圖2可以看出,蒸制時間與制芡淀粉量之間、老化時間與制芡淀粉量、蒸制時間與老化時間交互作用均顯著。隨著制芡淀粉量增加和蒸制時間的延長,感官評分呈先上升后下降的趨勢,但隨著制芡淀粉量的增加感官評分變化的更為明顯,可見相對于蒸制時間,制芡淀粉量對感官評分的影響更為顯著。隨著老化時間和蒸制時間的延長,感官評分呈先上升后下降的趨勢,但是隨著蒸制時間的延長感官變化得更加明顯,可見相對于老化時間,蒸制時間對感官評分的影響更為顯著,因此得出影響紫薯全粉感官評分的因素大小依次為:制芡淀粉量、蒸制時間、老化時間。

a: Y2=(A,B); b: Y2=(A,C); c: Y2=(B,C)圖2 感官評分響應曲面圖Fig.2 Response surface of sensory

2.3.4 響應面優化結果分析及驗證試驗

應用Design Expert 8.0軟件優化程序對Box-Behnken 試驗設計與結果數據進行優化處理。生產中紫薯全粉面類產品感官評分越高、蒸煮損失率越低,質量越好。但感官評分和蒸煮損失率的變化趨勢不一,利用線性型功效系數法將感官評分和蒸煮損失率指標函數統一量綱,令:

(4)

(5)

4 結論

本研究基于單因素試驗基礎上,利用Box-Behnken響應面實驗設計方法,以紫薯全粉面的感官和蒸煮損失率為響應值,以制芡淀粉量、蒸制時間和老化時間為考察因素,建立二次多項式數學模型。根據模型及相關驗證實驗,確定甘薯淀粉占20%,紫薯全粉占80%的紫薯全粉面最佳的生產工藝參數為:制芡淀粉量為10.30 mL,蒸制時間為5.30 min,老化時間為3.7 h。

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Studyontheoptimizationofpurplesweetpotatonoodles

FAN Hui-ping1,2, WU Dan1, WANG Na1, SUO Biao1,3, ZHAO Tian-xue4, AI Zhi-lu1*

1(College of Food Science and Technology, Henan University of Technology, Zhengzhou 450002, China) 2(Quick-frozen Food Made of Wheat Flour and Rice and Frozen Prepared Food of Henan Province Engineering Laboratory, Zhengzhou 450002, China) 3(Henan Province Potato Starch Engineering Technology Research Center , Dancheng 477150,China) 4(Key Laboratory of Staple Grain Processing, Ministry of Agriculture, Zhengzhou 450002, China)

The optimization the processing technology of purple sweet potato noodles, which contains 20% starch and 80% purple sweet potato flour was studied. According to Box-Behnken central composite experiment design and single factor experiments the amount of gelatinized starch, steaming time and aging time were chosen as impact factors, the loss of cooking and sensory were response values. The interaction of respective variables and response surface on the sensory evaluation and cooking lost were studied. Simulated quadratic polynomial regression equation of a prediction model was set up. The results showed that the optimum processing conditions of purple sweet potato noodles were as follows: the gravy paste 10.30 g, the steaming time 5.30 min and aging time 3.70 h. Under the above conditions, the sensory score was 87 and the loss of cooking was 14.96%.

purple sweet potato flour;starch;gelatinization;aging;response surface methldology

博士,副教授(艾志錄教授為通訊作者,E-mail: zhilafood@sina.com)。

科技部”十三五“國家重點研發計劃重點專項(2016YFN010104); 河南省重大科技專項(161100110100);河南省科技廳重點科技攻關項目(162102110062)

2017-01-12,改回日期:2017-02-15

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.013814

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