薏米是传统的药食同源作物,兼具药用价值与粮食用途。它不仅富含多种营养成分,还因其祛湿与防癌等功能而备受关注[1]。通常所说的薏米(即白薏米)是去除外壳和种皮后的精磨仁粒,而本研究采用的红薏米则仅去除外壳,完整保留了种皮,因此,其膳食纤维与B族维生素含量高于白薏米[1-2]。现代研究进一步表明,红薏米具有良好的抗癌潜力,其所含的硒元素被证实可有效抑制癌细胞增殖,尤其适用于胃癌的辅助治疗[3]。
绿茶富含茶多酚、儿茶素、茶多糖、咖啡碱、氨基酸、维生素等功能性成分[4]。近年来,茶市场新兴的冷泡茶[5]不仅满足了人们对传统饮茶习惯的偏好,其不苦不涩、清爽淡雅的口味也符合现代年轻人的口味要求。
除植物原料外,发酵剂的选择同样关键。乳酸菌作为益生菌的典型菌种,其在维持肠道菌群平衡、促进营养物质吸收及增强机体免疫力等方面具有公认的健康功效[6]。牛奶、豆奶、肉制品、蔬菜、水果等可以作为乳酸菌的物质基础,同时乳酸菌介导的发酵可提高食品的风味和营养价值[7-9]。
本研究立足于红薏米、绿茶及奶粉三者的营养与功能特性,旨在开发一款兼具独特风味与健康价值的新型复合发酵乳。通过系统整合原料优势,以感官评分为关键指标,结合单因素与正交试验,制备一款组织状态佳、风味协调的发酵乳产品,以期为实现奶香与绿茶清香的有机融合以及红薏米和绿茶在功能性乳制品领域的创新应用提供新的开发思路与技术参考。
嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌、干酪乳杆菌:北京川秀科技有限公司;红薏米:赣州九鲤湖食品有限公司;糖化酶(50 000 U/g):江苏博立生物制品有限公司;雀巢全脂高钙奶粉:双城雀巢有限公司;绿茶:江西得雨活茶股份有限公司;蔗糖:广州福正东海食品有限公司;3,5-二硝基水杨酸(3,5-dinitrosalicylic acid,DNS)(分析纯):国药集团化学试剂有限公司;葡萄糖标准品(纯度99%):上海麦克林生化科技股份有限公司。
250A数显生化培养箱:金坛市金南仪器制造有限公司;HH-2恒温水浴锅:长沙力辰仪器科技有限公司;OLY-001磨浆机:中山市立时电器实业有限公司;T-500数字电子秤:东莞市苦竹电子有限公司;PHS-3C pH计:上海仪电科学仪器股份有限公司。
1.3.1 红薏米绿茶发酵乳制备工艺流程
红薏米绿茶发酵乳制备工艺流程如图1所示。
图1 红薏米绿茶发酵乳制备工艺流程
Fig.1 Process flow of red coix seeds and green tea fermented milk
1.3.2 红薏米浆酶解工艺研究
红薏米富含淀粉,发酵前可用糖化酶酶解[10]以便于发酵。糖化酶的活力随着酶解温度的升高而增强,但超过65 ℃时又因温度过高而使酶活力下降,其最适酶解温度为60~62 ℃[11],最适酶解pH值为4.5~5.0[12]。
红薏米经清洗干净后,浸泡3~4 h,按料液比1∶5(g/mL)加水磨浆,所得红薏米浆备用[10]。在红薏米浆中分别添加酶底物比为100∶1、200∶1、300∶1、400∶1、500∶1 (U/g)的糖化酶进行酶解,保持酶解温度为60~62 ℃,酶解时间为60 min,pH值为4.5~5.0,酶解后通过测定酶解液中葡萄糖的含量,确定最佳的酶底物比。
葡萄糖含量采用3,5-二硝基水杨酸法测定[13]:取适量酶解液,加入DNS,沸水浴加热5 min显色,冷却后于540 nm波长下测定吸光度,根据葡萄糖标准曲线计算其含量。葡萄糖标准曲线方程为y=0.571 7x-0.043 9,R2=0.999 7。
1.3.3 绿茶汁制备方法的确定
分别采用冷泡法(5 ℃冷水浸泡2 h)和热泡法(100 ℃热水浸泡20 min)两种方法制备绿茶汁,设置茶水比为1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50(g/mL),其他发酵条件参照1.3.2方法,以感官评分为指标,确定最佳绿茶汁制备方法。
1.3.4 发酵乳工艺条件的优化
1.3.4.1 单因素试验
采用最佳酶底物比酶解红薏米浆,最佳绿茶制备方法添加绿茶,固定基础配方为红薏米浆20%、绿茶汁10%、蔗糖7%、奶粉12%,分别考察发酵时间(4、5、6、7、8 h)、发酵温度(36、38、40、42、44 ℃)、接种量(0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%)对发酵乳感官评分的影响。
1.3.4.2 正交试验
在单因素试验的基础上,以发酵时间、发酵温度、接种量3 个因素进行三因素三水平的正交试验,以感官评分为指标,确定红薏米绿茶发酵乳的最佳工艺条件,正交试验因素与水平见表1。
表1 红薏米绿茶发酵乳工艺条件的正交试验因素与水平
Table 1 Orthogonal table of experimental factors and levels for the fermentation process of red coix seeds and green tea fermented milk
因素水平16400.1038440.20A发酵时间/hB发酵温度/℃C接种量/%27420.15
1.3.5 发酵乳配方研究
1.3.5.1 单因素试验
以感官评分为指标,分别研究红薏米浆添加量(5%、10%、15%、20%、25%)、绿茶汁添加量(5%、10%、15%、20%、25%)、蔗糖添加量(3%、5%、7%、9%、11%)、奶粉添加量(6%、8%、10%、12%、14%)对发酵乳感官评分的影响。
1.3.5.2 正交试验
在单因素试验的基础上,以红薏米浆添加量、绿茶汁添加量、蔗糖添加量、奶粉添加量为因素进行四因素三水平的正交试验,以感官评分为指标,确定红薏米绿茶发酵乳的最佳配方,正交试验因素与水平见表2。
表2 红薏米绿茶发酵乳配方的正交试验因素与水平
Table 2 Orthogonal table of experimental factors and levels for the formulation of red coix seeds and green tea fermented milk
因素水平A′红薏米浆B′绿茶汁C′蔗糖D′奶粉添加量/%添加量/%添加量/%添加量/%11510582201571032520912
1.3.6 后熟时间的确定
发酵乳发酵结束后需立即快速降温至2~6 ℃,随即转入后熟阶段。通过控制发酵乳的酸度,可有效抑制菌种继续生长,从而确保成品酸度处于适宜范围。在后熟过程中,发酵乳内会生成丙酮类风味物质,有助于提升产品口感;同时,稳定的静置条件有利于乳清蛋白与酪蛋白体系趋于稳定。后熟温度通常设定为5 ℃[14]。最佳后熟时间通过发酵乳pH值、组织状态及感官评分综合确定。
1.3.7 红薏米绿茶发酵乳感官评价
邀请10 名经过培训的食品专业人员组成感官评价小组,对发酵乳成品的风味、口感、组织状态及色泽进行综合评价。评价在专用感官实验室进行,样品于后熟完成后,在室温下回温至10 ℃左右,以随机编号呈递给评价员,具体评分标准见表3。
表3 红薏米绿茶发酵乳感官评分标准
Table 3 Sensory evaluation of red coix seeds and green tea fermented milk
评价指标评分标准评分风味(30)具有发酵乳的奶香味,绿茶的清香21~30有奶香,无绿茶清香12~<21无奶香,无绿茶清香,有异味0~<12口感(20)酸甜适口,口感细腻16~20偏酸或偏甜,口感略粗糙10~<16有异味0~<10组织状态(30)组织细腻均匀,几乎无乳清析出21~30组织不均匀,部分乳清析出12~<21组织存在大量分层现象,大量乳清析出0~<12色泽(20)乳白色,颜色均匀16~20颜色不均匀10~<16有其他异常颜色(如霉斑色)0~<10
1.3.8 发酵乳的理化指标测定
根据GB 19302—2010《食品安全国家标准 发酵乳》[15]的方法和要求,分别对红薏米绿茶发酵乳的蛋白质含量[16]、脂肪含量[17]、酸度[18]进行检测。
1.3.9 发酵乳的微生物指标测定
根据GB 19302—2010《食品安全国家标准 发酵乳》[15] 的方法和要求,对发酵乳的乳酸菌数[19]、大肠菌群[20]、金黄色葡萄球菌[21]、沙门氏菌[22]、霉菌[23]、酵母菌[23]进行检测。
试验数据采用Microsoft Excel 进行整理、计算与图表绘制。
图2 酶底物比对红薏米浆葡萄糖含量的影响
Fig.2 Effects of enzyme-to-substrate ratio on glucose content of red coix seed pulp
由图2可知,随着糖化酶添加量的增加,红薏米浆中葡萄糖含量呈现先下降后上升再趋于平稳的趋势,当酶底物比为300∶1(U/g)时,葡萄糖含量达到最大值(1.17 mg/mL),再继续增加糖化酶添加量,葡萄糖含量未发生明显变化,但会影响发酵乳的口感。因此,糖化酶酶解红薏米浆最佳酶解底物比为300∶1 (U/g)。
绿茶汁制备方法对发酵乳感官评分的影响如表4所示。
表4 绿茶汁制备方法对发酵乳感官评分的影响
Table 4 Effects of green tea juice preparation methods on flavor of fermented milk
方法风味组织状态评分茶水比/感官(g/mL)冷泡法1∶1089绿茶清香较浓,有涩味凝乳结实,表面不光滑1∶2089有绿茶清香,微涩凝乳较光滑均匀1∶3090绿茶清香较浓,无涩味凝乳光滑均匀1∶4082绿茶清香较淡凝乳较稀1∶50绿茶清香很淡凝乳较均匀80热泡法1∶10凝乳表面不光滑87绿茶清香很浓,涩味重1∶20绿茶清香较浓,有涩味凝乳较光滑均匀881∶30有绿茶清香,微涩凝乳光滑均匀891∶40绿茶清香较淡,无涩味凝乳较稀801∶50绿茶清香淡,无涩味凝乳较光滑均匀82
由表4可知,冷泡法制作的绿茶汁口感更佳,绿茶滋味不苦涩,有淡淡的绿茶清香;茶汁过高会导致绿茶涩味过重,过低又会使绿茶滋味在发酵乳中不明显。因此采用冷泡法、茶水比为1∶30(g/mL)制备绿茶,不仅使乳制品风味、组织状态等达到最佳,低温还有助于保留绿茶中热敏保健成分[5]。综上所述,采用冷泡法配合1∶30(g/mL)的茶水比作为制备绿茶汁的最优工艺。
2.3.1 发酵时间单因素试验结果
发酵时间对发酵乳感官评分的影响如图3所示。
图3 发酵时间对发酵乳感官评分的影响
Fig.3 Effects of fermentation time on the sensory score of fermented milk
由图3可知,发酵时间对发酵乳的感官评分影响明显。当发酵时间过短时,发酵乳风味不足,主要表现为酸度不够,口感寡淡,奶香味也较为缺乏,发酵乳组织状态不够均匀,比较松散,未充分发酵成固态发酵乳;随着发酵时间的延长,发酵乳口感更佳,味道逐渐浓郁,感官评分逐渐增加,当发酵时间为7 h时,发酵乳发酵效果最佳,组织状态均匀光滑,有浓郁的奶香味和绿茶的清香,此时发酵乳口感嫩滑,酸度和甜度都适宜;继续延长发酵时间,发酵乳发酵效果反而下降,组织状态也变得不均匀,出现轻微分层。因此,选择发酵乳发酵时间为6、7、8 h进行后续正交试验。
2.3.2 发酵温度单因素试验结果
发酵温度对发酵乳感官评分的影响如图4所示。
图4 发酵温度对发酵乳感官评分的影响
Fig.4 Effects of fermentation temperature on the sensory score of fermented milk
由图4可知,发酵温度对发酵乳感官评分影响较大。发酵温度过低时,发酵乳风味与酸度均不足,口感寡淡,奶香欠缺,且凝乳组织松散;随着发酵温度升高,发酵乳风味逐渐改善,奶香趋于浓郁。当发酵温度为42 ℃时,酸度与甜度适中,凝乳呈乳白色,组织均匀光滑,质地嫩滑;继续升高温度则导致风味劣变,凝乳色泽偏黄。因此,选择发酵温度40、42、44 ℃进行后续正交试验。
2.3.3 接种量单因素试验结果
接种量对发酵乳感官评分的影响如图5所示。
图5 接种量对发酵乳感官评分的影响
Fig.5 Effects of inoculation amount on the sensory score of fermented milk
由图5可知,菌种接种量对发酵乳感官评分的影响较大。接种量太少时,会导致发酵不足,发酵乳味道寡淡,酸度不够,组织状态松散,轻微晃动就分层;继续增加接种量,发酵乳口感更佳。当接种量为0.15%时,发酵乳酸度甜度适宜,凝乳均匀光滑,奶香味浓郁,有绿茶清香;再逐渐增加接种量,发酵乳酸度过高,凝乳出现组织分离,口感较差。因此,选择发酵乳接种量为0.10%、0.15%、0.20%进行后续正交试验。
2.3.4 发酵乳工艺条件正交试验分析与结果
选取3 个因素进行三因素三水平的正交试验,以确定红薏米绿茶发酵乳最佳工艺条件,结果如表5所示。
表5 红薏米绿茶发酵乳工艺条件正交优化试验
Table 5 Orthogonal optimization test for the technical process of red coix seeds and green tea fermented milk
42127952238583218280.00080.33381.333试验号A发酵时间B发酵温度C接种量感官评分111178212279313383623184731384933286 k1 k282.66782.00081.333 k384.00084.33384.000R4.0004.0002.667
由表5可知,对发酵乳感官评分的影响因素顺序从大到小依次为A(发酵时间)=B(发酵温度)>C(接种量),根据k值可知,红薏米绿茶发酵乳的最佳发酵条件为A3B3C3,即发酵时间8 h、发酵温度44 ℃、接种量0.20%。在该条件下进行验证试验,得到的发酵乳组织状态均匀平滑,奶香浓郁,具有绿茶清香,入口嫩滑,感官评分为87。
2.3.5 后熟时间的确定结果
在5 ℃条件下进行发酵乳后熟过程,根据pH值、组织状态以及感官评分得到发酵乳最佳后熟时间,结果分析见表6。
表6 发酵乳后熟时间结果分析
Table 6 Analysis of the results of fermented milk after-ripening time
后熟时间/hpH值组织状态感官评分04.91凝乳均匀光滑8754.85凝乳均匀光滑89104.50凝乳均匀光滑91154.46凝乳均匀光滑89204.45凝乳均匀光滑88254.38凝乳均匀光滑88304.39凝乳均匀光滑87
由表6可知,后熟时间为10 h时,发酵乳pH值不再有明显变化,组织状态均匀平滑达到稳定状态,再继续增加后熟时间,发酵乳酸度还会增加,口感变差。因此发酵乳最佳后熟时间为10 h。
2.4.1 红薏米浆单因素试验结果
红薏米浆添加量对发酵乳感官评分的影响见图6。
图6 红薏米浆添加量对发酵乳感官评分的影响
Fig.6 Effects of red coix seed pulp content on the sensory score of fermented milk
由图6可知,红薏米浆添加量对发酵乳感官评分的影响较大。红薏米浆添加量少时,发酵之后,凝乳较稀,呈松散状,轻轻晃动就分层,口感比较寡淡,奶香味也不明显;逐渐增加红薏米浆添加量能提升发酵乳口感,红薏米浆添加量为20%时,乳香味更厚重浓郁,同时凝乳的组织状态也更加结实均匀,表面平滑,再继续增加比例,则出现凝乳太结实,入口不嫩滑的情况。因此,选择红薏米浆添加量为15%、20%、25%进行后续正交试验。
2.4.2 绿茶汁单因素试验结果
绿茶汁添加量对发酵乳感官评分的影响见图7。
图7 绿茶汁添加量对发酵乳感官评分的影响
Fig.7 Effects of green tea juice content on the sensory score of fermented milk
由图7可知,发酵乳中绿茶汁添加量对其感官评分影响较大。当绿茶汁添加量较低时,产品茶香不足,风味寡淡;随着绿茶汁添加量的增加,茶香逐渐显现。当绿茶汁添加量为15%时,产品呈现协调的浓郁乳香与清新茶香;若继续提高添加量,则茶味过重,掩盖主体乳香,导致风味失衡。因此,选取绿茶汁添加量为10%、15%、20%进行后续正交试验。
2.4.3 蔗糖单因素试验结果
蔗糖添加量对发酵乳感官评分的影响见图8。
图8 蔗糖添加量对发酵乳感官评分的影响
Fig.8 Effects of sucrose content on the sensory score of fermented milk
由图8可知,蔗糖添加量对发酵乳的口感,酸度以及甜度的影响较大。蔗糖添加量过少时,发酵乳甜度不够,口感不佳,略显寡淡;当蔗糖添加量为7%时,口感更佳,酸度和甜度都适宜,乳香味也适宜,继续增加蔗糖比例,导致发酵乳甜腻,口感下降。因此,选择蔗糖添加量为5%、7%、9%进行后续正交试验。
2.4.4 奶粉单因素试验结果
奶粉添加量对发酵乳感官评分的影响见图9。
图9 奶粉添加量对发酵乳感官评分的影响
Fig.9 Effects of milk powder content on the sensory score of fermented milk
由图9可知,奶粉添加量过低时,凝乳较稀,奶香味不足,口感寡淡;当奶粉添加量为10%时,奶香浓郁,口感嫩滑,凝乳均匀平滑,继续增加奶粉添加量,发酵乳组织状态发生变化,凝乳太过硬实,不均匀,入口略显粗糙。因此,选择奶粉添加量为8%、10%、12%进行后续正交试验。
2.4.5 红薏米绿茶发酵乳发酵工艺条件正交试验结果
选取前4 个因素进行四因素三水平的正交试验,确定红薏米绿茶乳酸菌发酵最佳工艺条件,感官评价结果见表7。
表7 红薏米绿茶发酵乳最佳配方正交优化试验结果
Table 7 Orthogonal optimization test for the formulation of red coix seeds and green tea fermented milk
A′红薏米浆B′绿茶汁C′蔗糖D′奶粉感官试验号添加量添加量添加量添加量评分111118321222873133389421239152231866231285731329183213879332189 k186.33388.33385.00086.000 k287.33386.66789.00087.667 k389.00087.66788.66789.000 R2.6671.6664.0002.333
由表7可知,4 个因素对发酵乳成品感官评分的影响顺序从大到小依次为C′(蔗糖添加量)>A′(红薏米浆添加量)>D′(奶粉添加量)>B′(绿茶汁添加量),其中蔗糖添加量的影响力最大,绿茶汁添加量的影响最小。红薏米绿茶发酵乳的最佳配方为A′3B′1C′2D′3,即红薏米浆添加量25%、绿茶汁添加量10%、蔗糖添加量7%、奶粉添加量12%,在该条件下进行验证试验,得到的发酵乳组织状态均匀平滑,奶香浓郁,具有绿茶清香,入口嫩滑,感官评分为92。
2.4.6 发酵乳的理化指标分析
最佳配方下的红薏米绿茶发酵乳样品的理化指标检测结果见表8。
表8 红薏米绿茶发酵乳的理化指标分析
Table 8 Physicochemical indexes of red coix seeds and green tea fermented milk
检测指标蛋白质含量/(g/100 g)脂肪含量/(g/100 g)酸度/°T国家标准[15]≥2.3≥2.5≥70红薏米绿茶发酵乳2.92.779.6
根据表8可知,红薏米绿茶发酵乳蛋白质含量为 2.9 g/100 g,脂肪含量为2.7 g/100 g,均符合GB 19302—2010对于风味发酵乳的最低要求(分别为≥2.3 g/100 g与≥2.5 g/100 g)。同时,红薏米绿茶发酵乳的酸度为79.6 °T,高于GB 19302—2010限值(≥70 °T)。该结果印证了乳酸菌的发酵作用赋予了产品特有的清爽酸味与典型发酵风味。综上所述,该红薏米绿茶发酵乳的关键理化指标均符合要求,产品基础品质合格。
2.4.7 发酵乳的微生物指标分析
最佳配方下的红薏米绿茶发酵乳样品的微生物检测结果见表9。
表9 红薏米绿茶发酵乳的微生物指标分析
Table 9 Microbiological indexes of red coix seeds and green tea fermented milk
注:-表示未检出。
乳酸菌数/大肠菌群/金黄色葡萄球菌/沙门氏菌/霉菌/酵母菌/检测指标(CFU/mL)(CFU/mL)(CFU/mL)(CFU/mL)(CFU/mL)(CFU/mL)国家标准[15]≥106≤1不得检出不得检出≤100≤30红薏米绿茶发酵乳6.2×106-----
由表9可知,红薏米绿茶发酵乳的乳酸菌数为6.2× 106 CFU/mL,远超GB 19302—2010限量(≥106 CFU/mL),证明产品富含活性益生菌,发酵品质良好。在卫生安全方面,大肠菌群、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、霉菌及酵母菌的检测结果均为未检出。该结果明确显示产品未受到粪便、常见致病菌及真菌的污染,生产流程卫生控制有效,产品质量安全可靠。
本研究制备的红薏米绿茶发酵乳的最佳发酵工艺为发酵时间8 h、发酵温度44 ℃、接种量0.20%,最佳配方为红薏米浆添加量25%、绿茶汁添加量10%、蔗糖添加量7%、奶粉添加量12%,在该条件下发酵的发酵乳组织状态均匀光滑,奶香浓郁,同时具有绿茶清香,入口嫩滑,酸度和甜度适宜。本研究为绿茶及薏米等杂粮作物在食品加工中的创新应用提供了新的思路。
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[17] 国家卫生和计划生育委员会 国家食品药品监督管理总局. 食品安全国家标准 食品中脂肪的测定: GB 5009.6—2016[S]. 北京: 中国标准出版社, 2017.National Health and Family Planning Commission, National Food and Drug Administration. National food safety standard Determination of fat in food: GB 5009.6—2016[S]. Beijing: Standards Press of China, 2017.
[18] 中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会. 食品安全国家标准 食品酸度的测定: GB 5009.239—2016[S]. 北京: 中国标准出版社, 2017.National Health and Family Planning Commission. National food safety standard Determination of acidity in food: GB 5009.239—2016[S]. Beijing: Standards Press of China, 2017.
[19] 国家市场监督管理总局, 国家卫生健康委员会. 食品安全国家标准 食品微生物学检验 乳酸菌检验: GB 4789.35—2023[S]. 北京: 中国标准出版社, 2024.National Health Commission of the People′s Republic of China,State Administration for Market Regulation. National food safety standard Food microbiology test Lactic acid bacteria test: GB 4789.35—2023[S]. Beijing: Standards Press of China, 2024.
[20] 国家卫生和计划生育委员会 国家食品药品监督管理总局. 食品安全国家标准 食品微生物学检验 大肠菌群计数: GB 4789.3—2016[S]. 北京: 中国标准出版社, 2017.National Health and Family Planning Commission, National Food and Drug Administration. National food safety standard Food microbiology determination Coliform bacteria count: GB 4789.3—2016[S]. Beijing: Standards Press of China, 2017.
[21] 国家卫生和计划生育委员会 国家食品药品监督管理总局. 食品安全国家标准 食品微生物学检验 金黄色葡萄球菌检验: GB 4789.10—2016[S]. 北京: 中国标准出版社, 2017.National Health and Family Planning Commission, National Food and Drug Administration. National food safety standard Food microbiology test Staphylococcus aureus test: GB 4789.10—2016[S].Beijing: Standards Press of China, 2017.
[22] 国家卫生健康委员会 国家市场监督管理总局. 食品安全国家标准 食品微生物学检验 沙门氏菌检验: GB 4789.4—2024[S].北京: 中国标准出版社, 2024.National Health Commission, State Administration for Market Regulation. National food safety standard Food microbiology determination Salmonella determination: GB 4789.4—2024[S]. Beijing:Standards Press of China, 2024.
[23] 国家卫生和计划生育委员会. 食品安全国家标准 食品微生物学检验 霉菌和酵母计数: GB 4789.15—2016[S]. 北京: 中国标准出版社, 2016.National Health and Family Planning Commission. National food safety standard Food microbiological examination Mold and yeast count: GB 4789.15—2016[S]. Beijing: Standards Press of China,2016.
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