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      冷凍對椰肉質(zhì)構(gòu)特性以及榨汁后流變學(xué)和脂肪球粒度分布特性的影響

      2021-11-08 12:41:34王媛媛沈曉君王揮張玉鋒李永東宋菲
      熱帶作物學(xué)報 2021年9期

      王媛媛 沈曉君 王揮 張玉鋒 李永東 宋菲

      摘? 要:冷凍貯藏保鮮是目前普遍公認的最為安全的食品保鮮方法之一,已被工業(yè)化廣泛應(yīng)用。本研究采用冷凍貯藏食品中常用的4種溫度(?80、?40、?18、?10 ℃)對椰肉進行冷凍處理,經(jīng)過自然解凍后對椰肉質(zhì)構(gòu)、榨汁后椰漿流變學(xué)和脂肪球粒度特性進行研究與分析。結(jié)果表明,冷凍后椰肉硬度明顯減小,且隨著冷凍溫度的升高而減小;椰漿表現(xiàn)出假塑性流體的特征,冷凍使椰肉榨汁后的椰漿黏度、剪切應(yīng)力和脂肪球粒度都增加,且隨著冷凍溫度的升高而增加,脂肪球顆粒均勻度下降。

      關(guān)鍵詞:冷凍椰肉;質(zhì)構(gòu)特性;流變學(xué)特性;粒度特性

      中圖分類號:TS255.3;S667.4????? 文獻標(biāo)識碼:A

      Effects of Freezing on Textural Properties of Coconut Meat and Rheological, Fat Globules Particle Size Distribution Properties after Squeezing

      WANG Yuanyuan1,2,3,4, SHEN Xiaojun1,2,3,4, WANG Hui1,2,3, ZHANG Yufeng1,2,3, LI Yongdong5,

      SONG Fei1,2,3,4*

      1. Coconut Research Institute, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Wenchang, Hainan 571339, China; 2. National Center of Important Tropical Crops Engineering and Technology Research (Coconut Center), Wenchang, Hainan 571339, China; 3. Hainan Engineering Center of Coconut Further Processing, Wenchang, Hainan 571339, China; 4. Hainan Key Laboratory of Tropical Oil Crops Biology, Wenchang, Hainan 571339, China; 5. Hainan Yu-lin Coconut Technology Development Co., Ltd. , Wenchang, Hainan 571339, China

      Abstract: Frozen storage is one of the safest food preservation methods, which has been widely used in industrialization. Four temperatures commonly used in frozen storage food, ?80, ?40, ?18 and ?10 ℃, were used in this experiment to freeze the coconut meat after air thawing, the textural properties of coconut meat and the rheological, fat globules particle size distribution properties were studied and analyzed. The hardness of coconut meat decreased significantly after freezing, and decreased with the increase of freezing temperature. Coconut milk showed the characteristics of pseudoplastic fluid. The viscosity, shear stress and fat globules particle size of coconut milk increased with the increase of freezing temperature, the particle uniformity of fat globule decreased.

      Keywords: frozen coconut meat; textural properties; rheological properties; particle size properties

      DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.09.033

      隨著近些年人們對健康、有機、純植物基等加工產(chǎn)品的熱衷,我國的椰子加工產(chǎn)業(yè)也得到突飛猛進的發(fā)展。椰肉是椰子加工產(chǎn)業(yè)中最重要的生產(chǎn)原料,用于生產(chǎn)椰子汁、椰子糖、椰子油、椰蓉、椰子粉、椰干、椰奶等加工產(chǎn)品。我國由于種植面積有限,椰子原料80%以上依賴進口毛椰子果,而進口毛椰子果的單位空間運輸量十分有限,貯存和運輸過程中質(zhì)量難以控制,在加工過程中目前沒有被完全利用的加工副產(chǎn)物(椰殼和老椰子水等)也增加了運輸和環(huán)境治理成本;此外,毛椰子果運輸過程中容易藏匿外來生物,對我國生態(tài)系統(tǒng)帶來隱患。因此,將原料進口方式由毛椰子果轉(zhuǎn)變?yōu)槌跫壖庸ぴ蠈⒛苡行Ы鉀Q和避免以上問題,預(yù)防和應(yīng)對椰子主產(chǎn)國對我國進口毛椰子果的限制,保障原料供應(yīng),降低勞動力加工成本。

      目前,初級加工原料主要包括椰肉、椰漿、濃縮椰漿等,其中椰肉是最佳選擇之一。然而新鮮椰肉因營養(yǎng)豐富很容易腐敗變質(zhì)而影響后續(xù)加工產(chǎn)品的質(zhì)量,因此如何使椰肉保鮮是需要解決的首要問題。冷凍貯藏保鮮是食品工業(yè)中最常用的保鮮方法之一,不含任何添加劑,是目前普遍公認的最為安全的食品保鮮方法之一,被廣泛應(yīng)用在食品貯藏保鮮領(lǐng)域[1-6]。前期王媛媛等[7]已經(jīng)對在?80、?40、?18、?10 ℃冷凍條件下貯藏的椰肉感官、汁液流失率、浸出油含量、亮度、榨汁率、pH以及榨汁后椰漿穩(wěn)定性等做了研究,結(jié)果表明冷凍過后的椰肉均有椰香味,沒有異味和腐敗變質(zhì),保藏良好,在?80 ℃和?40 ℃冷凍條件下的椰肉內(nèi)表面和新鮮椰肉差別不大,只有極少數(shù)出現(xiàn)空洞和變色;在?18 ℃和?10 ℃冷凍條件下的椰肉組織結(jié)構(gòu)受到一定影響,內(nèi)表面出現(xiàn)部分空洞和變色。

      在冷凍貯藏過程中不可避免地出現(xiàn)不同大小的冰晶,使細胞膜被破壞、細胞組織結(jié)構(gòu)被損傷,從而對食品質(zhì)構(gòu)特性產(chǎn)生一定的影響。在冷凍貯藏食品中質(zhì)構(gòu)特性的分析已經(jīng)被廣泛應(yīng)用[8-10]。食品流變學(xué)是研究食品受外力作用下流動與形變的特性,屬食品、化學(xué)、流體力學(xué)的交叉學(xué)科。隨著食品工業(yè)的發(fā)展,食品流變學(xué)的研究越來越廣泛。研究食品流變學(xué)特性有助于更好地了解食品的組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、分子形態(tài)等,為食品配方、加工工藝設(shè)計、設(shè)備選型、質(zhì)量檢測等提供依據(jù)。食物顆粒粒徑分布是影響食品本質(zhì)特性及最終產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素,顆粒的理化特性(大小和形狀)與其聚集行為(流變特性)是影響與脂肪相關(guān)口感的關(guān)鍵指標(biāo)[11]。Stocks定律認為,流體粒子的沉降速度與粒子的半徑有關(guān),粒子的半徑越小,沉降速度越小,體系的穩(wěn)定性越高。近年來,在食品加工過程中國內(nèi)外對于流變學(xué)和粒度特性的研究也日益增多[12-14],而在椰子研究方面報道較少。因此,本文利用食品物性分析儀、流變儀和激光粒度儀研究了不同冷凍貯藏溫度對于椰肉質(zhì)構(gòu)、榨汁后椰漿流變學(xué)特性和脂肪球粒度分布特性的影響,以期為椰肉冷凍貯藏加工技術(shù)的應(yīng)用提供參考。

      1? 材料與方法

      1.1? 材料

      1.1.1? 材料? 椰肉購于椰海食品有限公司,清洗熱燙后自由切取大小相似的椰肉塊,稱量500 g椰肉裝入真空包裝袋中,抽真空密封包裝,之后分別放于?80、?40、?18、?10 ℃的低溫冰箱中冷凍1個月(估算運輸流通時間)。冷凍后的椰肉在室溫(25±1)℃自然解凍,解凍后排掉流出的汁液并挑選出變色的椰肉(據(jù)王媛媛等[7]前期研究結(jié)果顯示,椰肉冷凍后部分發(fā)生褐變,因此為減少對加工產(chǎn)品色澤的影響予以剔除)進行試驗。

      1.1.2? 儀器與設(shè)備? DW-25L92、DW-40L92、DW-86L828J 海爾醫(yī)用低溫保存箱,青島海爾生物醫(yī)療股份有限公司;NR-C31PX3-NL松下冷藏冷凍箱,無錫松下冷機有限公司;DZ400加深楊梅真空包裝機,瑞安市富家寶機械有限公司;安柏AT4204溫度測試儀,常州安柏精密儀器有限公司;TMS-PRO食品物性分析儀,美國食品技術(shù)公司;WF-A2000榨汁機,浙江永康市天哥電器有限公司;MCR102型高級旋轉(zhuǎn)流變儀,奧地利安東帕有限公司;Mastersizer 3000激光粒度儀,英國馬爾文儀器有限公司。

      1.2? 方法

      1.2.1? 椰肉典型凍結(jié)曲線繪制? 將溫度測試儀的熱電偶插入方形椰肉塊(40 mm×40 mm)中心后置于?18 ℃冰箱中,間隔5 s記錄其溫度變化,直到內(nèi)部溫度到達?18 ℃,繪制溫度隨時間變化的凍結(jié)曲線。

      1.2.2? 椰肉質(zhì)構(gòu)特性分析? 用食品物性分析儀測定新鮮的和冷凍后椰肉的質(zhì)構(gòu),將椰肉切成10 mm×10 mm的椰肉塊,從椰肉內(nèi)表面開始擠壓,探頭直徑2 mm,擠壓速率60 mm/min, 擠壓程度50%,以力與擠壓距離的作用曲線最大峰值力為硬度指標(biāo)。

      1.2.3? 椰肉榨汁后流變學(xué)特性分析? 將新鮮的和解凍后的椰肉熱燙處理后用榨汁機榨汁,過濾后使用流變儀進行流變學(xué)特性分析。選用內(nèi)徑27 mm的同心圓筒轉(zhuǎn)子,樣品臺溫度設(shè)定為25 ℃,剪切速率從1 s?1增加到100 s? 記錄整個過程的黏度和剪切應(yīng)力的變化情況。

      1.2.4? 椰肉榨汁后脂肪球粒度分布特性分析? 同流變學(xué)特性分析的操作相同,新鮮的和冷凍后的椰肉榨汁過濾后利用激光粒度儀在25 ℃條件下采用濕法手動測量脂肪球粒徑分布與大小。測定過程:樣品折射率為1.449(椰子油),分散劑折射率為1.330(蒸餾水),椰漿混勻后滴加到循環(huán)水中分散30 s,循環(huán)泵速為1600 r/min,測定時遮光度控制在5%~15%之間。分散均勻的脂肪球顆粒被激光束照射產(chǎn)生衍射,由于脂肪球顆粒大小不同,產(chǎn)生的衍射角度不同,衍射光被檢測器收集后將接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號送入計算機,反映為脂肪球顆粒大小的分布。D[3,2]表示表面積等效平均粒徑,D[4,3]表示體積等效平均粒徑;D[3,2]用以表征較小粒徑粒子的變化,D[4,3]用以表征較大粒徑粒子的變化。

      (1)

      (2)

      式中:Di表示測定的第i個脂肪球顆粒的直徑;ni表示直徑為Di的脂肪球顆粒數(shù)。

      測量結(jié)果除了表示有D[3,2]和D[4,3]外,還有D10、D50和D90,分別指樣品的粒徑積累值達到10%、50%和90%時所對應(yīng)的粒徑大小。徑距評價粒徑分布的寬度,徑距越大,表示分布越分散;徑距越小,表示分布越集中。計算公式如下:

      (3)

      每個樣品檢測不少于3次重復(fù)。

      1.3? 數(shù)據(jù)處理

      數(shù)據(jù)采用Office Excel 2007和IBM SPSS Statistics 25.0軟件進行數(shù)據(jù)處理和分析,LSD法進行差異顯著性檢驗。不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。應(yīng)用Office Excel 2007和Origin 9.0軟件繪圖。

      2? 結(jié)果與分析

      2.1? 椰肉的典型凍結(jié)曲線

      由圖1可以看出椰肉的凍結(jié)曲線符合一般的食品的凍結(jié)規(guī)律,分為3個階段。初始階段:由初溫急速下降到過冷點,此階段為釋放潛熱階段,降溫速率較大,曲線較陡。中間階段:由過冷點集聚上升至另一個拐點即初始冰點。終階段:曲線變化較平緩,溫度恒定或有小幅下降[15]。椰肉過冷點溫度為?2.8 ℃,到達過冷點的時間為3278 s。初始冰點溫度為?1.4 ℃,到達初始冰點溫度所用的時間為3487 s(表1)。

      2.2? 冷凍對椰肉質(zhì)構(gòu)特性的影響

      冷凍前后椰肉硬度如圖2所示,由冷凍前新鮮椰肉的16.81 N減少到冷凍后8.33 N(?10 ℃),隨著冷凍溫度的升高而降低。這和其他食品在冷凍后硬度變小的結(jié)果是一致的[8,16],冷凍引起椰肉組織結(jié)構(gòu)的變化。采用?80 ℃和?40 ℃的冷凍溫度對椰肉硬度影響差異不顯著(P>0.05),采用?18 ℃和?10 ℃的冷凍溫度對椰肉硬度影響差異也不顯著(P>0.05),但?40 ℃和?18 ℃ 2個冷凍溫度對椰肉硬度影響差異顯著,利用較高冷凍溫度(?18 ℃和?10 ℃)的椰肉硬度比較低冷凍溫度(?80 ℃和?40 ℃)的硬度小。主要是因為較低冷凍溫度下產(chǎn)生較小的細胞冰晶,而較高冷凍溫度下產(chǎn)生較大的細胞冰晶,較大的冰晶導(dǎo)致結(jié)構(gòu)明顯變化和細胞內(nèi)液體的流失而使硬度減小[15]。

      2.3? 冷凍對椰肉榨汁后椰漿流變學(xué)特性的影響

      根據(jù)流變學(xué)原理,流體的剪切應(yīng)力τ與剪切速率γ的關(guān)系符合下列方程[17]:

      τ= K·γ n??? ??? ???(4)

      式中:K為流體濃度系數(shù);τ為剪切應(yīng)力,Pa;γ為剪切速率,s?1;n為流變行為指數(shù)。當(dāng)n=1時,流體為牛頓流體。當(dāng)n≠1時,流體為非牛頓流體,此時式(4)可表達為:

      τ= η(γ)?????????????? ?? ?????(5)

      式中:η為流體粘度系數(shù),Pa·s,其大小即為τ與γ直線關(guān)系的斜率。當(dāng)n<1時,流體為假塑性流體;當(dāng)n>1時,流體為脹塑性流體。

      由圖3A可知,椰漿所受剪切力隨剪切速率增大而增大,對剪切應(yīng)力與剪切速率數(shù)據(jù)進行回歸分析,得到回歸方程及回歸系數(shù)見表2。由表2可見,椰漿的流變回歸方程中n≠ 椰漿為非牛頓流體,又因為n< 所以椰漿為假塑性流體。冷凍過后的椰肉榨汁后椰漿剪切應(yīng)力比新鮮椰肉的大,隨著冷凍溫度的升高剪切應(yīng)力升高。新鮮椰肉和?80、?40、?18、?10 ℃冷凍條件下的椰肉榨汁后椰漿的剪切應(yīng)力最終分別為1.14、1.63、1.65、2.08、2.65 Pa。

      椰漿黏度與剪切速率的關(guān)系如圖3B所示,椰漿黏度隨剪切速率的變化而變化,說明該椰漿體系具有觸變性,在一定條件下具有一定抵抗外力的能力。在剪切速率1~100 s?1內(nèi),其黏度隨剪切速率的增大而降低,呈現(xiàn)出剪切變稀的現(xiàn)象,表現(xiàn)出假塑性流體特性。冷凍過后的椰肉榨汁后椰漿黏度和剪切應(yīng)力表現(xiàn)出相同的變化趨勢。冷凍過后的椰肉榨汁后椰漿黏度比新鮮椰肉的大,隨著冷凍溫度的升高而升高。新鮮椰肉和?80、?40、?18、?10 ℃冷凍條件下的椰肉榨汁后椰漿的黏度最終分別為11.41、16.29、16.47、20.78、26.51 mPa·s。在?80 ℃和?40 ℃下冷凍的椰肉榨汁后椰漿黏度曲線基本重合,相差較小,而在?18 ℃和?10 ℃下冷凍的椰肉榨汁后椰漿黏度差異較大。

      2.4? 冷凍對椰肉榨汁后椰漿脂肪球粒度分布的影響

      椰肉冷凍榨汁后的椰漿脂肪球徑距比新鮮的大(表3),新鮮椰肉與在?80 ℃下冷凍的椰肉榨汁后的椰漿脂肪球徑距差異不顯著(P>0.05),與在?10 ℃冷凍條件下冷凍的椰肉差異較大(從新鮮椰肉的1.93增加到4.6 增加了2.40倍)。表面積平均粒徑D[3,2]、體積平均粒徑D[4,3]、D10、D50和D90基本上都是冷凍過后增加且隨著冷凍溫度的升高而增加,尤其是在?10 ℃冷凍條件下的椰肉榨汁后的椰漿體積平均粒徑D[4,3](42.85 μm)

      明顯高于其他條件下的(新鮮椰肉、?80、?40、?18 ℃條件下的分別為11.88、21.78、25.22、26.27 μm),并且平均偏差也明顯較大,粒度不均勻。在?10 ℃冷凍條件下的椰肉榨汁后的椰漿D10和D50與在?18 ℃冷凍條件下的沒有顯著差異(P>0.05),而D90卻明顯較高,說明與其他條件相比在?10 ℃冷凍條件下的椰肉榨汁后的椰漿較大的粒徑主要集中在20.35~96.85 μm之間。對于激光粒度儀來說,越近似圓球型的顆粒,測量結(jié)果越精確。當(dāng)D[4,3]和D[3,2]的值越近,說明顆粒的形狀越規(guī)則,粒度分布越集中,它們的差越大,粒度分布越寬。新鮮椰肉與?80、?40、?18、?10 ℃冷凍條件下的椰肉榨汁后椰漿脂肪球的D[4,3]與D[3,2]的差值分別為7.30、15.48、18.66、19.58、36.07 μm,表明椰漿脂肪球的形狀越來越不規(guī)則,粒度分布越來越寬(圖4)。如圖4所示,冷凍椰肉榨汁后的椰漿脂肪球粒徑分布曲線與新鮮椰肉相比峰值向右偏移,峰值較低,峰的

      寬度較大,說明冷凍椰肉比新鮮椰肉榨汁后的椰漿脂肪球粒度大、體積密度小和粒徑分布不均勻。新鮮椰肉榨汁后椰漿粒徑大多在1~31 μm,在?80、?40、?18、?10 ℃冷凍條件下的椰肉榨汁后的椰漿脂肪球粒徑大多在1~59、1~92、1~92、1~127 μm。

      3? 討論

      冷凍處理對椰肉硬度影響較大,冷凍后椰肉硬度明顯降低,冷凍溫度越高的椰肉硬度越低,和新鮮椰肉的差距越大。在?80 ℃和?40 ℃ 2個

      冷凍溫度條件下冷凍的椰肉硬度差異不顯著,在?18 ℃和?10 ℃ 2個冷凍溫度條件下冷凍的椰肉硬度差異也不顯著,但?40 ℃和?18 ℃ 2個冷凍溫度對椰肉硬度影響顯著。冷凍過程中冰晶結(jié)構(gòu)

      的形成對細胞結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響,引起細胞結(jié)構(gòu)的變化。果實軟化主要是由細胞中膠層結(jié)構(gòu)的改變造成的細胞壁降解及組分變化而引起的,其中果膠物質(zhì)的變化最為顯著,在貯藏過程中不溶性的原果膠降解成可溶性的果膠和果膠酸,最終導(dǎo)致果實軟化[18]。

      冷凍后的椰肉榨汁后椰漿的黏度和剪切應(yīng)力增加,且隨著冷凍溫度的升高黏度和剪切應(yīng)力增加。據(jù)之前王媛媛等的報道[7],冷凍過后椰肉有部分汁液流出,冷凍溫度越高流出的汁液越多(在?80、?40、?18、?10 ℃條件下汁液流失率為5.10%、5.56%、6.11%、6.62%),椰漿的含水量則會越低,剪切應(yīng)力因為水分的降低而增加,黏度也升高。雖然隨著冷凍溫度升高椰肉冰晶結(jié)構(gòu)破壞程度增加引起內(nèi)含物流失也增加,對黏度有一定影響,但比水分流失引起的黏度升高的影響小。此外,粒度大小也是影響溶液的黏度、流變性的主要因素之一。本研究的結(jié)果顯示,冷凍后的椰肉榨汁后椰漿脂肪球粒徑增加且隨著冷凍溫度的升高而增加,椰漿脂肪球粒徑的增加也可能引起椰漿黏度的增加,越大的顆粒越不規(guī)則、表面越不平滑,越有利于聚集而增加黏度。

      冷凍后的椰肉榨汁后椰漿脂肪球粒徑增加且隨著冷凍溫度的升高而增加,主要原因可能是椰肉冷凍后內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)受到影響,內(nèi)部汁液流出,冷凍溫度越高汁液流失越多[7],這影響了榨汁工藝過程中榨汁機剪切力的作用,進而影響了椰漿的粒度大小。椰肉冷凍榨汁后的椰漿穩(wěn)定性比新鮮的低[7],且隨著冷凍溫度的升高,穩(wěn)定系數(shù)逐漸降低,而脂肪球粒徑逐漸增加,這說明脂肪球粒徑越大穩(wěn)定系數(shù)越小,亦可以解釋椰肉冷凍榨汁后的椰漿穩(wěn)定系數(shù)降低與冷凍后椰漿脂肪球粒度增加有關(guān)。一方面當(dāng)脂肪球直徑較小時, 由于布朗運動產(chǎn)生的分散作用足以克服脂肪聚集趨勢,可以有效緩解脂肪上浮的問題,增加漿體穩(wěn)定性[19];另一方面脂肪球粒度小容易粘附在蛋白質(zhì)粒子的表面提高其穩(wěn)定性。

      本文對經(jīng)過?80、?40、?18、?10 ℃冷凍貯藏處理的椰肉進行質(zhì)構(gòu)特性、榨汁后流變學(xué)和脂肪球粒度分布特性分析,結(jié)果顯示冷凍對椰肉特性具有一定影響,研究結(jié)果為椰肉冷凍貯藏加工技術(shù)的應(yīng)用提供一定的參考。

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      責(zé)任編輯:崔麗虹

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