摘要:以藜麥、牛肉、美人椒為主要原料,植物乳桿菌和嗜酸乳桿菌為發(fā)酵菌株,研制出一款乳酸菌發(fā)酵型藜麥牛肉辣醬。以總酸含量為指標(biāo),篩選出最佳混合菌株配比,并通過人工接種發(fā)酵技術(shù)改善辣醬的風(fēng)味和品質(zhì),對(duì)其發(fā)酵工藝進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。研究結(jié)果表明,最佳混合菌株配比為2∶1;各原料最佳添加量為藜麥2.5%、牛肉12%、美人椒30%;發(fā)酵液接種量為1.94%,發(fā)酵溫度為33 ℃,發(fā)酵時(shí)間為11 d。由此制成的辣醬色澤鮮紅、質(zhì)地細(xì)膩爽口、風(fēng)味獨(dú)特,產(chǎn)品的微生物指標(biāo)、理化指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
關(guān)鍵詞:乳酸菌;接種發(fā)酵;辣醬;響應(yīng)面優(yōu)化
中圖分類號(hào):TS264.24""""""文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A"""""文章編號(hào):1000-9973(2025)02-0155-07
Development of Quinoa and Beef Spicy Sauce Fermented by
Lactic Acid Bacteria
LI Xue-jie1,2, GUO Xu1,2, ZHAO Hong-mei1,2,3*
(1.College of Food Science and Engineering, Shanxi Agricultural University, Jinzhong 030800, China;
2.Shanxi Technology Innovation Center for Compound Condiment, Jinzhong 030619, China;
3.College of Biological Science and Technology, Jinzhong University, Jinzhong 030600, China)
Abstract: Using quinoa, beef and Capsicum annuum L. as the main materials, Lactobacillus plantarum and Lactobacillus acidophilus as the fermentation strains, a kind of quinoa and beef spicy sauce fermented by lactic acid bacteria is developed. With total acid content as the index, the optimal mixed strain ratio is selected, the flavor and quality of spicy sauce is improved by artificial inoculation fermentation technology, and response surface optimization test is carried out on the fermentation process. The results show that the optimal mixed strain ratio is 2∶1, the optimal addition amount of each raw material is 2.5% quinoa, 12% beef and 30% Capsicum annuum L., the inoculation amount of fermentation liquid is 1.94%, the fermentation temperature is 33 ℃, and the fermentation time is 11 d. The spicy sauce produced by this process has bright red color, fine and refreshing texture and unique flavor. The microbiological and physicochemical indexes of the product are all in line with the national standards.
Key words: lactic acid bacteria; inoculation fermentation; spicy sauce; response surface optimization
藜麥(Chenopodium quinoa Willd.)作為一種藜科植物的雜糧珍品,不僅富含優(yōu)質(zhì)蛋白、不飽和脂肪酸、鈣、鐵、VE等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),而且含有多酚、黃酮等功能性成分,被國(guó)際營(yíng)養(yǎng)學(xué)家稱為“超級(jí)谷物”、“未來食品”、“糧食之母”[1]。目前,國(guó)內(nèi)的研究大多集中在種植和育種方面,在開發(fā)和應(yīng)用方面,藜麥經(jīng)常作為輔助原料添加到產(chǎn)品中[2]。牛肉是一種低脂肪、高蛋白畜肉食品,富含礦物質(zhì)和B族維生素,味道鮮美、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高,可提高機(jī)體的抗病能力。研究表明,牛肉中含有能抑制癌細(xì)胞生長(zhǎng)的活性物質(zhì),因此經(jīng)常食用牛肉有利于降低患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)[3]。美人椒,茄科、辣椒屬,是一種藥食同源的蔬菜,味辛香,性溫?zé)?,是重要的調(diào)味佳品之一[4],辣椒中的維生素C含量居蔬菜之首,能溫中健胃,散寒燥濕,增強(qiáng)食欲,促進(jìn)消化[5],此外,利用美人椒制作的發(fā)酵辣椒醬品質(zhì)方面的文章鮮有報(bào)道[6-8]。
近年來,乳酸菌的益生特性得到了人們的認(rèn)可,使得開發(fā)乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)品成為一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。由于雜菌污染嚴(yán)重,自然發(fā)酵辣椒醬的質(zhì)量和安全性參差不齊。因此,通過人工接種和發(fā)酵技術(shù)來提高辣椒醬等發(fā)酵產(chǎn)品的風(fēng)味和品質(zhì)及安全性至關(guān)重要[9]。
本研究對(duì)發(fā)酵原料進(jìn)行優(yōu)化,并篩選出最佳混合菌株配比。采用單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)探究發(fā)酵液接種量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間對(duì)辣醬感官評(píng)價(jià)的影響,并確定最佳發(fā)酵條件,最終研制出一種營(yíng)養(yǎng)美味、具有功能作用的辣醬產(chǎn)品,提高了發(fā)酵效率與質(zhì)量,保留了其活菌成分,在增加辣醬產(chǎn)品種類的同時(shí),也為藜麥產(chǎn)品的開發(fā)利用開辟了新的途徑。
1"材料與方法
1.1"材料
藜麥、牛肉、美人椒、料酒、白砂糖、食鹽、大豆油、玻璃罐:均購(gòu)于晉中當(dāng)?shù)爻小?/p>
植物乳桿菌(Lactobacillus plantarum)、嗜酸乳桿菌(Lactobacillus acidophilus):威凱海思(山東)生物工程有限公司。
1.2"試劑
蛋白胨、牛肉膏、磷酸氫二鉀、檸檬酸二銨、乙酸鈉、葡萄糖、吐溫80、硫酸鎂、硫酸錳、瓊脂、酵母提取物、碳酸鈣、酚酞、氫氧化鈉、無水乙醇(均為分析純):天津市北辰區(qū)方正試劑廠。
1.3"儀器與設(shè)備
儀器與設(shè)備見表1。
1.4"試驗(yàn)方法
1.4.1"原料預(yù)處理
1.4.1.1"藜麥
挑選粒大飽滿的藜麥,浸泡15 min后清洗2次,煮制15 min,備用。
1.4.1.2"牛肉
選用新鮮牛肉,順著肉樣紋理剔除淋巴和筋膜,清洗后浸泡15 min以便滲出血水[10],再次清洗、瀝干放入盆中,加水和料酒,浸漬60 min,煎制2 min,切成1 cm×1 cm×1 cm的小丁,備用。
1.4.1.3"美人椒
新鮮美人椒經(jīng)挑選、除梗、去籽、清洗后控水,在濃度為25%的鹽水中減菌處理后,用食品加工機(jī)破碎備用。
1.4.2"培養(yǎng)基[11]
MRS固體培養(yǎng)基:蛋白胨10 g、牛肉膏10 g、酵母提取物5 g、K2HPO4"2 g、檸檬酸二銨2 g、乙酸鈉5 g、葡萄糖20 g、吐溫80 1 mL、硫酸鎂0.58 g、硫酸錳0.25 g、瓊脂15 g、碳酸鈣1 g、蒸餾水 1 000 mL;滅菌前調(diào)節(jié)pH至6.2~6.4,121 ℃滅菌15 min。采用涂布平板法將菌液均勻鋪滿整個(gè)平板,37 ℃恒溫培養(yǎng)48 h。
1.4.3"接種前菌株的活化[11]
將保藏的2種菌株各取2環(huán),接種于MRS液體培養(yǎng)基(30 ℃恒溫培養(yǎng)24 h)中,得到的菌株懸浮液經(jīng)離心后用0.85%生理鹽水清洗,并制成種子液,按3%的接種量接種到50 mL MRS液體培養(yǎng)基(30 ℃恒溫培養(yǎng)24 h)中,重復(fù)上述操作,冷藏。
1.4.4"工藝流程
菜籽油加熱→依次加入預(yù)處理后的美人椒、牛肉、藜麥→炒制→加入鹽、糖→調(diào)制→裝壇→接入發(fā)酵液→發(fā)酵→裝罐→水浴殺菌→自然冷卻→成品。
1.4.5"感官品質(zhì)評(píng)價(jià)[12]
成立10人感官評(píng)價(jià)小組,對(duì)辣醬的色澤、質(zhì)地、氣味和滋味進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)方法:稱取20 g發(fā)酵成熟的辣醬于白色器皿中,用溫水漱口品嘗其滋味,評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2。
1.4.6"單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)
預(yù)處理后,分別以菌株配比(1∶1、1∶2、1∶3、2∶1、3∶1)、藜麥添加量(1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%)、牛肉添加量(10%、12%、14%、16%、18%)、美人椒添加量(20%、25%、30%、35%、40%)、發(fā)酵液接種量(1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%)、發(fā)酵溫度(27,30,33,36,39 ℃)、發(fā)酵時(shí)間(6,8,10,12,14 d)為影響因素,采用單因素試驗(yàn)探究各因素對(duì)產(chǎn)品風(fēng)味的影響,確定較適條件范圍。
1.4.7"響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)
在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,本試驗(yàn)以感官評(píng)分為響應(yīng)值,選取對(duì)藜麥牛肉辣醬感官評(píng)分影響較大的3個(gè)因素(發(fā)酵液接種量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間)作為優(yōu)化條件的試驗(yàn)因素,利用響應(yīng)面中Box-Behnken設(shè)計(jì)對(duì)影響水平和變量間的交互作用進(jìn)行分析優(yōu)化,進(jìn)一步探究藜麥牛肉辣醬的最佳發(fā)酵工藝條件,試驗(yàn)因素與水平見表3。
1.4.8"理化指標(biāo)和微生物指標(biāo)的測(cè)定
總酸含量參照GB 12456—2021中酸堿指示劑滴定法測(cè)定;亞硝酸鹽含量參照GB 5009.33—2016中分光光度法測(cè)定;菌落總數(shù)參照GB 4789.2—2016測(cè)定;大腸菌群數(shù)參照GB 4789.3—2016中乳糖膽鹽發(fā)酵法測(cè)定[13]。
1.4.9"數(shù)據(jù)處理
使用Design-Expert 13設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn),使用Origin 2022繪制圖表。
2"結(jié)果與分析
2.1"單因素試驗(yàn)
2.1.1"菌株配比考察結(jié)果
選擇植物乳桿菌和嗜酸乳桿菌作為發(fā)酵菌株,考慮到單菌株發(fā)酵辣醬不及混合菌株發(fā)酵辣醬,對(duì)其進(jìn)行混合菌株發(fā)酵,確定最佳混合菌株配比,并將混合菌株用于生產(chǎn)發(fā)酵[13],結(jié)果見表4。
由表4可知,兩種菌株具有一致的發(fā)酵性能,表現(xiàn)出強(qiáng)大的繁殖和產(chǎn)酸能力,無拮抗現(xiàn)象,且發(fā)酵風(fēng)味突出,酸辣適宜,可用作藜麥牛肉辣醬發(fā)酵的優(yōu)良菌株。最終確定植物乳桿菌和嗜酸乳桿菌的最佳混合菌株配比為2∶1。
2.1.2"原料添加量考察結(jié)果
原料添加量是影響產(chǎn)品風(fēng)味的重要因素,對(duì)色澤搭配、質(zhì)地和滋味的影響較大。本試驗(yàn)以最佳混合菌株配比2∶1、發(fā)酵液接種量2%、發(fā)酵溫度33 ℃、發(fā)酵時(shí)間10 d考察原料添加量對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響,結(jié)果見圖1。
由圖1中a可知,藜麥的加入影響辣醬整體的色澤和口感,隨著藜麥添加量的增加,辣醬的感官評(píng)分逐漸升高,當(dāng)藜麥添加量為2.5%時(shí),感官評(píng)分最高,隨后感官評(píng)分呈下降趨勢(shì)。因此,藜麥添加量為2.5%時(shí)品質(zhì)最佳。由圖1中b可知,牛肉添加量影響醬體的滋味,牛肉添加量較多時(shí),咀嚼度較強(qiáng)烈,但牛肉添加量過多會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的辣味不足,質(zhì)地欠佳[14]。當(dāng)牛肉添加量為12%時(shí),感官評(píng)分最高,所以,牛肉添加量為12%時(shí)品質(zhì)最佳。由圖1中c可知,美人椒添加量較少時(shí),辣味不足,美人椒添加量過多會(huì)影響辣醬的滋味和質(zhì)地,增加生產(chǎn)成本[15]。當(dāng)美人椒添加量為30%時(shí),產(chǎn)品的感官評(píng)分最高,美人椒添加量過多時(shí),感官評(píng)分偏低。所以,美人椒添加量為30%時(shí)品質(zhì)最佳。
2.1.3"發(fā)酵液接種量考察結(jié)果
接種量是影響發(fā)酵的重要因素,直接影響產(chǎn)品的發(fā)酵時(shí)間。接種量應(yīng)控制在一定范圍內(nèi),以減少雜菌的污染,與產(chǎn)酸速率和總酸含量等密切相關(guān)[11]。本試驗(yàn)以最佳混合菌株配比2∶1、發(fā)酵溫度33 ℃、發(fā)酵時(shí)間10 d考察不同發(fā)酵液接種量對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響,結(jié)果見圖2。
由圖2可知,當(dāng)發(fā)酵液接種量為1.0%~3.0%時(shí),感官評(píng)分隨著發(fā)酵液接種量的增加先上升后下降;當(dāng)發(fā)酵液接種量為2.0%時(shí),感官評(píng)分達(dá)到最大值,之后隨著發(fā)酵液接種量的增加,感官評(píng)分呈下降趨勢(shì)。發(fā)酵液接種量較小時(shí),發(fā)揮不出混合菌株的菌群優(yōu)勢(shì),且雜菌污染較大,同時(shí)影響辣醬的品質(zhì)[16];發(fā)酵液接種量較大時(shí),發(fā)酵產(chǎn)酸速率快,導(dǎo)致產(chǎn)品酸度強(qiáng)烈,辣醬口感單一。因此,發(fā)酵液接種量應(yīng)控制在1.5%~2.5%之間。
2.1.4"發(fā)酵溫度考察結(jié)果
發(fā)酵溫度是影響乳酸菌生長(zhǎng)、繁殖和發(fā)酵性能的關(guān)鍵因素。隨著發(fā)酵溫度的升高,乳酸菌在辣醬中產(chǎn)酸的速度加快,但同時(shí)導(dǎo)致風(fēng)味物質(zhì)種類偏少;溫度過低會(huì)增加發(fā)酵時(shí)間,增加雜菌污染風(fēng)險(xiǎn)[17]。本試驗(yàn)以最佳混合菌株配比2∶1、發(fā)酵液接種量2%、發(fā)酵時(shí)間10 d、不同發(fā)酵溫度制備產(chǎn)品,考察發(fā)酵溫度對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響,結(jié)果見圖3。
由圖3可知,當(dāng)發(fā)酵溫度為27~33 ℃時(shí),感官評(píng)分隨著溫度的升高而上升,當(dāng)發(fā)酵溫度超過33 ℃后,感官評(píng)分開始下降,導(dǎo)致產(chǎn)品的風(fēng)味和口感不協(xié)調(diào)。因此,發(fā)酵溫度應(yīng)控制在30~36 ℃之間。
2.1.5"發(fā)酵時(shí)間考察結(jié)果
發(fā)酵時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)產(chǎn)品風(fēng)味物質(zhì)的形成和乳酸菌的生長(zhǎng)繁殖都有著極其重要的影響,發(fā)酵時(shí)間過短,乳酸菌對(duì)原料的利用不足,釋放不出較多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),提高了成本,造成資源浪費(fèi)[18]。發(fā)酵時(shí)間過長(zhǎng),乳酸菌酸度值過大,使得風(fēng)味單一[19]。本試驗(yàn)以最佳混合菌株配比2∶1、發(fā)酵液接種量2%、發(fā)酵溫度33 ℃、不同發(fā)酵時(shí)間制備產(chǎn)品,考察發(fā)酵時(shí)間對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響,結(jié)果見圖4。
由圖4可知,發(fā)酵時(shí)間過長(zhǎng),乳酸菌不斷產(chǎn)酸,導(dǎo)致產(chǎn)品的酸度過重,失去了產(chǎn)品的食用價(jià)值,感官接受程度低,造成原料浪費(fèi)。發(fā)酵時(shí)間不足導(dǎo)致產(chǎn)品風(fēng)味不足、質(zhì)地粗糙、感官評(píng)分低。當(dāng)發(fā)酵時(shí)間為10 d時(shí),感官評(píng)分最高,當(dāng)發(fā)酵時(shí)間超過10 d后,感官評(píng)分呈下降趨勢(shì)。發(fā)酵時(shí)間較長(zhǎng)時(shí),醬汁顏色變深,質(zhì)地軟爛。因此,發(fā)酵時(shí)間應(yīng)控制在8~10 d之間。
2.2"響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果分析
在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用Design-Expert 13軟件中的響應(yīng)面法進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì),在優(yōu)化試驗(yàn)中選擇接種量、發(fā)酵溫度和發(fā)酵時(shí)間這3個(gè)因素進(jìn)行優(yōu)化,以提高藜麥牛肉辣醬的感官評(píng)分。由表5中的試驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果確定了最佳的發(fā)酵條件。
對(duì)表5中試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多項(xiàng)回歸擬合,產(chǎn)品的感官評(píng)分對(duì)發(fā)酵液接種量(A)、發(fā)酵溫度(B)、發(fā)酵時(shí)間(C)的回歸方程為Y=92.92-1.81A-1.92B+3.29C+1.20AB-0.225 0AC-0.100 0BC-9.20A2-9.57B2-6.55C2。
該模型的方差分析結(jié)果見表6。
由表6可知,回歸模型的P值lt;0.000 1,模型極顯著;失擬項(xiàng)的P值為0.588 6(Pgt;0.05),失擬項(xiàng)不顯著?;貧w模型的相關(guān)系數(shù)R2為0.999 0,RAdj2為0.997 6,接近1,表明模型的擬合效果很好,可用于分析響應(yīng)值與因素的關(guān)系和預(yù)測(cè)結(jié)果[20-22]。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),發(fā)酵液接種量(A)、發(fā)酵溫度(B)和發(fā)酵時(shí)間(C)對(duì)感官評(píng)分的影響極顯著(Plt;0.01),由F值可知,影響次序?yàn)榘l(fā)酵時(shí)間>發(fā)酵溫度gt;發(fā)酵液接種量。二次項(xiàng)中,A2、B2、C2均極顯著(Plt;0.01),兩兩交互影響中,AC和BC的交互作用不顯著(Pgt;0.05),AB的交互作用極顯著(Plt;0.01)。
由此獲得的響應(yīng)面圖和等高線圖見圖5~圖7。
由圖5~圖7可知,3組因素的交互作用與方差分析結(jié)果一致。通過各因素交互作用,結(jié)合軟件計(jì)算回歸模型,可以預(yù)測(cè)出當(dāng)發(fā)酵液接種量(A)為1.936%、發(fā)酵溫度(B)為32.779 ℃、發(fā)酵時(shí)間(C)為10.619 d時(shí),產(chǎn)品的感官評(píng)分可達(dá)到93.504分。
2.3"最佳發(fā)酵工藝試驗(yàn)驗(yàn)證[22]
為了評(píng)估回歸模型的預(yù)測(cè)值與真實(shí)值之間的擬合程度,進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。在設(shè)計(jì)試驗(yàn)時(shí),要特別注意試驗(yàn)的可操作性。調(diào)整發(fā)酵液接種量為1.94%、發(fā)酵溫度為33 ℃、發(fā)酵時(shí)間為11 d,進(jìn)行平行試驗(yàn),試驗(yàn)值(92.874分)與預(yù)測(cè)值(93.504分)的相對(duì)誤差為0.63%。因此,響應(yīng)面法優(yōu)化得到的產(chǎn)品最佳發(fā)酵條件的回歸模型符合實(shí)際。
2.4"產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果
通過質(zhì)量檢測(cè),制得的辣醬質(zhì)嫩爽口、口感適宜,產(chǎn)品的理化指標(biāo)、微生物指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[10]見表7。
3"結(jié)論
采用植物乳桿菌和嗜酸乳桿菌作為發(fā)酵菌株,通過人工接種發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)藜麥牛肉辣醬,通過單因素試驗(yàn)、響應(yīng)面試驗(yàn)得到最佳發(fā)酵工藝條件,并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行理化指標(biāo)和微生物指標(biāo)檢測(cè),所得的產(chǎn)品香味濃郁、口感細(xì)膩、酸辣適中,且符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果表明,最佳組合菌株配比為2∶1;各原料最佳添加量為藜麥2.5%、牛肉12%、美人椒30%;發(fā)酵液接種量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間在發(fā)酵過程中對(duì)感官評(píng)分均有極顯著影響,影響次序?yàn)榘l(fā)酵時(shí)間gt;發(fā)酵溫度gt;發(fā)酵液接種量,得出最佳發(fā)酵工藝:發(fā)酵液接種量為1.94%,發(fā)酵溫度為33 ℃,發(fā)酵時(shí)間為11 d,辣醬的感官評(píng)分可達(dá)到92.874分。本試驗(yàn)建立的回歸模型科學(xué)可行,該研究結(jié)果可為發(fā)酵辣醬的發(fā)酵工藝應(yīng)用提供借鑒。
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