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果蔬速凍保鮮技術(shù)研究進(jìn)展
彭 丹,鄧潔紅,譚興和,李美群
(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院, 長沙 410128)
摘 要:介紹我國速凍果蔬行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀。綜述了果蔬速凍保鮮技術(shù)各工藝環(huán)節(jié)的應(yīng)用現(xiàn)狀和最新進(jìn)展,并對速凍果蔬的發(fā)展前景作了展望。
關(guān)鍵詞:果蔬;速凍保鮮;研究進(jìn)展


Advances of Research on Quick-freezing
Fruits and Vegetables

PENG Dan,DENG Jie-hong,TAN Xing-he,LI Mei-qun
(College of Food Science and Technology,Hunan Agricultural University,Changsha 410128,China)
Abstract: This paper introduced the development and tendency of quick-freezing fruits and vegetables in our country. It also summarized the present applications and advances of main processing points, and put forward the developing prospects of quick-frozen fruits and vegetables industry.
Key words: fruits and vegetables; quick-freezing; advances


  速凍是19世紀(jì)30年代起源于美國的一種食品保鮮方法。速凍食品是指在-30 ℃以下的低溫環(huán)境中使食品在30 min之內(nèi)通過其最大冰晶生成帶,中心溫度達(dá)到-18 ℃,并在-18 ℃以下的低溫中貯藏和流通的方便食品[1]。速凍食品是當(dāng)今世界發(fā)展最快的工業(yè)之一,而果蔬是主要的速凍加工對象,也是冷凍食品工業(yè)中的四大類品種之一[2]。速凍果蔬可長期貯藏,并能較大程度地保持果蔬原有的色澤、風(fēng)味和維生素,且食用方便,能起到對果蔬市場淡旺季的調(diào)節(jié)作用[3]。我國速凍食品從生產(chǎn)廠家至商店及家庭的冷凍鏈已經(jīng)形成,并且在國際貿(mào)易份額中不斷增大,發(fā)展前景十分廣闊 [4]。

1 我國速凍蔬菜發(fā)展現(xiàn)狀

  我國于20世紀(jì)70年代初開始研究速凍蔬菜加工技術(shù)。20世紀(jì)80年代初因外貿(mào)需要開始利用進(jìn)口設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn),隨后為了解決三北地區(qū)的蔬菜供應(yīng),開始利用國產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)速凍蔬菜。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后我國的速凍蔬菜得到了迅速發(fā)展[5]。

  首先,以青刀豆、荷蘭豆、毛豆、蠶豆等為主的豆類蔬菜是我國出口速凍蔬菜的主要品種。此外,山芋、甜玉米、黃瓜、青椒、菜豆及茄子等為內(nèi)銷速凍品種。有資料顯示,1991年出口速凍蔬菜僅6萬余t,2001年后,全年速凍蔬菜出口量約200萬t,到2004年,速凍蔬菜出口量達(dá)到近300萬t。2005年鮮冷蔬菜出口量360萬t。

  其次,近年來雖然我國速凍蔬菜生產(chǎn)設(shè)備有所提高,但與發(fā)達(dá)國家相比尚有一定的差距,目前國內(nèi)連續(xù)式速凍蔬菜生產(chǎn)線以及用于速凍蔬菜低溫貯運(yùn)裝備的能力還很低,速凍設(shè)備仍以傳統(tǒng)的壓縮制冷機(jī)為冷源,制冷效率受到很大限制,供出口速凍蔬菜生產(chǎn)的大型連續(xù)式速凍機(jī)仍以進(jìn)口為主,多從加拿大、美國、英國等國家引進(jìn)。

  最后,由于我國蔬菜資源豐富,品種繁多,勞動力成本低等因素,為作為勞動密集型產(chǎn)業(yè)的速凍蔬菜加工提供了有利的條件;同時,日本、德國、瑞士等國因自給率的不足均需要有大量的速凍蔬菜進(jìn)口,為我國速凍蔬菜的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了良好的條件。

2 果蔬速凍工藝研究進(jìn)展

  速凍果蔬產(chǎn)品品質(zhì)與生產(chǎn)加工過程的各個環(huán)節(jié)都有直接關(guān)系,因此需要從原料質(zhì)量、凍前處理、速凍工藝到凍后包裝及貯運(yùn)各方面進(jìn)行質(zhì)量控制。1958年,美國的阿薩德等人提出了冷凍食品品質(zhì)保證的時間、溫度、耐藏限度的概念,即T.T.T(Time-Temperature-Tolerance);接著美國的左爾補(bǔ)充提出冷凍食品品質(zhì)還取決于原料(Product)、凍前處理和速凍加工(Processing)、包裝(Package)等因素,即P.P.P理論,對于低溫食品業(yè)生產(chǎn)具有重要指導(dǎo)意義。

  2.1 果蔬原料速凍適應(yīng)性研究

  原料的優(yōu)劣是關(guān)系到速凍果蔬制品品質(zhì)的最重要因素。直接影響速凍果蔬制品質(zhì)量的是果蔬的種類與質(zhì)量。一般適合速凍的果蔬應(yīng)具備突出風(fēng)味及色澤、耐貯性好、質(zhì)地堅實(shí)、成熟度適當(dāng)?shù)忍匦?。在?shí)際生產(chǎn)中,應(yīng)選擇具有良好加工適應(yīng)性的果蔬種類進(jìn)行速凍加工。近年來,科研人員在對不同果蔬種類的速凍加工適應(yīng)性方面做了大量研究。鄧潔紅等(2006)對傳統(tǒng)速凍原料的利用進(jìn)行了試驗,選擇含水量較高的幼嫩子姜為原料進(jìn)行速凍加工,并對其速凍的最佳工藝進(jìn)行了研究。秦丹等人[6]研究了芋頭的整果速凍工藝,發(fā)現(xiàn)其有良好的加工適應(yīng)性。此研究打破了傳統(tǒng)芋頭丸子加工時對原料形狀及大小的限制,減少了原料的損耗。紅樹莓果實(shí)是一種機(jī)械阻力較低、速凍加工適應(yīng)性較差的漿果,Antonio(2003)研究確定了5個品種的紅樹莓果實(shí)速凍加工中預(yù)冷時間、凍結(jié)工藝及臨界貯藏溫度等實(shí)用參數(shù),并且在開發(fā)速凍果蔬新品種方面也取得了很多成果。目前的研究主要集中在食用仙人掌、枸杞鮮果、多倍體蒲公英等新型速凍果蔬[7~9]的開發(fā)和對烏塌菜、牛蒡、蒙古鴉蔥等地方特色果蔬[10~12]的速凍工藝研究上。這些研究既豐富了速凍果蔬的品種,又滿足了市場消費(fèi)者的需求。

  2.2 速凍果蔬預(yù)處理工藝研究

  果蔬預(yù)處理工藝主要包括漂燙、護(hù)色及保脆。近年來,盛小娜等(2006),江敏等(2007)及其他科研人員對草莓、馬鈴薯、蘑菇、蕨菜、白蘆筍、毛豆、黃花菜、生姜、荷蘭豆、青花菜、油豆角、香椿、玉米等果蔬進(jìn)行了預(yù)處理工藝的優(yōu)化研究。

  預(yù)處理中最關(guān)鍵的工藝是漂燙,漂燙處理能破壞酶的活性,改善果蔬的質(zhì)構(gòu),有利于維持速凍果蔬在凍藏期內(nèi)的品質(zhì)。W Kmiecik(1999)對比了漂燙及未漂燙香蔥在貯存期主要化學(xué)成分的變化情況。試驗結(jié)果表明,速凍香蔥經(jīng)過12個月的貯存后,經(jīng)漂燙樣品的各化學(xué)成分保存效果較好:維生素C保存率最高可達(dá)66%,β胡蘿卜素為65%, 葉綠素和硝酸鹽分別為75%和81%。若不經(jīng)漂燙,并貯存于-20 ℃條件下,3個月內(nèi)維生素C將會大量損失。相反,漂燙的預(yù)處理能使香蔥在-20 ℃和-30 ℃條件下貯存良好,并且能很好地保存其化學(xué)成分。但漂燙同時也會在一定程度上破壞果蔬的營養(yǎng)及風(fēng)味物質(zhì),所以對漂燙工藝要求非常嚴(yán)格。

  首先需要研究每個產(chǎn)品的最佳時間-溫度組合及酶失活的情況。何國慶等(2005)用響應(yīng)面方法研究青花菜的不同漂燙溫度與時間對青花菜品質(zhì)的影響。經(jīng)中心組合優(yōu)化后得出的速凍青花菜最佳預(yù)處理工藝為:燙漂溫度96 ℃、燙漂時間2 min、CaCl2濃度0.8%。優(yōu)化處理后,菜蕾質(zhì)構(gòu)強(qiáng)度提高26.9%,莖質(zhì)構(gòu)強(qiáng)度提高16.8%,過氧化物酶酶活降低到生產(chǎn)需要。但依該漂燙工藝,過氧化物酶酶活檢測值為0。Bottcher(1975)指出,過氧化物酶的完全鈍化意味著熱燙過度,他提出熱燙花菜保留至2.9%~8.2%過氧化物酶活性為最佳。因此,還可以在熱燙時間、青花菜莖粗、料水比等方面進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。李初英等(2006)研究了熱燙處理對毛豆品質(zhì)的影響,試驗結(jié)果表明,鮮毛豆?fàn)C漂80 s,熱燙使其粗蛋白質(zhì)含量上升,粗脂肪含量下降,但效果不明顯。而鮮毛豆在92~100 ℃的熱水中燙漂80~100 s,莢、粒色澤翠綠,脂肪氧化酶失活,口感好、無豆腥味。

  除了時間和溫度外,漂燙方式會影響預(yù)處理效果。常用的漂燙方法有熱水漂燙、蒸汽漂燙和微波漂燙。李清明等(2007)對甜玉米的漂燙工藝研究表明,水煮熱燙處理、蒸汽熱燙處理和微波熱燙處理均能有效地抑制玉米子粒中POD和PPO酶活性,通過微波熱燙處理后的玉米子粒中可溶性糖和VC含量顯著高于水煮處理和蒸汽處理,但微波熱燙處理過程中易導(dǎo)致玉米子粒失水,外觀變劣。蒸汽熱燙處理的玉米子粒中可溶性糖和VC含量高于水煮處理的組合,且貯藏后感官質(zhì)量較佳。研究認(rèn)為,玉米速凍前熱燙處理采用蒸汽熱燙20 min,能減少可溶性糖和VC的損失,有效地提高速凍玉米的感官品質(zhì),又能抑制過氧化物酶的活性。F Daniela等[13]等對抱子甘藍(lán)采用了3種漂燙方式:50 ℃水中浸泡5 min,再于100 ℃水中燙漂3 min(PB);微波(700 W)條件下處理5 min,再于100 ℃水中燙漂2 min(MW);直接于100 ℃水中燙漂4 min。試驗結(jié)果表明,漂燙對甘藍(lán)風(fēng)味、色澤的保留均有較好的效果。3種處理效果相當(dāng),其中PB方法處理過的色度值最高。上述所有處理都增加了自由基清除劑活性、維生素C及類黃酮物質(zhì)的含量。經(jīng)分析認(rèn)為可能與凍結(jié)及凍藏過程中組織、細(xì)胞和細(xì)胞器膜的受損有關(guān),相關(guān)機(jī)理有待于進(jìn)一步研究。另外,在熱燙方式上,還可積極研發(fā)遠(yuǎn)紅外、微波、歐姆電阻等新型漂燙工藝,在保證原料品質(zhì)的前提下提高滅酶效果及降低細(xì)菌總量。

  除漂燙工藝外,其它預(yù)處理工藝也在不斷地被研發(fā)。M Ciero(1997)將草莓置于真空中以排盡原料組織中的氣體,并以凝膠溶液填充,使草莓的組織間隙之間覆上凝膠層。經(jīng)上述處理后凍結(jié)的草莓能在-20 ℃條件下貯藏3年,解凍后品質(zhì)與新鮮草莓無異。

  2.3 速凍果蔬凍結(jié)工藝研究

  速凍果蔬的品質(zhì)除與原料質(zhì)量,冷藏鏈的設(shè)備完善程度及技術(shù)管理水平有關(guān)外,最關(guān)鍵的是與凍結(jié)過程有關(guān)。

  2.3.1 速凍果蔬凍結(jié)參數(shù)的研究 若果蔬快速通過最大冰晶生長區(qū),可避免在細(xì)胞間隙生成大的冰晶體,從而減少解凍時汁液流失,最大限度地保持果蔬的原有質(zhì)構(gòu),保證速凍果蔬的品質(zhì)優(yōu)良。W Haiying等研究了綠花菜的凍結(jié)特性,發(fā)現(xiàn)當(dāng)凍結(jié)速度從1.0 °C/min增加到10.0 °C/min時,細(xì)胞中的冰晶規(guī)格從26 μm減小到3 μm,細(xì)胞微觀結(jié)構(gòu)得到較好地保持[14]。若要確定果蔬的最優(yōu)速凍工藝,首先要確定不同果蔬原料的冰點(diǎn)和最大冰晶生成帶,并通過凍結(jié)曲線的測定和觀察掌握其凍結(jié)規(guī)律,從而得出符合速凍要求的時間與溫度。

  果蔬的冰點(diǎn)與其可溶性固形物含量有關(guān),一般隨可溶性固形物含量的增加而降低。W Jie(2003)研究了葡萄、草莓、香蕉等11種水果的凍結(jié)點(diǎn)與其可溶性固形物含量之間的關(guān)系。試驗結(jié)果表明,二者之間存在著顯著的負(fù)相關(guān)。但在子姜的凍結(jié)過程中出現(xiàn)了冰點(diǎn)隨凍結(jié)溫度的降低而降低的現(xiàn)象。鄧潔紅等(2006)分析認(rèn)為,很低的介質(zhì)溫度條件下,原料迅速通過其冰點(diǎn),在短時間內(nèi)水分生成大量冰晶,造成原料剩余汁液可溶性固形物含量上升,冰點(diǎn)持續(xù)下降,表現(xiàn)出更低的表觀冰點(diǎn)。吳錦濤等(2000)在荔枝凍結(jié)規(guī)律的探討中也發(fā)現(xiàn),隨溫度降低果實(shí)可溶性固形物含量升高,冰點(diǎn)也相應(yīng)降低。

  大多數(shù)果蔬的冰點(diǎn)在-1 ℃左右,最大冰晶生成帶在-1~-5 ℃之間,且凍結(jié)過程具有明顯的3個階段(快→慢→快)。但很多果蔬的冰點(diǎn)遠(yuǎn)低于-1 ℃,最大冰晶生成帶也遠(yuǎn)低于-1~-5 ℃這個溫度區(qū)域,如荔枝、龍眼、板栗。對于這類果蔬,-1~-5 ℃最大冰晶生成區(qū)的觀點(diǎn)并不適用,而且它們的最大冰晶生成帶的下限可能低于-18 ℃,要嚴(yán)格達(dá)到速凍的要求則在速凍過程中應(yīng)盡可能地加快凍結(jié)速度。

  2.3.2 速凍果蔬的低溫斷裂 一般認(rèn)為,速凍的速度越快,產(chǎn)品質(zhì)量越好。因為緩凍會形成較大的冰晶,產(chǎn)品解凍后,復(fù)水能力變差,汁液流失率較高,感官指標(biāo)下降,品質(zhì)變差;凍結(jié)速度快,形成的細(xì)小均勻的冰晶,對細(xì)胞機(jī)械損傷小,解凍后細(xì)胞能及時地吸收這些溶液,產(chǎn)品各項指標(biāo)不會發(fā)生很大的變化。但當(dāng)凍結(jié)速度超過一定極限時,凍結(jié)速度與因熱應(yīng)力引起食品的低溫斷裂呈正相關(guān)。冰結(jié)速度越快,低溫斷裂越嚴(yán)重,果蔬的品質(zhì)劣變也更嚴(yán)重。筆者認(rèn)為,在凍結(jié)過程中果蔬原料細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞主要是凍結(jié)的第一、二個階段造成的。第一階段主要是冰晶對細(xì)胞結(jié)構(gòu)機(jī)械損傷;第二階段則是因為凍結(jié)速率過快,果蔬體系因溫度梯度引起的熱應(yīng)力造成的斷裂現(xiàn)象(宏觀斷裂和微觀上細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞)。低溫斷裂會引起果蔬組織內(nèi)酶活的上升,并導(dǎo)致解凍后汁液流失率的增加。李春艷[15]對速凍過程中獼猴桃果丁PPO和PG活性的研究發(fā)現(xiàn),慢凍(冷凍速率0.1~1.0 ℃/min)、速凍(冷凍速率10~100 ℃/min)、超速凍(冷凍速率≥100 ℃/min)3種不同的凍結(jié)速率會引起獼猴桃果丁PPO和PG的活性發(fā)生不同的變化,速凍條件下酶活下降最快,而超速凍條件下酶活上升最快。分析認(rèn)為,超速凍時凍結(jié)速度過快,細(xì)胞結(jié)構(gòu)遭到破壞,細(xì)胞壁的斷裂以及細(xì)胞膜和細(xì)胞器的破壞都使結(jié)合在上面的PPO和PG釋放出來轉(zhuǎn)化為游離PPO和PG,導(dǎo)致超速凍結(jié)時PPO和PG活性反而上升。晏紹慶[16]等在凍結(jié)速率對蘋果片多酚氧化酶和過氧化物酶活性影響的研究上也證實(shí)了上述觀點(diǎn)。另外,解凍后果丁硬度下降程度分別為超速凍>慢凍>速凍;汁液流失率也以超速凍條件下最嚴(yán)重,都與酶活變化相一致。試驗結(jié)果表明,凍結(jié)速率20 ℃/min即可保證產(chǎn)品具有較好的質(zhì)量。所以,在實(shí)際生產(chǎn)中,為最大限度地保持果蔬質(zhì)量,凍結(jié)速率應(yīng)取低于食品低溫斷裂的極限降溫速率,在這一速率以下,降溫速率越快越好。

  2.4 速凍果蔬凍藏工藝研究

  速凍果蔬在凍藏期內(nèi),影響其質(zhì)量的主要因素是溫濕度的波動及貯藏方式。貯藏期內(nèi)溫濕度的波動往往使速凍果蔬發(fā)生重結(jié)晶、干耗、變色等現(xiàn)象,從而使質(zhì)量下降。韓耀明等[17]模擬了凍結(jié)物冷藏間穩(wěn)定溫度場和周期波動的非穩(wěn)定溫度場,在其中對半解凍和未解凍的速凍白蘆筍分別進(jìn)行脫水試驗。理論分析與試驗結(jié)果證實(shí),溫度場的存在是造成凍藏局部小環(huán)境水分濃度不平衡而引發(fā)速凍白蘆筍脫水危害的根本原因。劉升[18]等用非破壞快速分析方法近紅外光譜法分析草莓在-18 ℃條件下凍藏1、2、4和6個月時維生素C、檸檬酸、蘋果酸、蔗糖、葡萄糖和果糖等6種營養(yǎng)成分的變化。試驗結(jié)果表明,凍藏過程中速凍草莓維生素C、檸檬酸和蔗糖含量逐漸降低;蘋果酸、葡萄糖和果糖含量逐漸增加。郭衍銀等[19]對冬棗速凍凍藏的條件進(jìn)行了優(yōu)化研究。研究結(jié)果表明,速凍凍藏能有效地維持冬棗的品質(zhì)特性,如延緩含水量、可溶性糖、維生素C和有機(jī)酸含量的下降,保持較高的硬度和延緩花青素含量的升高,且凍藏溫度比速凍溫度的影響作用更大。結(jié)合試驗結(jié)果得出,合適的凍藏溫度為-18 ℃與-40 ℃。Zofia Lisiewska等(2004)研究了冷凍加工過程中及冷藏期間蒔蘿的葉綠素、類胡蘿卜素及β-胡蘿卜素含量的變化,探討了凍結(jié)前的不同處理(漂燙或不漂燙)及兩種凍藏溫度(-20 ℃和-30 ℃)貯藏12個月時蒔蘿品質(zhì)的變化規(guī)律。發(fā)現(xiàn)漂燙對類胡蘿卜素和β胡蘿卜素的保存有較明顯的效果,同時較低的貯藏溫度有利于葉綠素的保存。若以各被測組分的含量維持在90%以上為標(biāo)準(zhǔn),則-20 ℃條件下未漂燙的原料貯藏期很難達(dá)到6個月,而經(jīng)過漂燙在-30 ℃條件下貯藏的原料貯藏期遠(yuǎn)長于6個月。Ali Sahari Mohammad等研究了貯藏溫度對伊朗草莓的維生素C含量及其它質(zhì)量指標(biāo)的影響,測定了草莓在3個不同的溫度條件下貯藏3個月后色澤、花色苷及維生素C含量、pH值以及酸度的變化并作了感官評價。試驗發(fā)現(xiàn),維生素C的損失主要發(fā)生在貯藏的前15天,在-12 ℃、-18 ℃和-24 ℃條件下分別損失64.7%、10.7%和8.9%。-18 ℃和-24 ℃的貯藏溫度對VC和pH值的影響無顯著差異。說明對保持果實(shí)質(zhì)量而言,-18 ℃和-24 ℃為較好的貯藏溫度,但從節(jié)約能源及成本上考慮,則-18 ℃是更適宜的溫度[20]。

  2.5 速凍果蔬解凍工藝研究

  速凍果蔬的最終產(chǎn)品質(zhì)量不僅取決于冷凍技術(shù),而且取決于解凍技術(shù)。因此,研發(fā)解凍技術(shù)十分必要。常用的解凍方法是空氣解凍與水解凍,主要是靠介質(zhì)與凍結(jié)物料間的溫度差為驅(qū)動力,通過傳熱進(jìn)行解凍[21]。這些方法具有解凍時間長、易受微生物污染、汁液損失多、產(chǎn)品質(zhì)量差等缺點(diǎn),但成本低。為了縮短解凍時間,提高產(chǎn)品質(zhì)量,目前研發(fā)出許多新型解凍技術(shù),如介電解凍、靜電解凍、通電加熱解凍等。謝晶(2001)等研究了速凍馬鈴薯在高壓直流電場中的解凍。試驗研究了不同場強(qiáng)對快速凍結(jié)馬鈴薯的解凍過程和解凍后質(zhì)量的影響,主要考察解凍曲線、質(zhì)地特性,液汁流失3個方面。研究發(fā)現(xiàn),高壓直流電場場強(qiáng)不同對馬鈴薯解凍過程的作用存在差異:在150 kV/m場強(qiáng)以下時延緩解凍,反之則會加速解凍進(jìn)行;不同場強(qiáng)對馬鈴薯解凍前后的質(zhì)地特性、液汁流失影響較小。到目前為止,還沒有一種解凍方法可以適用于所有的凍品。在選擇解凍方法時,應(yīng)首先考慮解凍時間長短、解凍溫度高低;其次,還需結(jié)合解凍成本、生產(chǎn)方式等綜合因素,以決定采用何種解凍方法。相對來說,解凍技術(shù)比冷凍技術(shù)發(fā)展緩慢。雖然隨著現(xiàn)代高新技術(shù)不斷應(yīng)用于食品工業(yè)而誕生了許多新的解凍方法,如高壓脈沖解凍、歐姆解凍等,但應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中的并不多見,應(yīng)用于果蔬速凍業(yè)中的更是微乎其微。另外,果蔬解凍方法的相關(guān)研究也很不充分。

3 展 望

  雖然速凍果蔬加工在我國只有30年左右的歷史,但因其能有效地保持新鮮果蔬原有的色澤、風(fēng)味和營養(yǎng)價值,很快成為了我國食品界發(fā)展最快的新興行業(yè)之一。與國外相比,我國速凍果蔬加工發(fā)展還存在著許多制約因素,包括研究資金不足、科研手段落后、高新技術(shù)應(yīng)用緩慢等。隨著國內(nèi)對速凍果蔬的逐步重視以及國際間技術(shù)交流的日益增加,我國的速凍果蔬生產(chǎn)、加工及貯運(yùn)技術(shù)將會進(jìn)一步發(fā)展,同時我國將進(jìn)一步完善綠色速凍果蔬質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),在繼續(xù)開拓國際市場的同時促進(jìn)國內(nèi)的可持續(xù)發(fā)展。

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