陸 敏,肖 敏,周景瑞,吳擁軍*
(1.貴州大學(xué) 釀酒與食品工程學(xué)院,貴州 貴陽 550025;2.貴州省貴陽市云巖區(qū)市場監(jiān)督管理局,貴州 貴陽 550004;3.貴州省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院,貴州 貴陽 550016;4.貴州大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,貴州 貴陽 550025)
火龍果屬于典型的熱帶、亞熱帶水果,因其外皮鱗片酷似蛟龍的外鱗以及明亮的紅色而得名[1],在我國的廣西省、廣東省、海南省、浙江省、福建省、云南省、貴州省均有種植[2]?;瘕埞鉅I養(yǎng)價(jià)值豐富,具有較高的維生素、膳食纖維素、磷脂,豐富的碳水化合物、有機(jī)酸、植物蛋白、礦物質(zhì)及甜菜紅素,而且具有低脂肪、低熱量等特點(diǎn)[3-8],使其具有良好的加工特性。主要加工產(chǎn)品包括果汁、果醬、果凍、果脯、果糖、酸奶、冰淇淋、果酒、果醋、罐頭等[9]。
果醋作為一種集營養(yǎng)、保健、食療等功能為一體的新型食用調(diào)味品和飲料[10-12],近年來在我國發(fā)展迅速,具有較好的市場前景。但相較于日本等先進(jìn)國家,我國的果醋生產(chǎn)存在果醋生產(chǎn)規(guī)模小、果醋品種差且單一、果醋通用國家標(biāo)準(zhǔn)尚未出臺、果醋的消費(fèi)意識和消費(fèi)量有待提高等問題[13],而且目前真正投入生產(chǎn)的果醋品種較少,主要有葡萄果醋[14]、蘋果醋[15]等,紅心火龍果醋的研究相對較少。寧恩創(chuàng)等[16]研究了火龍果果醋的生產(chǎn)工藝為起始酒精度6%vol,糖度5%,酵母菌接種量10%,30℃恒溫發(fā)酵6 d;沈曉怡等[17]研究確定的紅心火龍果營養(yǎng)果醋醋酸發(fā)酵最佳工藝條件為起始酒精度6%vol,醋酸菌接種量10%,33℃恒溫發(fā)酵6 d。
近年來,貴州省大面積引進(jìn)紅心火龍果種植,針對貴州紅心火龍果產(chǎn)量大,鮮果上市相對集中,保質(zhì)期較短等問題。為提高紅心火龍果的附加值,本研究以貴州關(guān)嶺生產(chǎn)的紅心火龍果為原料,對發(fā)酵型紅心火龍果醋的加工工藝進(jìn)行探索,通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)優(yōu)化其生產(chǎn)工藝,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行30 L果醋發(fā)酵罐放大試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,以期為紅心火龍果的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)提供參考及紅心火龍果醋的工業(yè)生產(chǎn)奠定理論基礎(chǔ)和實(shí)際意義。
紅心火龍果原果酒:貴州省關(guān)嶺縣火龍果種植基地紅心火龍果釀造所得;光明牌釀醋醋酸菌:上海佳民釀造食品有限公司;迪發(fā)牌釀醋醋酸菌:上海迪發(fā)釀造生物制品有限公司;LB1醋酸菌種:福建永春醋廠;蔗糖(食品級)、飲用水:市售;冰醋酸(食品級):湖北鑫潤德化學(xué)有限公司。
BX53顯微鏡:奧林巴斯有限公司;QYC-200恒溫?fù)u床:上海?,攲?shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;JCC-30L果醋發(fā)酵罐:福建省永春金春釀造有限公司;YX-280B手提式滅菌鍋:廣州康邁醫(yī)療器械有限公司;0~100%酒精計(jì):河北省武強(qiáng)縣華鷗儀器儀表廠;Mode1828奧立隆pH計(jì):德國Thermo上海分公司;JOANLAB酸堿滴定管:寧波鄞州群安實(shí)驗(yàn)儀器有限公司。
1.3.1 紅心火龍果醋搖瓶發(fā)酵試驗(yàn)工藝流程
紅心火龍果原果酒→酒精度調(diào)整→接種醋酸菌→醋化→陳釀→過濾→澄清→過濾→紅心火龍果原果醋
操作要點(diǎn):
原料:九成熟新鮮紅心火龍果經(jīng)酒精發(fā)酵(按實(shí)驗(yàn)室前期得到的酒精最佳釀造工藝)至酒精度≥13%vol,陳釀30 d過濾后得火龍果原果酒。
酒精度調(diào)整:按照一定比例添加飲用水調(diào)整原果酒酒精度至5%vol~9%vol作為果醋發(fā)酵的初始酒精度。
醋酸發(fā)酵:無菌環(huán)境加入一定量活化后的醋酸菌種(果酒體積8%~12%),四層已滅菌醫(yī)用紗布封口,于30℃、180 r/min搖床振蕩發(fā)酵,當(dāng)酸度不變時(shí),終止發(fā)酵。
果醋陳釀:將紅心火龍果醋在10~15℃條件下陳釀40~60 d,能改善果醋風(fēng)味和澄清醋液。
過濾:陳釀好的紅心火龍果醋經(jīng)400目濾布過濾,注意適時(shí)更換濾布。
澄清:過濾后果醋在室溫條件下澄清20~30 d,再次取上清液用400目濾布過濾得紅心火龍果原果醋。
1.3.2 醋酸菌種的選擇
將光明牌、迪發(fā)牌釀醋醋酸菌和LB1醋酸菌種在180r/min、32℃條件下培養(yǎng)24~36h,當(dāng)菌液酸度在2g/100mL以上時(shí),即為醋酸菌種子液。加入果酒體積10%的醋酸菌種子液,表面拌勻,蓋上塑料薄膜,分別進(jìn)行紅心火龍果醋發(fā)酵試驗(yàn),以果醋酸度及感官評分為評價(jià)指標(biāo),確定適宜的發(fā)酵菌種。
1.3.3 醋酸發(fā)酵單因素試驗(yàn)
從初始酒精度、接種量、初始pH、發(fā)酵溫度4個(gè)方面進(jìn)行紅心火龍果醋發(fā)酵單因素試驗(yàn)。設(shè)置火龍果酒初始酒精度分別為5%vol、6%vol、7%vol、8%vol、9%vol;火龍果酒初始pH分別為3.0、3.5、4.0、4.5、5.0;醋酸菌種接種量分別為8%、9%、10%、11%、12%;發(fā)酵溫度26℃、28℃、30℃、32℃、34℃。采用單一變量法試驗(yàn),發(fā)酵完成后對各組果醋進(jìn)行酸度的測定。
1.3.4 正交試驗(yàn)優(yōu)化醋酸發(fā)酵試驗(yàn)條件
在單因素的試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上,確定醋酸發(fā)酵階段影響紅心火龍果醋產(chǎn)酸量及感官品質(zhì)的主要影響因素分別為:初始pH(A)、發(fā)酵溫度(B)、接種量(C)、初始酒精度(D)。以4個(gè)重要影響因素進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn)優(yōu)化,因素與水平如表1所示。
表1 發(fā)酵工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for fermentation technology optimization
1.3.5 30 L果醋發(fā)酵罐放大試驗(yàn)
在實(shí)驗(yàn)室搖瓶發(fā)酵試驗(yàn)確定的最佳發(fā)酵工藝條件下,實(shí)驗(yàn)室采用小型自吸式果醋發(fā)酵罐,進(jìn)行30 L紅心火龍果醋發(fā)酵放大試驗(yàn),為紅心火龍果醋工業(yè)化生產(chǎn)提供參考。
1.3.6 火龍果醋感官評定
參照國標(biāo)GB/T 30884—2014《蘋果醋飲料》中感官指標(biāo)要求,結(jié)合紅心火龍果醋自身特點(diǎn),對紅心火龍果醋進(jìn)行感官評價(jià),滿分100分,感官評分標(biāo)準(zhǔn)見表2。
表2 紅心火龍果醋感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standards of red pitaya vinegar
1.3.7 檢測方法
酒精度、酸度(以醋酸計(jì)g/100 mL):按照國標(biāo)GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》規(guī)定的酒精計(jì)法及電位滴定法測定;細(xì)菌總數(shù):按國標(biāo)GB/4789.2—2010《食品微生物學(xué)檢驗(yàn)菌落總數(shù)測定》規(guī)定方法測定;大腸菌群:按照國標(biāo)GB/4789.3—2010《食品微生物學(xué)檢驗(yàn)大腸菌群計(jì)數(shù)》中規(guī)定方法。
不同醋酸菌種發(fā)酵過程中果醋酸度的變化如圖1所示。由圖1可知,三種醋酸菌種發(fā)酵過程中產(chǎn)酸規(guī)律一致,隨著發(fā)酵時(shí)間增加酸度先增加后趨于平穩(wěn),其中LB1醋酸菌種產(chǎn)酸量最高,發(fā)酵速度快。三種菌種發(fā)酵周期存在一定的差異,LB1醋酸菌種發(fā)酵周期較光明牌和迪發(fā)牌菌種短。產(chǎn)酸能力由大到小依次為LB1醋酸菌種>光明牌>迪發(fā)牌。LB1醋酸菌種產(chǎn)酸明顯高于其余兩個(gè)菌種,酸度最高達(dá)5.29 g/100 mL,光明牌產(chǎn)酸略高于迪發(fā)牌。
圖1 不同醋酸菌種醋酸發(fā)酵結(jié)果Fig.1 Results of acetic acid fermentation with different acetic acid bacteria
對不同醋酸菌種發(fā)酵所得火龍果醋進(jìn)行感官評價(jià),結(jié)果如表3所示。
表3 不同醋酸菌種發(fā)酵紅心火龍果醋感官評價(jià)結(jié)果Table 3 Results of sensory evaluation of red pitaya vinegar with different acetic acid bacteria
由表3可知,三種不同菌種產(chǎn)酸存在較大的差異,經(jīng)LB1醋酸菌種發(fā)酵得到的紅心火龍果醋醋香濃郁,口感柔和,評分最高,為89分;迪發(fā)牌醋酸菌發(fā)酵果醋酸味柔和,但口感偏澀,稍差;光明牌醋酸菌發(fā)酵果醋口感最差,刺激性較強(qiáng)。因此,選用LB1醋酸菌種作為紅心火龍果醋的醋酸菌種。
2.2.1 初始酒精度對紅心火龍果醋發(fā)酵的影響
考察不同初始酒精度對紅心火龍果醋發(fā)酵的影響,結(jié)果見圖2。
圖2 初始酒精度對紅心火龍果醋發(fā)酵的影響Fig.2 Effect of initial alcohol content on red pitaya vinegar fermentation
由圖2可知,在發(fā)酵初期,初始酒精度對紅心火龍果醋酸度影響不大;隨著發(fā)酵時(shí)間的延長,初始酒精度越高,紅心火龍果醋酸度逐漸升高;當(dāng)初始酒精度>8%vol時(shí),發(fā)酵產(chǎn)酸速率與產(chǎn)酸量開始下降,這可能是因?yàn)楫?dāng)初始酒精度較低時(shí),醋酸菌能利用物質(zhì)的較少,產(chǎn)酸量較少,生產(chǎn)效率低;而過高的酒精度對醋酸菌種繁殖代謝具有一定抑制作用,會降低其代謝活力,延長發(fā)酵周期,降低產(chǎn)酸量。當(dāng)初始酒精度為8%vol時(shí)醋酸發(fā)酵效率較高、發(fā)酵周期較短,因此確定初始酒精度為8%vol。
2.2.2 初始pH對紅心火龍果醋發(fā)酵的影響
考察不同初始pH值對紅心火龍果醋發(fā)酵的影響,結(jié)果見圖3。
圖3 初始pH對紅心火龍果醋發(fā)酵的影響Fig.3 Effects of initial pH on red pitaya vinegar fermentation
由圖3可知,隨著初始pH值的增加,紅心火龍果醋酸度呈先增加后下降的趨勢。當(dāng)紅心火龍果酒發(fā)酵液初始pH值為4.0時(shí),酸度達(dá)到最高為5.28 g/100 mL;繼續(xù)增加初始pH值,則發(fā)酵液酸度開始降低,這是由于較高的初始pH值不利于醋酸菌種的生長,影響了發(fā)酵產(chǎn)酸量。當(dāng)紅心火龍果酒初始pH值在3.5~4.5范圍內(nèi),對果醋發(fā)酵產(chǎn)酸量影響較小,因此確定調(diào)整紅心火龍果酒發(fā)酵液初始pH值在3.5~4.5范圍內(nèi)進(jìn)行果醋發(fā)酵試驗(yàn)。
2.2.3 接種量對紅心火龍果醋發(fā)酵的影響
考察不同接種量對紅心火龍果醋發(fā)酵的影響,結(jié)果見圖4。
圖4 接種量對紅心火龍果醋發(fā)酵的影響Fig.4 Effects of inoculum on red pitaya vinegar fermentation
由圖4可知,當(dāng)接種量在8%~10%范圍內(nèi),隨著接種量增加,對應(yīng)果醋發(fā)酵周期縮短;當(dāng)接種量為10%時(shí),果醋發(fā)酵速率快,產(chǎn)酸量高;而接種量為8%或12%時(shí),果醋的發(fā)酵速率明顯低于10%的醋酸菌接種量。接種量過少,果醋發(fā)酵初期菌體量不夠,產(chǎn)酸能力弱,發(fā)酵不完全,且易受雜菌污染,不利于果醋規(guī)?;a(chǎn);當(dāng)接種量過大時(shí),果酒發(fā)酵液中的營養(yǎng)物質(zhì)主要用于醋酸菌菌體生長繁殖,同時(shí)產(chǎn)生大量的代謝廢物,使醋酸菌種提前進(jìn)入老化階段、發(fā)生自溶現(xiàn)象,從而影響果醋發(fā)酵產(chǎn)酸量及果醋品質(zhì)。因此,選擇LB1醋酸菌種接種量為10%進(jìn)行紅心火龍果醋發(fā)酵試驗(yàn)。
2.2.4 發(fā)酵溫度對紅心火龍果醋發(fā)酵的影響
考察不同發(fā)酵溫度對紅心火龍果醋發(fā)酵的影響,結(jié)果見圖5。
圖5 發(fā)酵溫度對紅心火龍果醋發(fā)酵的影響Fig.5 Effects of temperature on red pitaya vinegar fermentation
由圖5可知,在發(fā)酵溫度28~32℃范圍內(nèi),醋酸菌種發(fā)酵速度較快,產(chǎn)酸量高,當(dāng)發(fā)酵溫度為30℃時(shí),紅心火龍果醋酸度達(dá)到最高為5.29 g/100 mL。由于生物機(jī)體內(nèi)酶活性與環(huán)境溫度具有一定相關(guān)性,生產(chǎn)過程中應(yīng)合理控制環(huán)境溫度,促進(jìn)生物機(jī)體進(jìn)行生產(chǎn)和代謝產(chǎn)物。發(fā)酵溫度對醋酸菌生長、繁殖及代謝速率具有重要的影響,過低或過高的環(huán)境溫度都不利于醋酸菌種的發(fā)酵。在一定溫度范圍內(nèi),隨著發(fā)酵溫度升高,醋酸菌代謝活躍,縮短醋酸發(fā)酵周期;當(dāng)發(fā)酵溫度升高到一定程度時(shí),醋酸菌種提前進(jìn)入老化階段,從而導(dǎo)致產(chǎn)酸量降低。因此,確定紅心火龍果醋發(fā)酵溫度為30℃。
2.2.5 正交試驗(yàn)優(yōu)化紅心火龍果醋發(fā)酵工藝
在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上,對紅心火龍果醋發(fā)酵工藝進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn)優(yōu)化,正交試驗(yàn)結(jié)果見表4,方差分析見表5。
表4 紅心火龍果醋發(fā)酵工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 4 Results and analysis of orthogonal experiments for fermentation technology optimization of red pitaya vinegar fermentation
由表4可知,影響紅心火龍果醋發(fā)酵主次因素順序?yàn)镈>B>A=C,即初始酒精度>發(fā)酵溫度>初始pH值=接種量。紅心火龍果醋發(fā)酵工藝最優(yōu)方案為A2B2C2D2即,初始pH值4.0,發(fā)酵溫度30℃,LB1醋酸菌種接種量10%,初始酒精度8%vol。在此工藝條件下,發(fā)酵所得紅心火龍果醋酸度為5.30 g/100 mL。沈曉怡等[17]在初始酒精度為6%vol、AS1.41醋酸菌種接種量10%、33℃恒溫發(fā)酵6 d的條件下,所得火龍果醋酸度為3.63 g/100 mL,較本實(shí)驗(yàn)工藝條件下酸度低1.67 g/100 mL,說明實(shí)驗(yàn)所得紅心火龍果工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)具有可推廣意義。
表5 正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 5 Variance analysis of orthogonal experiments results
由表5可知,初始酒精度對紅心火龍果醋發(fā)酵結(jié)果影響顯著(P<0.05),其他3個(gè)因素對果醋發(fā)酵結(jié)果影響不顯著(P>0.05),這與表4極差分析結(jié)果一致,由于醋酸菌自身對環(huán)境的溫度、酸堿度就有一個(gè)耐受范圍,合理范圍內(nèi)溫度、酸堿度的的波動對其自身的生長、繁殖和代謝沒有太大影響,則對最終發(fā)酵結(jié)果影響不大;醋酸菌9%~11%的接種量本身也屬于正常合理范圍,對菌體產(chǎn)酸能力沒有太大影響。
2.2.6 紅心火龍果醋發(fā)酵工藝驗(yàn)證試驗(yàn)
在正交優(yōu)化試驗(yàn)確定的最佳發(fā)酵工藝條件下進(jìn)行火龍果醋發(fā)酵驗(yàn)證試驗(yàn),重復(fù)3次。3次試驗(yàn)果醋酸度分別為5.30 g/100 mL、5.30 g/100 mL、5.31 g/100 mL,平均值為5.30 g/100 mL,與正交試驗(yàn)結(jié)果相吻合,故正交試驗(yàn)結(jié)果可行。
醋酸菌為嚴(yán)格好氧菌,因此通氣量對發(fā)酵效率具有重要的影響。通氣量過大會帶走大量的酒精和醋酸,影響醋酸發(fā)酵過程的進(jìn)行,而通氣量過小,醋酸菌會出現(xiàn)缺氧情況,醋酸菌會出現(xiàn)大量死亡情況,這對于酷酸發(fā)酵過程的進(jìn)行是十分不利的。有關(guān)研究表明[18],液體深層米醋發(fā)酵過程中,酸生成速度為0.1 g/(100 mL·h)時(shí),每升發(fā)酵液的通氣量為0.1 mL/(mL·min)能滿足正常發(fā)酵。余永建等[18]對桑葚果醋生產(chǎn)工藝的研究發(fā)現(xiàn)100 L的發(fā)酵罐取通氣量為0.15 mL/(mL·min)時(shí)比較適合桑葚果醋的發(fā)酵。結(jié)合實(shí)驗(yàn)實(shí)際情況,最終調(diào)整通氣量為(0.16±0.02)m3/h。按照實(shí)驗(yàn)室搖瓶發(fā)酵最佳工藝參數(shù)進(jìn)行30 L果醋發(fā)酵放大試驗(yàn),得到的紅心火龍果醋呈淡琥珀色、澄清透明、無肉眼可見沉淀及懸浮物、有清淡的火龍果香味、酸甜爽口,柔和無異味,各項(xiàng)理化指標(biāo)及微生物指標(biāo)均符合相應(yīng)國標(biāo)要求。結(jié)果表明,3次酸度分別為6.32 g/100 mL、6.34 g/100 mL、6.36 g/100 mL,平均酸度為6.34 g/100 mL,較搖瓶發(fā)酵酸度增加1.04 g/100 mL,分析放大試驗(yàn)酸度增加的原因主要由于兩種試驗(yàn)醋酸發(fā)酵過程中供氧方式發(fā)生根本性改變。
本研究采用正交試驗(yàn)對紅心火龍果醋發(fā)酵工藝進(jìn)行了優(yōu)化,確定紅心火龍果醋發(fā)酵最佳工藝參數(shù)為:初始酒精度8%vol,初始pH值4.0,LB1醋酸菌種接種量10%和發(fā)酵溫度30℃。在此工藝條件下,發(fā)酵所得紅心火龍果醋酸度為5.30 g/100 mL,感官指標(biāo)、理化指標(biāo)及微生物指標(biāo)均符合相關(guān)國標(biāo),得到的紅心火龍果醋為淡琥珀色、澄清透明、無肉眼可見沉淀及懸浮物、有清淡的火龍果香味、酸甜爽口柔和,無異味。30 L果醋發(fā)酵罐放大試驗(yàn),最終酸度達(dá)6.34 g/100 mL,初步確定發(fā)酵型紅心火龍果醋工業(yè)生產(chǎn)工藝條件,為貴州紅心火龍果的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)提供了參考,為火龍果醋的工業(yè)生產(chǎn)奠定了理論基礎(chǔ)及實(shí)際意義。
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