混菌發(fā)酵蘋果濁汁的益生菌篩選及其發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建

孟掉琴，吳 霞，岳田利，高振鵬*

（西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，國家楊凌農(nóng)業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)工程技術(shù)研究中心，農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室（楊凌），陜西 楊凌 712100）

益生菌是指被人體或動(dòng)物攝入一定數(shù)量后，能促進(jìn)宿主健康的活性微生物[1]，具有調(diào)節(jié)腸道菌群、降低膽固醇、增強(qiáng)免疫力、緩解口腔疾病及情緒異常等作用[2-4]。目前市場(chǎng)上益生菌發(fā)酵產(chǎn)品主要為益生菌發(fā)酵乳制品，但由于益生菌發(fā)酵乳制品具有乳糖不耐受與高膽固醇兩大不足[5]，開發(fā)新的非乳益生菌發(fā)酵產(chǎn)品是目前的研究熱點(diǎn)，同時(shí)也符合消費(fèi)者追求食品綠色天然健康的理念。

研究表明果蔬汁是益生菌發(fā)酵的良好載體，目前已有對(duì)刺梨汁、石榴汁、蘋果清汁及胡蘿卜汁等果蔬汁進(jìn)行益生菌發(fā)酵的研究報(bào)道[6-8]。目前國內(nèi)外研究主要集中于對(duì)發(fā)酵果蔬汁發(fā)酵過程中和貨架期期間理化指標(biāo)的變化，且發(fā)酵菌種多為單菌或雙菌發(fā)酵，3 株以上的混合菌株發(fā)酵研究較少。其中Dimitrovsk等[9]用植物乳桿菌PSC26發(fā)酵蘋果清汁，與對(duì)照組相比，發(fā)酵過程中添加5%乳清，活菌數(shù)明顯增加；Pereira等[10]以干酪乳桿菌發(fā)酵腰果蘋果汁，發(fā)酵后對(duì)貯存穩(wěn)定性及色值變化等指標(biāo)進(jìn)行研究；李維妮等[11]以乳酸菌單一菌種和多菌組合分別發(fā)酵蘋果清汁，測(cè)定發(fā)酵后香氣成分并進(jìn)行感官評(píng)定，研究表明多菌發(fā)酵香氣成分含量及感官評(píng)分均高于單菌發(fā)酵?；炀l(fā)酵過程中單菌株既可發(fā)揮自身作用，又可通過菌株間協(xié)同作用發(fā)揮更大價(jià)值，生成多種代謝產(chǎn)物，產(chǎn)生多種香氣成分[12]。

由于益生菌發(fā)酵蘋果濁汁容易發(fā)生褐變、沉淀，因此，相關(guān)研究鮮見報(bào)道。此外，與蘋果清汁相比，蘋果濁汁膳食纖維的含量明顯增加，濁汁的懸浮果肉顆粒包含果膠、蛋白質(zhì)、脂肪、半纖維素和纖維素等成分，擁有更柔和的口感、飽滿的風(fēng)味、豐富的營養(yǎng)價(jià)值[13]。對(duì)蘋果濁汁進(jìn)行益生菌發(fā)酵，既保留了蘋果濁汁自身營養(yǎng)成分，又包含活的益生菌及發(fā)酵所產(chǎn)生的獨(dú)特風(fēng)味與功效，同時(shí)使益生菌產(chǎn)品多元化，消費(fèi)者也有了更多選擇。

目前有關(guān)益生菌發(fā)酵動(dòng)力學(xué)的研究主要以發(fā)酵酸奶為主，益生菌發(fā)酵果蔬汁動(dòng)力學(xué)研究甚少。本研究對(duì)復(fù)合益生菌發(fā)酵蘋果濁汁進(jìn)行菌種篩選，得到較適蘋果濁汁發(fā)酵的復(fù)合菌種，并對(duì)復(fù)合菌株發(fā)酵蘋果濁汁的菌體生長(zhǎng)、產(chǎn)物生成和底物消耗動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行構(gòu)建及研究，描述發(fā)酵過程動(dòng)態(tài)變化，有效地控制發(fā)酵過程，旨在為推動(dòng)復(fù)合益生菌發(fā)酵蘋果濁汁的產(chǎn)業(yè)化提供一定的技術(shù)支持和理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

長(zhǎng)富蘋果 陜西楊凌市場(chǎng)；MRS肉湯培養(yǎng)基北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司。

乳酸菌菌種：副干酪乳桿菌20241（Lactobacillus paracasei）、動(dòng)物雙歧桿菌 6165（Bifidobacterium animalis）、嗜熱鏈球菌6063（Streptococus thermophilus）、嗜酸乳桿菌 6005（Lactobacillus acidophilus）、鼠李糖乳桿菌50513（Lactobacillus rhamnosus）、短乳桿菌367（Lactobacillus brevis）、植物乳桿菌21805（Lactobacillus plants）、腸膜明串珠菌22184（Leuconostoc mesenteroides）、發(fā)酵乳桿菌 21828（Lactobacillus fermentum）、干酪乳桿菌393（Lactobacillus casei），均保存于西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院健康食品制造與安全控制實(shí)驗(yàn)室。

1.2 儀器與設(shè)備

2000JP-1型離心果汁機(jī) 南通金橙機(jī)械有限公司；YXQ-LS-70A型立式壓力蒸汽滅菌器 上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；HWS-80型智能恒溫恒溫箱 寧波海曙賽福實(shí)驗(yàn)儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 蘋果濁汁制備流程

蘋果→清洗→破碎→榨汁（80 目過濾）→護(hù)色（0.08%抗壞血酸[14]）→滅酶（90 ℃、15 s[15]）→巴氏殺菌（80 ℃、15 min）

1.3.2 蘋果濁汁發(fā)酵

將保存于甘油管的菌株分別置于MRS液體培養(yǎng)基中活化2 代，按1%接種量接種于100 mL蘋果濁汁種子液中，37 ℃靜置發(fā)酵18 h，活菌數(shù)約達(dá)1×107CFU/mL，之后將種子液按3%接種量接種于300 mL蘋果濁汁中，37 ℃靜置發(fā)酵24 h，期間定時(shí)取樣測(cè)定pH值、滴定酸度及活菌數(shù)。

1.3.3 指標(biāo)測(cè)定

總酸的測(cè)定：GB/T 12456—2008《食品中總酸的測(cè)定》[16]直接滴定法；總糖含量的測(cè)定：SB/T 10203—1994《果汁通用試驗(yàn)方法》[17]斐林試劑滴定法；活菌數(shù)測(cè)定：傾注平板法[18]。

感官評(píng)定：9 點(diǎn)快感標(biāo)度法[19]；對(duì)酸甜度、口感、色澤、香氣、整體接受性進(jìn)行打分，由20 位受過感官訓(xùn)練的老師和同學(xué)組成評(píng)定小組，對(duì)發(fā)酵蘋果濁汁進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，每項(xiàng)性質(zhì)都有9 種不同的等級(jí)，以表示評(píng)定人員對(duì)它的喜好程度，1：極度不喜歡；2：極不喜歡；3：中等不喜歡；4：輕度不喜歡；5：無所謂；6：輕度喜歡；7：中等喜歡；8：很喜歡；9：極度喜歡。

1.3.4 益生菌耐酸、耐膽鹽篩選

將10 株菌株從甘油管中接種至MRS液體培養(yǎng)基中，活化2 代。對(duì)原菌液的活菌進(jìn)行計(jì)數(shù)，同時(shí)取1 mL原菌液分別加入到5 mL預(yù)先用鹽酸將pH值調(diào)至2.5的MRS液體培養(yǎng)基及膽鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的MRS液體培養(yǎng)基中，置于37 ℃培養(yǎng)箱培養(yǎng)3 h，3 h后對(duì)菌液進(jìn)行計(jì)數(shù)，比較其耐酸、耐膽鹽能力[19-20]。

1.3.5 益生菌產(chǎn)酸能力篩選

將獲得的耐酸、耐膽鹽菌株以3%的接種量分別接到蘋果濁汁中，37 ℃靜置培養(yǎng)28 h，每隔4 h取樣，分別測(cè)定發(fā)酵蘋果濁汁中的pH值和滴定酸度，選擇產(chǎn)酸能力強(qiáng)、產(chǎn)酸速率快的菌株進(jìn)行復(fù)篩。

1.3.6 復(fù)合菌株間拮抗實(shí)驗(yàn)

采用雙層瓊脂擴(kuò)散法[21]，將10 μL的嗜酸乳桿菌、植物乳桿菌及發(fā)酵乳桿菌的培養(yǎng)液分別與10 mL滅菌后的半固體MRS培養(yǎng)基混合均勻后，立即倒入下層瓊脂培養(yǎng)皿中，待凝固后放入牛津杯，每個(gè)牛津杯中加入100 μL稀釋至一定梯度的菌液，37 ℃培養(yǎng)24 h后觀察牛津杯周圍是否出現(xiàn)抑菌圈，若沒有出現(xiàn)抑菌圈說明本底菌與接種菌株無拮抗作用；反之，則說明2 種菌之間存在拮抗作用。

1.3.7 復(fù)合菌株比例的確定

將篩選出來的菌株以不同比例按3%接種量于蘋果濁汁發(fā)酵基質(zhì)，在37 ℃發(fā)酵24 h，發(fā)酵結(jié)束后進(jìn)行感官評(píng)定，同時(shí)測(cè)定發(fā)酵后活菌數(shù)，確定蘋果濁汁發(fā)酵的較佳菌株比例。

1.3.8 動(dòng)力學(xué)模型的建立

根據(jù)篩選得到的較佳復(fù)合菌株及比例，建立復(fù)合菌株發(fā)酵蘋果濁汁的菌體生長(zhǎng)、產(chǎn)物生成和底物消耗動(dòng)力學(xué)模型，并利用復(fù)合菌株發(fā)酵蘋果濁汁，每隔2 h測(cè)定其活菌數(shù)、乳酸生成量及總糖消耗量，計(jì)算出動(dòng)力學(xué)模型的參數(shù)，預(yù)測(cè)其發(fā)酵過程變化。

1.3.8.1 菌體生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型的建立

應(yīng)用Logistic方程[22-23]模擬生長(zhǎng)變化趨勢(shì)，建立混合菌株在蘋果濁汁發(fā)酵過程中動(dòng)力學(xué)模型。生長(zhǎng)期細(xì)胞的增長(zhǎng)速率微分表達(dá)式如下：

以t=0、X=Xm為初始條件，將方程（1）積分變形后得方程（2），即：

式中：X0為菌體的初始生物量/（108CFU/mL）；Xm為菌體的最大生物量/（108CFU/mL）；μm為最大比生長(zhǎng)速率/h－1；t為時(shí)間/h。

將方程（2）積分變形后兩邊同時(shí)取對(duì)數(shù)得：

1.3.8.2 產(chǎn)物生成動(dòng)力學(xué)模型的建立

產(chǎn)物生成速率與細(xì)胞生長(zhǎng)速率之間的關(guān)系有3 種類型：產(chǎn)物生成與菌體生長(zhǎng)偶聯(lián)型、產(chǎn)物生成與菌體生長(zhǎng)部分偶聯(lián)型及產(chǎn)物生成與菌體生長(zhǎng)非偶聯(lián)型[24-25]。根據(jù)Leudeking-piret方程[26]：

式中：P為產(chǎn)物質(zhì)量濃度/（g/L）；X為生物量/（108CFU/mL）；t為時(shí)間/h；α為與菌體生長(zhǎng)相關(guān)聯(lián)的產(chǎn)物合成常數(shù)；β為與菌體量相關(guān)聯(lián)的產(chǎn)物合成常數(shù)。

混菌發(fā)酵蘋果濁汁產(chǎn)乳酸的過程屬于產(chǎn)物生成與菌體生長(zhǎng)部分偶聯(lián)型，即α≠0，β≠0，此時(shí)菌體處于穩(wěn)定期，即：

以t=0時(shí)，P=0為初始條件，積分后得：

1.3.8.3 底物消耗動(dòng)力學(xué)模型的建立

在發(fā)酵過程中，底物消耗主要有3 個(gè)方面：菌體生長(zhǎng)、細(xì)胞維持生命活動(dòng)的消耗及生成代謝產(chǎn)物的消耗[27]。從發(fā)酵實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，由于發(fā)酵過程生成產(chǎn)物所消耗的底物遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于發(fā)酵過程中菌體的生長(zhǎng)和維持細(xì)胞代謝所消耗的底物，因此假設(shè)底物消耗用于產(chǎn)物生成的一小部分可以忽略，底物消耗主要用于菌體生長(zhǎng)和維持細(xì)胞代謝活動(dòng)[28]。因此采用Luedeking方程來描述底物的消耗情況，其方程見下：

式中：S為產(chǎn)物質(zhì)量濃度/（g/100 mL）；X為生物量/（108CFU/mL）；t為時(shí)間/h；γ為底物消耗參數(shù)；δ為底物消耗參數(shù)。

將式（2）代入式（7），積分后得：

2 結(jié)果與分析

2.1 益生菌發(fā)酵蘋果濁汁菌株的篩選

2.1.1 菌株的耐酸、耐膽鹽特性篩選

胃腸道低pH值和高膽汁酸鹽是益生菌能否在人體胃腸道內(nèi)存活并發(fā)揮益生作用的關(guān)鍵[29]，因此，篩選出耐酸、耐膽鹽的益生菌是益生菌發(fā)酵產(chǎn)品的根本。通過耐酸、耐膽鹽特性篩選研究，能夠較好地反映益生菌在人體胃腸道中的存活的特性。本實(shí)驗(yàn)測(cè)定了不同菌株在pH 2.5、膽鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%條件下生長(zhǎng)3 h后活菌數(shù)變化情況，結(jié)果如表1 所示。

表1 菌株耐酸、耐膽鹽結(jié)果Table 1 Results of tolerance to acid and bile salt in strains

由表1可知，10 株菌株耐酸能力都比較好，只有腸膜明串珠菌22184在pH 2.5條件下3 h后活菌數(shù)沒有達(dá)到106CFU/mL；動(dòng)物雙歧桿菌6165、干酪乳桿菌393、鼠李糖乳桿菌50513在3 h后膽鹽耐受性不強(qiáng)，其余菌株都在0.3%膽鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)下存活率都較高，可以發(fā)揮其益生作用。植物乳桿菌21805與發(fā)酵乳桿菌21828在pH 2.5的情況下存活率超過100%，說明這兩株菌在酸性條件下還可以生長(zhǎng)，耐酸性比較強(qiáng)。副干酪乳桿菌20241、嗜酸乳桿菌6005、短乳桿菌367在0.3%膽鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)下3 h后存活率均達(dá)97%以上，耐膽鹽能力較強(qiáng)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)篩選，10 株菌中有6 株菌具有良好的耐酸、耐膽鹽特性，它們可以順利通過人體胃腸道，調(diào)節(jié)人體腸道菌群平衡，具有很好的益生特性。

2.1.2 菌株的產(chǎn)酸能力篩選

pH值是乳酸菌發(fā)酵重要的指標(biāo)之一，常用來表征乳酸菌的產(chǎn)酸能力，一定程度反映其生長(zhǎng)代謝過程[30]。本實(shí)驗(yàn)測(cè)定了不同菌株隨發(fā)酵時(shí)間各自pH值變化，如圖1所示。

圖1 不同菌株pH值隨發(fā)酵時(shí)間的變化Fig. 1 Changes in pH of different strains with fermentation time

由圖1可知，6 株乳酸菌的產(chǎn)酸能力依次為發(fā)酵乳桿菌21828＞嗜酸乳桿菌6005＞副干酪乳桿菌20241＞植物乳桿菌21805＞短乳桿菌367＞動(dòng)物雙歧桿菌6063，6063與367產(chǎn)酸最弱，發(fā)酵過程中pH值幾乎沒有變化。6 株菌中副干酪乳桿菌20241、嗜酸乳桿菌6005、植物乳桿菌21805、發(fā)酵乳桿菌21828 pH值均呈下降趨勢(shì)，在0～4 h pH值變化不明顯，此時(shí)處于延滯期，菌株生長(zhǎng)緩慢，4 h以后進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，酸度迅速上升，pH值下降，其中副干酪乳桿菌20241發(fā)酵結(jié)束后果汁變黏稠，有不良?xì)馕?，不適合蘋果濁汁發(fā)酵。因此，確定嗜酸乳桿菌6005、植物乳桿菌21805及發(fā)酵乳桿菌21828為較佳的發(fā)酵益生菌。

2.1.3 復(fù)合菌株間拮抗實(shí)驗(yàn)

為防止復(fù)配菌株之間存在抑制作用，影響彼此在蘋果濁汁發(fā)酵基質(zhì)中的作用，本實(shí)驗(yàn)對(duì)篩選得到的菌株進(jìn)行拮抗實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 菌株間拮抗性結(jié)果Table 2 Results of antagonism between strains

由表2可知，3 株菌之間均未出現(xiàn)明顯的拮抗作用，牛津杯周圍無抑菌圈出現(xiàn)，與空白組生長(zhǎng)情況一樣，說明3 株菌可以用于復(fù)配發(fā)酵，可以在蘋果濁汁共同發(fā)酵并不會(huì)影響各自的生長(zhǎng)，因此，這3 株菌可以進(jìn)行組合發(fā)酵蘋果濁汁。

2.1.4 發(fā)酵蘋果濁汁復(fù)合菌株比例的確定

益生菌發(fā)酵制品最重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)即口感與活菌數(shù)[31]，口感好決定其銷售量與受歡迎程度，高活菌數(shù)決定其在腸道內(nèi)的功效。研究表明復(fù)合菌株發(fā)酵風(fēng)味、口感均優(yōu)于單菌發(fā)酵[32-33]。本實(shí)驗(yàn)將3 株菌以不同比例接種在蘋果濁汁中進(jìn)行發(fā)酵，對(duì)其感官評(píng)分及活菌數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果如表3所示。

表3 不同菌株比例發(fā)酵蘋果濁汁感官評(píng)分及活菌數(shù)Table 3 Sensory evaluation of fermented samples with different strain ratios

由表3可知，發(fā)酵結(jié)束后色澤、香氣、組織狀態(tài)不同比例之間差異不顯著（P＞0.05），色澤和組織狀態(tài)的評(píng)分都在7～8 分，說明發(fā)酵蘋果濁汁的色澤和組織狀態(tài)很受喜歡；酸甜度、口感、整體接受性差異較顯著（P＜0.05），其中1∶1∶1口感及酸甜度得分最高，整體接受性最好，是所有比例中得分情況最優(yōu)的。其他比例發(fā)酵后口感偏酸，評(píng)分較低，整體接受性較差。發(fā)酵結(jié)束后活菌數(shù)均可達(dá)108CFU/mL，其中1∶1∶1發(fā)酵后活菌數(shù)最高，可達(dá)8.5×108CFU/mL，與其他比例復(fù)配活菌數(shù)相比，差異顯著（P＜0.05）。綜合感官評(píng)價(jià)與活菌數(shù)結(jié)果，最終確定混合菌株發(fā)酵復(fù)配比例為1∶1∶1。

2.2 動(dòng)力學(xué)參數(shù)求解分析

2.2.1 發(fā)酵蘋果濁汁動(dòng)力學(xué)曲線

為對(duì)復(fù)合菌株發(fā)酵蘋果濁汁的菌體生長(zhǎng)、產(chǎn)物生成和底物消耗動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，本實(shí)驗(yàn)以蘋果濁汁為原料，以嗜酸乳桿菌-植物乳桿菌-發(fā)酵乳桿菌1∶1∶1為添加復(fù)合發(fā)酵劑，研究復(fù)合菌株發(fā)酵蘋果濁汁，每隔2 h測(cè)定蘋果濁汁中的活菌數(shù)、乳酸生成量及總糖消耗量變化情況，結(jié)果如圖2所示。

圖2 發(fā)酵蘋果濁汁動(dòng)力學(xué)曲線Fig. 2 Time-course curves of fermented cloudy apple juice

由圖2可知，總糖含量隨時(shí)間延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)，乳酸含量呈上升趨勢(shì)，說明蘋果濁汁中總糖一直在被消耗減少，乳酸生成量也在逐漸增加。在0～4 h，活菌數(shù)幾乎沒有變化，此時(shí)菌體在適應(yīng)生長(zhǎng)環(huán)境，4 h后進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，適應(yīng)環(huán)境后菌體生長(zhǎng)迅速，大量繁殖；16 h后，菌體生長(zhǎng)速度減慢，此時(shí)進(jìn)入穩(wěn)定期，活菌數(shù)趨于平穩(wěn)。

2.2.2 菌體生長(zhǎng)動(dòng)力模型計(jì)算

圖3 擬線性法作圖求Xm和μmFig. 3 Estimation of Xm and μm using quasi-linear method

由此可知μm=0.333 5 h－1，X0=0.258×108CFU/mL，Xm=8.13×108CFU/mL。將參數(shù)μm、X0、Xm代入公式（3）得發(fā)酵過程中菌體生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型：

對(duì)模型進(jìn)行非線性擬合，如圖4所示，結(jié)果顯示模型顯著，R2=0.997 5，說明該方程與實(shí)驗(yàn)點(diǎn)擬合較好，可以以此方程為參考，作為其生長(zhǎng)控制的模型。

圖4 菌體生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型曲線與實(shí)驗(yàn)值的比較Fig. 4 Comparison of experimental data and kinetic curve of biomass

2.2.3 產(chǎn)物生成動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算

根據(jù)圖2中乳酸生成動(dòng)力學(xué)曲線，接種后0～16 h是菌體生長(zhǎng)期，16 h后是菌體生長(zhǎng)穩(wěn)定期，即乳酸生成穩(wěn)定期，這個(gè)階段圖，得到二者關(guān)系：P=0.017 3t＋0.332，相關(guān)系數(shù)R2為0.980 5，由公式（5）可知：0.002 1。

將參數(shù)μm、X0、Xm、β代入公式（6），以P—βB（t）對(duì)A（t）作圖，如圖5所示，得到兩者關(guān)系為：P—βB（t）=0.009 9A（t），R2=0.852 4，因此α=0.009 9。

圖5 擬線性法作圖求αFig. 5 Estimation of α using quasi-linear method

將μm、X0、Xm、β、α代入公式（6）得乳酸生成動(dòng)力學(xué)模型：

2.2.4 底物消耗動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算

根據(jù)圖2中底物總糖消耗變化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，取菌體生長(zhǎng)穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)值，以基質(zhì)總糖質(zhì)量濃度S對(duì)時(shí)間t作圖，得到兩者關(guān)系為：S=－0.046 1t＋10.201，相關(guān)系數(shù)R2為0.991 3。由公式（8）可得0.046 1/8.13=0.005 7。

將參數(shù)X0、Xm、δ代入公式（9），以S0—S—δD（t）對(duì)C（t）作圖，如圖6所示，兩者的關(guān)系為：S0—S—δD（t）=0.093 2D（t），相關(guān)系數(shù)R2為0.938 3，因此γ為0.093 2。

圖6 擬線性法作圖求γFig. 6 Estimation of γ using quasi-linear method

將參數(shù)μm、X0、Xm、δ、γ代入公式（9）得葡萄糖消耗動(dòng)力模型：

2.2.5 模型驗(yàn)證

為檢驗(yàn)建立模型的可靠性，對(duì)發(fā)酵實(shí)驗(yàn)值與模型的理論值進(jìn)行比較，如表4所示。

由表4可知，模型理論值與實(shí)驗(yàn)值誤差均小于10%，說明建立的模型理論值和實(shí)驗(yàn)值符合性較好，本研究構(gòu)建的動(dòng)力學(xué)模型能夠很好地描述復(fù)合益生菌發(fā)酵蘋果濁汁的菌體生長(zhǎng)變化規(guī)律。

表4 模型理論值與實(shí)驗(yàn)值的比較Table 4 Comparison between experimental data and model calculation

3 結(jié) 論

根據(jù)10 株益生菌菌株的耐酸、耐膽鹽特性及產(chǎn)酸特性篩選得到較佳益生菌發(fā)酵蘋果濁汁的復(fù)合菌株組合為嗜酸乳桿菌6005、植物乳桿菌21805、發(fā)酵乳桿菌21828，并通過感官評(píng)定及活菌數(shù)得到3株益生菌菌株比例為1∶1∶1時(shí)，發(fā)酵蘋果濁汁口感風(fēng)味較佳，可接受性較好，活菌數(shù)最高。

構(gòu)建復(fù)合益生菌發(fā)酵蘋果濁汁菌體生長(zhǎng)、產(chǎn)物生成及底物消耗動(dòng)力學(xué)模型，并根據(jù)益生菌發(fā)酵蘋果濁汁動(dòng)力學(xué)曲線得到模型參數(shù)并對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)模擬值與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較，誤差均小于10%，相關(guān)性極顯著，說明建立的模型可以系統(tǒng)地描述發(fā)酵過程，能夠很好地預(yù)測(cè)復(fù)合益生菌發(fā)酵蘋果濁汁發(fā)酵過程變化情況。