植物乳杆菌发酵红枣汁的总酚变化动力学研究

DOI：10.3969/j.issn.1000-9973.2025.08.028

引文格式：，等.植物乳杆菌发酵红枣汁的总酚变化动力学研究[J].中国调味品，2025，50（8）：203-208. ZHANGLH，CHENYL，LISF，etal.Studyonkineticsof totalphenolchangesiredjujubejuicefermentedbyLactobacillus plantarum[J].China Condiment，2025，50（8） ：203-208.

Abstract： In order to explore the changes of content of total phenols and their kinetics characteristics during the fermentation of red jujube juice，L. plantarum CICC 2Oo22 is utilized to ferment red jujube juice. The changes in viable bacterial count and physicochemical components of red jujube juice during fermentation are analyzed. Kinetics models for the changes in bacterial biomass and content of total phenols are established，and the feasibility of the model is verified. The results indicate that L . plantarum CICC 20022 exhibits good proliferation ability during fermentation，and the viable bacterial count reaches the peak value of 8.66lgCFU/mL at 12h of fermentation. The titratable acid content shows an upward trend， while the total sugar content shows an opposite trend. At 24h of fermentation，the total sugar content decreases to 0.04mg/mL . The content of total flavonoids increases firstly and then decreases. At 8 h of fermentation，the content of total flavonoids is 23.91μg/mL ，and at 24h of fermentation，the content of total flavonoids decreases to 10.91μg/mI . The content of total phenols shows an overall upward trend. The average errors between the experimental values and theoretical values of the kinetics model of bacterial biomass established by Logistic equation and the kinetics model of total phenol content changes established by Boltzmann equation are both less than 5% ，indicating that the constructed models can well reflect the kinetics characteristics of red jujube juice during fermentation.

Key words：red jujube juice; Lactobacillus plantarum ； total phenols; kinetics

红枣作为药食兼备的果品，富含营养，是我国独特的保健食品资源之一[1-2]，其因含有糖类、黄酮类、多酚类等活性成分，具有调和气血、定志安神的功效 ⋅[3-4] 。随着健康饮食观念深入人心，植物基发酵饮品因其独特的营养成分深受素食主义者和乳糖不耐受人群的喜爱[5]。相关研究表明[6-9]，采用L．plantarum CICC 2O022发酵红枣汁既丰富了其口感和风味，又释放了红枣中的功能性成分，提升了健康益处。

目前，关于红枣发酵产品深加工的研究主要聚焦于菌种选择、处理方式、发酵技术、风味特性等领域[10-13]卜智斌等[14]研究了骏枣醋发酵过程中品质的变化，发现发酵后枣醋中总酚含量逐渐减少而总抗氧化能力增强。高昕瑜等[15]对冷藏期间发酵枣汁的品质进行了研究，结果表明冷藏过程中发酵枣汁的总酚含量升高。Mahmoudi等[16]利用发酵法生产一种以红枣提取物为基础的益生菌饮料，发现发酵后的红枣提取物中酚类物质含量显著提高。多酚类物质作为红枣中重要的生物活性成分之一，其在发酵过程中的变化会影响红枣汁的营养品质和抗氧化能力 [17-18] 。因此，深人探究发酵过程中总酚含量的变化规律及其动力学特性具有重要意义。动力学模型是一种有效的数学工具，能够对红枣汁发酵过程中微生物的生长和代谢产物的变化进行较好的预测[19-20]。然而，目前针对红枣汁发酵过程中总酚含量的变化及其动力学特性的研究尚不充分。

本研究以植物乳杆菌（L．plantarumCICC20022）为发酵菌种，对红枣汁进行发酵处理，测定发酵过程中活菌数及总糖含量、总黄酮含量、总酚含量等理化指标，并构建菌体生长与总酚含量变化的动力学模型，旨在预测其动态变化趋势，以期为发酵红枣汁的品质控制提供理论指导。

1材料与方法

1. 1 材料与试剂

和田骏枣：采自新疆和田地区；L.plantarumCICC20022：中国工业微生物菌种保藏管理中心;纤维素酶 （5000U/g） ！果胶酶 ⟨100 000U/g⟩ ：江苏锐阳生物科技有限公司；NaCl、HCl、NaOH（均为分析纯）：天津市大茂化学试剂厂；没食子酸：上海晶纯生化科技股份有限公司；福林酚试剂：北京索莱宝科技有限公司；芦丁（纯度 598% ）：上海生物技术有限公司；葡萄糖：天津市瑞金特化学品有限公司；无水乙醇：天津市富宇精细化工有限公司；MRS培养基：北京奥博星生物技术有限责任公司。

1. 2 仪器与设备

HC-3618R型高速冷冻离心机安徽中科中佳科学仪器有限公司；HH-S4 型数显恒温水浴锅江苏省金坛市医疗仪器厂；BPH-9272型精密恒温培养箱上海一恒科学仪器有限公司；SW-CJ-IBV型超净工作台上海浦东荣丰科学仪器有限公司；LDZX-50KBS型立式压力蒸汽灭菌器上海申安医疗器械厂；FE28型pH计瑞士梅特勒-托利多公司；KQ-700DE型数控超声波清洗机昆山市超声仪器有限公司；TU-1810型紫外可见分光光度计北京普析通用仪器有限责任公司；78-2型双向磁力加热搅拌器常州国华电器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 菌种活化

将L．plantarum CICC20022以 1% 接种至MRS肉汤培养基中，培养两代 。将菌液离心中 $＼mathrm { 6 0 0 0 ＼ r / m i n . 4 ＼mathrm { ～ ＼textC ～ } . 1 0 ＼ m i n ） }$ ，保留菌沉淀，用无菌水洗涤后得到菌悬液，活菌数为 ，备用。

1.3.2 发酵红枣汁制备

和田骏枣经清洗、去核和切块后，按红枣：水为 1：6 打浆混合，采用文献[21]中报道的方法，混合酶（果胶酶和纤维素酶的质量比为 ζ₁：ζ₂） 酶解处理 （45^∘C.4h） ，过滤，离心取上清液。经高温灭菌 （121^∘C，15min） 后冷却，将1.3.1中的菌悬液按 3% 接种至红枣汁中，于 发酵 24h ，每 取样测定，以 ^0h 未发酵红枣汁样品为对照组。

1.3.3 活菌数和理化指标测定

1.3.3.1 活菌数测定

参照国标GB4789.35—2016中的方法进行测定。

1. 3.3.2 可滴定酸含量测定

参考石彬等[22的方法并略作修改。精确吸取 5mL 发酵红枣汁样品至 25mL 离心管中，加水稀释至刻度线后摇匀。取一定量的样液，加入酚酞指示剂 5～10 滴，用 0.1mol/L 的 ΔNaOH 标准溶液滴定。可滴定酸含量计算公式如下：

可滴定酸含量（%）=cXuXk

式中： c 为 ΔNaOH 标准溶液的摩尔浓度， mol/L ;k为折算系数 0.090：v 为消耗 ΔNaOH 标准溶液的体积，mL; v₀ 为滴定用样液的体积， mL v₁ 为试样的体积，mL；25为样品提取液的总体积， mL 。

1.3.3.3 总糖含量测定

参照于梅等[23]的方法。以葡萄糖质量浓度 （μg/mL） 为横坐标、吸光度为纵坐标，得到标准曲线： y=1.5846x+ 0.199 8，R²=0.991 9 。按照绘制标准曲线的方法测定样

品在 490nm 处的吸光度，代入标准曲线得到发酵红枣汁的总糖含量。

1.3.3.4总黄酮含量测定

参考谭荣华等[24]的方法并稍作修改。取发酵红枣汁样品 5mL ，离心 （4°C，6 000r/min，10min） ，取上清液备用。取上清液 1mL ，加入 30%z 醇补至 6mL 后混合均匀，超声提取 （40^∘C.30min） ，加人 5% （204号 NaNO₂ 溶液和 10% Al（ NO₃）₃ 溶液各 1mL ，然后加入 10% NaOH溶液 10mL ，需注意每次加入试剂均需摇匀静置6min ，最后加入 30% 乙醇至 25mL ，振荡摇匀静置 15min 在 510nm 处测定吸光度。以芦丁质量浓度 （μg/mL） 为横坐标、吸光度为纵坐标，得到标准曲线： y=0.0021x+ 0.023 4，R²=0.996 2 ，根据标准曲线得到总黄酮含量。

1.3.3.5总酚含量测定

参照Turkyilmaz等[25]的方法并稍作修改。取发酵红枣汁样品 5mL ，离心 ，取1mL 上清液与无水乙醇混合，超声提取 （40^∘C.30min） ，先加入去离子水 5mL ，再加入福林酚试剂 0.5mL 和15% （204号 Na₂CO₃ 溶液 1mL ，振荡摇匀静置，避光反应 35min 再用去离子水定容至 25mL ，在 760nm 处测定吸光度。以没食子酸质量浓度 （μg/mL） 为横坐标、吸光度为纵坐标，得到标准曲线： y=0. 042 7x+0. 039 9，R²=0. 994 4 根据标准曲线得到总酚含量。

1.3.4 动力学研究

为探究菌体生物量和总酚含量在发酵过程中的变化趋势及其相关性，以 ^1h 为间隔点，对发酵红枣汁中菌体生物量和总酚含量进行测定，建立二者的动力学模型并进行验证，以此预测菌体生长状况及总酚含量在发酵过程中的变化。

1.3.4.1 菌体生物量测定

将发酵红枣汁样品按一定比例稀释，在 600nm 处测定菌体生物量。将测得的吸光度与稀释倍数相乘即为菌体光密度（OD值）[26]。

1.3.4.2 菌体生长动力学模型

菌体生长变化量可以采用多种模型进行描述，其中Logistic方程是典型的“S\"形曲线，普遍适用于拟合各种菌体的生长过程[27]。因此，可以用Logistic方程对红枣汁发酵过程中菌体生长趋势进行研究。

1.3.4.3总酚含量变化动力学模型

为探索红枣汁发酵过程中总酚含量的变化趋势，拟采用Logistic方程、Sgompertz方程和Boltzmann 方程[28建立总酚含量变化的动力学模型，比较模型的相关系数 R² ，取 R² 最大的模型为总酚含量变化的动力学模型。

1.4 数据处理

利用Excel2021和IBMSPSS25.0进行数据整理和分析，采用Origin2021进行绘图和动力学模型建立，每组试验重复3次。

2 结果与讨论

2.1 活菌数

发酵红枣汁中植物乳杆菌的活菌数变化见图1。

图1红枣汁发酵过程中活菌数变化 Fig.1 Changes of viable bacterial count of red jujube juiceduringfermentation

注：不同小写字母表示差异显著 （Plt;0.05） ，下图同。

由图1可知，发酵 0～12h 时，植物乳杆菌的活菌数呈对数增长，生长繁殖速度快，活菌数迅速增加至8.66lgCFU/mL 。发酵 ^12h 后，活菌数先下降，之后植物乳杆菌在发酵红枣汁中进入稳定期，这一变化趋势可能是由于发酵后期红枣汁中的氮源等营养物质被消耗殆尽，同时代谢产物不断积累，导致红枣汁的 ΔpH 值发生改变，使发酵环境逐渐偏离最优状态，从而抑制了植物乳杆菌的生长[29]

2.2 可滴定酸含量和总糖含量

植物乳杆菌发酵红枣汁过程中可滴定酸含量和总糖含量的变化见图2。

图2红枣汁发酵过程中可滴定酸含量和总糖含量变化 Fig.2 Changes of titratable acid content and total sugar contentofredjujubejuiceduringfermentation

由图2可知，发酵初始阶段，可滴定酸含量为0.41% ，接入植物乳杆菌后，在红枣汁发酵过程中糖类物质转化成乳酸，从而使发酵红枣汁的酸度提高[30-31]。发酵结束时，可滴定酸含量增加到 1.49% ，显著高于 ^0h 未发酵时的含量。植物乳杆菌在发酵期间的繁殖和生长均有糖参与代谢，发酵时间为 0～8h 时，总糖含量上升， ^8h 后总糖含量呈下降趋势，这种趋势的形成与红枣汁的发酵环境密不可分。发酵前期，红枣汁中的果糖、葡萄糖被植物乳杆菌利用，这些物质作为植物乳杆菌生长的能量来源，被其利用分解，导致总糖含量呈上升趋势[32]]随着发酵的进行，红枣汁中的糖被酶等物质分解或转化，使得后期红枣汁中的总糖含量不断减少[33]。发酵24h 时，总糖含量降至 0. 04mg/mL ，低于初期未发酵时的总糖含量。

2.3总黄酮含量和总酚含量

植物乳杆菌发酵红枣汁过程中总黄酮含量和总酚含量的变化见图3。

由图3可知，发酵初期，红枣汁中总黄酮含量为10.74μg/mL，8h 时增长至 23.91μg/mL ，这是由于在发酵初始阶段，红枣汁中的黄酮类结合物经水解酶的作用逐渐被释放，使得游离黄酮含量增加[34]，随后总黄酮含量开始下降， 24h 时下降至 10.91μg/mL ，这可能是黄酮类物质发生氧化反应导致其含量减少[35]。发酵期间总酚含量整体呈上升趋势。 ^0h 时总酚含量为 9.88μg/mL 在发酵初始阶段，总酚含量缓慢上升， 12h 后上升速度较快，到发酵后期，总酚含量基本趋于稳定， 24h 时总酚含量为 11.89μg/mL ，这与红枣汁在发酵过程中植物乳杆菌参与的代谢过程中会生成多种分解大分子物质的酶相关，这些酶可释放红枣中的酚类物质，从而使总酚含量上升[36-37]

2.4发酵红枣汁菌体生长和总酚含量变化动力学研究2.4.1菌体生长和总酚含量变化动力学曲线

红枣汁发酵过程中菌体OD值和总酚含量的变化见图4。

图4发酵红枣汁动力学曲线

Fig.4Kineticscurvesof fermented red jujubejuice

由图4可知， 0～12h 时植物乳杆菌在发酵枣汁中处于生长对数期，菌体繁殖速度快， 12h 后菌体繁殖速度逐渐减缓，而后趋于平稳，植物乳杆菌在发酵枣汁中的生长周期处于稳定期。同时，总酚含量的变化趋势与菌体生物量的变化趋势相一致。

2.4.2菌体生长动力学模型的建立

Logistic方程[27]为：

式中： x 为菌体的OD值； t 为发酵时间， h;d 表示变量 x 随时间 Ψ_t 的变化率； μ_m 为比生长速率的最大值， h^-1;x_m 为发酵期间 OD_max 值。当 t=0 时， x=x₀ （初始OD值），将式（1）积分得到：

OD_max 值为 ，使用Origin2021分析软件对发酵期间不同时间点的菌体生物量进行非线性拟合，得到 x₀=0.448 3，μ_m=0.192 1h^-1 。

将 x₀…x_m…μ_m 代人式（2），获得菌体生长动力学模型：

2.4.3总酚含量变化动力学模型的建立

为了探究红枣汁在植物乳杆菌发酵期间总酚含量的变化，利用 Logistic、Sgompertz 和 Boltzmann 模型[28]对各时间点测得的总酚增加量进行非线性拟合，确定总酚含量变化的最佳动力学模型，3个模型拟合方程及其拟合系数 R² 见表1，总酚增加量用 Y 表示。

表1总酚增加量拟合方程及其相关系数

Table1 Fitting equations of total phenol increase amount and the correlation coefficients

由表1可知，3个模型的相关系数 R² 均大于0.99，说明这3个模型均能较好地反映红枣汁发酵过程中总酚含量的变化[38]。经过对比，Boltzmann 模型的 R² 为0.9944，拟合效果最佳，充分证明该模型能更加准确地描述植物乳杆菌发酵红枣汁过程中总酚含量的变化规律。因此，确定Boltzmann模型为植物乳杆菌发酵红枣汁过程中总酚增加量变化的最优动力学模型。

2.4.4动力学模型验证

模型的相关系数 R² 仅是确定此模型是否适合菌体生长和总酚含量变化拟合的依据之一，为验证所建立的两个动力学模型的准确性，对试验期间测得的真实值和所建模型计算的理论值进行详细对比，结果见图5和图6。同时，为全面评估Logistic模型和Boltzmann模型的可靠性，对其进行了方差分析，结果见表2。

图5Logistic模型下菌体生长拟合曲线 Fig.5Fittingcurveof bacterial growth underLogistic model

图6Boltzmann模型下总酚增加量变化拟合曲线 Fig.6Fittingcurve of total phenol increase amount changeunderBoltzmann model

由图5和图6可知，Logistic模型和Boltzmann模型计算的理论值与试验值的吻合度较高。因此，这两个模型能够准确地反映菌体生长和总酚增加量的变化规律，可作为相关模型加以应用。

表2红枣汁发酵动力学模型方差分析

Table2Varianceanalysisof thekineticsmodels for the fermentation of red jujube juice

由表2可知，菌体生长模型与总酚增加量变化模型的决定系数分别为0.9905和0.9944，说明这两个模型的拟合度较高，也进一步验证了该模型在预测植物乳杆菌发酵红枣汁过程中菌体生物量和总酚增加量变化方面的有效性[39]

为进一步验证模型的准确性，对比了植物乳杆菌发酵红枣汁过程中指标试验值与模型计算的理论值，对比结果见表3。

表3红枣汁动力学模型理论值与试验值对比

Table3 Comparison of theoretical and experimental values of kinetics modelsof red jujube juice

由表3可知，菌体生长模型和总酚增加量变化模型的理论值和试验值之间的平均误差仅为1. 26% 和3.77% ，二者的平均误差均小于 5% ，充分证明了模型的拟合度较高，能够精准地描述红枣汁发酵过程中物质的动态变化。

3结论

本文采用动力学模型对L．plantarumCICC20022发酵红枣汁的菌体生长和总酚含量变化过程进行了分析。发酵期间，红枣汁中活菌数最高可达 ，总糖含量和总黄酮含量均呈先上升后下降的趋势，可滴定酸含量和总酚含量整体呈上升趋势。分别采用Logistic模型和Boltzmann模型对红枣汁发酵过程中菌体生长和总酚含量变化进行非线性拟合，两个模型的拟合决定系数 R² 均大于0.99，试验值与模型计算的理论值平均误差均小于 5% ，表明拟合模型能够较好地模拟红枣汁发酵过程及描述其发酵动力学特征，预测红枣汁发酵过程中总酚含量的动态变化，为发酵红枣汁的工业化生产和品质控制提供了一定的参考。

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