熊亚，李敏杰*
(1.攀枝花学院 生物与化学工程学院(农学院)，四川 攀枝花 617000；
2.攀枝花市干热河谷特色生物资源开发四川省高校重点实验室，四川 攀枝花 617000)
嘉宝果(Myrciariacauliflora)是桃金娘科蔷薇属常绿灌木，因其果实外形类似葡萄且长在树干上，又被称为“树葡萄”[1]。嘉宝果树是一种热带果树，原产于南美洲的巴西中部至阿根廷东北部地区，中国台湾最早从巴西引进种植，成为嘉宝果的重要产地，后来又推广到福建省，目前在国内多个省份如浙江、广东、四川和云南等地均有种植[2]。成熟的嘉宝果果实呈黑紫色，甘甜多汁，甜味程度大约在13°～18°[3]。近年来，人们对嘉宝果的兴趣与日俱增，因为它的叶、果实、果皮等含有丰富的化学成分，其中的酚类成分，如花青素、鞣质、类黄酮等赋予了嘉宝果很强的抗氧化性，其中所含的功能性脂肪族化合物则赋予嘉宝果独特的香气和令人愉悦的口感[4-6]，嘉宝果具有很高的营养和医学价值，在临床上可用于提取具有抗炎症、抗癌等功效的生物活性物质[7-9]，还可用于糖尿病、哮喘、心血管疾病、腹泻及风湿等疾病的辅助治疗[10]。嘉宝果树一般要种植8年以上才开始结果，1年可以结4～6次果，其独特的生长周期使其经济收益十分可观，但是嘉宝果果实不易保存，所以人们逐渐开始致力于开发更多的嘉宝果产品，在国外，以嘉宝果为原材料进行酒类、饮料、果汁、果酱、果冻、醋类、发酵甜点等的研究已有报道[11-16]，在国内，目前只有嘉宝果浸泡酒、起泡酒、桃酥类等产品的研究报道[17-19]，其他有关嘉宝果产品的报道还较少，所以嘉宝果作为一种营养价值和经济价值都很高的水果具有很大的开发利用潜力。
本实验以嘉宝果为原料进行嘉宝果果酒的发酵，再在果酒中加入果醋菌发酵，获得嘉宝果果醋。在酿造过程中，对果醋菌的生长量(OD值)、酒精的消耗及产物醋酸的生成量进行测定，并通过建立发酵动力学模型来探讨三者之间的相关性。果醋菌的生长量(OD值)、底物酒精的消耗及产物醋酸的生成量的规律可用发酵动力学数学模型进行直观表达[20-21]，目前国内关于果醋动力学模型建立的报道较少，王荣荣等[22]对草莓果醋、薛媛媛[23]对苹果醋的发酵动力学进行了研究；
穆晓静[24]对玫瑰醋发酵过程中的动力学特征等进行了研究；
薛松[25]对椴树蜜食醋进行了发酵工艺优化及发酵动力学模型的构建；
熊亚等[26]对桑葚-草莓复合果醋的动力学模型进行了构建；
张超等[27]对柑橘果渣醋酸发酵动力学参数进行了研究。目前关于嘉宝果果醋发酵工艺及动力学模型的建立还未见报道。建立嘉宝果果醋发酵动力学模型，可以为嘉宝果果醋发酵工艺参数优化及改进提供参考，也对进一步开拓嘉宝果产品及果醋种类的多样性、工艺创新和市场开发具有重要意义。
1.1 材料与试剂
嘉宝果：网购自广东保兴堂生态有机农场；
帝伯仕果酒专用活性干酵母、帝伯仕活性果醋菌：山东烟台帝伯仕自酿机有限公司；
食品级焦亚硫酸钾(焦亚硫酸钾≥93%)：山东淄博长城化工厂；
HCl、H2SO4：成都金山化学试剂有限公司；
3，5-二硝基水杨酸、氢氧化钠、酒石酸钾钠、苯酚、D-无水葡萄糖对照品(均为分析纯)：上海展云化工有限公司。
1.2 仪器与设备
HZT-FA220S型电子分析天平 福州华志科学仪器有限公司；
FA-52AA型显微镜 上海青浦沪西仪器厂；
PHS-25型pH计 上海雷磁仪器有限公司；
H1987型手持糖度折光仪 河北慧采科技有限公司；
WB-502S型恒温水槽水浴锅 广东环凯微生物科技有限公司；
FP622型希尔顿果蔬全自动榨汁机 安徽颍上力程仪器设备有限公司；
0-100精密酒精计 河北沧州超越仪器仪表有限公司；
722型可见分光光度计 青岛聚创环保集团有限公司；
BJPX-SG170Ⅱ立式恒温振荡培养箱 济南鑫宇鑫医疗设备有限公司。
1.3 方法
1.3.1 工艺流程
1.3.2 操作要点
将嘉宝果洗净、去核、榨汁。
过滤：过滤掉果渣，在滤液中加入60 mg/L SO2，防止杂菌污染。
加入一定体积饮用纯净水：按嘉宝果果汁与水体积比为2∶1的比例加入饮用纯净水。
成分调整：测定加水后嘉宝果果汁的初始糖度约为130 g/L，加入白砂糖调节其糖度至230 g/L，测定其初始酸度为6.8 g/L，加入柠檬酸调整其酸度至4.5 g/L。
发酵：在果汁中加入0.6%的果酒酵母，在28 ℃恒温培养箱中进行发酵，发酵时间为13 d。
醋酸发酵：在嘉宝果果酒中加入0.6 g/L果醋菌，在32 ℃的恒温振荡培养箱中进行醋酸发酵，发酵时间为10 d。
1.3.3 嘉宝果果酒发酵过程参数测定
测定果酒发酵结束时的酒精度及总糖含量。在果醋发酵期间(10 d内)每隔24 h测定酒精度、醋酸含量及果醋菌生长量(OD值)。
1.3.3.1 酒精度的测定
采用蒸馏法[28]进行测定。
1.3.3.2 总糖含量的测定
采用詹梦涛等[29]介绍的比色法进行总糖含量的测定。获得标准曲线回归方程为y=0.555 2x+0.017 9，相关系数R2=0.997。
1.3.3.3 果醋菌生长量的测定
采用分光光度计法，从接种果醋菌开始，在600 nm波长处每隔24 h测定果醋发酵液的OD值，OD值是反映果醋菌生长量的指标，能反映出果醋菌在发酵过程中的生长情况。
1.3.3.4 醋酸含量的测定
采用酸碱滴定法测定醋酸含量。
1.3.4 数据处理及发酵动力学模型的建立
测得嘉宝果果醋发酵期间的果醋菌生长量、酒精度及醋酸生成量数据，通过Origin 8.6软件进行非线性拟合，根据相关系数的大小选择果醋菌生长量、酒精度及醋酸生成量动力学模型的最佳原始方程，并通过回归求解获得原始方程的各项参数，建立对应的发酵动力学模型。
嘉宝果果酒发酵结束时测得其酒精度为12.0%，总糖含量为16.2 g/L。在果酒发酵液中按0.6 g/L的添加量接种果醋菌，进行10 d的果醋发酵。
2.1 嘉宝果果醋中果醋菌生长量、酒精含量、醋酸生成量的变化情况
嘉宝果果醋发酵过程中果醋菌生长量、酒精含量、醋酸生成量的变化情况见图1。
图1 嘉宝果果醋发酵过程中主要指标变化曲线Fig.1 Change curves of main indexes in the fermentation process of Myrciaria cauliflora fruit vinegar
果醋菌生长量和醋酸生成量随着发酵时间的延长而不断增加，尤其是在第3～8天迅速上升，然后变化趋于平缓，发酵结束时(第10天)测得醋酸生成量为6.79 g/dL。酒精含量在发酵前3 d变化较为缓慢，与果醋菌生长量和醋酸生成量在前3 d的变化趋势相对应，在第3～8天，含量迅速下降，然后趋于平缓，第10天发酵结束时酒精含量为0.6%。果醋菌生长量、酒精含量、醋酸生成量的变化曲线符合发酵过程中菌体形成、底物消耗和产物形成三者间的对应关系，嘉宝果果醋在从果酒开始的发酵过程中，果酒中所含的酒精是果醋菌生长所要消耗的主要底物，所以果醋菌生长量快速增长的这段时期也是酒精含量快速下降的时期，由于大量消耗分解嘉宝果果酒中的各种营养物质及酒精，产物醋酸的生成量也快速增加。在发酵后期(第8～10天)，果醋菌生长量变化趋势明显变缓，这是因为果醋菌的生长状态由生长对数期开始逐渐进入到稳定期，最后衰亡，其消耗酒精能力和产醋酸作用均开始减弱，酒精含量和醋酸生成曲线变化趋势变缓。
2.2 果醋菌生长量动力学模型
果醋菌的生长量在延滞期、对数期和稳定期的生长曲线类似于“S”形，利用呈“S”形的Boltzmann、Logistic和SGompertz 3种模型对果醋菌生长量的变化趋势进行非线性拟合。
表1 果醋菌生长量(OD值)的模型方程及其相关系数Table 1 The model equations and correlation coefficients of the growth of fruit vinegar bacteria (OD value)
由表1可知，对果醋菌生长量进行拟合的3种模型对应的相关系数分别为0.994 0，0.992 4，0.997 2，Boltzmann模型的相关系数最高，说明相比于其他两种模型，它对果醋菌生长量的拟合性最好。其原始方程如下：
(1)
式中：y为果醋菌生长量(OD值)；
A1为初始果醋菌生长量(OD值)；
A2为发酵结束时果醋菌生长量(OD值)；
x为发酵时间(d)；
x0、dx为方程系数。
对式(1)进行非线性拟合，得A1=-0.001 12，A2=0.443，x0=5.18，dx=1.20。带入式(1)得果醋菌生长量随发酵时间变化的动力学模型为：
(2)
果醋菌生长量Boltzmann模型拟合曲线见图2。
图2 果醋菌生长量Boltzmann模型拟合曲线Fig.2 Fitted curve of Boltzmann model of growth of fruit vinegar bacteria
2.3 醋酸生成量动力学模型
由表2可知，醋酸生成量与果醋菌生长量的变化趋势相对应，仍然采用Logistic、SGompertz和Boltzman 3种模型进行醋酸生成曲线的非线性拟合，相关系数分别为0.991 5，0.989 7，0.994 3。Boltzmann模型的相关系数最高，说明其拟合效果最好。方程如下：
(3)
表2 醋酸生成量模型方程及其相关系数Table 2 The model equations and correlation coefficients of acetic acid production
式中：y表示醋酸生成量(g/dL)；
A1表示初始醋酸含量(g/dL)；
A2表示发酵结束时的醋酸含量(g/dL)；
x表示发酵时间(d)；
x0、dx为方程系数。
通过Origin 8.6软件对发酵过程中的醋酸含量和式(3)进行拟合，得到A1=0.041 8，A2=6.97，x0=5.07，dx=1.11，带入式(3)得醋酸生成量随发酵时间变化的动力学模型为：
(4)
醋酸生成量与Boltzmann模型拟合曲线见图3。
图3 醋酸生成量Boltzmann模型拟合曲线Fig.3 Fitted curve of Boltzmann model of acetic acid production
2.4 酒精消耗动力学模型的建立
酒精消耗动力学模型建立的拟合方程及相关系数见表3。
表3 酒精消耗模型方程及其相关系数Table 3 The model equations and correlation coefficients of alcohol consumption
发酵期间酒精含量的数据用Logistic、DoseResp和Boltzmann 3种模型进行非线性拟合，相关系数分别为0.995 2，0.995 1，0.995 1,Logistic模型的相关系数最高。酒精的消耗主要用于发酵过程中果醋菌的生长和醋酸的产生。Logistic模型原始方程如下：
(5)
式中：y表示酒精含量(%)；
A1表示初始酒精度(%)；
A2表示发酵结束时的酒精度(%)；
x表示发酵时间(d)；
x0、p为方程系数。
通过Origin 8.6软件对酒精度和式(5)进行拟合，得A1=12.0，A2=-1.22，x0=5.56，p=3.39。带入式(5)得动力学模型为：
(6)
酒精消耗的Logistic模型非线性拟合曲线见图4。
图4 酒精消耗Logistic模型拟合曲线Fig.4 Fitted curve of Logistic model of alcohol consumption
从嘉宝果在发酵10 d期间果醋菌生长量(OD值)、酒精消耗及醋酸生成量的变化趋势来看，三者相互关联，在发酵第3～8天，醋酸生成量随着菌体生长量的急剧增加而升高，同时，酒精含量迅速下降，发酵结束时(第10天)嘉宝果果醋中果醋菌生长量(OD值)为0.434，酒精度为0.6%，醋酸含量为6.79 g/dL。
用发酵动力学对嘉宝果果醋发酵过程中果醋菌生长量、基质消耗(即酒精度)和产物醋酸生成三者之间的关系进行定量描述，根据几种模型非线性拟合相关系数的比较，以Boltzmann方程建立嘉宝果果醋的果醋菌生长量及醋酸生成量动力学模型，以Logistic方程建立酒精消耗动力学模型，3种模型的相关系数R2分别为0.997 2，0.994 3，0.995 2。说明选择的动力学模型能很好地描述果醋菌生长量、醋酸生成量及酒精消耗在发酵过程中的变化及相互关联情况。嘉宝果果醋发酵动力学模型的建立，为描述发酵的动力学特征及今后嘉宝果果醋的工业化生产提供了理论支持。
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