濃香型白酒窖泥養(yǎng)護(hù)探討

江 鵬，何朝玖，彭春芳，劉燕梅，肖龍泉，陳 卓

（1.宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院 五糧液技術(shù)與食品工程學(xué)院，四川 宜賓 644003；2.宜賓市六尺巷酒業(yè)有限公司，四川 宜賓 644000；3.宜賓市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所，四川 宜賓 644002；4.成都大學(xué) 藥學(xué)與生物工程學(xué)院，四川 成都 610106）

濃香型白酒是中國四大基本香型白酒（濃香型、醬香型、清香型和米香型）之一，其典型釀造特征就是采用泥窖固態(tài)發(fā)酵。窖池的功能載體是窖泥，窖泥是白酒固體發(fā)酵過程中微生物的重要來源，窖泥微生物的群落結(jié)構(gòu)對濃香型白酒的質(zhì)量有著重要影響[1]。長時間的馴化與選擇，孕育了窖池中獨特的窖泥微生物群落。它們既相互共生，又相互競爭，通過復(fù)雜的相互作用關(guān)系，形成了一個獨特的微生物生態(tài)系統(tǒng)[2]。在白酒發(fā)酵過程中，窖泥中的釀酒微生物逐漸進(jìn)入白酒糟醅中參與產(chǎn)酸產(chǎn)酯，賦予濃香型大曲酒典型的風(fēng)格特征[3-6]。窖泥的不當(dāng)使用以及缺少養(yǎng)護(hù)，都會導(dǎo)致窖泥出現(xiàn)不同程度的退化或老化，嚴(yán)重影響濃香型白酒的質(zhì)量和產(chǎn)量。因此，對窖泥養(yǎng)護(hù)的研究具有十分積極的意義和深遠(yuǎn)的影響。該文主要對現(xiàn)階段窖泥微生物的研究現(xiàn)狀進(jìn)行概述，總結(jié)了濃香型大曲酒窖泥老化的現(xiàn)象，分析了濃香型大曲酒窖泥老化的原因，探討窖泥養(yǎng)護(hù)的措施，以期為窖泥生產(chǎn)和養(yǎng)護(hù)提供理論參考。

1 窖泥的概述

濃香型白酒是一類以泥窖固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)的白酒，窖泥微生物的結(jié)構(gòu)與濃香型白酒的質(zhì)量存在密切關(guān)系，即窖泥中釀酒優(yōu)勢菌群代謝越穩(wěn)定，濃香型白酒的質(zhì)量越高。窖泥中的微生物種類的多樣性及其群落結(jié)構(gòu)決定了窖泥功能的穩(wěn)定性。窖泥的主要優(yōu)勢微生物有厚壁菌門、變形菌門、擬桿菌門、放線菌門、擬桿菌門、互養(yǎng)菌門、綠彎菌門和廣古菌門等[7-11]。窖泥微生物的群落結(jié)構(gòu)對濃香型白酒中香味物質(zhì)的形成有較大的影響[12]。濃香型白酒的質(zhì)量與窖齡長短存在一定的關(guān)系，通常情況下窖齡越長，白酒品質(zhì)越高[13]。不同窖齡窖泥微生物的數(shù)量和群落結(jié)構(gòu)不同，不同酒廠的窖泥微生物在種類和結(jié)構(gòu)上也存在一定差異，這可能是造成我國濃香型白酒風(fēng)味多樣化的原因之一[14-15]。如五糧液窖泥中群系復(fù)雜的厚壁菌門細(xì)菌與其他濃香型白酒窖泥的原核微生物群落存在顯著差異[16]。不同窖池的窖泥微生物中細(xì)菌和乳酸菌也存在一定差異[17]。新窖泥與趨老熟窖泥的典型微生物是乳球菌和乳酸菌，老熟窖泥的典型微生物是梭菌[18]。

2 窖泥退化的研究進(jìn)展

隨著窖泥中的雜質(zhì)（糠殼等）含量逐漸增多和窖泥中營養(yǎng)物質(zhì)含量的減少以及有害代謝產(chǎn)物的不斷積累，不僅會造成窖泥的理化指標(biāo)發(fā)生改變，還會使窖泥微生物種類和數(shù)量發(fā)生變化。窖泥生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性減弱使得窖泥的功能退化，進(jìn)而影響濃香型白酒的質(zhì)量和產(chǎn)量。

2.1 窖泥老化的現(xiàn)象

2.1.1 老化窖泥理化指標(biāo)的變化

正常的窖泥呈烏黑色、濕潤，手感柔軟細(xì)滑，有濃郁的窖泥香[19]。老化后的窖泥pH、有效磷、水分含量、銨態(tài)氮含量、丁酸含量變低，鈣、鐵含量、氧化還原電位、動電電位、總酸含量、甲酸含量、乳酸含量顯著升高[20-21]。同時在窖泥表面及內(nèi)部會析出白色顆粒或針狀結(jié)晶物質(zhì)，即窖泥的“鈣化”。嗅之缺少香味或香味較淡[22]。研究發(fā)現(xiàn)白色粉末狀物質(zhì)的主要成分是乳酸鈣和乳酸鎂，細(xì)長針狀結(jié)晶物質(zhì)的主要成分是乳酸亞鐵，這些物質(zhì)會使窖泥板結(jié)堅硬[23]。通常情況下窖池中上部的窖泥易發(fā)生老化，輕度老化的窖泥中可見少量白色針狀晶體，嚴(yán)重老化的窖泥中析出大量白色針狀晶體。北方窖泥老化時易產(chǎn)生以乳酸鈣（乳酸鎂）為主的白色粉末，而南方窖泥老化易生成以乳酸亞鐵鹽為主的針狀晶體。

2.1.2 老化窖泥微生物指標(biāo)的變化

正常窖泥的微生物種類和數(shù)量較大。通常情況下窖泥微生物群落多樣性指數(shù)與窖泥質(zhì)量呈正相關(guān)。正常窖泥細(xì)菌群落的多樣性指數(shù)高于老化窖泥[24]。老化窖泥的優(yōu)勢菌門數(shù)最少，僅有變形菌門、厚壁菌門、擬桿菌門3個優(yōu)勢菌門，其中以變形菌門為主[25]。趨老化窖泥、老化窖泥的微生物群落多樣性依次減少。老化窖泥中微生物群落核心的屬總含量非常低，主要集中在梭菌綱和擬桿菌綱。窖泥在老化或鈣化階段的特征代謝產(chǎn)物以甲醇、二甲胺等化合物為主[26]。

2.2 窖泥老化的原因

引起窖泥老化或功能退化的原因很多。隨著對窖泥微生物深入研究，對窖泥老化的認(rèn)識越來越清晰。窖泥老化可能是由于工藝操作不當(dāng)或發(fā)酵周期過長（壓排時間長）引起母糟酸度過高引起的。窖泥長時間處于高酸度的環(huán)境下窖泥自身的pH也會變低，窖泥微生物的種類和數(shù)量在這樣的環(huán)境下發(fā)生微小的變化。這種微小的變化不能及時引起直觀的老化現(xiàn)象。但這種微小變化會導(dǎo)致窖泥微生物群落結(jié)構(gòu)和數(shù)量慢慢的變化。如微生物代謝產(chǎn)生過量的乳酸，過量的乳酸又無法通過窖泥微生物菌群代謝互作轉(zhuǎn)化為甲烷，會加速窖泥老化[27]。

已有研究發(fā)現(xiàn)窖泥中的水解/發(fā)酵菌群、互營養(yǎng)產(chǎn)乙酸菌群和產(chǎn)甲烷菌群代謝互作的穩(wěn)定性與窖泥的pH有關(guān)，通常這三類代謝趨于穩(wěn)定的窖泥，有利于窖泥微生物群落結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定[28]。當(dāng)窖泥pH發(fā)生變化后，這三類代謝的穩(wěn)定性受到影響，窖泥微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變[29]。乳桿菌屬等產(chǎn)酸菌群大量繁殖產(chǎn)生過量的乳酸，乳酸和窖泥中的鈣離子和亞鐵離子等生產(chǎn)白色難溶物。乳酸亞鐵等會損傷己酸菌細(xì)胞膜從而抑制其生長[30]。乳酸鈣等會引起窖泥板結(jié)堅硬，影響窖泥和糟醅間的物質(zhì)交換，抑制功能微生物的活力。

綜上可知，窖泥老化的原因是窖泥中微生物群落的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，窖泥微生物菌群代謝紊亂，從而使得窖泥功能退化。

2.3 窖泥養(yǎng)護(hù)的研究

2.3.1 營養(yǎng)液對窖泥的養(yǎng)護(hù)研究

營養(yǎng)物質(zhì)是窖泥微生物生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，對窖泥微生物的生產(chǎn)繁殖有著重要影響。已有研究表明通過添加營養(yǎng)液對窖泥養(yǎng)護(hù)有一定的效果。林生旺等[31]研究發(fā)現(xiàn)，以優(yōu)質(zhì)黃水、雙輪底糟醅打成糟漿、大曲粉、乙醇、底鍋水等制成的養(yǎng)窖液對窖泥有顯著養(yǎng)護(hù)效果，若連續(xù)4年養(yǎng)護(hù)老化的窖泥可徹底扭轉(zhuǎn)窖泥退化的趨勢。梁萌等[32]研究發(fā)現(xiàn)，以鍋底水、大曲粉、窖泥制成的窖泥養(yǎng)護(hù)液可提高窖泥活性和質(zhì)量，延緩窖泥老化速度。崔鳳元等[33]研究發(fā)現(xiàn)，高溫大曲對補(bǔ)充窖泥營養(yǎng)和提高己酸菌的數(shù)量在延緩窖泥老化有較好作用。

2.3.2 功能微生物對窖泥的養(yǎng)護(hù)研究

窖泥微生物數(shù)量和結(jié)構(gòu)對于窖泥生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的維持和修復(fù)起著至關(guān)重要的作用。已有許多研究發(fā)現(xiàn)通過添加窖泥中的主要功能菌對窖泥具有一定養(yǎng)護(hù)作用。孫露露等[34]研究發(fā)現(xiàn)，生香酵母與己酸菌的復(fù)合培養(yǎng)液，有利于提高窖泥的養(yǎng)護(hù)效果，對提高濃香型白酒的產(chǎn)量和優(yōu)質(zhì)酒率有促進(jìn)作用。桑其明等[35]研究發(fā)現(xiàn)，以甲烷桿菌、己酸菌、老窖泥混合培養(yǎng)制成的窖泥養(yǎng)護(hù)液對窖泥有較為理想的養(yǎng)護(hù)效果，該養(yǎng)護(hù)液能明顯優(yōu)化窖泥微生物菌群結(jié)構(gòu)，提升窖泥質(zhì)量，提高原酒品質(zhì)。屈光偉等[36]研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合己酸菌液具有一定的養(yǎng)窖護(hù)窖效果。陳臣等[37]研究發(fā)現(xiàn)，以分離得到的窖泥功能菌混合菌種制成混合菌液在改善窖池窖泥內(nèi)微生物的生長環(huán)境、維持窖池窖泥內(nèi)各種微生物的生長以及發(fā)酵循環(huán)有著較好的效果。杜禮泉等[38]研究發(fā)現(xiàn)，以己酸菌、液體窖泥菌液和窖泥復(fù)合功能菌液混合制成的窖泥養(yǎng)護(hù)液對于退化窖泥的養(yǎng)護(hù)具有較好效果。張學(xué)英等[39]研究發(fā)現(xiàn)，在老化的窖泥中加入含己酸菌的復(fù)活劑，可以補(bǔ)充窖泥中優(yōu)勢微生物菌群。

2.3.3 產(chǎn)酸菌抑制劑對窖泥的養(yǎng)護(hù)研究

由于在發(fā)酵過程中產(chǎn)生大量有機(jī)酸，尤其是乳酸長時間累積，窖泥中易生成乳酸鈣或乳酸鎂等難溶物。這些物質(zhì)附著在窖泥表面會阻礙母糟中的營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入窖泥，從而使窖泥功能微生物減少。已有研究發(fā)現(xiàn)通過向窖泥加入產(chǎn)酸菌抑制劑可緩解或解決窖泥鈣化的問題，從而提高窖泥養(yǎng)護(hù)效果。陳彬等[40]研究發(fā)現(xiàn)，酒花酸浸提液和乳酸鏈球菌肽對于改善窖泥含水量、pH、氧化還原電位升高有顯著效果，產(chǎn)堿菌可以降低鈣化窖泥中的金屬離子含量，特別是降低Ca2+含量。喬宗偉[41]研究發(fā)現(xiàn)，L-乳球菌可抑制乳酸鈣的生成，延緩窖泥老化。

2.3.4 其他方法對窖泥養(yǎng)護(hù)的研究

劉樂樂等[42]研究發(fā)現(xiàn)，翻底添加泥炭可以延緩窖泥老化及提高窖池原酒優(yōu)級率及出酒率。文成兵等[43]研究發(fā)現(xiàn)對影響白酒發(fā)酵功能菌群生長代謝的窖泥的營養(yǎng)成分、水分及微生物區(qū)系等進(jìn)行補(bǔ)給、調(diào)節(jié)，同時落實“以糟養(yǎng)窖、以窖養(yǎng)糟”生產(chǎn)工藝，可提高窖泥質(zhì)量。王久明[44]通過對優(yōu)質(zhì)窖泥與老化窖泥比較分析，提出了應(yīng)“以防為主，防重于治”的養(yǎng)窖原則，且需長期堅持窖泥養(yǎng)護(hù)才能明顯改善窖泥的質(zhì)量，提高優(yōu)級酒率。崔鳳元等[45]研究發(fā)現(xiàn)，打孔灌注醋酸鈉溶液可調(diào)節(jié)窖泥的pH值，促進(jìn)有益微生物的生長繁殖，延緩窖池老化，促進(jìn)酒質(zhì)提升。

雖然補(bǔ)充營養(yǎng)物質(zhì)和補(bǔ)充功能微生物等對窖泥養(yǎng)護(hù)有一定的效果，但這些養(yǎng)護(hù)方法的作用機(jī)制尚不清楚、成效并不理想。這些研究也并未從根本上解決窖泥老化的問題。因而有必要對窖泥老化的原因進(jìn)一步深入剖析。

3 結(jié)論與展望

窖池是濃香型白酒生產(chǎn)中不可或缺的發(fā)酵設(shè)備，對濃香型白酒的質(zhì)量和產(chǎn)量起著重要的影響[46]。老化窖池窖壁上部窖泥常常出現(xiàn)結(jié)晶或板結(jié)的現(xiàn)象，出酒率及酒質(zhì)均顯著低于正常窖池[47]。部分酒廠窖泥的狀態(tài)（老化）僅通過感官鑒定或產(chǎn)酒率和優(yōu)質(zhì)率進(jìn)行判斷，缺乏科學(xué)依據(jù)，且由微生物引起的感官變化具有滯后性，不能及時反映窖泥狀態(tài)的變化[48]。研究發(fā)現(xiàn)不同品質(zhì)窖泥的理化特性存在顯著差異，水分含量、總氮、銨態(tài)氮、pH、腐殖質(zhì)、有效磷含量等理化特性與窖泥中的微生物含量有關(guān)，一般情況下有效磷含量、pH與微生物含量呈正相關(guān)[29，31，49]。窖泥微生物群落多樣性指標(biāo)可作為窖泥退化的判斷依據(jù)[49]。窖泥微生物會隨著窖泥的老化發(fā)生顯著的變化。有研究發(fā)現(xiàn)在窖泥老化的過程是由于厚壁菌門增加和形桿菌門減少（消失）的結(jié)果[51]。

窖泥老化時產(chǎn)生的乳酸亞鐵等物質(zhì)不僅會抑制窖泥功能微生物的生長，還會使窖泥變硬甚至板結(jié)，從而進(jìn)一步影響窖泥微生物的生長繁殖[22-23，52]。窖泥微生物的生長繁殖不僅受營養(yǎng)物質(zhì)的影響，還受空間、生產(chǎn)工藝、原輔料等多種因素影響。利用現(xiàn)代微生物技術(shù)對窖泥微生物群落多樣性指標(biāo)監(jiān)測，結(jié)合窖泥理化指標(biāo)檢測結(jié)果，及時補(bǔ)充窖泥缺失營養(yǎng)成分和調(diào)整生產(chǎn)工藝參數(shù)，同時利用現(xiàn)代生物技術(shù)對窖泥的科學(xué)養(yǎng)護(hù)，不僅可防止窖泥功能微生物退化，還能促進(jìn)窖泥老熟。因此，建立窖泥退化快速評價體系，正確分析窖泥退化的原因，針對窖泥退化的原因制定精準(zhǔn)的窖泥養(yǎng)護(hù)措施，再輔以嚴(yán)格的生產(chǎn)操作，才能實現(xiàn)對窖泥的有效養(yǎng)護(hù)，最終提高濃香型白酒的質(zhì)量和產(chǎn)量。