不同配方人工窖泥的理化性質比較分析

姜雨函，王 西，王久明，黃浩特，羅愛民

（1.四川大學輕工科學與工程學院，四川成都 610065；2.四川郎酒股份有限公司，四川古藺 646523；3.四川宜府春酒廠有限責任公司，四川成都 611500）

窖泥是生產濃香型大曲酒的關鍵，窖泥質量的好壞，直接影響到產品的質量。窖泥中的氮、磷、鉀、腐殖質等重要成分，可以為微生物的生長、繁殖提供營養。窖泥在長時間的反復使用中自然老熟，累積大量發酵有益微生物，形成窖泥微生態菌群體系，不同品質的窖泥在理化性質等表征上存在明顯的差異。

為提高濃香型白酒的質量和產量，便需要更多的優質窖池，窖池所需窖泥就成為了關鍵。因此各大企業專家致力于人工窖泥的培養研究，隨著研究的深入，人工窖泥對濃香型白酒生產起到了重要作用。然而人工窖泥的制備方法有很多，如何通過分析判斷其質量好壞成為一個難題[1]。

常見的人工窖泥基礎泥配方中以優質黃土為主要原料，添加窖內外物質和少量化學元素，如老窖泥、酒糟、黃水、曲粉、豆餅粉、磷酸氫二鉀等，并配以己酸菌培養液，為窖泥有益菌提供生長繁殖與代謝所需養分與環境條件，加速窖泥成熟。

本研究使用企業原有的優質老窖泥、泥液（老窖泥含量0.3%）、掃窖糟液、黃土以及其他成分，根據不同的配方進行人工窖泥培養，研究窖泥培養過程中的質量變化規律，并通過判斷人工窖泥質量初步篩選出最適宜的窖泥配方，為提高窖泥生產質量提供科學依據[2]。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

窖泥：人工窖泥基礎泥配方中以優質黃土為主要原料，添加輔料與營養物質包括：窖皮泥、強化己酸菌液、塘泥、泥碳、雙輪底糟、曲粉、豆粕、白糖、磷酸二氫鉀、碳酸氫銨、酒尾、黃水等。

為探究除基礎泥外，添加老窖泥、泥液、掃窖糟液對窖泥培養的效果和窖泥培養質量變化過程，設置窖泥配方具體情況見表1，以方案E為對照。

表1 人工窖泥配方設計

試劑：氣相色譜所用試劑均為市售色譜純；其他試劑為國產分析純。

儀器設備：KXH001-24恒溫干燥箱，成都科析儀器成套公司；UV756紫外可見分光光度計，上海佑科儀器儀表有限公司；JA1203電子天平，上海精科天美科學儀器有限公司；THZ-98AB恒溫振蕩器，上海恒科儀器有限公司；pHs-3C pH計，上海佑科儀器儀表有限公司；GC78901氣相色譜，安捷倫；Ice3500原子吸收光譜儀，美國Thermo scientific公司；HYP-320消化爐，上海纖檢儀器有限公司；KDN-19F定氮儀，上海纖檢儀器有限公司；JP-020超聲清洗機，深圳市潔盟清洗設備有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品采集方法

窖泥樣品均采自四川邛崍某酒廠，從培養開始當日起，每14 d取樣1次，直至培養結束，共4批次。取樣時采用五點取樣法，取窖池四角及中心五點的中層窖泥，混合均勻后裝入密封袋中放于-20 ℃控溫取樣箱中迅速運回，置于-20 ℃冰箱中備用。

1.2.2 窖泥理化分析方法

水分：烘干法；pH值：pH計法；氨態氮：納氏試劑法[3]；全氮：凱氏定氮法；有效磷：鉬酸銨比色法[3]；速效鉀：醋酸銨浸提-火焰光度法[4]；腐殖質：在油浴法基礎上改良的消化爐法[5]。

有機酸的測定：參照蔡雪梅等[6]的方法。稱取5 g樣品于25 mL離心管中，加入10 mL H3PO4（0.1%）溶液，振蕩混勻后在4000 r/min轉速下離心10 min，過水相0.22 μm濾膜，得到待測樣品。使用EC(TM)-WAX毛細管柱進行分離；載氣線速度25 cm/s，FID檢測器溫度250 ℃；程序升溫方案：起始溫度120 ℃，平衡時間3 min，以20 ℃/min升至220 ℃，維持10 min；分流比10∶1；進樣量1.0 mL。

有機酸酯的測定：參照袁玉菊等[7]的方法，取10 g窖泥，用體積分數為15 %的甲醇溶液定容至100 mL，30 ℃超聲40 min，過有機相0.45 μm濾膜后得到窖泥浸提液待測。使用DB-WAX毛細管柱進行分離；載氣線速度25 cm/s，FID檢測器溫度250 ℃；程序升溫方案：起始溫度40 ℃，平衡5 min，以20 ℃/min升至240 ℃，維持7 min，分流比5∶1，進樣量1.0 mL。

2 結果與分析

2.1 窖泥培養過程中理化性質分析

2.1.1 窖泥培養過程中水分含量變化（圖1）

適宜的水分利于微生物的生長、繁殖和代謝，水分過多則使窖泥過稀，在搭窖時容易垮塌或變形，造成使用不便[3]。由圖1可知，不同配方的窖泥含水量在32 %～37 %之間，與已有研究結果一致[8]。方案A的水分含量在所有批次中最高，分別是37.04%、35.80%、36.61%、36.44%，方案E水分含量在窖泥生產完成時最低，為32.27%。方案A、B、C的水分含量變化為先降低后增加，方案D和方案E的水分含量變化為先增加后降低。方案E丟失水分最多，下降了1.08 %，其余方案變化幅度都在1%以內。

圖1 窖泥培養過程中水分含量的變化

2.1.2 窖泥培養過程中pH值變化（圖2）

圖2 窖泥培養過程中pH值的變化

窖泥微生物的生長、繁殖活動受pH值影響較大。由圖2可知，窖泥的pH值在5.50～6.05之間，適宜己酸菌生長，符合優質窖泥的pH值范圍[9]。除方案E外，其余方案窖泥在培養過程中，pH值先略微下降然后上升，而方案E在第三批時才開始下降，且并未上升。

2.1.3 窖泥培養過程中氨態氮含量變化（圖3）

圖3 窖泥培養過程中氨態氮含量的變化

氨態氮是窖泥功能菌生長繁殖所需的主要氮源[10]。由圖3可知，所有窖泥的氨態氮含量在34.72 mg/100 g干土～69.75 mg/100 g干土之間，5種方案窖泥中氨態氮含量都呈先降低后增加的變化規律，培養初期微生物對氨態氮的消耗較大，含量下降，后期氨態氮的生成量大于消耗量，含量增加。方案D、E對氮的消耗量較少，最早實現增加，在第四批時，氨態氮含量已分別高于第一批1.63 mg/100 g干土和12.39 mg/100 g干土。方案A、B、C中添加老窖泥、泥液、掃窖糟液，窖泥中有更多微生物，對氨態氮的消耗量更大，因此氨態氮含量增加的時間較晚。

2.1.4 窖泥培養過程中全氮含量變化（圖4）

圖4 窖泥培養過程中全氮含量的變化

由圖4可知，不同配方窖泥在培養過程中的全氮含量變化有一定差異，方案D、E中全氮含量先增加再減少最后增加，方案A、B中全氮含量先減少再增加最后減少。方案A中全氮含量在培養開始時最高，為0.71 %，培養結束時含量最低，為0.46%，降低了0.25%的全氮含量，其余4種方案在培養前后全氮含量變化較小。

2.1.5 窖泥培養過程中有效磷含量變化（圖5）

圖5 窖泥培養過程中有效磷含量的變化

有效磷是土壤中能被植物吸收利用的磷，是細胞核、細胞膜的組成部分，也是微生物生長、繁殖的重要物質。由圖5可知，在5種方案的培養前期，微生物代謝旺盛，消耗了大量的有效磷，導致含量均快速下降，下降幅度分別為76.18 %、81.49 %、69.09%、69.02%、62.29%，而第二批至第四批的變化不大，穩定在10 mg/100 g干土～15 mg/100 g干土范圍內。可能由于加入老窖泥、泥液的原因，方案A、B第一批的有效磷含量明顯高于其余3種方案，分別為58.32 mg/100 g干土和51.07 mg/100 g干土，培養過程中二者有效磷分別降低了44.63 mg/100 g干土和40.71 mg/100 g干土。

2.1.6 窖泥培養過程中速效鉀含量變化（圖6）

圖6 窖泥培養過程中速效鉀含量的變化

鉀是窖泥微生物所需的重要無機鹽類，速效鉀是土壤中存在的水溶性鉀，因為這部分鉀能被植物快速吸收利用，故稱為速效鉀。所有方案中均為第一批速效鉀含量最高，方案A、B、D中速效鉀含量先降低后增加，方案C中速效鉀含量先降低后增加再降低，方案E中速效鉀含量持續降低。培養初期，方案A、B中速效鉀含量明顯高于方案D、E。

2.1.7 窖泥培養過程中腐殖質含量變化（圖7）

腐殖質是土壤中結構復雜的有機物，主要成分是含有胺基及環狀有機氮的化合物，是土壤中碳、磷、氮等元素的主要來源。腐殖質及其分解產物是微生物主要養分[3，11]。由圖7可知，本研究中窖泥的腐殖質含量在4.38 %～7.32 %之間。大部分第一批窖泥中腐殖質含量最高，在培養過程中略微減少。方案D、E中腐殖質含量降幅最大，分別為1.90%和1.64%。

圖7 窖泥培養過程中腐殖質含量的變化

2.1.8 窖泥培養過程中有機酸含量變化（表2—表6）

表3 方案B窖泥培養過程中5種主要有機酸含量的變化 (%)

表4 方案C窖泥培養過程中5種主要有機酸含量的變化 (%)

表5 方案D窖泥培養過程中5種主要有機酸含量的變化 (%)

有機酸是合成酯類物質的前體物質，窖泥中有機酸的含量對窖泥質量有重要影響。由表2—表6可知，除方案A以外，其余4種方案中5種重要有機酸的總含量變化情況為先增加后減少，且均在第二批時總量最高，減少的原因可能與酯類的形成有關。而方案A中有機酸總含量在第一批時已達到最大值，主要為乙酸，其原因可能是加入的老窖泥中本身含有較多的有機酸。5種方案中丁酸含量最高，均在第二批時達到最大值。丁酸由丁酸菌生成，丁酸可作為己酸的前體物質，也可與乙醇生成丁酸乙酯。乙酸含量位于丁酸之后，丙酸和己酸的含量較低。己酸是濃香型白酒主體香味成分己酸乙酯的前體物質，其含量先增加后減少，5種方案中己酸含量最高時分別為0.715 %、0.555 %、0.354%、0.294%、0.412%，以方案A中己酸含量最高。方案D、E中未檢測到乳酸，方案A、B、C僅在第四批次時檢測到少量乳酸的存在。窖泥中的乳酸由乳酸菌產生，參與乳酸乙酯的生成，但是造成窖泥老化的乳酸鈣、乳酸亞鐵的形成也與乳酸含量相關，避免乳酸含量過高是防止窖泥老化的重要措施。

表6 方案E窖泥培養過程中5種主要有機酸含量的變化 (%)

2.1.9 窖泥四大酯含量（表7）

表7 窖泥中四大酯含量 (mg/g)

濃香型白酒中最主要的四大酯類分別是己酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸乙酯和乳酸乙酯。如表7所示，不同方案人工窖泥中，己酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸乙酯、乳酸乙酯這幾種酯類的含量差距較大，四大酯總含量由高到低依次為A、C、E、B、D，分別為方案A的20.61 %、61.17 %、20.46 %、36.34 %。方案A中老窖泥由于長期與酒醅進行物質交換，帶入較多酯類；方案C中含有掃窖糟，由于其是酒醅緊鄰窖泥的部分，在原窖池發酵過程中積累有一定酯類。在四大酯中以乙酸乙酯含量最多，在不同方案四大酯中分別含有78.76 %、74.64 %、82.29 %、48.95 %、41.91 %的乙酸乙酯，5.18 %、5.40 %、4.54%、7.40%、8.23%的丁酸乙酯，0.65%、2.84%、0.97%、0%、2.63%的己酸乙酯，15.41%、17.09%、12.20%、43.65%、47.23%的乳酸乙酯。

2.2 窖泥感官評價（表8）

以色澤、氣味和手感為指標對窖泥進行感官評價，結果如表8所示。由表8可知，所有方案窖泥的色澤由主要原料黃泥的黃色變為棕褐色，手感柔熟細膩，有黏稠感，斷面泡氣并無刺手感。氣味方面，方案A、B、C、D均富有窖泥特有的芳香，且濃郁持久，而方案E香氣較淡，明顯比方案E更優。

表8 窖泥感官鑒定

2.3 人工窖泥配方理化性質主成分分析（表9）

表9 主成分相關性分析結果

由表9可知，不同人工窖泥的主成分分析中，主成分1方差貢獻率達到45.1 %，主成分2的方差貢獻率為24.6%，前2個主成分的方差貢獻率共計69.7%，特征值均大于1，前2個主成分中的因子可以解釋數據的大部分信息。

根據不同配方人工窖泥的理化性質結果進行主成分分析，結果如圖8所示，根據主成分1和主成分2可將5種配方人工窖泥進行區別。配方A、B分布在主成分1的正端，配方C、D、E分布在主成分1的負端，配方A、C、E分布在主成分的正端，配方B、D分布在主成分2的負端。方案A、B與E的距離最遠，分別為7.13和5.53，在水分、pH值、腐殖質、有效磷、速效鉀、己酸、乙酸乙酯、丁酸乙酯上差異明顯，證明了在配方中添加老窖泥或泥液的窖泥質量明顯優于不添加的窖泥，添加掃窖糟液的窖泥略優于不添加的窖泥。

圖8 不同工窖泥理化性質主成分分析

不同人工窖泥各指標主成分分析的特征向量如表10所示，對主成分1貢獻率由大到小依次為速效鉀、乳酸、水分、pH值、乙酸乙酯、有效磷、乙酸、乳酸乙酯、己酸乙酯，對主成分2貢獻率由大到小依次為乳酸乙酯、己酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸、丙酸、氨態氮、丁酸、乙酸乙酯、有效磷、己酸，說明這些指標均對窖泥質量具有重要影響。

表10 不同人工窖泥各指標主成分分析的特征向量

3 結論

通過研究5種不同配方窖泥培養過程中理化性質變化規律、感官評價，發現加入老窖泥、泥液、掃窖糟液的窖泥方案與不添加的方案具有明顯差異性，但也具有一些共同的規律。

5種不同配方窖泥中水分、有效磷、腐殖質和有機酸有相似的變化趨勢；方案A、B中pH值、氨態氮、速效鉀與方案E具有不同的變化趨勢；方案A中4種主要酯的含量最為豐富。前4種方案的感官指標在培養后得到了較大提升，尤其是氣味上，生味消除，并且富有老窖泥特有的香氣，明顯優于方案E。

通過主成分分析，窖泥中水分、pH值、速效鉀、腐殖質、有效磷含量對窖泥培養具有重要影響；乙酸、乳酸、己酸、乙酸乙酯、丁酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯對優質窖泥的品質有積極貢獻；可以將添加了不同方案的窖泥明顯區分開來，證明老窖泥、泥液、掃窖糟液對窖泥培養具有積極作用，其中又以方案A、B與方案E區別最大，結合感官，以除基礎泥外，添加老窖泥方案為最佳。