金种子人工窖泥及其黄土原料理化成分的检测分析

程 伟 ，汪焰胜，黄训端，薛锡佳，吴宏萍，关玉权，岳腾飞，谢国排，彭 兵

（1.安徽金种子酒业股份有限公司，安徽阜阳236023； 2.安徽大学健康科学研究院，安徽合肥230601； 3.安徽金种子集团有限公司分析检测中心，安徽阜阳236018）

金种子人工窖泥及其黄土原料理化成分的检测分析

程 伟1，汪焰胜2，黄训端2，薛锡佳3，吴宏萍3，关玉权1，岳腾飞1，谢国排1，彭 兵1

（1.安徽金种子酒业股份有限公司，安徽阜阳236023； 2.安徽大学健康科学研究院，安徽合肥230601； 3.安徽金种子集团有限公司分析检测中心，安徽阜阳236018）

优质窖泥是生产高质量浓香型白酒的基本条件，土质是决定窖泥质量的关键因素。窖泥的水分、温度、pH值、矿质元素、有机质成分等非生物因素，是窖泥微生物生存、繁衍、代谢的前提条件。掌握窖泥及其黄土原料的基本理化性质和主要化学成分的种类及含量，有利于制订科学、合理、优化的人工窖泥培养方案。以金种子人工窖泥及其黄土原料为研究对象，采用电感耦合等离子体光谱法、分光光度法等多种分析方法对其相关理化指标进行检测分析，为人工窖泥的制备及质量控制提供依据。结果表明，金种子人工窖泥高度富含有机物，以当地的黄土为原料制备人工窖泥，需要添加大量的有机质，窖泥中Cd、Pb、Cr等重金属的单项污染指数值显著低于国标限量水平，表明企业制备的人工窖泥无重金属污染的风险。

人工窖泥； 理化指标； 检测分析； 重金属

窖泥与浓香型白酒中复杂的呈香呈味物质的形成直接相关，是浓香型白酒窖香的基础[1]。目前，人工窖泥的制备多使用部分窖内有机物质以及窖外物质，如藕塘泥、烂水果、肠衣水、骨粉、大曲粉、麸皮等为材料，并添加少量微量化学元素，再配以含人工筛选的己酸菌培养液等。若人工窖泥培养中忽视土壤的选择，可能会加快窖泥的板结老化进程；土壤杂质多，沙性大，造成窖泥持水性较差，窖泥因失水过快出现老化现象；土壤含钙量、含铁量等较高，窖泥也容易出现板结等现象。土壤是窖泥培养的基础，是决定窖泥质量的关键性因素，也是窖池退化的原因之一；因此，人工窖泥培养过程中对土质的选择十分重要[2]。泥土是己酸菌、甲烷菌等的栖息场所，在窖泥培养之前，泥土的选择非常重要，应该对土壤的不同地区、不同深度、理化成分、微生物群属及数量等方面进行分析[3]。研究表明，人工窖泥培养使用的地表土以中壤或重壤较好，黄泥最佳；其中的N、P、K及有机质含量较为丰富，比例协调，pH值适中，有害重金属及农残含量低[4]。

本实验以金种子人工窖泥及其当地的黄土原料为研究对象，采用电感耦合等离子体光谱法、分光光度法等多种分析方法对相关理化指标进行检测分析，有利于企业优化人工窖泥培养工艺，合理设计培养配方，为“新窖老熟”窖池环境的人工模拟和窖泥的维护保养提供理论依据。结果表明，金种子人工窖泥高度富含有机物，以黄土为原料制备人工窖泥，需要添加大量的有机质，窖泥中Cd、Pb、Cr等重金属的单项污染指数值显著低于国标限量水平，表明企业制备的人工窖泥无重金属污染的风险。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂及仪器

样品：从金种子酒业酿酒车间10条窖池中采集的共10份窖泥样品，并分别编号为JKY1—JKY10；优质黄土：取自金种子酒业酿酒生产厂区。

试剂：高氯酸、氢氟酸、盐酸、硫酸等试剂均为分析纯，购于国药集团。

仪器设备：雷兹PHS-25型pH计，752分光光度计，元素分析仪（Vario ELⅢ,德国），电感耦合等离子体光谱仪（XSP IntrepidⅡ，美国），烘箱等。

1.2 实验方法

窖泥干燥粉碎处理：采用室内阴干法进行干燥，将样品放在容器中摊成薄层，阴干即可；采用研钵粉碎干窖泥，过100目筛，密闭干燥保存，备用。窖泥干物质含量测定方法：采用烘干法，将窖泥称重后放置于105℃干燥箱中过夜至恒重，称量和计算。化学分析[5-7]：应用元素分析仪测定总C、总H、总N，电感耦合等离子体光谱法测定Ca、Fe、Mg、K、Na等，钼锑抗分光光度法测定总P，硫酸钡分光光度法测定总S，采用纳氏试剂分光光度计法测定氨N，有机质采用高锰酸钾-硫酸外加热法。

2 结果与分析

2.1 窖泥和黄土中水分含量的测定

取JKY1—JKY10优质鲜窖泥，105℃烘至恒重，称量，测定结果见表1，表明窖泥干物质含量在53%～57%，平均值为55.30%。从酿酒厂区采集的黄土按照同样方法处理，其水分含量为20.4%。

表1 窖泥和黄土样品中干物质含量的测定结果

窖泥中除干物质外，主要为水分，水分对窖泥中的微生物生长代谢和窖泥保养起着重要的作用。窖泥中的水分必须要达到一定的含量才能保障窖泥中微生物进行必要的生理代谢，水分含量过低或过高都会影响窖泥品质，成熟窖泥样品的水分含量差异不大，常介于40%～50%之间。水分不足的窖泥，会严重影响发酵过程中的酶促反应作用和热量与物质的传递，导致己酸菌难以繁衍代谢，窖泥过早老化[8]。黄土含水量相对较低，制备窖泥时需补充大量的水分或液体营养成分。

2.2 窖泥和黄土中有机元素含量的测定

窖泥是微生物的载体，有机物含量丰富，对10条窖池采集的窖泥样品中C、H、N、P、S等有机元素含量进行测定，结果见表2。可以看出，窖泥中总C元素平均含量为6.09%，总H元素平均含量1.28%，总N元素平均含量1.22%，氨N平均含量1.64‰，总P元素平均含量11.37‰，总S元素平均含量1.49‰。与黄土中有机元素含量比较可知，窖泥是高度富含有机质的肥沃泥土，若以黄土为原料制备人工窖泥，需要大量添加有机质。培养窖泥时，一般选用黏性较大的黄黏土和含腐殖质高、含沙量极少的池塘泥等。不宜在黄泥中加入大量污泥，因为来自污泥的微生物大多是与酿酒生产无关的细菌，这样培养的窖泥会带有异杂味，影响原酒品质。

表2中各窖池窖泥样品间变异有一定幅度，总C、总H、总N、氨N、总P、总S的变异系数分别是39.70%、26.56%、29.51%、40.85%、49.96%、28.86%。结果表明，各窖池的窖泥间有机元素存在较大幅度偏差，一定程度上反映了有机元素在不同排次的粮醅固体发酵过程中存在微生物消耗和粮醅有机物的渗透等差异。在有机元素消长的复杂过程中，及时跟踪、调节窖泥中有机质的含量，有利于提高窖池管理水平。因此，在人工窖泥培养及窖池养护过程中，构建和维护良好的微生态区系，保持充足的水分、均衡的营养、适宜的pH值环境等是养护窖池遵循的基本原则[9]，生产中应根据窖泥及土质的检测结果，及时有针对性的补充有机质等成分。

表2 窖泥和黄土样品中有机元素含量的测定结果

表3 窖泥和黄土样品中矿质元素含量的测定结果

表4 窖泥和黄土样品中Cd、Pb等重金属元素含量的测定结果 (g/kg)

2.3 窖泥和黄土中矿物元素含量的测定

窖泥中矿质元素Ca、Fe、Mg、K、Na等的含量测定结果见表3，由表3可知，Ca、Fe、Mg、K、Na等是窖泥中的大量元素，百分含量分别是1.98%、3.25%、1.04%、2.73%、2.67%；各窖池窖泥间Ca、Fe、Mg、K、Na等含量的变异系数分别是48.99%、10.15%、41.35%、6.59%、35.21%。以上检测结果表明在发酵过程中，Ca、Mg、Na等的含量变化较大，Fe、K等的含量变化相对稳定。除Na元素外，窖泥和黄土中所含有的Ca、Fe、Mg、K等矿物元素基本相当，表明使用当地黄土在培养人工窖泥时无需额外补充矿物元素。

2.4 窖泥和黄土中重金属元素含量的测定

窖泥经过多年培养和在酿酒过程中的反复使用，其重金属元素可能来源于几个方面：新培养窖泥时所采用的外源土壤，窖泥培养及使用过程中的水源、车间环境、使用的机械及金属器具等。窖泥中的重金属存在污染或抑制窖泥中多种功能微生物正常生长繁殖的风险，重金属在酿造过程中也存在迁移到原酒中的风险，导致在商品酒中可能会检测到重金属的存在。本文将窖泥和黄土用强酸微波湿法完全消解，采用电感耦合等离子体发射光谱法快速测定了窖泥和黄土样品中重金属元素Cd、Pb、Cr、Cu、Zn 等的含量，结果见表 4。从 Cd、Pb、Cr、Cu、Zn等重金属元素变异系数分析可知，Pb变异系数最大，为131.85%，其迁移变化活跃，应该从源头加以控制，能更好降低Pb含量。黄土中Zn的含量略高，但在安全范围之内，且Zn是许多酶的激活剂。

窖泥中Cd、Pb、Cr、Cu、Zn元素含量平均值分别为0.0007 μg/g、0.0113 μg/g、0.0983 μg/g、0.0385 μg/g、0.9107 μg/g。对照GB 15618—1995《土壤环境质量标准》，Cd、Pb、Cr、Cu、Zn含量均处于显著低的水平，窖泥Cd、Pb、Cr、Cu、Zn的单项污染指数值处于10-3～10-5数量级。以上数据表明该企业所用窖泥处于清洁安全水平，低于国标限量水平，无重金属污染风险。重金属是重要的污染源，具有隐蔽性、污染周期长，难以修复，建议在实践中加强重金属污染源头控制，选择优质无污染的原料土制备人工窖泥。

3 讨论与总结

培养窖泥所使用的基础泥，其化学成分、矿质元素及土壤结构等存在较大差异。培养优质窖泥一般应选择有机质含量高、细腻的塘泥或林下土，香味纯正、色泽深灰的优质窖皮泥，无污染且有一定黏性的黄泥等，并进行合理搭配，以适应窖泥微生物生长繁殖及建窖的需要。研究表明，金种子人工窖泥样品JKY1—JKY10的水分平均含量为44.7%，与多数文献报道窖泥含水量42%～48%之间相当。窖泥中总C元素平均含量为6.09%，总H元素平均含量1.28%，总N元素平均含量1.22%，氨N平均含量1.64‰，总P元素平均含量11.37‰，总S元素平均含量1.49‰。金种子人工窖泥高度富含有机物，以当地黄土为主要原料制备人工窖泥时，需要添加大量的有机质；因此，在金种子人工窖泥配方中，选择使用当地价格较低、来源丰富的小麦粉、豆饼粉等作为补充有机质的主要来源。

在发酵过程中，窖泥中的部分有机元素被微生物消耗，粮醅中的有机物向窖泥中渗透，能充分满足微生物的需要，这可能是有机元素关联度低于矿质元素的主要原因；因此，在窖泥养护过程中应关注矿质元素的含量及其变化，并有针对性的补充有机质等成分。窖泥和黄土中矿质元素Ca、Fe、Mg、K、Na等的含量测定结果表明，使用当地黄土制备窖泥时无需额外添加矿质元素。采用电感耦合等离子体发射光谱法快速测定了窖泥及其黄土原料中重金属元素Cd、Pb、Cr、Cu、Zn等的含量，处于极低水平，无重金属污染风险，当地黄土可以作为制备人工窖泥所需优质泥土的来源。

[1]程伟,吴丽华,徐亚磊,等.浓香型白酒酿造微生物研究进展[J].中国酿造,2014(3)：1-4.

[2]康峰.窖泥活性降低原因分析与提高窖泥活性的研究[J].酿酒科技,2003(3)：49-50.

[3]卜宇宏.浓香型白酒生产有机窖泥培养[J].酿酒科技,2011(10)：61-64.

[4]李海峰,沈才洪,卢中明,等.人工窖泥的研究进展[J].酿酒,2012(2)：96-99.

[5]张部昌,彭兵,谢国排,等.窖泥重金属元素电感耦合等离子体光谱法测定及分析[J].中国酿造,2015,34(12)：167-170.

[6]黄训端,谢国排,彭兵,等.窖泥化学元素含量与窖池产酒的灰色关联度分析[J].皖西学院学报,2015,31(5)：110-115.

[7]谢国排,黄训端,陈兴杰,等.ICP-AES法测定及分析窖泥中重金属元素[J].中国酿造,2015(12)：167-170.

[8]李玉忠,李学基,徐岩.人工老窖的退化原因及其处理方法[J].酿酒,2004(5)：32-34.

[9]张家庆.浓香型白酒窖泥养护与制曲关键技术研究[D].武汉：湖北工业大学,2015.

Detection and Analysis of Physiochemical Components in Jinzhongzi Artificial Pit Mud and Its Raw Material

CHENG Wei1,WANG Yansheng2,HUANG Xunduan2,XUE Xijia3,WU Hongping3,GUAN Yuquan1,YUE Tengfei1,XIE Guopai1and PENG Bing1
（1.Jinzhongzi Distillery Co.Ltd.,Fuyang,Anhui 236023;2.Institute of Health Sciences,Anhui University,Hefei,Anhui 230601;3.Analysis and Test Center,Jinzhongzi Distillery Co.Ltd.,Fuyang,Anhui 236018,China)

High quality pit mud is the basic condition for producing quality Nongxiang Baijiu,and soil quality is the key factor to determine the quality of pit mud.The abiotic factors including moisture content,temperature,pH,mineral elements and organic substances in pit mud are the prerequisites for the survival,reproduction and metabolism of microbes in pit mud.The understanding of the basic physiochemical properties of pit mud and the varieties and content of its main chemical components is beneficial to scientific,rational and optimized culture of artificial pit mud.In this paper,Jinzhongzi artificial pit mud and its raw material(yellow soil)were used as the research objects,and inductively coupled plasma spectrometry,spectrophotometry and other analytical methods were used to analyze their physiochemical indexes,which provided useful reference for the preparation of artificial pit mud and its quality control.The research demonstrated that,the preparation of Jinzhongzi artificial pit mud by local yellow soil required the addition of large amounts of organic substances,besides,the pollution index of Cd,Pb,Cr and other heavy metals in pit mud was significantly lower than international standard limit level,which proved that there was no heavy metal pollution risk in the prepared artificial pit mud..

artificial pit mud;physiochemical indexes;detection and analysis;heavy metal elements

TS262.3；TS261.4；TS261.7

A

1001-9286（2017）12-0114-05

10.13746/j.njkj.2017218

安徽大学金种子酒业产业技术研究院校企合作项目；安徽省柔和型白酒酿造及质量安全工程技术研究中心资助项目。

2017-08-10

程伟（1984-），男，安徽阜阳人，工学硕士，工程师，高级品酒师，研究方向为食品微生物技术及发酵工程，E-mail：564853735@qq.com。

彭兵（1970-），男，安徽六安人，高级工程师，高级品酒师，省级白酒评委，研究方向为酿酒生产技术与现代企业管理。

优先数字出版时间：2017-10-12；地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20171012.1549.003.html。