不同配方人工窖泥的理化性质比较分析

姜雨函，王 西，王久明，黄浩特，罗爱民

（1.四川大学轻工科学与工程学院，四川成都 610065；2.四川郎酒股份有限公司，四川古蔺 646523；3.四川宜府春酒厂有限责任公司，四川成都 611500）

窖泥是生产浓香型大曲酒的关键，窖泥质量的好坏，直接影响到产品的质量。窖泥中的氮、磷、钾、腐殖质等重要成分，可以为微生物的生长、繁殖提供营养。窖泥在长时间的反复使用中自然老熟，累积大量发酵有益微生物，形成窖泥微生态菌群体系，不同品质的窖泥在理化性质等表征上存在明显的差异。

为提高浓香型白酒的质量和产量，便需要更多的优质窖池，窖池所需窖泥就成为了关键。因此各大企业专家致力于人工窖泥的培养研究，随着研究的深入，人工窖泥对浓香型白酒生产起到了重要作用。然而人工窖泥的制备方法有很多，如何通过分析判断其质量好坏成为一个难题[1]。

常见的人工窖泥基础泥配方中以优质黄土为主要原料，添加窖内外物质和少量化学元素，如老窖泥、酒糟、黄水、曲粉、豆饼粉、磷酸氢二钾等，并配以己酸菌培养液，为窖泥有益菌提供生长繁殖与代谢所需养分与环境条件，加速窖泥成熟。

本研究使用企业原有的优质老窖泥、泥液（老窖泥含量0.3%）、扫窖糟液、黄土以及其他成分，根据不同的配方进行人工窖泥培养，研究窖泥培养过程中的质量变化规律，并通过判断人工窖泥质量初步筛选出最适宜的窖泥配方，为提高窖泥生产质量提供科学依据[2]。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂及仪器

窖泥：人工窖泥基础泥配方中以优质黄土为主要原料，添加辅料与营养物质包括：窖皮泥、强化己酸菌液、塘泥、泥碳、双轮底糟、曲粉、豆粕、白糖、磷酸二氢钾、碳酸氢铵、酒尾、黄水等。

为探究除基础泥外，添加老窖泥、泥液、扫窖糟液对窖泥培养的效果和窖泥培养质量变化过程，设置窖泥配方具体情况见表1，以方案E为对照。

表1 人工窖泥配方设计

试剂：气相色谱所用试剂均为市售色谱纯；其他试剂为国产分析纯。

仪器设备：KXH001-24恒温干燥箱，成都科析仪器成套公司；UV756紫外可见分光光度计，上海佑科仪器仪表有限公司；JA1203电子天平，上海精科天美科学仪器有限公司；THZ-98AB恒温振荡器，上海恒科仪器有限公司；pHs-3C pH计，上海佑科仪器仪表有限公司；GC78901气相色谱，安捷伦；Ice3500原子吸收光谱仪，美国Thermo scientific公司；HYP-320消化炉，上海纤检仪器有限公司；KDN-19F定氮仪，上海纤检仪器有限公司；JP-020超声清洗机，深圳市洁盟清洗设备有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 样品采集方法

窖泥样品均采自四川邛崃某酒厂，从培养开始当日起，每14 d取样1次，直至培养结束，共4批次。取样时采用五点取样法，取窖池四角及中心五点的中层窖泥，混合均匀后装入密封袋中放于-20 ℃控温取样箱中迅速运回，置于-20 ℃冰箱中备用。

1.2.2 窖泥理化分析方法

水分：烘干法；pH值：pH计法；氨态氮：纳氏试剂法[3]；全氮：凯氏定氮法；有效磷：钼酸铵比色法[3]；速效钾：醋酸铵浸提-火焰光度法[4]；腐殖质：在油浴法基础上改良的消化炉法[5]。

有机酸的测定：参照蔡雪梅等[6]的方法。称取5 g样品于25 mL离心管中，加入10 mL H3PO4（0.1%）溶液，振荡混匀后在4000 r/min转速下离心10 min，过水相0.22 μm滤膜，得到待测样品。使用EC(TM)-WAX毛细管柱进行分离；载气线速度25 cm/s，FID检测器温度250 ℃；程序升温方案：起始温度120 ℃，平衡时间3 min，以20 ℃/min升至220 ℃，维持10 min；分流比10∶1；进样量1.0 mL。

有机酸酯的测定：参照袁玉菊等[7]的方法，取10 g窖泥，用体积分数为15 %的甲醇溶液定容至100 mL，30 ℃超声40 min，过有机相0.45 μm滤膜后得到窖泥浸提液待测。使用DB-WAX毛细管柱进行分离；载气线速度25 cm/s，FID检测器温度250 ℃；程序升温方案：起始温度40 ℃，平衡5 min，以20 ℃/min升至240 ℃，维持7 min，分流比5∶1，进样量1.0 mL。

2 结果与分析

2.1 窖泥培养过程中理化性质分析

2.1.1 窖泥培养过程中水分含量变化（图1）

适宜的水分利于微生物的生长、繁殖和代谢，水分过多则使窖泥过稀，在搭窖时容易垮塌或变形，造成使用不便[3]。由图1可知，不同配方的窖泥含水量在32 %～37 %之间，与已有研究结果一致[8]。方案A的水分含量在所有批次中最高，分别是37.04%、35.80%、36.61%、36.44%，方案E水分含量在窖泥生产完成时最低，为32.27%。方案A、B、C的水分含量变化为先降低后增加，方案D和方案E的水分含量变化为先增加后降低。方案E丢失水分最多，下降了1.08 %，其余方案变化幅度都在1%以内。

图1 窖泥培养过程中水分含量的变化

2.1.2 窖泥培养过程中pH值变化（图2）

图2 窖泥培养过程中pH值的变化

窖泥微生物的生长、繁殖活动受pH值影响较大。由图2可知，窖泥的pH值在5.50～6.05之间，适宜己酸菌生长，符合优质窖泥的pH值范围[9]。除方案E外，其余方案窖泥在培养过程中，pH值先略微下降然后上升，而方案E在第三批时才开始下降，且并未上升。

2.1.3 窖泥培养过程中氨态氮含量变化（图3）

图3 窖泥培养过程中氨态氮含量的变化

氨态氮是窖泥功能菌生长繁殖所需的主要氮源[10]。由图3可知，所有窖泥的氨态氮含量在34.72 mg/100 g干土～69.75 mg/100 g干土之间，5种方案窖泥中氨态氮含量都呈先降低后增加的变化规律，培养初期微生物对氨态氮的消耗较大，含量下降，后期氨态氮的生成量大于消耗量，含量增加。方案D、E对氮的消耗量较少，最早实现增加，在第四批时，氨态氮含量已分别高于第一批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、扫窖糟液，窖泥中有更多微生物，对氨态氮的消耗量更大，因此氨态氮含量增加的时间较晚。

2.1.4 窖泥培养过程中全氮含量变化（图4）

图4 窖泥培养过程中全氮含量的变化

由图4可知，不同配方窖泥在培养过程中的全氮含量变化有一定差异，方案D、E中全氮含量先增加再减少最后增加，方案A、B中全氮含量先减少再增加最后减少。方案A中全氮含量在培养开始时最高，为0.71 %，培养结束时含量最低，为0.46%，降低了0.25%的全氮含量，其余4种方案在培养前后全氮含量变化较小。

2.1.5 窖泥培养过程中有效磷含量变化（图5）

图5 窖泥培养过程中有效磷含量的变化

有效磷是土壤中能被植物吸收利用的磷，是细胞核、细胞膜的组成部分，也是微生物生长、繁殖的重要物质。由图5可知，在5种方案的培养前期，微生物代谢旺盛，消耗了大量的有效磷，导致含量均快速下降，下降幅度分别为76.18 %、81.49 %、69.09%、69.02%、62.29%，而第二批至第四批的变化不大，稳定在10 mg/100 g干土～15 mg/100 g干土范围内。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显高于其余3种方案，分别为58.32 mg/100 g干土和51.07 mg/100 g干土，培养过程中二者有效磷分别降低了44.63 mg/100 g干土和40.71 mg/100 g干土。

2.1.6 窖泥培养过程中速效钾含量变化（图6）

图6 窖泥培养过程中速效钾含量的变化

钾是窖泥微生物所需的重要无机盐类，速效钾是土壤中存在的水溶性钾，因为这部分钾能被植物快速吸收利用，故称为速效钾。所有方案中均为第一批速效钾含量最高，方案A、B、D中速效钾含量先降低后增加，方案C中速效钾含量先降低后增加再降低，方案E中速效钾含量持续降低。培养初期，方案A、B中速效钾含量明显高于方案D、E。

2.1.7 窖泥培养过程中腐殖质含量变化（图7）

腐殖质是土壤中结构复杂的有机物，主要成分是含有胺基及环状有机氮的化合物，是土壤中碳、磷、氮等元素的主要来源。腐殖质及其分解产物是微生物主要养分[3，11]。由图7可知，本研究中窖泥的腐殖质含量在4.38 %～7.32 %之间。大部分第一批窖泥中腐殖质含量最高，在培养过程中略微减少。方案D、E中腐殖质含量降幅最大，分别为1.90%和1.64%。

图7 窖泥培养过程中腐殖质含量的变化

2.1.8 窖泥培养过程中有机酸含量变化（表2—表6）

表3 方案B窖泥培养过程中5种主要有机酸含量的变化 (%)

表4 方案C窖泥培养过程中5种主要有机酸含量的变化 (%)

表5 方案D窖泥培养过程中5种主要有机酸含量的变化 (%)

有机酸是合成酯类物质的前体物质，窖泥中有机酸的含量对窖泥质量有重要影响。由表2—表6可知，除方案A以外，其余4种方案中5种重要有机酸的总含量变化情况为先增加后减少，且均在第二批时总量最高，减少的原因可能与酯类的形成有关。而方案A中有机酸总含量在第一批时已达到最大值，主要为乙酸，其原因可能是加入的老窖泥中本身含有较多的有机酸。5种方案中丁酸含量最高，均在第二批时达到最大值。丁酸由丁酸菌生成，丁酸可作为己酸的前体物质，也可与乙醇生成丁酸乙酯。乙酸含量位于丁酸之后，丙酸和己酸的含量较低。己酸是浓香型白酒主体香味成分己酸乙酯的前体物质，其含量先增加后减少，5种方案中己酸含量最高时分别为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中未检测到乳酸，方案A、B、C仅在第四批次时检测到少量乳酸的存在。窖泥中的乳酸由乳酸菌产生，参与乳酸乙酯的生成，但是造成窖泥老化的乳酸钙、乳酸亚铁的形成也与乳酸含量相关，避免乳酸含量过高是防止窖泥老化的重要措施。

表6 方案E窖泥培养过程中5种主要有机酸含量的变化 (%)

2.1.9 窖泥四大酯含量（表7）

表7 窖泥中四大酯含量 (mg/g)

浓香型白酒中最主要的四大酯类分别是己酸乙酯、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、乳酸乙酯这几种酯类的含量差距较大，四大酯总含量由高到低依次为A、C、E、B、D，分别为方案A的20.61 %、61.17 %、20.46 %、36.34 %。方案A中老窖泥由于长期与酒醅进行物质交换，带入较多酯类；方案C中含有扫窖糟，由于其是酒醅紧邻窖泥的部分，在原窖池发酵过程中积累有一定酯类。在四大酯中以乙酸乙酯含量最多，在不同方案四大酯中分别含有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 窖泥感官评价（表8）

以色泽、气味和手感为指标对窖泥进行感官评价，结果如表8所示。由表8可知，所有方案窖泥的色泽由主要原料黄泥的黄色变为棕褐色，手感柔熟细腻，有黏稠感，断面泡气并无刺手感。气味方面，方案A、B、C、D均富有窖泥特有的芳香，且浓郁持久，而方案E香气较淡，明显比方案E更优。

表8 窖泥感官鉴定

2.3 人工窖泥配方理化性质主成分分析（表9）

表9 主成分相关性分析结果

由表9可知，不同人工窖泥的主成分分析中，主成分1方差贡献率达到45.1 %，主成分2的方差贡献率为24.6%，前2个主成分的方差贡献率共计69.7%，特征值均大于1，前2个主成分中的因子可以解释数据的大部分信息。

根据不同配方人工窖泥的理化性质结果进行主成分分析，结果如图8所示，根据主成分1和主成分2可将5种配方人工窖泥进行区别。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的负端，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的负端。方案A、B与E的距离最远，分别为7.13和5.53，在水分、pH值、腐殖质、有效磷、速效钾、己酸、乙酸乙酯、丁酸乙酯上差异明显，证明了在配方中添加老窖泥或泥液的窖泥质量明显优于不添加的窖泥，添加扫窖糟液的窖泥略优于不添加的窖泥。

图8 不同工窖泥理化性质主成分分析

不同人工窖泥各指标主成分分析的特征向量如表10所示，对主成分1贡献率由大到小依次为速效钾、乳酸、水分、pH值、乙酸乙酯、有效磷、乙酸、乳酸乙酯、己酸乙酯，对主成分2贡献率由大到小依次为乳酸乙酯、己酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸、丙酸、氨态氮、丁酸、乙酸乙酯、有效磷、己酸，说明这些指标均对窖泥质量具有重要影响。

表10 不同人工窖泥各指标主成分分析的特征向量

3 结论

通过研究5种不同配方窖泥培养过程中理化性质变化规律、感官评价，发现加入老窖泥、泥液、扫窖糟液的窖泥方案与不添加的方案具有明显差异性，但也具有一些共同的规律。

5种不同配方窖泥中水分、有效磷、腐殖质和有机酸有相似的变化趋势；方案A、B中pH值、氨态氮、速效钾与方案E具有不同的变化趋势；方案A中4种主要酯的含量最为丰富。前4种方案的感官指标在培养后得到了较大提升，尤其是气味上，生味消除，并且富有老窖泥特有的香气，明显优于方案E。

通过主成分分析，窖泥中水分、pH值、速效钾、腐殖质、有效磷含量对窖泥培养具有重要影响；乙酸、乳酸、己酸、乙酸乙酯、丁酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯对优质窖泥的品质有积极贡献；可以将添加了不同方案的窖泥明显区分开来，证明老窖泥、泥液、扫窖糟液对窖泥培养具有积极作用，其中又以方案A、B与方案E区别最大，结合感官，以除基础泥外，添加老窖泥方案为最佳。