老化窖池與常規(guī)窖池的窖泥特性與發(fā)酵性能比較

余有貴 張文武 曹 樂 徐傳鴻 馬利群 楊志龍

（1.邵陽學院生物與化學工程系，湖南 邵陽 422000；2.湖南湘窖酒業(yè)有限公司，湖南 邵陽 422000）

濃香型大曲酒的釀酒過程采用續(xù)糟配料、混蒸混燒、泥窖固態(tài)發(fā)酵、固態(tài)蒸餾工藝，以泥窖窖池為基礎，發(fā)酵過程是棲息在窖池糟醅、窖泥中的龐大微生物區(qū)系在糟醅固、液、氣三相界面復雜的物質(zhì)能量代謝過程［1，2］，原輔料、糖化發(fā)酵劑、自然生態(tài)環(huán)境、生產(chǎn)工藝、設備等因素影響著產(chǎn)品的質(zhì)量［3－5］。近年來，有一些關于窖泥老化、人工老窖方面報道，窖泥制作過程中過量添加化學藥品、生產(chǎn)過程使用鐵質(zhì)工具、生產(chǎn)工藝水分偏小、長期發(fā)酵造成的酸度偏大、入池溫度偏高等，使得窖泥有益微生物數(shù)量下降和形成乳酸亞鐵、乳酸鎂和乳酸銅結晶［6，7］，通過改變窖泥配方、改變窖泥功能菌的種類和數(shù)量、改變窖泥的理化特性、適當調(diào)整生產(chǎn)工藝等措施提高人工老窖的質(zhì)量［8，9］。人工老窖使用一段時間后，窖泥老化會影響酒的品質(zhì)［10，11］，但目前缺少系統(tǒng)的比較研究和機理探究。本研究擬以湖南湘窖酒業(yè)有限公司的窖池為對象，研究老化窖池與常規(guī)窖池在窖泥特性、發(fā)酵酒醅理化特征、發(fā)酵新酒質(zhì)量和原料出酒率方面的差異，旨在揭示兩者差異的原因，為窖池養(yǎng)護與合理使用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 主要材料

窖池來源：選自湖南湘窖酒業(yè)有限公司濃香二號釀酒車間一區(qū)，其中老化窖池和常規(guī)窖池各為6個，均為同期建窖的人工老窖窖池；

窖泥來源：窖泥從每個窖的窖壁取樣；

酒醅來源：發(fā)酵結束后，去除面醅后的中上層酒醅；

高粱：新鮮、干燥，顆粒飽滿，無雜質(zhì)、無霉變、無蟲蛀，湖南湘窖酒業(yè)有限公司。

1.1.2 主要試劑

氫氧化鈉、無水碳酸鈉：AR級，天津市北方天醫(yī)化學試劑廠；

濃硫酸：AR級，北京化工廠；

鄰苯二甲酸氫鉀、酒石酸鉀鈉：AR級，上海仕秀精細化工有限公司；

硫酸銅：AR級，天津科密歐化學試劑有限公司。

1.2 主要儀器

電子分析天平：FA1204B型，上海天平儀器廠；

酸度計：pH S-3C型，上海理達儀器廠；

氣相色譜儀：6890N型，安捷倫科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 老化窖池與常規(guī)窖池的窖泥特性比較 分別從老化窖池與常規(guī)窖池的窖壁取樣，從感觀品質(zhì)、水分和pH值等級方面進行分析，比較兩者存在的差異性。

1.3.2 老化窖池與常規(guī)窖池的發(fā)酵酒醅理化特征的比較

在選取的窖池中，以挖取的第一甑和第二甑酒醅樣品分別測定水分、酸度、酒精度和殘余淀粉，分別以6個窖池的平均值進行統(tǒng)計分析，比較兩者存在的差異性。

1.3.3 老化窖池與常規(guī)窖池發(fā)酵產(chǎn)新酒的主要成分比較

在選取的窖池中，以挖取的第一甑和第二甑酒醅入甑蒸酒操作，取已截頭去尾后的中間酒混合樣進行總酸、總酯、主要微量成分測定，分別以6個窖池的平均值進行統(tǒng)計分析，比較兩者存在的差異性。

1.3.4 老化窖池與常規(guī)窖池的原料出酒率比較 按1.3.3的方法，稱取每甑酒醅的出酒量，然后計算出原料出酒率，分別以6個窖池的平均值進行統(tǒng)計分析，比較兩者存在的差異性。

1.3.5 檢測方法

（1）水分的測定：參照 GB/T 10345—2007標準執(zhí)行，用%表示；

（2）pH值的測定：采用pH S-3C型酸度計直接測定；

（3）酒精度的測定：參照GB/T 10345—2007標準執(zhí)行，用精密酒精計讀取酒精體積分數(shù)示值，查表進行溫度較正，求得在20℃時乙醇含量的體積分數(shù)，即為酒精度。

（4）總酸的測定：參照GB/T 10345—2007標準執(zhí)行，總酸以乙酸計，用g/L表示；

（5）總酯的測定：參照GB/T 10345—2007標準執(zhí)行，總酯以乙酸乙酯計，用g/L表示；

（6）酒樣微量成分測定：采用氣相色譜—內(nèi)標法，含量用mg/100mL表示。安捷倫6890N氣相色譜（GC）條件：色譜柱為毛細管柱 Agilent 19091N-133（30m×0.25mm×0.25μm）載氣為高純氮氣（＞99.999%），流速0.7mL/min；進樣口溫度250℃；進樣方式為手動分流進樣（分流比為37∶1）。色譜柱升溫程序：初始溫度40℃，保持2min，以3℃/min升至61℃，保持0.5min，以5℃/min升至91℃，保持5min，最后以10℃/min升至220℃，保持7min，運行時間為40.4min；FID檢測器溫度：250℃。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SAS9.0軟件進行數(shù)據(jù)處理和分析。兩組間比較采用t檢驗，結果用“平均值±標準差”表示。

2 結果與分析

2.1 老化窖池與常規(guī)窖池的窖泥特性比較

由表1可知：老化窖池與常規(guī)窖池在感觀上有差異，老化窖池的窖壁泥板結、退化；理化指標中分別在水分和pH值兩個指標上存在顯著差異（P＜0.05），其中老化窖池的水分和pH值均顯著低于常規(guī)窖池。

窖池老化是一個不斷積累的過程，引起窖池老化的原因主要有水分過低、酒醅酸度過大、窖泥配料不合理、管理養(yǎng)窖不當、生產(chǎn)工藝調(diào)節(jié)失控、窖泥發(fā)酵不平衡等，這些因素導致生成的乳酸亞鐵、乳酸鈣、乳酸鎂和乳酸銅在窖壁上沉積［7］，當窖內(nèi)有機酸對該結晶物的淋溶速度低于其生成速度時便會引起窖泥板結，而板結后的窖泥呈砂粒狀或粉末狀白色晶體，其保水能力明顯低于正常窖泥，故老化窖池的水分明顯低于常規(guī)窖池。濃香型白酒的發(fā)酵容器是泥窖，在長期的釀酒生產(chǎn)環(huán)境中，窖泥富集了有機質(zhì)、N、P、K、Zn、Mn、Fe、Cu等微生物生命活動的重要營養(yǎng)素，為窖泥功能菌的生長繁殖提供了物質(zhì)基礎，釀酒過程中發(fā)酵產(chǎn)生的黃水將窖泥與糟醅之間的代謝產(chǎn)物及時的轉運、遷移，不斷改善著窖泥微生態(tài)環(huán)境，有利于窖泥功能菌的富集和純化，從而促進了窖泥老熟，也有利于酒質(zhì)的提高［1，2］。

表1 老化窖池與常規(guī)窖池窖泥特性的比較Table 1 Comparison of cellar mud characteristics between aging cellar and normal cellar

表1 老化窖池與常規(guī)窖池窖泥特性的比較Table 1 Comparison of cellar mud characteristics between aging cellar and normal cellar

＊＊.P＜0.01水平極顯著，＊.P＜0.05水平顯著。

窖池類別 感觀評價 水分/% pH值老化窖池 窖壁泥板結發(fā)硬，有白色顆粒狀或針狀結晶體，刺手感強，缺少窖泥香36.0±1.2 5.1±0.3常規(guī)窖池 窖壁泥烏黑、濕潤，手感細軟，濃郁窖泥香 42.0±1.5＊ 6.7±0.5＊

2.2 老化窖池與常規(guī)窖池的發(fā)酵酒醅理化特征的比較

由表2可知：老化窖池與常規(guī)窖池發(fā)酵酒醅分別在酒精度和殘余淀粉兩個指標之間有顯著性差異（P＜0.05），其中老化窖池與常規(guī)窖池的發(fā)酵酒醅相比，酒精度降低了14.9%、殘余淀粉增加了14.5%；另外，兩者分別在水分和酸度兩個指標之間無顯著性差異（P＞0.05），但老化窖池與常規(guī)窖池的發(fā)酵酒醅相比，水分稍有偏低而酸度略高。

大曲是大曲酒生產(chǎn)的糖化發(fā)酵劑，在大曲中的微生物類群中，霉菌是糖化的動力，酵母是發(fā)酵的動力，細菌是產(chǎn)香的動力［12］。濃香型白酒的生產(chǎn)以泥窖窖池為基礎，發(fā)酵過程有大曲微生物和窖泥中微生物共同參與，實現(xiàn)糟醅在固、液、氣三相界面復雜的物質(zhì)能量代謝過程，即處于發(fā)酵窖池中的糟醅，在龐大微生物區(qū)系共同作用下，將淀粉質(zhì)原料中的淀粉、蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)轉化成酒精、水及醛、酸、酯等微量風味物質(zhì)。發(fā)酵糟醅中淀粉的動態(tài)變化不僅間接反應窖池中乙醇的生成情況和發(fā)酵狀況，而且可以特征反映窖池中微生物的生命活動狀況。與常規(guī)窖池相比，老化窖池窖壁與窖池中糟醅的交流受阻，糟醅在微生物代謝過程中，來自大曲的乳酸菌和醋酸菌代謝相對活躍，產(chǎn)生的酸高而黃水少，代謝產(chǎn)物不能有效地轉運與遷移，形成的局部微生態(tài)環(huán)境使淀粉轉化成酒精的速率變慢，由于發(fā)酵周期是一定的，這樣導致發(fā)酵能力下降，從而引起老化窖池殘余淀粉偏高而產(chǎn)酒能力偏低。

表2 老化窖池與常規(guī)窖池發(fā)酵酒醅理化特征的比較Table 2 Comparison of physicochemical characteristics of fermented grains between aging cellar and normal cellar

表2 老化窖池與常規(guī)窖池發(fā)酵酒醅理化特征的比較Table 2 Comparison of physicochemical characteristics of fermented grains between aging cellar and normal cellar

＊＊.P＜0.01水平極顯著，＊.P＜0.05水平顯著。

窖池類別 酒精（V/V）/%水分/%酸度/（g·L－1）殘余淀粉/%老化窖池 2.36±0.22 63.12±1.11 3.78±0.24 11.46±0.39＊63.73±1.18 3.65±0.21 10.16±0.15常規(guī)窖池 2.64±0.12＊

2.3 老化窖池與常規(guī)窖池發(fā)酵產(chǎn)新酒的主要成分比較

由表3可知：① 老化窖池與常規(guī)窖池所產(chǎn)新酒分別在總酸和總酯兩個指標之間有顯著性差異（P＜0.05），其中老化窖池與常規(guī)窖池的所產(chǎn)新酒相比，總酸降低了25.92%、總酯降低了12.43%；② 兩者分別在己酸和β－苯乙醇兩個指標之間有極顯著性差異（P＜0.01），其中老化窖池與常規(guī)窖池的所產(chǎn)新酒相比，己酸降低了20.69%、β－苯乙醇降低了44.90%；③兩者分別在濃香型主體香成分四大酯之間有極顯著性差異（P＜0.01），其中老化窖池與常規(guī)窖池的所產(chǎn)新酒相比，己酸乙酯和丁酸乙酯分別降低了16.79%和25.61%，而乙酸乙酯和乳酸乙酯分別增加了10.25%和14.66%。

表3 老化窖池與常規(guī)窖池所產(chǎn)新酒的主要成分比較Table 3 Comparison of the main compounds of new spirit between aging cellar and normal cellar

表3 老化窖池與常規(guī)窖池所產(chǎn)新酒的主要成分比較Table 3 Comparison of the main compounds of new spirit between aging cellar and normal cellar

＊＊.P＜0.01水平極顯著，＊.P＜0.05水平顯著。

微量成分 總酸/（g·L－1）總酯/（g·L－1）己酸/（mg·mL－1）β-苯乙醇/（10－2 mg·mL－1）己酸乙酯/（10－2 mg·mL－1）乙酸乙酯/（10－2 mg·mL－1）乳酸乙酯/（10－2 mg·mL－1）丁酸乙酯/（10－2 mg·mL－1）老化窖池 0.646±0.07 4.976±0.24 23.65±0.82 0.20±0.00 189.73±1.69 179.81±1.77＊＊ 142.87±2.35＊＊ 41.30±0.98常規(guī)窖池 0.872±0.11 5.682±0.32＊ 29.82±1.07＊＊ 0.36±0.00＊＊ 228.02±1.31＊＊ 163.09±2.72 124.60±2.57 55.52±1.31＊＊

酸類是形成白酒香味的主要物質(zhì)，酸類賦予白酒豐滿和酸刺激感，適量的酸在酒中起到緩沖作用，可消除飲酒后上頭和口味不協(xié)調(diào)，促進酒的甜味感，大曲白酒的總酸在0.6 g/L以上（一般在0.1%左右）［13，14］。若酒中含酸量少，則酒味寡淡、不柔和、香味短；若酒中含酸量大，則酒粗糙、邪雜味重。白酒中的有機酸種類多，如甲酸、乙酸、丁酸、己酸、乳酸、戊酸、琥珀酸等，大多的有機酸是由細菌經(jīng)生物化學反應生成的，低級的酸可逐步合成較高級的酸，醇和醛可氧化物為相應的有機酸，其中濃香型大曲酒的己酸是由己酸菌發(fā)酵作用生成的，己酸菌則主要來源于窖池中的窖泥。

酯類是白酒的主要呈香物質(zhì)，一般名優(yōu)白酒的酯含量均較高，其中己酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸乙酯和乳酸乙酯是白酒中的四大酯類。己酸乙酯具有窖香氣，濃香型白酒是以己酸乙酯為主體香的一種復合香氣；乙酸乙酯具有水果香氣；乳酸乙酯適量時能烘托主體香和使酒體完美、過多會造成酒的生澀味和抑制主體香，名優(yōu)濃香型白酒的乳酸乙酯和己酸乙酯的比值都在1以下，否則會影響風格；丁酸乙酯較濃時呈臭味，稀薄時呈水果味，在濃香型白酒中含量不能過多，否則會使酒帶上臭味，影響酒的質(zhì)量，一般濃香型白酒要求己酸乙酯為丁酸乙酯含量的8～15倍［13］。白酒中酯的生成有兩種途徑：① 由微生物體內(nèi)酯酶的生化反應生成酯，這是主要途徑，其中丁酸乙酯和己酸乙酯合成相關聯(lián)，丁酸是合成丁酸乙酯的前驅物質(zhì)，丁酸乙酯又是合成己酸乙酯的前驅物質(zhì)；② 通過有機化學反應生成酯，這種反應一般進行得極緩慢。

決定白酒風味的六大因素為原輔料、糖化發(fā)酵劑、自然生態(tài)環(huán)境、工藝、設備、飲食文化，在本研究中決定新酒風味物質(zhì)差異主要來源于發(fā)酵窖池。濃香型白酒發(fā)酵用的泥窖有兩大作用：① 作為發(fā)酵容器，為酒糟提供發(fā)酵產(chǎn)酒的場所；② 為釀酒微生物的生長繁殖提供良好的環(huán)境，窖泥中的微生物以厭氧菌為主，包括己酸菌、丁酸菌、甲烷菌、甲烷氧化菌、丙酸菌和嗜熱芽孢桿菌等微生物，這些窖泥中棲息的微生物參與了釀酒發(fā)酵。與常規(guī)窖池相比，老化窖池因土壤板結，阻礙了糟醅與窖泥之間正常的物質(zhì)能量交換，一方面使窖泥微生態(tài)不斷惡化，不利于窖泥功能菌的生長繁殖；另一方面，窖泥功能菌產(chǎn)生的風味代謝產(chǎn)物不能通過載體黃水有效地進入糟醅中，糟醅中的主要風味成分積累逐漸減少［15］。因此，常規(guī)窖池較老化窖池的產(chǎn)酒質(zhì)量高。

2.4 老化窖池與常規(guī)窖池的原料出酒率比較

由表4可知：老化窖池與常規(guī)窖池原料出酒率之間無顯著性差異（P＞0.05），但老化窖池與常規(guī)窖池的發(fā)酵酒醅相比，原料出酒率下降了4.05%。

濃香型大曲白酒釀酒原理是利用大曲中的米曲霉、黑曲霉、根霉等霉菌作為糖化劑，將高粱、小麥等原料中淀粉分解成糖類，同時由酵母菌再將葡萄糖發(fā)酵產(chǎn)生酒精，糧糟通過邊糖化邊發(fā)酵生產(chǎn)含一定濃度酒精的過程，存在于固態(tài)酒醅中的酒精和香味成分經(jīng)甑桶固態(tài)蒸餾得到新酒。原料出酒率是計算淀粉出酒率的參考指標，表示100kg原料產(chǎn)酒精體積分數(shù)為65%的合格原酒的千克數(shù)。一般來說，影響出酒率的主要因素包括釀酒原料質(zhì)量、酒曲質(zhì)量、入窖條件（淀粉濃度、酸度、溫度、水分、用曲量）、蒸餾操作等［12，15］，所以老化窖池與常規(guī)窖池之間的原料出酒率無顯著差異。然而，本研究出酒率差異主要來源于發(fā)酵環(huán)境，主要是窖池窖泥和代謝產(chǎn)生的黃水，由于老化窖池發(fā)酵酒醅含水量較常規(guī)窖池偏低，代謝產(chǎn)物不能較好地被黃水稀釋和運輸，造成老化窖池局部環(huán)境不利于糖化的霉菌和發(fā)酵的酵母菌充分發(fā)揮雙邊發(fā)酵作用，因而酒醅中含酒精濃度偏低，最終老化窖池原料出酒率稍低于常規(guī)窖池。當然，濃香型大曲酒采用續(xù)糟配料、混蒸混燒的特殊工藝，白酒生產(chǎn)企業(yè)一般以月、季、年為周期計算原料出酒率，而本研究取窖池中某一甑進行原料出酒率計算，兩類窖池出酒率均低于常規(guī)統(tǒng)計的數(shù)據(jù)。

表4 老化窖池與常規(guī)窖池原料出酒率的比較Table 4 Comparison of output rate of raw materials between aging cellar and normal cellar

表4 老化窖池與常規(guī)窖池原料出酒率的比較Table 4 Comparison of output rate of raw materials between aging cellar and normal cellar

＊＊.P＜0.01水平極顯著，＊.P＜0.05水平顯著。

窖池類別 實測酒度（V/V）/%單甑產(chǎn)量/kg折65%酒度重量/kg原料出酒率/%老化窖池67.5±3.3 43.4±2.1 44.9±2.3 21.4±1.4 68.2±2.1 41.2±1.5 43.2±1.8 20.6±1.7常規(guī)窖池

3 結論

（1）老化窖池與常規(guī)窖池的比較結果表明：在感觀上老化窖池的窖壁泥板結、退化，其水分和pH值均顯著低于常規(guī)窖池（P＜0.05）；老化窖池與常規(guī)窖池的發(fā)酵酒醅相比，酒精度顯著降低（P＜0.05），殘余淀粉顯著增加（P＜0.05），水分稍有偏低（P＞0.05），而酸度略高（P＞0.05）；老化窖池與常規(guī)窖池的所產(chǎn)新酒相比，總酸和總酯均顯著降低（P＜0.05），己酸、β－苯乙醇、己酸乙酯和丁酸乙酯均極顯著降低（P＜0.01），而乙酸乙酯和乳酸乙酯均極顯著增加（P＜0.01）；老化窖池與常規(guī)窖池糧糟發(fā)酵出酒率之間無顯著性差異（P＞0.05），但老化窖池出酒率低于常規(guī)窖池。

（2）從老化窖池與常規(guī)窖池的窖泥特性、老化窖池與常規(guī)窖池發(fā)酵酒醅理化特征和發(fā)酵新酒質(zhì)量的比較研究結果來看，老化窖池的窖泥因理化指標的變化，直接影響微生物的正常代謝，導致酒質(zhì)降低和產(chǎn)酒量下降，研究結果為窖泥退化的原因提供了數(shù)據(jù)支撐，為窖池合理養(yǎng)護和使用提供了一定的理論依據(jù)。

（3）人工老窖是提高濃香型大曲酒質(zhì)量的一項重要舉措，人工窖泥的培養(yǎng)、建窖、合理使用與維護是一項系統(tǒng)工程，需要全面系統(tǒng)的研究，探索出各因素對窖泥品質(zhì)的影響規(guī)律，從而有效地指導釀酒企業(yè)制定合理的生產(chǎn)工藝、達到提高酒質(zhì)的目的。

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