濃香型白酒窖泥理化電化特性分析

廖作敏，羅 雯，代金鳳，張文學，2*

（1.四川大學 輕紡與食品學院，四川 成都 610065；2.四川大學錦江學院 白酒學院，四川 眉山 620860）

白酒是世界上六大蒸餾酒之一，凝聚了我國人民千百年來的智慧結晶。濃香型白酒以香味協調、馥郁芬芳、綿柔甘冽、入口綿甜和尾凈余長[1]等特點在白酒中獨樹一幟。

濃香型白酒以泥窖固態發酵，采用續糟配料、混蒸混燒工藝[2]，該工藝很大程度上依賴于窖池，窖池中的窖泥在不斷循環的開窖、發酵、封窖的過程中形成了復雜而龐大的微生物區系[3]，使濃香型白酒呈現出獨特又豐富的口感。窖泥的理化電化特性對微生物區系的養成影響重大[4]，但是目前對窖泥質量的評價多集中在感官指標以及理化指標的評價[5-7]，極少有結合電化學指標對其進行分析。目前，對電化學指標研究多集中在對其氧化還原電位的研究，陳彬等[8]對洋河酒廠窖泥氧化還原電位分析發現，優質窖泥比鈣化窖泥氧化還原電位低，且窖底窖泥低于窖壁窖泥。

本研究以新泥、趨老熟、老熟、趨老化、老化五種不同性狀的窖泥為研究對象，分別對其水分、pH等常規理化指標及氧化還原電位、動電電位等電化學指標進行檢測分析，以期初步揭示不同性狀的濃香型窖泥的特征物理化學性質及電化學性質的差異性，并建立一種可以根據理化電化指標判別不同性狀窖泥的方法，更好地指導濃香型白酒的發酵生產并為人工培養窖泥提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

甲酸、乳酸、乙酸、丙酸、丁酸、己酸標準品（均為色譜純）：天津市光復科技發展有限公司；乙腈、磷酸（均為色譜純）：成都市科龍化工試劑廠；其他試劑為國產分析純。

1.2 儀器與設備

LC-6AD高效液相色譜儀：日本島津公司；GC 353 B氣相色譜儀：日本GL·Sciences公司；Zetasizer Nano ZS納米粒度及Zeta電位分析儀：英國馬爾文儀器有限公司；KDN-04凱氏定氮儀：上海昕瑞儀器儀表有限公司；DDS-307電導率儀：上海越平科學儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品采集方法

三批次窖泥樣品均取自四川邛崍某酒廠，每6個月取樣一次，具體取樣時間分別為2015年10月、2016年4月、2016年10月。取樣時不同性狀窖泥隨機取樣，窖泥性狀由酒廠資深工作人員根據感官和生產性能等因素區分為新泥、趨老熟、老熟、趨老化和老化窖泥。新泥顏色較黃，泥腥味較重，黏性大，略帶酒味；老熟泥顏色呈現深褐色，部分呈黑色，有較重的淤泥味和酸味，手感細膩；老化泥多為黃褐色，含大量白色結晶顆粒，帶刺激性酒味，手感粗糙松散；趨老熟及趨老化泥的感官介于新泥和老熟泥、老熟泥和老化泥之間。窖泥樣品為窖底四角和中心取樣，混合均勻后裝入密封袋中放于冰盒中迅速運回，置于-20℃條件下備用。

1.3.2 窖泥理化電化性質的測定[9-15]

水分的測定：質量法；pH、總酸、氨基酸態氮的測定：滴定法；總糖：蒽酮法；全氮：凱氏定氮法。

甲酸、乳酸的測定采用高效液相色譜法：色譜柱：Inert Sustain C1（84.6 mm×250 mm，5 μm），流動相：已腈：磷酸溶液（0.1%）=2.5∶97.5（V/V），流速：1.0 mL/min，檢測波長：210 nm，進樣量：20 μL。

乙酸、丙酸、丁酸和己酸的測定采用氣相色譜法：進樣口溫度250℃，柱溫：150℃，檢測溫度：260℃，載氣：氦氣（He），流速5 mL/min，色譜柱為InertCap Pure Wax（30 m×0.25mm×0.25 μm）。

氧化還原電位的測定采用電位法；動電電位的測定采用納米粒度及Zeta電位分析儀；電導率的測定采用電導率儀。

1.3.3 數據分析

Office軟件分析不同批次不同性狀窖泥的有機酸、理化及電化指標；CANOCO 4.5軟件對不同性狀窖泥的理化、電化指標進行主成分分析，獲得不同成分的方差貢獻率。

2 結果與分析

2.1 不同窖泥理化性質分析

2.1.1 水分、pH和總酸差異分析

不同批次窖泥樣品的水分、pH及總酸的測定結果見圖1。由圖1（a）可知，不同批次的趨老熟泥、老熟泥及趨老化泥的水分含量多在40%以上，略高于新泥和老化泥，但不同性狀的窖泥之間的水分含量無顯著差異。適宜的水分含量有助于窖泥中微生物代謝的正常進行和多樣的微生物菌群結構的養成，有研究表明[6]，成熟窖泥的水分含量一般在40%～50%，與本研究結果一致。

由圖1（b）可知，通過分析不同窖泥的pH值與總酸含量，發現不同批次的趨老熟窖泥和老熟窖泥的pH接近中性，而另外三種窖泥的pH值＜5.0。由圖1（c）可知，總酸含量變化與pH的變化規律一致，pH高的窖泥其總酸含量低。趨老熟窖泥及老熟窖泥的總酸含量遠低于趨老化窖泥及老化窖泥。窖泥的pH對濃香型白酒的產量和質量起著非常重要的作用，pH與窖泥的微生物群落組成密切相關，通過影響細胞膜電勢的變化影響酶活進而影響微生物群落代謝[16-17]。適當的pH可以促進酒精發酵、有利于香氣成分的形成[1]。ZHANG Q Y等[18]研究表明，優質窖泥的pH值在5.0～7.0，通過反復測定劍南春窖泥樣品發現新窖泥的pH值＜4.0，而趨老熟窖泥及老熟窖泥的pH值均＞4.0，說明不同酒廠的濃香型白酒窖泥之間有一定的相似性。

圖1 不同性狀、批次窖泥水分含量、pH值、總酸含量分析結果Fig.1 Analysis results of moisture contents,pH and total acid contents of pit muds with different characters and batches

2.1.2 總糖、氨基酸態氮及全氮差異分析

不同性狀、批次窖泥總糖、氨基酸態氮、全氮含量分析結果見圖2。由圖2（a）可知，不同批次同一性狀的窖泥之間總糖含量差異較大，新窖泥總糖含量較低，在7 g/kg上下波動，一批次其他性狀窖泥總糖含量在19.90～20.53g/kg范圍，二批次其他性狀窖泥總糖含量在19.62～31.48 g/kg范圍，三批次其他性狀窖泥總糖含量在8.05～18.76 g/kg范圍，推測是因為新窖泥剛投入使用，微生物代謝活動較弱，同時對新窖池的投糧次數少使得總糖積累少。同一批次不同性狀窖泥總糖含量差異較大，可能是因為同一性狀窖泥所處窖池環境不同及使用情況有所差異所致。同種性狀不同批次的窖泥之間的氨基酸態氮含量差異較大，且同一批次不同性狀的窖泥之間氨基酸態氮含量也有一定差異，由圖2（b）可知，一批次窖泥樣品氨基酸態氮含量先降低后升高再降低，含量最高為趨老化窖泥（3.19 g/kg），二、三批次窖泥樣品氨基酸態氮含量均先升高后降低再升高，含量最高分別為趨老熟泥（4.90g/kg）和老化泥（1.94g/kg）。由圖2（c）可知，不同性狀窖泥的全氮含量有一定差異性，且老熟窖泥的全氮含量明顯高于其他性狀窖泥，趨老熟窖泥的全氮含量略高于其余三種窖泥。不同批次窖泥樣品中新泥和老熟泥的全氮含量差異較大，其余三種窖泥的全氮含量較穩定。以往研究得出，優質窖泥的全氮含量高于質量較差的窖泥，而氨基酸態氮的含量在不同性狀的窖泥之間差異不大[6-7]，與本研究結果具有一定的相似性。說明在五種不同性狀窖泥中，老熟窖泥全氮含量最高。

圖2 不同性狀、批次窖泥總糖（a），氨基酸態氮（b）及全氮（c）含量分析結果Fig.2 Analysis results of total sugar(a),amino acid nitrogen(b)and total nitrogen(c)contents of pit muds with different characters and batches

2.1.3 主要有機酸含量差異分析

圖3 不同性狀、批次窖泥主要有機酸含量分析結果Fig.3 Analysis results of main organic acid contents of pit muds with different characters and batches

不同性狀窖泥主要有機酸含量分析結果見圖3。由圖3可知，窖泥中甲酸、乳酸的含量明顯較多，丙酸含量較少，＜1.0 g/kg。趨老化窖泥和老化窖泥的甲酸含量在23.15～53.24 g/kg波動，新窖泥、趨老熟窖泥和老熟窖泥的甲酸含量＜8.0g/kg；趨老化窖泥和老化窖泥的乳酸含量在143.42～190.24 g/kg范圍，遠遠高于新窖泥、趨老熟窖泥和老熟窖泥。乳酸是乳酸菌代謝過程中產生的，參與乳酸乙酯的合成，在老熟窖泥中，推測乳酸菌目活性微生物數量較低，因此老熟窖泥中乳酸含量較低，而在老化窖泥中，由于操作不當等原因，窖池中乳酸菌大量繁殖，成為優勢菌群，乳酸代謝較活躍，因此老化窖泥中乳酸含量較高。不同性狀窖泥中，新窖泥丁酸含量最高在5.14～5.52 g/kg范圍，明顯高于其余四種窖泥，五種窖泥的乙酸、丙酸、己酸含量差異較小，與以往研究得出的老熟窖泥中乳酸含量較低具有一定的相似性[19]。

2.2 不同性狀窖泥電化學性質的分析

不同性狀窖泥電化學指標測定結果見表1。由表1可知，趨老熟窖泥和老熟窖泥的氧化還原電位均＜40 mV，而新泥、趨老化窖泥和老化窖泥的氧化還原電位均＞70 mV，且新泥的氧化還原電位略高于趨老化窖泥和老化窖泥，與以往研究結果類似[8]。氧化還原電位較低，窖泥中低價態的無機物含量較多，有利于微生物生長[20]，厭氧微生物更是要求氧化還原電位要低。新窖泥投入使用不久，窖泥中還原性物質較少，隨著發酵不斷進行，微生物代謝旺盛，窖泥中的有機質不斷被氧化用以供能，氧化還原電位不斷降低，窖泥逐漸老熟。

表1 不同性狀、批次窖泥電化學指標測定結果Table 1 Analysis results of electrochemical properties of pit muds with different characters and batches

窖泥的動電電位均為負值，其中趨老熟窖泥的動電電位在-31.9～-36.9 mV波動，老熟窖泥的動電電位在-37.5～-48.5 mV波動，新泥、趨老化窖泥和老化窖泥的動電電位均≥-10.5 mV。動電電位反映的是窖泥膠體的狀態，動電電位絕對值越大，說明膠體穩定性越好。研究表明，pH值較低，動電電位絕對值較小[21]，與本研究得出的趨老熟窖泥和老熟窖泥的pH值較高，其動電電位絕對值較高結果一致。推測可能是由于pH值較低，窖泥中高電荷低聚合度多核絡離子占據主導地位，窖泥膠體穩定性較差，表現為動電電位絕對值較低；而pH較高時，窖泥中低電荷高聚合度的無機分子占據主導地位，窖泥膠體穩定性較強，表現為動電電位絕對值較高。

不同性狀窖泥的電導率隨著窖泥使用時間的延長逐漸升高。新泥、趨老熟和老熟窖泥的電導率并無明顯區別，趨老化窖泥和老化窖泥的電導率較高。推測是因為趨老化窖泥和老化窖泥由于操作或維護不當，出現鹽堿化，水溶性鹽含量增加，窖泥中高價態的無機離子含量累積，使得窖泥表現出高電導率。

2.3 不同性狀窖泥理化、電化性質主成分分析

根據不同性狀窖泥的理化、電化指標結果進行主成分分析（principal components analysis，PCA），結果見圖4。由圖4可知，主成分1（PC1）和主成分2（PC2）的方差貢獻率分別為89.6%和8.6%，累計貢獻率達到98.2%，可以反映不同性狀窖泥的理化電化指標的主要信息。

圖4 不同性狀窖泥理化電化指標主成分分析Fig.4 Principal component analysis of physicochemical and electrochemical properties of pit muds with charactes

不同窖泥各指標主成分分析的特征向量見表2。由表2可知，在PC1中，方差貢獻率較大的依次有乳酸含量、總酸含量、甲酸含量、氧化還原電位、動電電位、總糖含量，在PC2中，方差貢獻率較大的依次有氧化還原電位、動電電位、乳酸含量、總糖含量、甲酸含量和丁酸含量。結合圖4可知，新泥處在高丁酸含量、高氧化還原電位、高動電電位，低總酸含量、低甲酸含量、低乳酸含量、低總糖含量的位置；趨老熟和老熟泥處在低丁酸含量、低氧化還原電位、低動電電位、低總酸含量、低甲酸含量、低乳酸含量、高總糖含量的位置；趨老化和老化泥處在低丁酸含量、高氧化還原電位、高動電電位、高總酸含量、高甲酸含量、高乳酸含量的位置。

因此，可以根據氧化還原電位、動電電位、總酸含量、甲酸含量、乳酸含量、丁酸含量及總糖含量的高低將不同性狀窖泥分為3類：新泥、趨老熟泥和老熟泥、趨老化泥和老化泥。

3 結論

本研究測定了四川邛崍某酒廠窖泥的物理化學性質和電化學性質并進行結合，發現不同性狀窖泥的理化電化特性存在一定差異性，但也呈現出一定規律。

通過主成分分析，得出對主成分方差貢獻率大的指標有氧化還原電位、動電電位、總酸含量、甲酸含量、乳酸含量、丁酸含量及總糖含量，并可將不同性狀的窖泥分為新泥、趨老熟泥和老熟泥、趨老化泥和老化泥三類。新泥丁酸含量、氧化還原電位及動電電位較高，總酸含量、甲酸含量、乳酸含量、總糖含量較低；趨老熟和老熟泥氧化還原電位、動電電位、總酸含量、甲酸含量、乳酸含量、丁酸含量較低，總糖含量較高；趨老化和老化窖泥氧化還原電位、動電電位、總酸含量、甲酸含量、乳酸含量較高，丁酸含量較低。

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