基于模糊數學模型的窖泥質量評估體系的構建及應用

常少健 ，王超凱 ，劉義會 ，張 磊 ，張 穎 ，李 覓 ，蔡海燕 ，張 翼 ，王 晗

(1.四川省食品發酵工業研究設計院，四川成都611130； 2.釀酒生物技術及應用四川省重點實驗室，四川成都611130；3.國家固態釀造工程技術研究中心，四川瀘州646000； 4.四川理工學院，四川自貢643000)

窖泥是濃香型白酒釀造的基礎，在生產過程中發揮著極其重要的作用[1]。窖泥作為釀造微生物主要的棲息場所，為微生物提供了適宜的生存環境，并且在釀造過程中不斷積累風味前體物質，從而賦予濃香型白酒特殊的風格。所以窖泥質量的優劣直接決定著所產原酒質量的高低。

模糊數學是研究與處理模糊性事物的一種新的數學模式[2]，濃香型白酒的窖泥質量本身是一些客觀存在的模糊概念和模糊現象，應用模糊數學模型可對評價中的模糊性問題進行定量化處理，以反映窖泥質量的不確定性。本研究應用模糊數學模型，從感官和理化指標上對窖泥質量差異進行評價，以數據來客觀反映濃香型白酒窖池窖泥質量的好壞。

1 指標體系構建

模糊綜合評價指標體系是進行綜合評價的前提，窖泥評價指標的選取是否適宜，將直接影響評價的準確性。為了科學確定窖泥質量評價體系，我們對四川省內濃香型白酒主要產區的幾十家企業進行調查走訪，同企業技術、經營、生產管理人員及行業專家進行溝通、交流，并隨機采集不同質量等級的窖泥樣品。結果見表1。

目前，針對窖泥的研究主要集中在感官指標（色澤、氣味、質感等）、理化指標（水分、pH值、N、P、礦質元素Ca、Fe、腐殖質等）以及微生物指標。通過對十余家酒企的20個窖泥樣品（1—6號為優質窖泥，7—15號為一般窖泥，16—20號為質量較差窖泥）取樣分析，發現總氮、氨態氮、有效磷、Ca、Fe、腐殖質等指標與窖泥質量間不具備規律性。由于窖泥制作所選取的原料土來源不同，其部分理化指標本身差異較大，無法界定各項指標含量到底是原料土本身自然具備還是在釀酒生產過程中積累而成，因此本研究排除這些指標。考慮到水分、pH值、微生物總數、耐熱芽孢桿菌數等與生產密切相關，結合目前行業內比較認可的色澤、氣味、質感等感官指標，并結合采樣分析，最終將這7項指標作為窖泥質量的評價指標體系。

1.1 色澤

色澤是反映窖泥制作時發酵是否充分及老熟程度的一個重要指標。我們通過對所采集的窖泥樣品進行感官分析發現，品質優良的窖泥顏色一般呈灰褐色、灰黑色或灰白色，窖泥里層偶有烏黑或綠、黃等顏色；質量一般的窖泥呈黃褐色；質量比較差的窖泥呈黃色，帶有窖泥制作原料本色。

1.2 氣味

氣味是反映窖泥質量的一個重要指標，品質優良的老窖泥香氣純正，帶有濃郁的老窖泥香氣，窖香舒適，香味持久；質量一般的窖泥香氣正，稍有老窖泥香氣，帶有明顯的酯香、酒香，香味較持久；質量比較差的窖泥稍有酯香和酒香，有一定異雜味（酸敗味、生泥味、腐臭味等）。

表1 不同質量等級窖泥的理化指標

1.3 質感

質感主要反映了窖泥的物理組織狀態，品質優良的老窖泥表層柔熟細膩、起懸或有明顯黏稠感，斷面泡氣或呈疏松的顆粒狀，手感細滑；質量一般的窖泥表層較柔熟細膩，有一定的黏稠感，斷面較泡氣；質量比較差的窖泥柔熟一般，手感較硬，斷面板結。

1.4 水分

窖泥中的水除了起物質輸送的作用外，還對窖泥中的微生物生長繁殖、物質代謝起著重要的作用。窖泥水分要達到一定的含量，才能保證窖泥中的微生物進行正常的生理活動，因此，水分含量是評價窖泥質量的一個重要指標。我們通過對所采集的窖泥樣品的水分含量分析發現，窖泥水分含量分布范圍比較寬，從29.2%到50.9%都有分布，優質窖泥的水分含量多集中在36%以上，質量一般的窖泥其水分含量多在30%～36%范圍內，但當窖泥水分低至30%以下時，窖泥顯干，質量嚴重下降。

1.5 pH值

pH值對窖泥微生物生命活動的影響很大，主要通過兩種方式：一是引起細胞膜電荷的變化，從而影響了微生物對營養物質的吸收；二是影響代謝過程中酶的活性。我們通過對所采集的窖泥樣品的pH值分析統計發現，優質窖泥的pH值多在6.0～7.5范圍內，而質量一般窖泥的pH值多集中在5.0～6.0或7.5～8.0，但當窖泥pH＜4.5時，窖泥質量明顯下降。

1.6 微生物總數和耐熱芽孢桿菌數

傳統上認為窖泥微生物總數和耐熱芽孢桿菌數越多，窖泥質量越好。但經我們的研究發現，微生物總數和耐熱芽孢桿菌數在優質窖泥和劣質窖泥中的分布并不存在明顯的規律性，這就為從微生物方面制定窖泥質量評價標準帶來了困難。雖然包括我們在內的白酒行業專家投入了大量的精力研究窖泥的微生物本質，但由于窖泥中的微生物體系太復雜，以行業現有研究水平和程度，要完全弄清楚窖泥的微生物學本質尚需時日。因此，只能對窖泥的微生物學評價標準進行簡單描述，更科學、更系統的窖泥微生物學評價標準還需深入研究。

2 模糊數學模型的建立

2.1 確定指標集

窖泥質量評價因素集為指標集，A=（A1，A2，A3，A4，A5，A6，A7），即：窖泥質量評價指標=（顏色、氣味、質感、水分含量、pH值、微生物總數、耐熱芽孢桿菌數）。

2.2 確定評語集

P=（P1，P2，…，Pn），其中 P 表示評語集，通過模糊綜合評價得到的模糊評價向量，對窖泥質量對應各評價標準的隸屬度的信息通過該模糊向量表示出來，體現評價的模糊特性。評語集是等級的集合，本文將窖泥質量分為十一個等級：一級、二級、三級、四級、五級、六級、七級、八級、九級、十級、十一級。

2.3 指標權重確定

在窖泥質量的技術評價過程中，評價指標體系中指標權重和分值的確定關系到整套評價體系的系統性和科學性。目前關于指標權重確定的方法有數十種[3]，根據數據來源不同，可以分為主觀賦權法、客觀賦權法和組合賦權法3類。其中主觀賦權法研究比較成熟，它主要有專家調研法、最小平方和法、相對比較法以及層次分析法。本研究采用專家調研法確定各指標權重，結果見表2。

表2 窖泥質量評價體系指標及權重表

2.4 模糊數學模型求解

根據構建的指標體系，針對需要評估的窖泥進行專家評分，得到專家評分矩陣以及各指標權重Q之后，可以得到窖泥質量的評價向量E。

其中，E1，E2，E3，E4，E5，E6，E7，E8，E9，E10，E11是最終隸屬于P中的評語隸屬度，分別代表一級、二級、三級、四級、五級、六級、七級、八級、九級、十級、十一級，根據最大隸屬度原則，可以確定評估結果屬于哪一級，即得到評估窖泥質量的具體級別。

3 應用實例

以四川某白酒企業為例，選取該廠不同質量等級窖池共10口（編號1—10號），由5名評估專家進行暗評。對抽取的濃香型窖池窖泥樣品進行感官檢驗，并結合理化和微生物指標檢驗數據，按照模糊綜合評價體系，對窖泥質量對應各指標進行評分，見表3。通過對專家評分情況的統計分析，填寫專家評分矩陣構造表，構造專家評分矩陣，見表4。

表3 窖泥質量專家評分情況匯總表

根據以上打分矩陣，將窖泥質量進行模糊運算，得到如下運算矩陣，即：

表4 窖泥質量專家評分矩陣構造表

按照最大隸屬度原則取max(E)，根據max(E)所對應的窖泥質量等級，即：max(E)=E9，得出窖泥模糊綜合評價等級為九級。同理根據專家評估，經模糊綜合運算得出另外9口窖池窖泥質量等級。最后將窖泥質量評價情況與該廠窖池檔案記錄情況進行比對，結果基本一致，驗證了該模型的科學性、適用性。

4 結語及展望

通過建立模糊數學模型將濃香型白酒窖泥質量影響因素定性定量化，可以降低窖泥質量評估的主觀性，并且為白酒企業窖泥質量的改良和提高提供理論依據。結合實際應用情況，我們會對窖泥質量評估體系繼續深入研究，以對窖泥質量評估體系進行更科學的修正完善。