濃香型白酒窖泥質量評價理化指標的篩選

朱莉莉，羅惠波，黃治國，衛春會，鄧 杰，謝 軍*

（1.四川理工學院 生物工程學院，四川 自貢 643000；2.釀酒生物技術及應用四川省重點實驗室，四川 自貢 643000）

以瀘州老窖為典型代表的濃香型白酒是中國白酒的一顆璀璨明珠，其具有窖香濃郁、綿甜醇厚、香味協調、尾凈余長的特點，“泥窖固態發酵、續糟配料、混蒸混燒”最能體現其有別于其他香型白酒的獨特釀造工藝。濃香型白酒是以泥料制作的窖池為發酵設備，其不僅起著蓄積糟醅發酵的作用，還與酒中各種呈香呈味的香味成分的形成息息相關。濃香型白酒的釀造是在大量窖泥微生物和其他微生物共同作用下進行的[1-2]，窖泥質量的優劣與濃香型白酒的產量和品質密切相關。濃香型白酒窖泥主要由水、礦物質、有機酸和腐殖質等物質組成，以及在長期、連續、正常的生產過程中不斷馴化形成的穩定的微生物菌群，主要包括細菌、酵母菌、霉菌、真菌和古菌等微生物組成構成的[3]，目前濃香型白酒窖泥的研究主要基于窖泥的這兩部分組成。

從20世紀80、90年代形成檢測窖泥中pH值、水分、腐殖質、有效磷等簡單的理化指標檢測來評價窖泥的好壞的方法以來，研究人員不斷地對窖泥質量評價方法進行探索，但到目前為止，濃香型白酒窖泥質量體系方面的研究仍顯滯后，依舊沿用20世紀90年代的評價方法，通過感官指標（色澤、氣味和手感等）、理化指標（水分含量、pH值、氨態氮含量、有效磷含量和腐殖質含量等）和微生物指標（細菌和芽孢桿菌數量等）來評定窖泥的質量好壞[4-5]。但現行評價標準受檢測人員主觀因素影響較大，并且大量研究結果顯示，部分評價指標在不同質量等級窖泥中的分布并不具有顯著的趨勢，不能真實的反應窖泥的質量狀況。陶勇等[6]研究了劍南春窖泥的理化特性和礦質元素變化趨勢，發現腐殖質在不同質量等級窖泥中的含量由低到高分別為50年優質老窖泥＜10年中等窖泥＜2年新窖泥；氨基酸態氮、有效磷在不同質量窖泥中的含量由低到高分別為2年新窖泥＜50年優質老窖泥＜10年中等窖泥，這些指標在不同質量窖泥中的含量分布與評價標準中的窖泥質量越好含量越高的結論相矛盾，存在諸多不足之處，不能客觀地反映窖泥本身質量的真實情況。因此，篩選出合適的窖泥質量評價指標，優化測定方法，建立一套系統的、科學的、能真實地反映窖泥質量狀況的評價標準，揭示影響窖泥真實的質量品質是迫在眉睫的。本實驗以不同地區不同質量窖泥為研究對象，從現行濃香型白酒窖泥質量評價理化指標中篩選可以真實反映窖泥質量狀況的指標，為濃香型白酒窖泥質量標準的建立奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

窖泥樣品：窖泥樣品采自綿陽、邛崍、宜賓3個地區的名優濃香型白酒廠（均為五糧型釀造工藝，酒質評價方式一致），根據酒廠常年的產酒情況，將全廠窖池分為三個質量等級：產優級酒對應的窖池窖泥（簡稱優級窖泥）；產良級酒對應的窖池窖泥（簡稱良級窖泥）；產差級酒對應的窖池窖泥（簡稱差級窖泥），每個質量等級取3口窖池，開窖糟醅起完后立即在窖底四角及中心取同深度樣品，混合，迅速置于冰盒中運回，4℃保藏。將新鮮窖泥平鋪在洗凈的玻璃板上放在陰涼處風干、粉碎、過篩，即得部分指標測定所需的干窖泥。

氫氧化鈉、碘化汞、碘化鉀、酒石酸鉀鈉、氯化銨、硼酸、硫酸銅、硫酸鉀、甲基紅、溴甲基酚綠、硫酸亞鐵銨、高錳酸鉀、濃硫酸、重鉻酸鉀、鄰菲咯啉、鹽酸、氟化銨、鉬酸銨、氯化亞錫、磷酸二氫鉀等（均為分析純）：成都科龍化工試劑廠；元素鐵（Fe）、鈣（Ca）、鉛（Pb）檢測標準品：深圳市時得佳科技有限公司。

1.2 儀器與設備

Starter2100實驗室pH計：奧豪斯儀器有限公司；T6新世紀紫外可見分光光度計：普析通用儀器北京有限公司；8400全自動凱氏定氮儀：丹麥FOSS公司；DHG-9245A電熱鼓風干燥箱：上海一恒科學儀器有限公司；ICP-OES電感耦合等離子體發射光譜儀：美國PE公司；KQ5200DB超聲波清洗器：昆山市超聲儀器有限公司；GZ-1200-X電腦恒溫層析柜：韶關市廣智科技設備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 理化指標的測定

水分的測定：采用烘干法[6]；pH值的測定：采用pH計法[7]；腐殖質的測定：采用在油浴法基礎上改良的消化爐法[8]；氨基酸態氮的測定：采用奈氏試劑比色法[9]；總氮的測定：利用FOSS8400全自動凱氏定氮儀進行測定[10-11]；有效磷的測定：采用鉬酸銨比色法[9]；礦物質元素的測定：采用電感耦合等離子體發射光譜儀（inductivelycoupledplasma-optical emission spectrometer，ICP-OES）法[12]。

1.3.2 數據分析

每個質量等級窖泥取3個平行樣，數據以平均值±標準差（X±S）形式表示。利用Excel、IBM SPSS20.0軟件進行數據分析及作圖。其中各項指標在不同質量等級窖泥間的差異用單變量雙因素方差分析方法進行分析；聚類分析采用Ward聚類法，以Euclidean為距離。

2 結果與分析

2.1 水分含量在不同地區不同質量等級窖泥間的差異

水在白酒釀造過程中有著舉足輕重的作用，對于窖池來說同樣具有無可替代的作用，水分含量過高會導致窖泥掛壁難，甚至垮窖；水分缺失又會導致窖泥板結、鹽類析出、窖泥中部分微生物死亡最終導致窖泥老化[13-14]，嚴重影響生產，因此對窖泥中水分的監測至關重要。

本試驗研究了不同地區不同質量等級窖泥間水分含量的差異，結果見圖1A。以水分含量為指標對3個地區不同質量窖泥樣品進行聚類分析，結果見圖1B。

圖1 三個地區不同質量等級窖泥水分含量的差異（A）及聚類分析結果（B）Fig.1 Differences of water content(A)and cluster analysis results(B)of pit mud of different quality grades in three regions

由圖1A可知，綿陽地區和邛崍地區優級窖泥水分含量顯著高于差級窖泥（P＜0.05），而宜賓地區優級窖泥水分含量顯著低于差級窖泥（P＜0.05），宜賓地區不同質量等級窖泥中水分含量變化趨勢與綿陽、邛崍地區之間的差異可能是不同地區酒廠黃水抽取方式不同、黃水坑的位置不一樣和黃水抽取時間不同等原因造成的。

由圖1B可知，優級窖泥可以明確地歸為一類，但良級和差級窖泥間劃分則不明確，水分含量未能完全反映窖泥的質量狀況。

研究結果表明，水分含量未能完全區分開不同質量等級的窖泥，暫時不能作為窖泥質量評價指標。但在人工老窖泥制作、窖泥日常養護、窖泥退化治理和窖池管理等方面水分含量具有重要作用[15-16]，后續研究中可以擴大樣品量進行深入研究。

2.2 pH值在不同地區不同質量等級窖泥間的差異

在濃香型白酒釀造過程中會不斷產生各種有機酸使得整個窖池呈酸性，窖池酸度對窖泥中微生物的生長繁殖和代謝有著較大的影響，因此對窖泥中pH值進行監測有利于保證整個窖池的正常運轉。

本試驗研究了不同地區不同質量等級窖泥間pH值的差異，結果見圖2A。以pH值為指標，對3個地區不同質量窖泥樣品進行聚類分析，結果見圖2B。

圖2 三個地區不同質量等級窖泥pH值的差異（A）及聚類分析結果（B）Fig.2 Differences of pH value(A)and cluster analysis results(B)of pit mud of different quality grades in three regions

由圖2A可知，在3個地區不同質量等級窖泥間pH值隨著窖泥質量等級的降低呈顯著下降趨勢，優級窖泥顯著高于良級窖泥（P＜0.05），良級窖泥顯著高于差級窖泥（P＜0.05），具有相同的變化趨勢。

由圖2B可知，同一質量窖泥間雖然存在一定的差異，但3個地區不同質量窖泥樣品可以明確地劃分為優級、良級、差級三大類，與實際情況一致，表明不同地區同一質量等級窖泥間盡管存在一定的差異，但通過測定pH值來評價不同質量窖泥是可行的。

張家慶[17]對正常窖泥、退化窖泥和退化嚴重窖泥中pH值的差異進行了研究，發現pH值隨著窖泥質量降低呈下降趨勢，這與本試驗的研究結果一致。窖泥中pH值能夠將不同質量等級窖泥完全區分開，完全地反映窖泥質量狀況，并且受窖泥采樣地區的影響較小，可以繼續用作窖泥質量評價指標。

2.3 腐殖質含量在不同地區不同質量等級窖泥間的差異

腐殖質是一種由氨基及環狀有機氮組成的化合物，在濃香型白酒窖泥中不僅是微生物主要的營養來源，還對窖泥酸度的調節、窖泥水分的保持以及功能菌的馴化具有重要作用，因此腐殖質的含量在某種程度上也能反映窖泥質量的優劣。

本試驗研究了不同地區不同質量等級窖泥間腐殖質含量的差異，結果見圖3A。以腐殖質含量為指標，對3個地區不同質量窖泥樣品進行聚類分析，結果見圖3B。

圖3 三個地區不同質量等級窖泥腐殖質含量的差異（A）及聚類分析結果（B）Fig.3 Differences of humus content(A)and cluster analysis results(B)of pit mud of different quality grades in three regions

由圖3A可知，在3個地區不同質量等級窖泥間腐殖質含量變化趨勢各不相同，綿陽地區窖泥中腐殖質含量優級窖泥大于差級窖泥大于良級窖泥，差異均不顯著（P＞0.05），邛崍地區窖泥中腐殖質含量隨著窖泥質量等級的降低呈下降趨勢，但差異均不顯著（P＞0.05），宜賓地區窖泥中腐殖質含量良級窖泥大于差級窖泥大于優級窖泥，差異均不顯著（P＞0.05）。

由圖3B可知，良級窖泥可以明確地歸為一類，但優級和差級窖泥間劃分不明確，與實際情況存在一定差異，表明腐殖質含量未能完全反映窖泥的質量狀況。

張家慶[17]對正常窖泥、退化窖泥和退化嚴重窖泥中腐殖質含量的差異進行了研究，發現腐殖質含量隨著窖泥質量降低呈下降趨勢，與邛崍地區窖泥窖泥研究結果大致相同。在不同質量等級窖泥間腐殖質含量差異不顯著，未能完全區分開不同質量窖泥，因此暫不能用作窖泥質量評價指標。

2.4 氨基酸態氮含量在不同地區不同質量等級窖泥間的差異

窖泥中氨基酸態氮是一種速效性氮源，能夠溶解在窖泥溶液中被微生物直接吸收利用，是窖泥微生物生長繁殖及代謝的主要氮源，是窖泥中總氮的重要組成部分。窖泥中氨基酸態氮含量在表征窖泥營養元素含量的分布狀況和窖泥的質量狀況等方面具有重要作用。

本試驗研究了不同地區不同質量等級窖泥間氨基酸態氮含量的差異，結果見圖4A。以氨基酸態氮含量為指標，對3個地區不同質量窖泥樣品進行聚類分析，結果見圖4B。

圖4 三個地區不同質量等級窖泥氨基酸態氮含量的差異（A）及聚類分析結果（B）Fig.4 Differences of amino acid nitrogen content(A)and cluster analysis results(B)of pit mud of different quality grades in three regions

由圖4A可知，3個地區不同質量等級窖泥間氨基酸態氮含量具有相同的變化趨勢，窖泥中氨基酸態氮含量隨著窖泥質量等級降低呈顯著下降趨勢，優級窖泥中氨基酸態氮含量顯著高于良級窖泥（P＜0.05）、良級窖泥中氨基酸態氮含量顯著高于差級窖泥（P＜0.05）。

由圖4B可知，雖然同一質量窖泥間存在一定的差異，但3個地區不同質量窖泥樣品可以明確地歸為優級、良級和差級三大類，表明不同地區同一質量等級窖泥間盡管存在一定的差異，但通過測定氨基酸態氮含量來區分不同質量窖泥是可行的。

目前窖泥氨基酸態氮含量的研究主要集中在不同窖齡窖泥間，鄧杰[18]研究了不同窖齡窖泥間氨基酸態氮含量的差異，發現氨基酸態氮含量隨著窖齡增加即窖泥質量的上升呈上升趨勢，這與本試驗研究結果不同質量等級窖泥中氨基酸態氮含量隨著窖泥質量等級降低呈顯著的下降趨勢（P＜0.05）是一致的，因此窖泥中氨基酸態氮含量可以繼續用作窖泥質量評價指標。

2.5 總氮含量在不同地區不同質量等級窖泥間的差異

氮元素是構成微生物細胞的重要元素，是微生物生長繁殖不可或缺的。窖泥中氮元素主要包括氨基酸態氮、硝態氮、亞硝態氮、有機氮等含氮化合物，是窖泥功能菌生長、繁殖所必需的，當窖池中氮含量降低時，微生物繁殖受到影響窖泥易老化，研究不同質量等級窖泥中總氮含量的差異用以表征窖泥真實的質量理論上是可行的。

本試驗研究了不同地區不同質量等級窖泥間總氮含量的差異，結果見圖5A。以總氮含量為指標，對3個地區不同質量窖泥樣品進行聚類分析，結果見圖5B。

圖5 三個地區不同質量等級窖泥總氮含量的差異（A）及聚類分析結果（B）Fig.5 Differences of total nitrogen content(A)and cluster analysis results(B)of pit mud of different quality grades in three regions

由圖5A可知，不同質量等級窖泥間總氮含量具有相同的變化趨勢，優級窖泥顯著高于良級窖泥（P＜0.05），良級窖泥顯著高于差級窖泥（P＜0.05），隨著窖泥質量等級的降低呈顯著下降趨勢（P＜0.05）。

由圖5B可知，3個地區不同質量窖泥樣品可以明確地歸為優級、良級和差級三大類，與實際情況一致。雖然同一質量窖泥間存在一定的差異，但仍然被劃分為一組，表明不同地區同一質量等級窖泥間盡管存在一定的差異，但通過測定總氮含量來區分不同質量窖泥是可行的。

目前總氮含量的研究主要集中在不同窖齡窖泥間，鄧杰[18]研究了不同窖齡窖泥間總氮含量的差異，發現總氮含量隨著窖齡增加即窖泥質量上升呈上升趨勢，這與本試驗研究結果不同質量等級窖泥中總氮含量隨著窖泥質量等級降低呈顯著的下降趨勢（P＜0.05）是一致的。窖泥采樣地區雖然對窖泥中總氮含量具有一定的影響，但窖泥中總氮含量能夠完全反映窖泥質量狀況，可以繼續作為窖泥質量評價指標。

2.6 有效磷含量在不同地區不同質量等級窖泥間的差異

磷元素是微生物細胞的重要組成部分，對微生物的生長繁殖具有重要作用，窖泥中有效磷大多是植酸狀態下的有機磷，能被微生物直接吸收利用，能夠反映窖泥近期的供磷狀態，理論上能夠反映窖泥質量的優劣。

本試驗研究了不同地區不同質量等級窖泥間有效磷含量的差異，結果見圖6A。以有效磷含量為指標對3個地區不同質量窖泥樣品進行聚類分析，結果見圖6B。

圖6 三個地區不同質量等級窖泥有效磷含量的差異（A）及聚類分析結果（B）Fig.6 Differences of effective phosphate content(A)and cluster analysis results(B)of pit mud of different quality grades in three regions

由圖6A可知，不同地區不同質量等級窖泥間有效磷含量具有相同的變化趨勢，優級窖泥中有效磷含量顯著高于差級窖泥（P＜0.05），但良級窖泥與優級、差級窖泥之間不具有明顯差異（P＞0.05）。

由圖6B可知，3個地區不同質量窖泥樣品可以分為三大類，但與實際情況存在一定差異。通過測定有效磷含量可以明確地將差級窖泥歸為一類，但優級和良級窖泥間劃分不明確，表明有效磷含量并不能將不同質量窖泥完全區分開，未能完全反映窖泥的質量狀況。

任道群等[19]研究了新窖窖泥、40年窖泥、100年窖泥和300年窖泥中有效磷的差異，結果表明窖泥中有效磷含量隨著窖齡增加即窖泥質量上升呈上升趨勢，這與本試驗研究結果有效磷含量隨著窖泥質量等級降低呈下降趨勢基本一致。研究發現，有效磷含量未能將不同質量等級窖泥完全區分開來，暫時不能作為窖泥質量的評定指標。但有效磷含量在人工老窖泥制作、窖泥日常養護、窖泥退化治理和窖池管理等方面具有重要作用，后續研究中可以擴大樣品量進行深入研究。

2.7 鈣、鐵含量在不同地區不同質量等級窖泥中的差異

當窖泥中鈣、鐵等礦物質元素含量過高、水分缺失時就會與窖池中的酸類作用形成晶體析出，造成窖泥退化、酒質和產量降低的現象，對整個生產造成嚴重的影響[20]，因此對窖泥中的鈣、鐵含量進行監測具有重要意義。

本試驗研究了不同地區不同質量等級窖泥間鈣含量的差異，結果見圖7A。以鈣含量為指標，對3個地區不同質量窖泥樣品進行聚類分析，結果見圖7B。

圖7 三個地區不同質量等級窖泥鈣含量的差異（A）及聚類分析結果（B）Fig.7 Differences of calcium content(A)and cluster analysis results(B)of pit mud of different quality grades in three regions

由圖7A可知，綿陽和宜賓地區窖泥中鈣含量具有同樣的變化趨勢，優級窖泥中鈣含量顯著高于良級窖泥（P＜0.05），良級窖泥中鈣含量顯著高于差級窖泥（P＜0.05），而邛崍地區良級窖泥中鈣含量顯著高于優級窖泥（P＜0.05），優級窖泥顯著高于差級窖泥（P＜0.05）。

由圖7B可知，3個地區不同質量窖泥樣品可以明確地歸三大類，與實際情況一致。雖然同一質量窖泥間存在一定差異，但仍然被劃分為一類，表明不同地區同一質量窖泥間盡管存在一定的差異，但通過測定鈣含量來區分不同質量窖泥是可行的。

張艷研等[21]究了詩仙太白酒業不同窖齡窖泥中礦物質元素的變化趨勢，研究發現窖泥中鈣含量隨著窖齡增加即窖泥質量上升呈上升趨勢，這與本試驗研究結果一致。本試驗研究發現，3個地區不同質量等級窖泥間鈣含量雖然差異顯著，通過聚類分析也能將3個地區不同質量窖泥完全區分為三個等級，但邛崍地區三個質量等級窖泥中鈣含量變化趨勢與綿陽和宜賓地區存在差異。因此窖泥中鈣含量暫不能用作窖泥質量評價指標。但鈣含量在人工窖泥制作、窖泥日常養護、窖泥退化治理等方面仍具有重要作用，因此窖泥中鈣含量在后續研究中可以擴大取樣量繼續深入研究。

本試驗研究了不同地區不同質量等級窖泥間鐵含量的差異，結果見圖8A。以鐵含量為指標，對3個地區不同質量窖泥樣品進行聚類分析，結果見圖8B。

圖8 三個地區不同質量等級窖泥鐵含量的差異（A）及聚類分析結果（B）Fig.8 Differences of iron content(A)and cluster analysis results(B)of pit mud of different quality grades in three regions

由圖8A可知，3個地區不同質量等級窖泥間鐵含量差異均不顯著（P＞0.05），窖泥中鐵含量并不隨窖泥質量的變化而顯著變化。

由圖8B可知，3個地區不同質量窖泥樣品可以明確地分為三大類，與實際情況存在一定差異。通過測定鐵含量可以明確地將差級窖泥歸為一類，但優級和良級窖泥間劃分不明確，表明鐵含量未能完全反映窖泥的質量狀況。

本試驗研究發現不同地區不同質量等級窖泥間鐵含量沒有明顯的變化趨勢，這可能是因為不同地區取樣窖池窖齡差異造成的，張艷等[21]研究發現鐵含量在10～15年窖泥中最高，以此為分界點鐵含量隨著窖齡的增加呈緩慢下降趨勢。窖泥中鐵含量不隨窖泥質量的變化而變化，不能反映窖泥的質量狀況，因此窖泥中鐵含量暫不能用作窖泥質量評價指標。雖然窖泥中的鐵含量不能用于評價窖泥質量，但是在人工窖泥制作、窖泥日常養護、窖泥退化治理等方面仍具有重要作用。

2.8 鉛含量在不同地區不同質量等級窖泥間的差異

在白酒衛生標準制定時考慮了鉛進入人體的各種途徑，如蒸餾器、冷凝器、貯酒容器等中的鉛溶于酒中，同時明確規定蒸餾酒、黃酒中鉛的含量不能超過0.5 mg/kg[22-23]。隨著環境污染日益嚴重，白酒釀造過程中水、糧食、原輔料中的鉛以及制作窖泥所用泥土中的鉛不斷蓄積在窖泥中，造成窖泥中鉛的富集，對窖泥中的功能微生物具有一定的毒害和抑制風險[24-25]。為了確保窖泥的食品安全需要對窖泥中的鉛含量進行監測，以評價窖泥的安全性和質量狀況。

本試驗研究了不同地區不同質量等級窖泥間鉛含量的差異結果發現，結果見圖9A。以鉛含量為指標，對3個地區不同質量窖泥樣品進行聚類分析，結果見圖9B。

圖9 三個地區不同質量等級窖泥鉛含量的差異（A）及聚類分析結果（B）Fig.9 Differences of plumbum content(A)and cluster analysis results(B)of pit mud of different quality grades in three regions

由圖9A可知，3個地區不同質量等級窖泥間鉛含量差異均不顯著（P＞0.05），窖泥中鉛含量不隨窖泥質量的變化而顯著變化。

由圖9B可知，3個地區不同質量窖泥樣品可以分為三大類，與實際情況存在一定差異。通過測定鉛含量可以明確地將差級窖泥歸為一類，但優級和良級窖泥間劃分不明確，表明鉛含量未能完全反映窖泥的質量狀況。

目前窖泥中針對鉛含量的研究較少，謝國排等[26]對窖泥中重金屬元素進行了研究，結果發現鉛在窖泥中遷移變化活躍，這與本試驗研究結果大致相同。不同地區不同質量等級窖泥中鉛含量具有一定的差異但不顯著，未能完全地表達窖泥的質量狀況，不能作為窖泥評價指標。但鉛含量指標在窖泥安全方面值得深入研究，雖然3個地區窖泥中鉛含量最高為11.663 1 μg/g，遠低于GB 15618—2008《土壤環境質量標準》中規定的安全標準值50 μg/g，處于安全范圍，但仍然需要引起白酒企業的重視。

3 結論

本試驗通過單變量雙因素方差分析方法對現行濃香型白酒窖泥質量評價標準中的部分理化指標進行了深入研究及篩選，以期篩選出能夠反映窖泥真實質量情況的指標。研究發現，pH值、氨基酸態氮含量和總氮含量在不同質量等級窖泥間具有相同的變化趨勢，隨著窖泥質量等級的提高其含量均呈顯著上升趨勢（P＜0.05）；雖然在地區間存在一定的差異，但均能真實地反映窖泥質量狀況，可以繼續用作窖泥質量評價指標。水分含量、有效磷含量和鈣含量指標在優級窖泥和差級窖泥中差異顯著（P＜0.05），但未能完全區分開不同質量等級的窖泥，這可能是因為本試驗研究中樣品量不足造成的，后續研究中擴大樣品量對這些指標進行深入研究，可能會得到準確的分布規律，以進一步完善窖泥質量評價標準。其余理化指標雖然不能作為窖泥質量評價指標但在人工老窖泥制作、窖池日常養護、防止窖泥退化、白酒衛生生產等方面仍具有重要研究價值，在日常生產中對這些指標進行監測才能保證生產的正常運行。