濃香型白酒窖泥養護探討

江 鵬，何朝玖，彭春芳，劉燕梅，肖龍泉，陳 卓

（1.宜賓職業技術學院 五糧液技術與食品工程學院，四川 宜賓 644003；2.宜賓市六尺巷酒業有限公司，四川 宜賓 644000；3.宜賓市產品質量監督檢驗所，四川 宜賓 644002；4.成都大學 藥學與生物工程學院，四川 成都 610106）

濃香型白酒是中國四大基本香型白酒（濃香型、醬香型、清香型和米香型）之一，其典型釀造特征就是采用泥窖固態發酵。窖池的功能載體是窖泥，窖泥是白酒固體發酵過程中微生物的重要來源，窖泥微生物的群落結構對濃香型白酒的質量有著重要影響[1]。長時間的馴化與選擇，孕育了窖池中獨特的窖泥微生物群落。它們既相互共生，又相互競爭，通過復雜的相互作用關系，形成了一個獨特的微生物生態系統[2]。在白酒發酵過程中，窖泥中的釀酒微生物逐漸進入白酒糟醅中參與產酸產酯，賦予濃香型大曲酒典型的風格特征[3-6]。窖泥的不當使用以及缺少養護，都會導致窖泥出現不同程度的退化或老化，嚴重影響濃香型白酒的質量和產量。因此，對窖泥養護的研究具有十分積極的意義和深遠的影響。該文主要對現階段窖泥微生物的研究現狀進行概述，總結了濃香型大曲酒窖泥老化的現象，分析了濃香型大曲酒窖泥老化的原因，探討窖泥養護的措施，以期為窖泥生產和養護提供理論參考。

1 窖泥的概述

濃香型白酒是一類以泥窖固態發酵生產的白酒，窖泥微生物的結構與濃香型白酒的質量存在密切關系，即窖泥中釀酒優勢菌群代謝越穩定，濃香型白酒的質量越高。窖泥中的微生物種類的多樣性及其群落結構決定了窖泥功能的穩定性。窖泥的主要優勢微生物有厚壁菌門、變形菌門、擬桿菌門、放線菌門、擬桿菌門、互養菌門、綠彎菌門和廣古菌門等[7-11]。窖泥微生物的群落結構對濃香型白酒中香味物質的形成有較大的影響[12]。濃香型白酒的質量與窖齡長短存在一定的關系，通常情況下窖齡越長，白酒品質越高[13]。不同窖齡窖泥微生物的數量和群落結構不同，不同酒廠的窖泥微生物在種類和結構上也存在一定差異，這可能是造成我國濃香型白酒風味多樣化的原因之一[14-15]。如五糧液窖泥中群系復雜的厚壁菌門細菌與其他濃香型白酒窖泥的原核微生物群落存在顯著差異[16]。不同窖池的窖泥微生物中細菌和乳酸菌也存在一定差異[17]。新窖泥與趨老熟窖泥的典型微生物是乳球菌和乳酸菌，老熟窖泥的典型微生物是梭菌[18]。

2 窖泥退化的研究進展

隨著窖泥中的雜質（糠殼等）含量逐漸增多和窖泥中營養物質含量的減少以及有害代謝產物的不斷積累，不僅會造成窖泥的理化指標發生改變，還會使窖泥微生物種類和數量發生變化。窖泥生態系統穩定性減弱使得窖泥的功能退化，進而影響濃香型白酒的質量和產量。

2.1 窖泥老化的現象

2.1.1 老化窖泥理化指標的變化

正常的窖泥呈烏黑色、濕潤，手感柔軟細滑，有濃郁的窖泥香[19]。老化后的窖泥pH、有效磷、水分含量、銨態氮含量、丁酸含量變低，鈣、鐵含量、氧化還原電位、動電電位、總酸含量、甲酸含量、乳酸含量顯著升高[20-21]。同時在窖泥表面及內部會析出白色顆?；蜥槧罱Y晶物質，即窖泥的“鈣化”。嗅之缺少香味或香味較淡[22]。研究發現白色粉末狀物質的主要成分是乳酸鈣和乳酸鎂，細長針狀結晶物質的主要成分是乳酸亞鐵，這些物質會使窖泥板結堅硬[23]。通常情況下窖池中上部的窖泥易發生老化，輕度老化的窖泥中可見少量白色針狀晶體，嚴重老化的窖泥中析出大量白色針狀晶體。北方窖泥老化時易產生以乳酸鈣（乳酸鎂）為主的白色粉末，而南方窖泥老化易生成以乳酸亞鐵鹽為主的針狀晶體。

2.1.2 老化窖泥微生物指標的變化

正常窖泥的微生物種類和數量較大。通常情況下窖泥微生物群落多樣性指數與窖泥質量呈正相關。正常窖泥細菌群落的多樣性指數高于老化窖泥[24]。老化窖泥的優勢菌門數最少，僅有變形菌門、厚壁菌門、擬桿菌門3個優勢菌門，其中以變形菌門為主[25]。趨老化窖泥、老化窖泥的微生物群落多樣性依次減少。老化窖泥中微生物群落核心的屬總含量非常低，主要集中在梭菌綱和擬桿菌綱。窖泥在老化或鈣化階段的特征代謝產物以甲醇、二甲胺等化合物為主[26]。

2.2 窖泥老化的原因

引起窖泥老化或功能退化的原因很多。隨著對窖泥微生物深入研究，對窖泥老化的認識越來越清晰。窖泥老化可能是由于工藝操作不當或發酵周期過長（壓排時間長）引起母糟酸度過高引起的。窖泥長時間處于高酸度的環境下窖泥自身的pH也會變低，窖泥微生物的種類和數量在這樣的環境下發生微小的變化。這種微小的變化不能及時引起直觀的老化現象。但這種微小變化會導致窖泥微生物群落結構和數量慢慢的變化。如微生物代謝產生過量的乳酸，過量的乳酸又無法通過窖泥微生物菌群代謝互作轉化為甲烷，會加速窖泥老化[27]。

已有研究發現窖泥中的水解/發酵菌群、互營養產乙酸菌群和產甲烷菌群代謝互作的穩定性與窖泥的pH有關，通常這三類代謝趨于穩定的窖泥，有利于窖泥微生物群落結構趨于穩定[28]。當窖泥pH發生變化后，這三類代謝的穩定性受到影響，窖泥微生物群落結構發生改變[29]。乳桿菌屬等產酸菌群大量繁殖產生過量的乳酸，乳酸和窖泥中的鈣離子和亞鐵離子等生產白色難溶物。乳酸亞鐵等會損傷己酸菌細胞膜從而抑制其生長[30]。乳酸鈣等會引起窖泥板結堅硬，影響窖泥和糟醅間的物質交換，抑制功能微生物的活力。

綜上可知，窖泥老化的原因是窖泥中微生物群落的結構發生了變化，窖泥微生物菌群代謝紊亂，從而使得窖泥功能退化。

2.3 窖泥養護的研究

2.3.1 營養液對窖泥的養護研究

營養物質是窖泥微生物生存的物質基礎，對窖泥微生物的生產繁殖有著重要影響。已有研究表明通過添加營養液對窖泥養護有一定的效果。林生旺等[31]研究發現，以優質黃水、雙輪底糟醅打成糟漿、大曲粉、乙醇、底鍋水等制成的養窖液對窖泥有顯著養護效果，若連續4年養護老化的窖泥可徹底扭轉窖泥退化的趨勢。梁萌等[32]研究發現，以鍋底水、大曲粉、窖泥制成的窖泥養護液可提高窖泥活性和質量，延緩窖泥老化速度。崔鳳元等[33]研究發現，高溫大曲對補充窖泥營養和提高己酸菌的數量在延緩窖泥老化有較好作用。

2.3.2 功能微生物對窖泥的養護研究

窖泥微生物數量和結構對于窖泥生態系統穩定性的維持和修復起著至關重要的作用。已有許多研究發現通過添加窖泥中的主要功能菌對窖泥具有一定養護作用。孫露露等[34]研究發現，生香酵母與己酸菌的復合培養液，有利于提高窖泥的養護效果，對提高濃香型白酒的產量和優質酒率有促進作用。桑其明等[35]研究發現，以甲烷桿菌、己酸菌、老窖泥混合培養制成的窖泥養護液對窖泥有較為理想的養護效果，該養護液能明顯優化窖泥微生物菌群結構，提升窖泥質量，提高原酒品質。屈光偉等[36]研究發現，復合己酸菌液具有一定的養窖護窖效果。陳臣等[37]研究發現，以分離得到的窖泥功能菌混合菌種制成混合菌液在改善窖池窖泥內微生物的生長環境、維持窖池窖泥內各種微生物的生長以及發酵循環有著較好的效果。杜禮泉等[38]研究發現，以己酸菌、液體窖泥菌液和窖泥復合功能菌液混合制成的窖泥養護液對于退化窖泥的養護具有較好效果。張學英等[39]研究發現，在老化的窖泥中加入含己酸菌的復活劑，可以補充窖泥中優勢微生物菌群。

2.3.3 產酸菌抑制劑對窖泥的養護研究

由于在發酵過程中產生大量有機酸，尤其是乳酸長時間累積，窖泥中易生成乳酸鈣或乳酸鎂等難溶物。這些物質附著在窖泥表面會阻礙母糟中的營養物質進入窖泥，從而使窖泥功能微生物減少。已有研究發現通過向窖泥加入產酸菌抑制劑可緩解或解決窖泥鈣化的問題，從而提高窖泥養護效果。陳彬等[40]研究發現，酒花酸浸提液和乳酸鏈球菌肽對于改善窖泥含水量、pH、氧化還原電位升高有顯著效果，產堿菌可以降低鈣化窖泥中的金屬離子含量，特別是降低Ca2+含量。喬宗偉[41]研究發現，L-乳球菌可抑制乳酸鈣的生成，延緩窖泥老化。

2.3.4 其他方法對窖泥養護的研究

劉樂樂等[42]研究發現，翻底添加泥炭可以延緩窖泥老化及提高窖池原酒優級率及出酒率。文成兵等[43]研究發現對影響白酒發酵功能菌群生長代謝的窖泥的營養成分、水分及微生物區系等進行補給、調節，同時落實“以糟養窖、以窖養糟”生產工藝，可提高窖泥質量。王久明[44]通過對優質窖泥與老化窖泥比較分析，提出了應“以防為主，防重于治”的養窖原則，且需長期堅持窖泥養護才能明顯改善窖泥的質量，提高優級酒率。崔鳳元等[45]研究發現，打孔灌注醋酸鈉溶液可調節窖泥的pH值，促進有益微生物的生長繁殖，延緩窖池老化，促進酒質提升。

雖然補充營養物質和補充功能微生物等對窖泥養護有一定的效果，但這些養護方法的作用機制尚不清楚、成效并不理想。這些研究也并未從根本上解決窖泥老化的問題。因而有必要對窖泥老化的原因進一步深入剖析。

3 結論與展望

窖池是濃香型白酒生產中不可或缺的發酵設備，對濃香型白酒的質量和產量起著重要的影響[46]。老化窖池窖壁上部窖泥常常出現結晶或板結的現象，出酒率及酒質均顯著低于正常窖池[47]。部分酒廠窖泥的狀態（老化）僅通過感官鑒定或產酒率和優質率進行判斷，缺乏科學依據，且由微生物引起的感官變化具有滯后性，不能及時反映窖泥狀態的變化[48]。研究發現不同品質窖泥的理化特性存在顯著差異，水分含量、總氮、銨態氮、pH、腐殖質、有效磷含量等理化特性與窖泥中的微生物含量有關，一般情況下有效磷含量、pH與微生物含量呈正相關[29，31，49]。窖泥微生物群落多樣性指標可作為窖泥退化的判斷依據[49]。窖泥微生物會隨著窖泥的老化發生顯著的變化。有研究發現在窖泥老化的過程是由于厚壁菌門增加和形桿菌門減少（消失）的結果[51]。

窖泥老化時產生的乳酸亞鐵等物質不僅會抑制窖泥功能微生物的生長，還會使窖泥變硬甚至板結，從而進一步影響窖泥微生物的生長繁殖[22-23，52]。窖泥微生物的生長繁殖不僅受營養物質的影響，還受空間、生產工藝、原輔料等多種因素影響。利用現代微生物技術對窖泥微生物群落多樣性指標監測，結合窖泥理化指標檢測結果，及時補充窖泥缺失營養成分和調整生產工藝參數，同時利用現代生物技術對窖泥的科學養護，不僅可防止窖泥功能微生物退化，還能促進窖泥老熟。因此，建立窖泥退化快速評價體系，正確分析窖泥退化的原因，針對窖泥退化的原因制定精準的窖泥養護措施，再輔以嚴格的生產操作，才能實現對窖泥的有效養護，最終提高濃香型白酒的質量和產量。