人工窖泥質量等級判定模型的建立

張東躍，劉選成，來安貴，趙德義，曹建全，沈才洪

(1.山東景芝酒業股份有限公司，山東安丘 262119；2.瀘州老窖股份有限公司，四川瀘州 646000)

在濃香型大曲酒的生產中，窖泥是基礎，窖泥對白酒中呈香呈味物質的形成起著至關重要的作用[1]。在一定程度上，窖泥的質量好壞直接決定著白酒的質量優劣[2]。因此，在傳統濃香型白酒生產過程中，窖泥的位置舉足輕重，常常被稱之為“酒之髓”，即：白酒的精髓在于窖。

在“瀘型酒窖池分類模式”理論中，自然老熟的“千年老窖”及用微生物技術形成的具有“老窖”特征的人工窖的窖內發酵可歸屬于同一類發酵模式，即：Ⅱ類模式[3]。從中可以總結出，采用微生物技術培養的人工窖泥釀出的酒質可以達到老窖的水平。由于“千年老窖”稀缺，以及新窖產酒酒質較差，這樣遠遠不能滿足人們的物質生活要求。因此，從20 世紀60 年代開始，以瀘州老窖為代表的名酒廠通過與各大科研所進行合作，探索創新了“人工老窖厭氧功能菌窖泥新技術”，為濃香型大曲酒人工窖泥培養技術做出了重大貢獻。并研究出新窖老熟的方法，使新建窖池在較短時間內生產出優質白酒，實現了濃香型大曲酒的生產工藝異地移植，從而極大地推動了濃香型大曲酒的發展。人工窖泥培養技術的發明，是在認識和揭示老窖泥微生物區系和成分組成基礎上的重大創新，不僅顯著地縮短了新窖泥老熟的時間，而且為濃香型大曲酒的發展奠定了技術基礎。但由于各大廠家對老窖泥的認識及研究程度不同，其培養人工窖泥的配方也就存在著差異，再加上窖泥老化問題的存在[4]，造成人工窖泥質量參差不齊。對于人工窖泥質量等級的判定問題上，由于國內外關于這方面的研究甚少，迄今為止尚沒有一個統一的標準。

本研究從感官、理化和微生物3 個方面，結合不同等級窖泥的理化數據，建立了人工窖泥質量等級判定數學模型，應用模型對4 種方案培養的人工窖泥進行質量等級判定，并與酒質進行對比分析，以期獲得該模型在判定人工窖泥質量等級上的有效性。

1 材料與方法

1.1 材料

窖泥樣品：不同配方同一時期培養的人工窖泥（分別為方案一、方案二、方案三、方案四）及不同等級窖泥（分別為黃泥、1～3 年、30～60 年、90～150年、200年以上窖齡窖泥）。供試人工窖泥基本信息見表1，不同等級窖泥數據分析見表2。

表1 人工窖泥基本信息

表2 不同等級窖泥標準數據對照表

1.2 實驗方法

1.2.1 人工窖泥質量等級判定模型指標體系

本研究主要以感官、理化和微生物3 個因素作為評判人工窖泥質量等級的一級指標，則因素集U={u1，u2，u3}，式中：u1感官，u2理化，u3微生物。其中感官指標分顏色、氣味和質感3 個二級指標；理化指標分腐殖質、pH值、N、P 和K 5個二級指標；微生物分己酸菌、甲烷桿菌和厭氧細菌總數3 個二級指標。具體的指標體系見圖1。質量判定等級評語是用來描述人工窖泥具體質量等級的語言[5]，為了判定人工窖泥等級歸屬，故將新鮮黃泥、1～3 年窖齡、30～60 年窖齡、90～150 年窖齡和200 年以上窖齡5 個等級作為人工窖泥質量判定等級評語，其取值分別為：1，2，3，4 和5。因此，質量等級論域V={v1，v2，v3，v4，v5}，式中：v1新鮮黃泥，v21～3 年窖齡，v330～60 年窖齡，v490～150 年窖齡，v5200 年窖齡。

圖1 指標體系圖

1.2.2 人工窖泥質量等級判定模糊關系矩陣的建立

通過人工窖泥感官、理化及微生物的測定數據，對比不同等級窖泥標準數據分析表，對人工窖泥感官指標進行歸屬打分（0～10 分）及采用隸屬函數對理化和微生物進行隸屬度的確定，并將判定結果進行歸一化處理，得到模糊關系矩陣R。

1.2.3 人工窖泥質量等級判定各因素權重的確定

請10 位專家對影響窖泥質量等級判定的各一級指標和二級指標之間進行0～10 分打分，根據打分結果，對數據進行統計分析處理，得到一級指標的權向量X=（x1，x2，x3）及各個二級指標的二級權向量，包括x1=（x11，x12，x13），x2=（x21，x22，x23，x24，x25），x3=（x31，x32，x33）。

1.2.4 人工窖泥質量等級判定模型的建立

采用M（·,+）算子[6]和秩加權平均來處理判定結果。

二級指標模糊層次分析模型為：

式中：Ui為二級指標模糊層次分析向量；xi為各二級指標的權重；R 是對某種窖泥樣品判定結果并進行歸一化處理后得到的模糊矩陣。

將Ui重新組合為新的矩陣：

一級指標模糊層次分析模型為：

式中：Bi為一級指標模糊層次分析向量；X 為一級指標權向量。

式中：Si為樣品模糊層次分析秩加權平均計算結果；bij表示向量Bi中一個元素；j 為評語等級，取值為1，2，3，4，5。

最后，通過對不同等級窖泥數據進行分析，計算S 值，可得出不同等級窖泥對應的S 值；再對人工窖泥的數據進行分析計算S 值，最后與不同等級窖泥的S 值進行比較，以此判斷人工窖泥的質量等級。

1.2.5 不同配方培養人工窖泥及不同等級窖泥發酵產酒酒質分析

對出窖母糟進行單獨蒸餾，取2～3 段綜合酒樣由國家級、省級評委對酒樣在80～100 分之間進行打分，并將打分結果進行統計分析；另取部分酒樣，對其進行色譜分析及總酸總酯的檢測。

2 結果與分析

2.1 人工窖泥質量等級判定模型各因素分析及權重設定

經10 位專家對判定人工窖泥質量等級的各一級、二級指標之間進行0～10 分打分[7]，得出各因素在判定人工窖泥質量等級上的重要程度，打分結果見表3—表6。

由表3—表6 可知，各指標分數除以總分，得到各指標的權重，則一級指標的權向量為：X=(0.320，0.257，0.423)；二級指標的權向為：x1=(0.270，0.351，0.379)，x2=(0.353，0.082，0.197，0.186，0.182)，x3=(0.357，0.303，0.340)。

表3 判定人工窖泥等級一級指標權重打分表

表4 判定人工窖泥等級二級指標權重打分表

表5 判定人工窖泥等級二級指標權重打分表

表6 判定人工窖泥等級二級指標權重打分表

2.2 不同等級窖泥模糊關系矩陣R 的建立及S 值的確定

以黃泥為例，

由公式(1)、(2)和(3)可得：

故黃泥的S值為：S1=1；

2.3 不同配方培養人工窖泥各指標測定結果

對4 種配方培養人工窖泥的各種指標進行測定，其測定結果詳見表7。

表7 不同配方人工窖泥各指標測定結果

2.4 不同配方培養人工窖泥模糊關系矩陣R 的建立及S值的計算

2.4.1 人工窖泥感官指標模糊關系矩陣的建立

對照不同等級窖泥標準數據分析表，采用0～10 打分方法，對顏色、氣味和質感3 個二級指標進行打分，即：相似度大的，分數高些；相似度小的，分數低些。打分結果見表8—表11。

表8 方案一人工窖泥打分評定表

表9 方案二人工窖泥打分評定表

表10 方案三人工窖泥打分評定表

將表8—表11 進行歸一化處理，得到模糊關系矩陣R：

表11 方案四人工窖泥打分評定表

2.4.2 人工窖泥理化和微生物指標模糊關系矩陣的建立

參照窖泥等級判定標準數據表，利用隸屬函數關系，確定各二級指標隸屬度，得到模糊關系矩陣R。

式中a1，a2分別表示某項指標兩個等級窖泥的標準值；r表示隸屬度。

以方案一腐殖質含量為例，其值位于1～3 年和30～60 年之間，所以a1=5.2，a2=14.8，r==0.680，模糊關系矩陣為R=（0，0.320，0.680，0，0）。同理可求出，不同配方人工窖泥理化指標模糊關系矩陣為：

不同配方人工窖泥微生物指標模糊關系矩陣為：

2.4.3 不同配方培養人工窖泥S值計算

以方案一為例，由公式（1）（2）和（3）可求出：

所以，方案一S值的計算結果：

同理，方案二S值的計算結果：

方案三S值的計算結果：

方案四S值的計算結果：

將以上結果進行整理分析，詳見表12。

從表12 可看出，方案二培養人工窖泥質量等級最高，其次是方案一、方案三和方案四。其中方案二和方案一培養人工窖泥的質量等級較高，已經達到了30 年老窖泥水平，為人工窖泥的擴培提供了科學理論根據。

表12 不同配方培養人工窖泥S值比較

2.5 不同等級窖泥及4 種方案培養人工窖泥產酒酒質分析

不同等級窖泥及4 種配方培養人工窖泥產酒酒樣感官嘗評結果見表13，4 種不同配方培養人工窖泥產酒酒樣色譜分析及理化檢測結果見表14。

表13 酒體感官評定表

表14 不同配方培養人工窖泥色譜分析結果 (g/L)

從表13—表14 可看出，方案二培養的人工窖泥產酒酒質較好，這也說明人工窖泥質量較好，其次是方案一＞方案三＞方案四，此結果與人工窖泥質量等級評定結果相同，驗證了該模型應用于人工窖泥質量等級判定方面的有效性。

3 結論

本研究通過設定人工窖泥質量等級判定各指標權重，從感官、理化和微生物3 個方面，首次將模糊層次分析法[8]引入到人工窖泥的質量等級判定中，并建立了人工窖泥質量等級判定模型，開創了人工窖泥質量等級判定的先河。首先，該模型的判定方法在一定程度上克服了以往采用簡單評價法對判定結果帶來的主觀性和片面性，通過定量化和系統化的評判體系，使評判結果更為科學和準確；其次，本研究還通過與酒質的感官嘗評及色譜分析進行對比分析，論證了該模型應用于人工窖泥質量等級判定中的有效性；再次，該模型不僅可以用來判定人工窖泥的質量等級，而且能夠對人工窖泥的“理論年份”進行判定，應用范圍廣；最后，本研究通過該模型對4 種配方培養的人工窖泥的質量等級進行判定，結果表明方案一和方案二兩種配方培養的人工窖泥能夠在較短的時間內達到30 年老窖水平，為濃香型白酒人工窖泥的擴培提供了科學理論依據。