浓香型白酒窖泥质量评价理化指标的筛选

朱莉莉，罗惠波，黄治国，卫春会，邓 杰，谢 军*

（1.四川理工学院 生物工程学院，四川 自贡 643000；2.酿酒生物技术及应用四川省重点实验室，四川 自贡 643000）

以泸州老窖为典型代表的浓香型白酒是中国白酒的一颗璀璨明珠，其具有窖香浓郁、绵甜醇厚、香味协调、尾净余长的特点，“泥窖固态发酵、续糟配料、混蒸混烧”最能体现其有别于其他香型白酒的独特酿造工艺。浓香型白酒是以泥料制作的窖池为发酵设备，其不仅起着蓄积糟醅发酵的作用，还与酒中各种呈香呈味的香味成分的形成息息相关。浓香型白酒的酿造是在大量窖泥微生物和其他微生物共同作用下进行的[1-2]，窖泥质量的优劣与浓香型白酒的产量和品质密切相关。浓香型白酒窖泥主要由水、矿物质、有机酸和腐殖质等物质组成，以及在长期、连续、正常的生产过程中不断驯化形成的稳定的微生物菌群，主要包括细菌、酵母菌、霉菌、真菌和古菌等微生物组成构成的[3]，目前浓香型白酒窖泥的研究主要基于窖泥的这两部分组成。

从20世纪80、90年代形成检测窖泥中pH值、水分、腐殖质、有效磷等简单的理化指标检测来评价窖泥的好坏的方法以来，研究人员不断地对窖泥质量评价方法进行探索，但到目前为止，浓香型白酒窖泥质量体系方面的研究仍显滞后，依旧沿用20世纪90年代的评价方法，通过感官指标（色泽、气味和手感等）、理化指标（水分含量、pH值、氨态氮含量、有效磷含量和腐殖质含量等）和微生物指标（细菌和芽孢杆菌数量等）来评定窖泥的质量好坏[4-5]。但现行评价标准受检测人员主观因素影响较大，并且大量研究结果显示，部分评价指标在不同质量等级窖泥中的分布并不具有显著的趋势，不能真实的反应窖泥的质量状况。陶勇等[6]研究了剑南春窖泥的理化特性和矿质元素变化趋势，发现腐殖质在不同质量等级窖泥中的含量由低到高分别为50年优质老窖泥＜10年中等窖泥＜2年新窖泥；氨基酸态氮、有效磷在不同质量窖泥中的含量由低到高分别为2年新窖泥＜50年优质老窖泥＜10年中等窖泥，这些指标在不同质量窖泥中的含量分布与评价标准中的窖泥质量越好含量越高的结论相矛盾，存在诸多不足之处，不能客观地反映窖泥本身质量的真实情况。因此，筛选出合适的窖泥质量评价指标，优化测定方法，建立一套系统的、科学的、能真实地反映窖泥质量状况的评价标准，揭示影响窖泥真实的质量品质是迫在眉睫的。本实验以不同地区不同质量窖泥为研究对象，从现行浓香型白酒窖泥质量评价理化指标中筛选可以真实反映窖泥质量状况的指标，为浓香型白酒窖泥质量标准的建立奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

窖泥样品：窖泥样品采自绵阳、邛崃、宜宾3个地区的名优浓香型白酒厂（均为五粮型酿造工艺，酒质评价方式一致），根据酒厂常年的产酒情况，将全厂窖池分为三个质量等级：产优级酒对应的窖池窖泥（简称优级窖泥）；产良级酒对应的窖池窖泥（简称良级窖泥）；产差级酒对应的窖池窖泥（简称差级窖泥），每个质量等级取3口窖池，开窖糟醅起完后立即在窖底四角及中心取同深度样品，混合，迅速置于冰盒中运回，4℃保藏。将新鲜窖泥平铺在洗净的玻璃板上放在阴凉处风干、粉碎、过筛，即得部分指标测定所需的干窖泥。

氢氧化钠、碘化汞、碘化钾、酒石酸钾钠、氯化铵、硼酸、硫酸铜、硫酸钾、甲基红、溴甲基酚绿、硫酸亚铁铵、高锰酸钾、浓硫酸、重铬酸钾、邻菲咯啉、盐酸、氟化铵、钼酸铵、氯化亚锡、磷酸二氢钾等（均为分析纯）：成都科龙化工试剂厂；元素铁（Fe）、钙（Ca）、铅（Pb）检测标准品：深圳市时得佳科技有限公司。

1.2 仪器与设备

Starter2100实验室pH计：奥豪斯仪器有限公司；T6新世纪紫外可见分光光度计：普析通用仪器北京有限公司；8400全自动凯氏定氮仪：丹麦FOSS公司；DHG-9245A电热鼓风干燥箱：上海一恒科学仪器有限公司；ICP-OES电感耦合等离子体发射光谱仪：美国PE公司；KQ5200DB超声波清洗器：昆山市超声仪器有限公司；GZ-1200-X电脑恒温层析柜：韶关市广智科技设备有限公司。

1.3 方法

1.3.1 理化指标的测定

水分的测定：采用烘干法[6]；pH值的测定：采用pH计法[7]；腐殖质的测定：采用在油浴法基础上改良的消化炉法[8]；氨基酸态氮的测定：采用奈氏试剂比色法[9]；总氮的测定：利用FOSS8400全自动凯氏定氮仪进行测定[10-11]；有效磷的测定：采用钼酸铵比色法[9]；矿物质元素的测定：采用电感耦合等离子体发射光谱仪（inductivelycoupledplasma-optical emission spectrometer，ICP-OES）法[12]。

1.3.2 数据分析

每个质量等级窖泥取3个平行样，数据以平均值±标准差（X±S）形式表示。利用Excel、IBM SPSS20.0软件进行数据分析及作图。其中各项指标在不同质量等级窖泥间的差异用单变量双因素方差分析方法进行分析；聚类分析采用Ward聚类法，以Euclidean为距离。

2 结果与分析

2.1 水分含量在不同地区不同质量等级窖泥间的差异

水在白酒酿造过程中有着举足轻重的作用，对于窖池来说同样具有无可替代的作用，水分含量过高会导致窖泥挂壁难，甚至垮窖；水分缺失又会导致窖泥板结、盐类析出、窖泥中部分微生物死亡最终导致窖泥老化[13-14]，严重影响生产，因此对窖泥中水分的监测至关重要。

本试验研究了不同地区不同质量等级窖泥间水分含量的差异，结果见图1A。以水分含量为指标对3个地区不同质量窖泥样品进行聚类分析，结果见图1B。

图1 三个地区不同质量等级窖泥水分含量的差异（A）及聚类分析结果（B）Fig.1 Differences of water content(A)and cluster analysis results(B)of pit mud of different quality grades in three regions

由图1A可知，绵阳地区和邛崃地区优级窖泥水分含量显著高于差级窖泥（P＜0.05），而宜宾地区优级窖泥水分含量显著低于差级窖泥（P＜0.05），宜宾地区不同质量等级窖泥中水分含量变化趋势与绵阳、邛崃地区之间的差异可能是不同地区酒厂黄水抽取方式不同、黄水坑的位置不一样和黄水抽取时间不同等原因造成的。

由图1B可知，优级窖泥可以明确地归为一类，但良级和差级窖泥间划分则不明确，水分含量未能完全反映窖泥的质量状况。

研究结果表明，水分含量未能完全区分开不同质量等级的窖泥，暂时不能作为窖泥质量评价指标。但在人工老窖泥制作、窖泥日常养护、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]，后续研究中可以扩大样品量进行深入研究。

2.2 pH值在不同地区不同质量等级窖泥间的差异

在浓香型白酒酿造过程中会不断产生各种有机酸使得整个窖池呈酸性，窖池酸度对窖泥中微生物的生长繁殖和代谢有着较大的影响，因此对窖泥中pH值进行监测有利于保证整个窖池的正常运转。

本试验研究了不同地区不同质量等级窖泥间pH值的差异，结果见图2A。以pH值为指标，对3个地区不同质量窖泥样品进行聚类分析，结果见图2B。

图2 三个地区不同质量等级窖泥pH值的差异（A）及聚类分析结果（B）Fig.2 Differences of pH value(A)and cluster analysis results(B)of pit mud of different quality grades in three regions

由图2A可知，在3个地区不同质量等级窖泥间pH值随着窖泥质量等级的降低呈显著下降趋势，优级窖泥显著高于良级窖泥（P＜0.05），良级窖泥显著高于差级窖泥（P＜0.05），具有相同的变化趋势。

由图2B可知，同一质量窖泥间虽然存在一定的差异，但3个地区不同质量窖泥样品可以明确地划分为优级、良级、差级三大类，与实际情况一致，表明不同地区同一质量等级窖泥间尽管存在一定的差异，但通过测定pH值来评价不同质量窖泥是可行的。

张家庆[17]对正常窖泥、退化窖泥和退化严重窖泥中pH值的差异进行了研究，发现pH值随着窖泥质量降低呈下降趋势，这与本试验的研究结果一致。窖泥中pH值能够将不同质量等级窖泥完全区分开，完全地反映窖泥质量状况，并且受窖泥采样地区的影响较小，可以继续用作窖泥质量评价指标。

2.3 腐殖质含量在不同地区不同质量等级窖泥间的差异

腐殖质是一种由氨基及环状有机氮组成的化合物，在浓香型白酒窖泥中不仅是微生物主要的营养来源，还对窖泥酸度的调节、窖泥水分的保持以及功能菌的驯化具有重要作用，因此腐殖质的含量在某种程度上也能反映窖泥质量的优劣。

本试验研究了不同地区不同质量等级窖泥间腐殖质含量的差异，结果见图3A。以腐殖质含量为指标，对3个地区不同质量窖泥样品进行聚类分析，结果见图3B。

图3 三个地区不同质量等级窖泥腐殖质含量的差异（A）及聚类分析结果（B）Fig.3 Differences of humus content(A)and cluster analysis results(B)of pit mud of different quality grades in three regions

由图3A可知，在3个地区不同质量等级窖泥间腐殖质含量变化趋势各不相同，绵阳地区窖泥中腐殖质含量优级窖泥大于差级窖泥大于良级窖泥，差异均不显著（P＞0.05），邛崃地区窖泥中腐殖质含量随着窖泥质量等级的降低呈下降趋势，但差异均不显著（P＞0.05），宜宾地区窖泥中腐殖质含量良级窖泥大于差级窖泥大于优级窖泥，差异均不显著（P＞0.05）。

由图3B可知，良级窖泥可以明确地归为一类，但优级和差级窖泥间划分不明确，与实际情况存在一定差异，表明腐殖质含量未能完全反映窖泥的质量状况。

张家庆[17]对正常窖泥、退化窖泥和退化严重窖泥中腐殖质含量的差异进行了研究，发现腐殖质含量随着窖泥质量降低呈下降趋势，与邛崃地区窖泥窖泥研究结果大致相同。在不同质量等级窖泥间腐殖质含量差异不显著，未能完全区分开不同质量窖泥，因此暂不能用作窖泥质量评价指标。

2.4 氨基酸态氮含量在不同地区不同质量等级窖泥间的差异

窖泥中氨基酸态氮是一种速效性氮源，能够溶解在窖泥溶液中被微生物直接吸收利用，是窖泥微生物生长繁殖及代谢的主要氮源，是窖泥中总氮的重要组成部分。窖泥中氨基酸态氮含量在表征窖泥营养元素含量的分布状况和窖泥的质量状况等方面具有重要作用。

本试验研究了不同地区不同质量等级窖泥间氨基酸态氮含量的差异，结果见图4A。以氨基酸态氮含量为指标，对3个地区不同质量窖泥样品进行聚类分析，结果见图4B。

图4 三个地区不同质量等级窖泥氨基酸态氮含量的差异（A）及聚类分析结果（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

由图4A可知，3个地区不同质量等级窖泥间氨基酸态氮含量具有相同的变化趋势，窖泥中氨基酸态氮含量随着窖泥质量等级降低呈显著下降趋势，优级窖泥中氨基酸态氮含量显著高于良级窖泥（P＜0.05）、良级窖泥中氨基酸态氮含量显著高于差级窖泥（P＜0.05）。

由图4B可知，虽然同一质量窖泥间存在一定的差异，但3个地区不同质量窖泥样品可以明确地归为优级、良级和差级三大类，表明不同地区同一质量等级窖泥间尽管存在一定的差异，但通过测定氨基酸态氮含量来区分不同质量窖泥是可行的。

目前窖泥氨基酸态氮含量的研究主要集中在不同窖龄窖泥间，邓杰[18]研究了不同窖龄窖泥间氨基酸态氮含量的差异，发现氨基酸态氮含量随着窖龄增加即窖泥质量的上升呈上升趋势，这与本试验研究结果不同质量等级窖泥中氨基酸态氮含量随着窖泥质量等级降低呈显著的下降趋势（P＜0.05）是一致的，因此窖泥中氨基酸态氮含量可以继续用作窖泥质量评价指标。

2.5 总氮含量在不同地区不同质量等级窖泥间的差异

氮元素是构成微生物细胞的重要元素，是微生物生长繁殖不可或缺的。窖泥中氮元素主要包括氨基酸态氮、硝态氮、亚硝态氮、有机氮等含氮化合物，是窖泥功能菌生长、繁殖所必需的，当窖池中氮含量降低时，微生物繁殖受到影响窖泥易老化，研究不同质量等级窖泥中总氮含量的差异用以表征窖泥真实的质量理论上是可行的。

本试验研究了不同地区不同质量等级窖泥间总氮含量的差异，结果见图5A。以总氮含量为指标，对3个地区不同质量窖泥样品进行聚类分析，结果见图5B。

图5 三个地区不同质量等级窖泥总氮含量的差异（A）及聚类分析结果（B）Fig.5 Differences of total nitrogen content(A)and cluster analysis results(B)of pit mud of different quality grades in three regions

由图5A可知，不同质量等级窖泥间总氮含量具有相同的变化趋势，优级窖泥显著高于良级窖泥（P＜0.05），良级窖泥显著高于差级窖泥（P＜0.05），随着窖泥质量等级的降低呈显著下降趋势（P＜0.05）。

由图5B可知，3个地区不同质量窖泥样品可以明确地归为优级、良级和差级三大类，与实际情况一致。虽然同一质量窖泥间存在一定的差异，但仍然被划分为一组，表明不同地区同一质量等级窖泥间尽管存在一定的差异，但通过测定总氮含量来区分不同质量窖泥是可行的。

目前总氮含量的研究主要集中在不同窖龄窖泥间，邓杰[18]研究了不同窖龄窖泥间总氮含量的差异，发现总氮含量随着窖龄增加即窖泥质量上升呈上升趋势，这与本试验研究结果不同质量等级窖泥中总氮含量随着窖泥质量等级降低呈显著的下降趋势（P＜0.05）是一致的。窖泥采样地区虽然对窖泥中总氮含量具有一定的影响，但窖泥中总氮含量能够完全反映窖泥质量状况，可以继续作为窖泥质量评价指标。

2.6 有效磷含量在不同地区不同质量等级窖泥间的差异

磷元素是微生物细胞的重要组成部分，对微生物的生长繁殖具有重要作用，窖泥中有效磷大多是植酸状态下的有机磷，能被微生物直接吸收利用，能够反映窖泥近期的供磷状态，理论上能够反映窖泥质量的优劣。

本试验研究了不同地区不同质量等级窖泥间有效磷含量的差异，结果见图6A。以有效磷含量为指标对3个地区不同质量窖泥样品进行聚类分析，结果见图6B。

图6 三个地区不同质量等级窖泥有效磷含量的差异（A）及聚类分析结果（B）Fig.6 Differences of effective phosphate content(A)and cluster analysis results(B)of pit mud of different quality grades in three regions

由图6A可知，不同地区不同质量等级窖泥间有效磷含量具有相同的变化趋势，优级窖泥中有效磷含量显著高于差级窖泥（P＜0.05），但良级窖泥与优级、差级窖泥之间不具有明显差异（P＞0.05）。

由图6B可知，3个地区不同质量窖泥样品可以分为三大类，但与实际情况存在一定差异。通过测定有效磷含量可以明确地将差级窖泥归为一类，但优级和良级窖泥间划分不明确，表明有效磷含量并不能将不同质量窖泥完全区分开，未能完全反映窖泥的质量状况。

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异，结果表明窖泥中有效磷含量随着窖龄增加即窖泥质量上升呈上升趋势，这与本试验研究结果有效磷含量随着窖泥质量等级降低呈下降趋势基本一致。研究发现，有效磷含量未能将不同质量等级窖泥完全区分开来，暂时不能作为窖泥质量的评定指标。但有效磷含量在人工老窖泥制作、窖泥日常养护、窖泥退化治理和窖池管理等方面具有重要作用，后续研究中可以扩大样品量进行深入研究。

2.7 钙、铁含量在不同地区不同质量等级窖泥中的差异

当窖泥中钙、铁等矿物质元素含量过高、水分缺失时就会与窖池中的酸类作用形成晶体析出，造成窖泥退化、酒质和产量降低的现象，对整个生产造成严重的影响[20]，因此对窖泥中的钙、铁含量进行监测具有重要意义。

本试验研究了不同地区不同质量等级窖泥间钙含量的差异，结果见图7A。以钙含量为指标，对3个地区不同质量窖泥样品进行聚类分析，结果见图7B。

图7 三个地区不同质量等级窖泥钙含量的差异（A）及聚类分析结果（B）Fig.7 Differences of calcium content(A)and cluster analysis results(B)of pit mud of different quality grades in three regions

由图7A可知，绵阳和宜宾地区窖泥中钙含量具有同样的变化趋势，优级窖泥中钙含量显著高于良级窖泥（P＜0.05），良级窖泥中钙含量显著高于差级窖泥（P＜0.05），而邛崃地区良级窖泥中钙含量显著高于优级窖泥（P＜0.05），优级窖泥显著高于差级窖泥（P＜0.05）。

由图7B可知，3个地区不同质量窖泥样品可以明确地归三大类，与实际情况一致。虽然同一质量窖泥间存在一定差异，但仍然被划分为一类，表明不同地区同一质量窖泥间尽管存在一定的差异，但通过测定钙含量来区分不同质量窖泥是可行的。

张艳研等[21]究了诗仙太白酒业不同窖龄窖泥中矿物质元素的变化趋势，研究发现窖泥中钙含量随着窖龄增加即窖泥质量上升呈上升趋势，这与本试验研究结果一致。本试验研究发现，3个地区不同质量等级窖泥间钙含量虽然差异显著，通过聚类分析也能将3个地区不同质量窖泥完全区分为三个等级，但邛崃地区三个质量等级窖泥中钙含量变化趋势与绵阳和宜宾地区存在差异。因此窖泥中钙含量暂不能用作窖泥质量评价指标。但钙含量在人工窖泥制作、窖泥日常养护、窖泥退化治理等方面仍具有重要作用，因此窖泥中钙含量在后续研究中可以扩大取样量继续深入研究。

本试验研究了不同地区不同质量等级窖泥间铁含量的差异，结果见图8A。以铁含量为指标，对3个地区不同质量窖泥样品进行聚类分析，结果见图8B。

图8 三个地区不同质量等级窖泥铁含量的差异（A）及聚类分析结果（B）Fig.8 Differences of iron content(A)and cluster analysis results(B)of pit mud of different quality grades in three regions

由图8A可知，3个地区不同质量等级窖泥间铁含量差异均不显著（P＞0.05），窖泥中铁含量并不随窖泥质量的变化而显著变化。

由图8B可知，3个地区不同质量窖泥样品可以明确地分为三大类，与实际情况存在一定差异。通过测定铁含量可以明确地将差级窖泥归为一类，但优级和良级窖泥间划分不明确，表明铁含量未能完全反映窖泥的质量状况。

本试验研究发现不同地区不同质量等级窖泥间铁含量没有明显的变化趋势，这可能是因为不同地区取样窖池窖龄差异造成的，张艳等[21]研究发现铁含量在10～15年窖泥中最高，以此为分界点铁含量随着窖龄的增加呈缓慢下降趋势。窖泥中铁含量不随窖泥质量的变化而变化，不能反映窖泥的质量状况，因此窖泥中铁含量暂不能用作窖泥质量评价指标。虽然窖泥中的铁含量不能用于评价窖泥质量，但是在人工窖泥制作、窖泥日常养护、窖泥退化治理等方面仍具有重要作用。

2.8 铅含量在不同地区不同质量等级窖泥间的差异

在白酒卫生标准制定时考虑了铅进入人体的各种途径，如蒸馏器、冷凝器、贮酒容器等中的铅溶于酒中，同时明确规定蒸馏酒、黄酒中铅的含量不能超过0.5 mg/kg[22-23]。随着环境污染日益严重，白酒酿造过程中水、粮食、原辅料中的铅以及制作窖泥所用泥土中的铅不断蓄积在窖泥中，造成窖泥中铅的富集，对窖泥中的功能微生物具有一定的毒害和抑制风险[24-25]。为了确保窖泥的食品安全需要对窖泥中的铅含量进行监测，以评价窖泥的安全性和质量状况。

本试验研究了不同地区不同质量等级窖泥间铅含量的差异结果发现，结果见图9A。以铅含量为指标，对3个地区不同质量窖泥样品进行聚类分析，结果见图9B。

图9 三个地区不同质量等级窖泥铅含量的差异（A）及聚类分析结果（B）Fig.9 Differences of plumbum content(A)and cluster analysis results(B)of pit mud of different quality grades in three regions

由图9A可知，3个地区不同质量等级窖泥间铅含量差异均不显著（P＞0.05），窖泥中铅含量不随窖泥质量的变化而显著变化。

由图9B可知，3个地区不同质量窖泥样品可以分为三大类，与实际情况存在一定差异。通过测定铅含量可以明确地将差级窖泥归为一类，但优级和良级窖泥间划分不明确，表明铅含量未能完全反映窖泥的质量状况。

目前窖泥中针对铅含量的研究较少，谢国排等[26]对窖泥中重金属元素进行了研究，结果发现铅在窖泥中迁移变化活跃，这与本试验研究结果大致相同。不同地区不同质量等级窖泥中铅含量具有一定的差异但不显著，未能完全地表达窖泥的质量状况，不能作为窖泥评价指标。但铅含量指标在窖泥安全方面值得深入研究，虽然3个地区窖泥中铅含量最高为11.663 1 μg/g，远低于GB 15618—2008《土壤环境质量标准》中规定的安全标准值50 μg/g，处于安全范围，但仍然需要引起白酒企业的重视。

3 结论

本试验通过单变量双因素方差分析方法对现行浓香型白酒窖泥质量评价标准中的部分理化指标进行了深入研究及筛选，以期筛选出能够反映窖泥真实质量情况的指标。研究发现，pH值、氨基酸态氮含量和总氮含量在不同质量等级窖泥间具有相同的变化趋势，随着窖泥质量等级的提高其含量均呈显著上升趋势（P＜0.05）；虽然在地区间存在一定的差异，但均能真实地反映窖泥质量状况，可以继续用作窖泥质量评价指标。水分含量、有效磷含量和钙含量指标在优级窖泥和差级窖泥中差异显著（P＜0.05），但未能完全区分开不同质量等级的窖泥，这可能是因为本试验研究中样品量不足造成的，后续研究中扩大样品量对这些指标进行深入研究，可能会得到准确的分布规律，以进一步完善窖泥质量评价标准。其余理化指标虽然不能作为窖泥质量评价指标但在人工老窖泥制作、窖池日常养护、防止窖泥退化、白酒卫生生产等方面仍具有重要研究价值，在日常生产中对这些指标进行监测才能保证生产的正常运行。