地理标志产品宜宾酒窖泥理化特性研究

刘燕梅，陈 黎，江 鹏，黄 莎，侯 英，胡用军，昌 琴

（1.宜宾市产品质量监督检验所，四川 宜宾 644002；2.宜宾职业技术学院，四川 宜宾 644003）

“宜宾酒”属于典型的浓香型白酒，采用固态自然发酵，具有浓郁的风味和口感，其发酵窖泥拥有庞大的微生物生态系统，在浓香型白酒的发酵过程中有着重要的作用[1]。在窖泥中，窖泥的理化特性及矿质元素含量不仅决定着窖泥品质[2]，同时也是构成窖泥微生物生态系统的重要组成成分，影响着微生物的生长代谢，进而影响着白酒的发酵生产。如窖泥钙化影响着白酒发酵生产，而钙化窖泥的主要成分为乳酸钙与乳酸铁的结晶，因此，对窖泥中钙铁元素含量研究对窖泥有着重要作用。而窖泥有机酸含量又影响着窖泥的优劣及熟化程度[4-5]，在目前的研究中对有机酸的检测方法有气相色谱法、高效液相色谱法、离子色谱法等，其中离子色谱法具有简便、高效、准确等优点[6-8]。

近年来对于“宜宾酒”的研究主要集中在原酒方面，如单体物质、总酸、总酯及品质方面，未见窖泥方面的相关研究。本研究主要对影响白酒生产的几个指标——水分、pH、铵态氮、有效磷、腐殖酸、Fe、Ca、有机酸进行研究，这在“宜宾酒”的相关研究中尚属于先例。因此，通过对“宜宾酒”窖泥理化特征指标的研究为进一步对窖泥微生物的研究提供数据基础，同时对“宜宾酒”的系统评价、品质提升实现一定的社会经济价值。

1 材料与方法

1.1 试剂与材料

窖泥：采自“宜宾酒”地理标志产品所属的13家酒企（酒企编号JN-01～JN-13），分别取各窖池的上、中、底部位置的窖泥，每个位置取3口窖池。

邻苯二甲酸氢钾、氢氧化钠、磷酸二氢钾、碘化汞、碘化钾、酒石酸钠钾、氯化铵、氟化铵、盐酸、钼酸铵、氯化亚锡、硼酸、无水乙醇、腐殖酸钠、焦磷酸钠、氟化氢、高氯酸（均为分析纯）：成都市科隆化学品有限公司；硝酸（分析纯）：美国默克公司；乳酸（纯度88.2%）：北京坛墨质检科技有限公司；己酸、乙酸、丁酸（纯度均为99.5%）：天津市光复精细化工研究所。

1.2 仪器与设备

UV 1102II紫外分光光度计：上海天美科学仪器有限公司；AAS原子吸收分光光度计：美国Agilent有限公司；ICS-1100离子色谱仪：美国Thermo Scientific公司；Hanon SH220消化仪：济南海能仪器有限公司；FE20酸度仪：梅特勒-托利多（中国）仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 水分的测定

105～110℃烘干直接测定[9]。

1.3.2 pH的测定

称取风干、粉碎后的土样5.0 g，于100 mL烧杯中，加水50 mL，间歇搅拌30 min，放置30 min后，用pH计测定。1.3.3铵态氮的测定

采用钠氏试剂比色法，在波长425 nm处测定窖泥铵态氮含量[9]。

1.3.4 有效磷的测定

采用氯化亚锡还原钼蓝比色法在波长700 nm条件下测定有效磷含量[9]。

1.3.5 腐殖酸的测定

吸取1‰腐殖酸钠标准溶液0、2.0 mL、4.0 mL、6.0 mL、8.0 mL、10.0 mL，分别加入100 mL容量瓶，用水定容，于波长420 nm条件下测定吸光度值。以吸光度值为纵坐标，标准液的含量为横坐标，绘制标准曲线。

称取风干窖泥5.0g，用60mL 0.5mol/L的HCl洗涤一次，用60 mL去离子水洗涤两次，用60 mL提取剂（0.1 mol/L Na2P2O7与0.1 mol/L NaOH等体积混合）提取1 h，每隔10 min振荡一次，在6 000 r/min条件下离心5 min，在波长420 nm条件下测定窖泥腐殖酸含量。

1.3.6 有机酸的测定

称取新鲜窖泥25 g于250 mL带盖三角瓶中，加入体积分数为60%的乙醇，加入乙醇体积为（100～25×窖泥水分百分含量）mL，摇匀。在室温条件下浸泡1 h，每隔15 min摇动1次。静置，待泥沉降后，用精密滤纸将上层溶液过滤于洁净干燥的50 mL带盖三角瓶中[1]，用离子色谱仪测定浸出液中各有机酸含量。

1.3.7 矿质元素的测定[10]

取风干窖泥0.1～0.3 g（精确至0.000 2 g）试样于50 mL聚四氟乙烯坩埚中，用水润湿后加入5 mL浓盐酸，于通风橱内的电热板上低温加热，使样品初步分解，当蒸发至约2～3 mL时，取下稍冷，然后加入5 mL硝酸，4 mL氢氟酸，2 mL高氯酸，加盖后于电热板上中温加热1 h左右，然后开盖，继续加热除硅，为了达到良好的除硅效果，应经常摇动坩埚。当加热至冒浓厚高氯酸白烟时，加盖，使黑色有机碳化物充分分解。待坩埚上的黑色有机物消失后，开盖驱赶白烟至内容物呈粘稠状。视消解情况，可再加入2 mL硝酸，2 mL氢氟酸，1 mL高氯酸，重复上述消解过程。将消解后的样品用水转移至25 mL比色管中，定容至刻度测定矿质元素。

2 结果与分析

2.1 水分

水分是窖泥的重要理化指标，直接影响着窖泥pH、腐殖酸，决定着窖泥微生物类群，最终决定产酒质量，若窖泥水分含量太高则影响窖泥挂壁[11]，若窖泥水分缺失会导致窖泥中乳酸钙的生成及窖泥板结，从而导致窖泥老化。“宜宾酒”是典型的浓香型白酒，在发酵的过程中水分充当着载体的作用，将酒醅中的发酵产物与窖泥不断进行着物质交换[12]。糟醅的发酵产物酸、酯、醇等随水渗透到窖泥中，为窖泥微生物提供营养[13]。窖泥微生物代谢产生的己酸、乳酸等又随水渗透到糟醅中，对糟醅起着增香的作用。因此，窖泥水分含量在酒醅生香和窖泥老熟过程中有着非常重要的作用。不同酒企及不同位置窖泥的水分含量见图1。

图1 不同酒企及不同位置窖泥的水分含量Fig.1 Water contents of pit mud from different factories and layers

由图1分析可得，所有窖池不同位置窖泥水分含量在24.0%～61.4%，其中各部位窖池窖泥水分含量主要集中在30.0%～40.0%，窖池上部所占比例为53.8%，窖池中部所占比例为69.2%，窖池底部所占比例为46.2%，且窖池中下部窖泥水分含量丰富。窖池水分含量丰富，窖泥易老熟，酒醅生香效果好[14]。虽然不同酒企其窖池水分含量存在一定差异性，但是相同酒企不同位置间窖泥水分含量差别不大。

2.2 pH值

适宜的pH值不仅能促进酒精的发酵，同时可以促进香味物质及其前体物质的合成。据“北斗科研组”的研究结论[15]得出，己酸菌在pH 4.0以下不产己酸，pH在5.0～7.0均能产己酸，而产生己酸乙酯的最佳酸度为pH 4.0，在发酵过程中大曲与酵母都需要酸性环境，窖泥的pH应呈酸性。不同酒企及不同位置窖泥的pH值见图2。

图2 不同酒企及不同位置的窖泥的p H值Fig.2 pH of pit mud from different factories and layers

由图2分析可得，窖池不同位置窖泥主要呈酸性，其pH值主要集中在4.0～6.0，窖池上部位置窖泥在该范围内的比例为53.8%，窖池中部位置窖泥在该范围内的比例为46.2%，窖池底部位置窖泥在该范围内的比例为61.5%。pH值在7.0～8.0弱碱性范围内的窖池比例也较高，其中窖池上部窖泥所占比例为23.1%，窖池中部位置窖泥所占比例为30.8%。

2.3 铵态氮

在窖泥中氮分为有机氮和无机氮两种，有机氮是氮含量的主要成分，而铵态氮则属于一种无机氮源，是窖泥微生物生长繁殖及代谢所需的主要氮源[16]。因此，窖池中铵态氮含量在一定程度上可以表征窖泥营养元素含量的分布状况。不同酒企及不同位置窖泥的铵态氮结果如图3所示。

图3 不同酒企及不同位置窖泥的铵态氮含量Fig.3 Ammonium nitrogen contents of pit mud from different factories and layers

由图3分析可得，窖池上部窖泥铵态氮含量在24.9～94.6mg/100g；其含量主要集中在47.5～54.6mg/100g，其比例为46.2%。窖池中部窖泥铵态氮含量在12.8～86.1mg/100g；其含量主要集中在44.7～57.6 mg/100 g，其比例为46.2%；含量在70.0mg/100g左右的窖池所占比例为23.1%。窖池底部窖泥铵态氮含量在20.1～99.9 mg/100g；其含量主要集中在43.0～59.9mg/100g，其比例为53.8%；含量在70.0mg/100g左右的窖池所占比例为23.1%。综上可得，窖池各位置窖泥铵态氮的含量主要集中在40.0～60.0 mg/100 g。

2.4 有效磷

有效磷大多是植酸状态下的有机磷，在真菌和细菌分泌的植酸酶的作用下生成的。磷是微生物细胞的重要组成成分，因此，有效磷是细菌、霉菌、酵母等微生物生长、繁殖所需的重要营养元素之一[17]。不同窖泥有效磷含量如图4所示。

图4 不同酒企及不同位置窖泥的有效磷含量Fig.4 Available phosphorus contents of pit mud from different factories and layers

由图4分析可得，窖池上部位置有效磷含量在5.7～218.7mg/100g；其中有53.8%的窖池含量低于20.0mg/100g；30.8%的窖池窖泥有效磷含量在100.0～200.0 mg/100 g。窖池中部位置有效磷含量在9.7～310.3 mg/100 g；其中有46.2%的窖池有效磷含量低于30 mg/100 g；23.1%的窖池有效磷含量在100.0～200.0 mg/100 g。窖池底部位置有效磷含量在4.1～252.2 mg/100 g；其中有38.5%的窖池有效磷含量低于30.0 mg/100 g；23.1%的窖池有效磷含量在100.0～200.0 mg/100 g。综上可得，窖池不同位置间窖泥有效磷含量主要集中在低于30.0 mg/100 g。

2.5 腐殖酸

腐殖酸是窖泥中重要的有机质[18]，是腐殖质的重要组成部分，由微生物日积月累形成的，在土壤学中，其含量能够反映窖泥肥力。窖泥腐殖酸含量如图5所示。

图5 不同酒企及不同位置窖泥的腐殖酸含量Fig.5 Humic acid contents of pit mud from different factories and layers

由图5分析可得，窖池上部窖泥腐殖酸含量在1.5‰～6.4‰；主要含量集中在2.2‰～3.2‰，其所占比例达53.8%。窖池中部窖泥腐殖酸含量在1.6‰～6.1‰；主要含量集中在2.0‰～3.0‰，其比例为53.8%。窖池底部窖泥其腐殖酸含量范围在1.0‰～6.1‰；主要含量集中在3.0‰～4.0‰，其比例为46.2%。因此，在窖池上部及中部位置腐殖酸含量主要集中在2.0‰～3.0‰，窖池底部位置腐殖酸含量主要集中在3.0‰～4.0‰。

2.6 有机酸

图6 不同酒企及不同位置窖泥的有机酸含量Fig.6 Organic acid content of pit mud from different factories and layers

有机酸是浓香型白酒重要的呈香呈味物质，对提高白酒的风味物质起着重要作用[20]。己酸乙酯作为浓香型白酒的主体香味物质，而己酸乙酯的生成又来源于窖泥中的梭状芽孢杆菌代谢产生的己酸与酒醅微生物代谢产生的酒精，在酯化酶的作用下，生成己酸乙酯[12]。窖泥中生成的丁酸是己酸合成的前体物质[20]，而己酸又作为浓香型香味物质的前体物质，对浓香型白酒的质量有着重要的作用，不同窖泥中己酸、乙酸、乳酸、丁酸含量的测定结果见图6。

由图6分析可得，己酸含量主要集中在窖池底部，而窖池底部己酸含量主要集中在300～600 mg/100 g；窖池上部及中部己酸含量主要集中在低于100 mg/100 g。乙酸在窖池上部和中部其含量主要集中在100～200 mg/100 g，所占比例分别为38.5%、30.8%；窖池底部含量主要集中在100～300mg/100g；但是在窖池上部有15.4%左右的窖池未检测出，窖池中部有23.1%左右的窖池也未检测出乙酸。乳酸含量主要集中在窖池底部，其中61.5%的窖池底部乳酸含量主要集中在500～1 000 mg/100 g。丁酸含量在窖池中主要集中窖池底部，在窖池上部有23.1%左右的窖泥样品中未检测出，在窖池中部窖泥中有38.5%的左右的窖泥也未检测出丁酸。

综上可得，窖池中各有机酸含量存在一定差异，其中乳酸含量相对高于其他3种酸，而丁酸含量略低于其他几种酸。

2.7 矿质元素

图7 不同酒企及不同位置窖泥的矿质元素含量Fig.7 Mineral element content of pit mud from different factories and layers

微生物在生长繁殖及其代谢活动过程中，需要的营养物质除了碳源、氮源、生长因子、能源和水之外，还需要一些无机盐及其微量矿质元素。不同微生物所需的矿质元素浓度不同，由于不同窖龄窖泥微生物的群落结构不同，因而其浓度也不同。有效钙对微生物细胞壁、细胞膜起着稳定性的作用，同时具有调节渗透压和酶促作用。但是当窖泥中有效钙的含量过高时，会与乳酸作用形成乳酸钙白色晶体，会加速已存在老化现象窖泥的老化程度。窖池中Fe、Ca的含量如图7所示。

由图7分析可得，在窖池不同位置窖泥中Fe元素含量主要集中在10.0～25.0 mg/100 g，窖池上部和中部位置所占比例均为61.5%，窖池底部位置窖泥所占比例为53.8%。而Ca含量相较于Fe含量在窖池中偏低，主要集中在1.0～2.0 mg/100 g，在窖池上部38.5%左右的窖池其含量均在此范围内，在窖池中部和底部均有46.2%窖池其含量在此范围内。纵观整个窖池，在窖池底部Fe和Ca含量相较于上部和中部偏低。

3 结论

通过对13家典型的“宜宾酒”酒企窖池理化指标及矿质元素分析发现，“宜宾酒”窖池窖泥的常规理化指标中水分含量主要集中在30.0%～40.0%之间，pH呈弱酸性集中在4.0～6.0，铵态氮含量主要集中在40.0～60.0 mg/100 g之间，有效磷的含量普遍低于30.0 mg/100 g，腐殖酸的含量在窖池上部及中部位置窖泥主要集中在2.0‰～3.0‰，窖池底部位置主要集中在3.0‰～4.0‰之间；在窖泥有机酸中，乳酸含量较高于己酸、乙酸、丁酸，各有机酸含量主要集中在窖池底部；Fe和Ca元素在窖池底部含量略低于上部和中部。浓香型白酒的酿造离不开窖泥微生物、糟醅微生物、空气微生物等，在这个复杂的微生态环境下通过发酵过程微生物的生长代谢，造就了浓香型白酒独特的品质。因此，通过本研究为进一步研究“宜宾酒”窖泥微生物生态系统，探索“宜宾酒”的发酵机理，为“宜宾酒”的品质提升打下基础。