浓香型白酒窖泥养护探讨

江 鹏，何朝玖，彭春芳，刘燕梅，肖龙泉，陈 卓

（1.宜宾职业技术学院 五粮液技术与食品工程学院，四川 宜宾 644003；2.宜宾市六尺巷酒业有限公司，四川 宜宾 644000；3.宜宾市产品质量监督检验所，四川 宜宾 644002；4.成都大学 药学与生物工程学院，四川 成都 610106）

浓香型白酒是中国四大基本香型白酒（浓香型、酱香型、清香型和米香型）之一，其典型酿造特征就是采用泥窖固态发酵。窖池的功能载体是窖泥，窖泥是白酒固体发酵过程中微生物的重要来源，窖泥微生物的群落结构对浓香型白酒的质量有着重要影响[1]。长时间的驯化与选择，孕育了窖池中独特的窖泥微生物群落。它们既相互共生，又相互竞争，通过复杂的相互作用关系，形成了一个独特的微生物生态系统[2]。在白酒发酵过程中，窖泥中的酿酒微生物逐渐进入白酒糟醅中参与产酸产酯，赋予浓香型大曲酒典型的风格特征[3-6]。窖泥的不当使用以及缺少养护，都会导致窖泥出现不同程度的退化或老化，严重影响浓香型白酒的质量和产量。因此，对窖泥养护的研究具有十分积极的意义和深远的影响。该文主要对现阶段窖泥微生物的研究现状进行概述，总结了浓香型大曲酒窖泥老化的现象，分析了浓香型大曲酒窖泥老化的原因，探讨窖泥养护的措施，以期为窖泥生产和养护提供理论参考。

1 窖泥的概述

浓香型白酒是一类以泥窖固态发酵生产的白酒，窖泥微生物的结构与浓香型白酒的质量存在密切关系，即窖泥中酿酒优势菌群代谢越稳定，浓香型白酒的质量越高。窖泥中的微生物种类的多样性及其群落结构决定了窖泥功能的稳定性。窖泥的主要优势微生物有厚壁菌门、变形菌门、拟杆菌门、放线菌门、拟杆菌门、互养菌门、绿弯菌门和广古菌门等[7-11]。窖泥微生物的群落结构对浓香型白酒中香味物质的形成有较大的影响[12]。浓香型白酒的质量与窖龄长短存在一定的关系，通常情况下窖龄越长，白酒品质越高[13]。不同窖龄窖泥微生物的数量和群落结构不同，不同酒厂的窖泥微生物在种类和结构上也存在一定差异，这可能是造成我国浓香型白酒风味多样化的原因之一[14-15]。如五粮液窖泥中群系复杂的厚壁菌门细菌与其他浓香型白酒窖泥的原核微生物群落存在显著差异[16]。不同窖池的窖泥微生物中细菌和乳酸菌也存在一定差异[17]。新窖泥与趋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 窖泥退化的研究进展

随着窖泥中的杂质（糠壳等）含量逐渐增多和窖泥中营养物质含量的减少以及有害代谢产物的不断积累，不仅会造成窖泥的理化指标发生改变，还会使窖泥微生物种类和数量发生变化。窖泥生态系统稳定性减弱使得窖泥的功能退化，进而影响浓香型白酒的质量和产量。

2.1 窖泥老化的现象

2.1.1 老化窖泥理化指标的变化

正常的窖泥呈乌黑色、湿润，手感柔软细滑，有浓郁的窖泥香[19]。老化后的窖泥pH、有效磷、水分含量、铵态氮含量、丁酸含量变低，钙、铁含量、氧化还原电位、动电电位、总酸含量、甲酸含量、乳酸含量显著升高[20-21]。同时在窖泥表面及内部会析出白色颗粒或针状结晶物质，即窖泥的“钙化”。嗅之缺少香味或香味较淡[22]。研究发现白色粉末状物质的主要成分是乳酸钙和乳酸镁，细长针状结晶物质的主要成分是乳酸亚铁，这些物质会使窖泥板结坚硬[23]。通常情况下窖池中上部的窖泥易发生老化，轻度老化的窖泥中可见少量白色针状晶体，严重老化的窖泥中析出大量白色针状晶体。北方窖泥老化时易产生以乳酸钙（乳酸镁）为主的白色粉末，而南方窖泥老化易生成以乳酸亚铁盐为主的针状晶体。

2.1.2 老化窖泥微生物指标的变化

正常窖泥的微生物种类和数量较大。通常情况下窖泥微生物群落多样性指数与窖泥质量呈正相关。正常窖泥细菌群落的多样性指数高于老化窖泥[24]。老化窖泥的优势菌门数最少，仅有变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门3个优势菌门，其中以变形菌门为主[25]。趋老化窖泥、老化窖泥的微生物群落多样性依次减少。老化窖泥中微生物群落核心的属总含量非常低，主要集中在梭菌纲和拟杆菌纲。窖泥在老化或钙化阶段的特征代谢产物以甲醇、二甲胺等化合物为主[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。随着对窖泥微生物深入研究，对窖泥老化的认识越来越清晰。窖泥老化可能是由于工艺操作不当或发酵周期过长（压排时间长）引起母糟酸度过高引起的。窖泥长时间处于高酸度的环境下窖泥自身的pH也会变低，窖泥微生物的种类和数量在这样的环境下发生微小的变化。这种微小的变化不能及时引起直观的老化现象。但这种微小变化会导致窖泥微生物群落结构和数量慢慢的变化。如微生物代谢产生过量的乳酸，过量的乳酸又无法通过窖泥微生物菌群代谢互作转化为甲烷，会加速窖泥老化[27]。

已有研究发现窖泥中的水解/发酵菌群、互营养产乙酸菌群和产甲烷菌群代谢互作的稳定性与窖泥的pH有关，通常这三类代谢趋于稳定的窖泥，有利于窖泥微生物群落结构趋于稳定[28]。当窖泥pH发生变化后，这三类代谢的稳定性受到影响，窖泥微生物群落结构发生改变[29]。乳杆菌属等产酸菌群大量繁殖产生过量的乳酸，乳酸和窖泥中的钙离子和亚铁离子等生产白色难溶物。乳酸亚铁等会损伤己酸菌细胞膜从而抑制其生长[30]。乳酸钙等会引起窖泥板结坚硬，影响窖泥和糟醅间的物质交换，抑制功能微生物的活力。

综上可知，窖泥老化的原因是窖泥中微生物群落的结构发生了变化，窖泥微生物菌群代谢紊乱，从而使得窖泥功能退化。

2.3 窖泥养护的研究

2.3.1 营养液对窖泥的养护研究

营养物质是窖泥微生物生存的物质基础，对窖泥微生物的生产繁殖有着重要影响。已有研究表明通过添加营养液对窖泥养护有一定的效果。林生旺等[31]研究发现，以优质黄水、双轮底糟醅打成糟浆、大曲粉、乙醇、底锅水等制成的养窖液对窖泥有显著养护效果，若连续4年养护老化的窖泥可彻底扭转窖泥退化的趋势。梁萌等[32]研究发现，以锅底水、大曲粉、窖泥制成的窖泥养护液可提高窖泥活性和质量，延缓窖泥老化速度。崔凤元等[33]研究发现，高温大曲对补充窖泥营养和提高己酸菌的数量在延缓窖泥老化有较好作用。

2.3.2 功能微生物对窖泥的养护研究

窖泥微生物数量和结构对于窖泥生态系统稳定性的维持和修复起着至关重要的作用。已有许多研究发现通过添加窖泥中的主要功能菌对窖泥具有一定养护作用。孙露露等[34]研究发现，生香酵母与己酸菌的复合培养液，有利于提高窖泥的养护效果，对提高浓香型白酒的产量和优质酒率有促进作用。桑其明等[35]研究发现，以甲烷杆菌、己酸菌、老窖泥混合培养制成的窖泥养护液对窖泥有较为理想的养护效果，该养护液能明显优化窖泥微生物菌群结构，提升窖泥质量，提高原酒品质。屈光伟等[36]研究发现，复合己酸菌液具有一定的养窖护窖效果。陈臣等[37]研究发现，以分离得到的窖泥功能菌混合菌种制成混合菌液在改善窖池窖泥内微生物的生长环境、维持窖池窖泥内各种微生物的生长以及发酵循环有着较好的效果。杜礼泉等[38]研究发现，以己酸菌、液体窖泥菌液和窖泥复合功能菌液混合制成的窖泥养护液对于退化窖泥的养护具有较好效果。张学英等[39]研究发现，在老化的窖泥中加入含己酸菌的复活剂，可以补充窖泥中优势微生物菌群。

2.3.3 产酸菌抑制剂对窖泥的养护研究

由于在发酵过程中产生大量有机酸，尤其是乳酸长时间累积，窖泥中易生成乳酸钙或乳酸镁等难溶物。这些物质附着在窖泥表面会阻碍母糟中的营养物质进入窖泥，从而使窖泥功能微生物减少。已有研究发现通过向窖泥加入产酸菌抑制剂可缓解或解决窖泥钙化的问题，从而提高窖泥养护效果。陈彬等[40]研究发现，酒花酸浸提液和乳酸链球菌肽对于改善窖泥含水量、pH、氧化还原电位升高有显著效果，产碱菌可以降低钙化窖泥中的金属离子含量，特别是降低Ca2+含量。乔宗伟[41]研究发现，L-乳球菌可抑制乳酸钙的生成，延缓窖泥老化。

2.3.4 其他方法对窖泥养护的研究

刘乐乐等[42]研究发现，翻底添加泥炭可以延缓窖泥老化及提高窖池原酒优级率及出酒率。文成兵等[43]研究发现对影响白酒发酵功能菌群生长代谢的窖泥的营养成分、水分及微生物区系等进行补给、调节，同时落实“以糟养窖、以窖养糟”生产工艺，可提高窖泥质量。王久明[44]通过对优质窖泥与老化窖泥比较分析，提出了应“以防为主，防重于治”的养窖原则，且需长期坚持窖泥养护才能明显改善窖泥的质量，提高优级酒率。崔凤元等[45]研究发现，打孔灌注醋酸钠溶液可调节窖泥的pH值，促进有益微生物的生长繁殖，延缓窖池老化，促进酒质提升。

虽然补充营养物质和补充功能微生物等对窖泥养护有一定的效果，但这些养护方法的作用机制尚不清楚、成效并不理想。这些研究也并未从根本上解决窖泥老化的问题。因而有必要对窖泥老化的原因进一步深入剖析。

3 结论与展望

窖池是浓香型白酒生产中不可或缺的发酵设备，对浓香型白酒的质量和产量起着重要的影响[46]。老化窖池窖壁上部窖泥常常出现结晶或板结的现象，出酒率及酒质均显著低于正常窖池[47]。部分酒厂窖泥的状态（老化）仅通过感官鉴定或产酒率和优质率进行判断，缺乏科学依据，且由微生物引起的感官变化具有滞后性，不能及时反映窖泥状态的变化[48]。研究发现不同品质窖泥的理化特性存在显著差异，水分含量、总氮、铵态氮、pH、腐殖质、有效磷含量等理化特性与窖泥中的微生物含量有关，一般情况下有效磷含量、pH与微生物含量呈正相关[29，31，49]。窖泥微生物群落多样性指标可作为窖泥退化的判断依据[49]。窖泥微生物会随着窖泥的老化发生显著的变化。有研究发现在窖泥老化的过程是由于厚壁菌门增加和形杆菌门减少（消失）的结果[51]。

窖泥老化时产生的乳酸亚铁等物质不仅会抑制窖泥功能微生物的生长，还会使窖泥变硬甚至板结，从而进一步影响窖泥微生物的生长繁殖[22-23，52]。窖泥微生物的生长繁殖不仅受营养物质的影响，还受空间、生产工艺、原辅料等多种因素影响。利用现代微生物技术对窖泥微生物群落多样性指标监测，结合窖泥理化指标检测结果，及时补充窖泥缺失营养成分和调整生产工艺参数，同时利用现代生物技术对窖泥的科学养护，不仅可防止窖泥功能微生物退化，还能促进窖泥老熟。因此，建立窖泥退化快速评价体系，正确分析窖泥退化的原因，针对窖泥退化的原因制定精准的窖泥养护措施，再辅以严格的生产操作，才能实现对窖泥的有效养护，最终提高浓香型白酒的质量和产量。