浓香型白酒窖泥理化电化特性分析

廖作敏，罗 雯，代金凤，张文学，2*

（1.四川大学 轻纺与食品学院，四川 成都 610065；2.四川大学锦江学院 白酒学院，四川 眉山 620860）

白酒是世界上六大蒸馏酒之一，凝聚了我国人民千百年来的智慧结晶。浓香型白酒以香味协调、馥郁芬芳、绵柔甘冽、入口绵甜和尾净余长[1]等特点在白酒中独树一帜。

浓香型白酒以泥窖固态发酵，采用续糟配料、混蒸混烧工艺[2]，该工艺很大程度上依赖于窖池，窖池中的窖泥在不断循环的开窖、发酵、封窖的过程中形成了复杂而庞大的微生物区系[3]，使浓香型白酒呈现出独特又丰富的口感。窖泥的理化电化特性对微生物区系的养成影响重大[4]，但是目前对窖泥质量的评价多集中在感官指标以及理化指标的评价[5-7]，极少有结合电化学指标对其进行分析。目前，对电化学指标研究多集中在对其氧化还原电位的研究，陈彬等[8]对洋河酒厂窖泥氧化还原电位分析发现，优质窖泥比钙化窖泥氧化还原电位低，且窖底窖泥低于窖壁窖泥。

本研究以新泥、趋老熟、老熟、趋老化、老化五种不同性状的窖泥为研究对象，分别对其水分、pH等常规理化指标及氧化还原电位、动电电位等电化学指标进行检测分析，以期初步揭示不同性状的浓香型窖泥的特征物理化学性质及电化学性质的差异性，并建立一种可以根据理化电化指标判别不同性状窖泥的方法，更好地指导浓香型白酒的发酵生产并为人工培养窖泥提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

甲酸、乳酸、乙酸、丙酸、丁酸、己酸标准品（均为色谱纯）：天津市光复科技发展有限公司；乙腈、磷酸（均为色谱纯）：成都市科龙化工试剂厂；其他试剂为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

LC-6AD高效液相色谱仪：日本岛津公司；GC 353 B气相色谱仪：日本GL·Sciences公司；Zetasizer Nano ZS纳米粒度及Zeta电位分析仪：英国马尔文仪器有限公司；KDN-04凯氏定氮仪：上海昕瑞仪器仪表有限公司；DDS-307电导率仪：上海越平科学仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品采集方法

三批次窖泥样品均取自四川邛崃某酒厂，每6个月取样一次，具体取样时间分别为2015年10月、2016年4月、2016年10月。取样时不同性状窖泥随机取样，窖泥性状由酒厂资深工作人员根据感官和生产性能等因素区分为新泥、趋老熟、老熟、趋老化和老化窖泥。新泥颜色较黄，泥腥味较重，黏性大，略带酒味；老熟泥颜色呈现深褐色，部分呈黑色，有较重的淤泥味和酸味，手感细腻；老化泥多为黄褐色，含大量白色结晶颗粒，带刺激性酒味，手感粗糙松散；趋老熟及趋老化泥的感官介于新泥和老熟泥、老熟泥和老化泥之间。窖泥样品为窖底四角和中心取样，混合均匀后装入密封袋中放于冰盒中迅速运回，置于-20℃条件下备用。

1.3.2 窖泥理化电化性质的测定[9-15]

水分的测定：质量法；pH、总酸、氨基酸态氮的测定：滴定法；总糖：蒽酮法；全氮：凯氏定氮法。

甲酸、乳酸的测定采用高效液相色谱法：色谱柱：Inert Sustain C1（84.6 mm×250 mm，5 μm），流动相：已腈：磷酸溶液（0.1%）=2.5∶97.5（V/V），流速：1.0 mL/min，检测波长：210 nm，进样量：20 μL。

乙酸、丙酸、丁酸和己酸的测定采用气相色谱法：进样口温度250℃，柱温：150℃，检测温度：260℃，载气：氦气（He），流速5 mL/min，色谱柱为InertCap Pure Wax（30 m×0.25mm×0.25 μm）。

氧化还原电位的测定采用电位法；动电电位的测定采用纳米粒度及Zeta电位分析仪；电导率的测定采用电导率仪。

1.3.3 数据分析

Office软件分析不同批次不同性状窖泥的有机酸、理化及电化指标；CANOCO 4.5软件对不同性状窖泥的理化、电化指标进行主成分分析，获得不同成分的方差贡献率。

2 结果与分析

2.1 不同窖泥理化性质分析

2.1.1 水分、pH和总酸差异分析

不同批次窖泥样品的水分、pH及总酸的测定结果见图1。由图1（a）可知，不同批次的趋老熟泥、老熟泥及趋老化泥的水分含量多在40%以上，略高于新泥和老化泥，但不同性状的窖泥之间的水分含量无显著差异。适宜的水分含量有助于窖泥中微生物代谢的正常进行和多样的微生物菌群结构的养成，有研究表明[6]，成熟窖泥的水分含量一般在40%～50%，与本研究结果一致。

由图1（b）可知，通过分析不同窖泥的pH值与总酸含量，发现不同批次的趋老熟窖泥和老熟窖泥的pH接近中性，而另外三种窖泥的pH值＜5.0。由图1（c）可知，总酸含量变化与pH的变化规律一致，pH高的窖泥其总酸含量低。趋老熟窖泥及老熟窖泥的总酸含量远低于趋老化窖泥及老化窖泥。窖泥的pH对浓香型白酒的产量和质量起着非常重要的作用，pH与窖泥的微生物群落组成密切相关，通过影响细胞膜电势的变化影响酶活进而影响微生物群落代谢[16-17]。适当的pH可以促进酒精发酵、有利于香气成分的形成[1]。ZHANG Q Y等[18]研究表明，优质窖泥的pH值在5.0～7.0，通过反复测定剑南春窖泥样品发现新窖泥的pH值＜4.0，而趋老熟窖泥及老熟窖泥的pH值均＞4.0，说明不同酒厂的浓香型白酒窖泥之间有一定的相似性。

图1 不同性状、批次窖泥水分含量、pH值、总酸含量分析结果Fig.1 Analysis results of moisture contents,pH and total acid contents of pit muds with different characters and batches

2.1.2 总糖、氨基酸态氮及全氮差异分析

不同性状、批次窖泥总糖、氨基酸态氮、全氮含量分析结果见图2。由图2（a）可知，不同批次同一性状的窖泥之间总糖含量差异较大，新窖泥总糖含量较低，在7 g/kg上下波动，一批次其他性状窖泥总糖含量在19.90～20.53g/kg范围，二批次其他性状窖泥总糖含量在19.62～31.48 g/kg范围，三批次其他性状窖泥总糖含量在8.05～18.76 g/kg范围，推测是因为新窖泥刚投入使用，微生物代谢活动较弱，同时对新窖池的投粮次数少使得总糖积累少。同一批次不同性状窖泥总糖含量差异较大，可能是因为同一性状窖泥所处窖池环境不同及使用情况有所差异所致。同种性状不同批次的窖泥之间的氨基酸态氮含量差异较大，且同一批次不同性状的窖泥之间氨基酸态氮含量也有一定差异，由图2（b）可知，一批次窖泥样品氨基酸态氮含量先降低后升高再降低，含量最高为趋老化窖泥（3.19 g/kg），二、三批次窖泥样品氨基酸态氮含量均先升高后降低再升高，含量最高分别为趋老熟泥（4.90g/kg）和老化泥（1.94g/kg）。由图2（c）可知，不同性状窖泥的全氮含量有一定差异性，且老熟窖泥的全氮含量明显高于其他性状窖泥，趋老熟窖泥的全氮含量略高于其余三种窖泥。不同批次窖泥样品中新泥和老熟泥的全氮含量差异较大，其余三种窖泥的全氮含量较稳定。以往研究得出，优质窖泥的全氮含量高于质量较差的窖泥，而氨基酸态氮的含量在不同性状的窖泥之间差异不大[6-7]，与本研究结果具有一定的相似性。说明在五种不同性状窖泥中，老熟窖泥全氮含量最高。

图2 不同性状、批次窖泥总糖（a），氨基酸态氮（b）及全氮（c）含量分析结果Fig.2 Analysis results of total sugar(a),amino acid nitrogen(b)and total nitrogen(c)contents of pit muds with different characters and batches

2.1.3 主要有机酸含量差异分析

图3 不同性状、批次窖泥主要有机酸含量分析结果Fig.3 Analysis results of main organic acid contents of pit muds with different characters and batches

不同性状窖泥主要有机酸含量分析结果见图3。由图3可知，窖泥中甲酸、乳酸的含量明显较多，丙酸含量较少，＜1.0 g/kg。趋老化窖泥和老化窖泥的甲酸含量在23.15～53.24 g/kg波动，新窖泥、趋老熟窖泥和老熟窖泥的甲酸含量＜8.0g/kg；趋老化窖泥和老化窖泥的乳酸含量在143.42～190.24 g/kg范围，远远高于新窖泥、趋老熟窖泥和老熟窖泥。乳酸是乳酸菌代谢过程中产生的，参与乳酸乙酯的合成，在老熟窖泥中，推测乳酸菌目活性微生物数量较低，因此老熟窖泥中乳酸含量较低，而在老化窖泥中，由于操作不当等原因，窖池中乳酸菌大量繁殖，成为优势菌群，乳酸代谢较活跃，因此老化窖泥中乳酸含量较高。不同性状窖泥中，新窖泥丁酸含量最高在5.14～5.52 g/kg范围，明显高于其余四种窖泥，五种窖泥的乙酸、丙酸、己酸含量差异较小，与以往研究得出的老熟窖泥中乳酸含量较低具有一定的相似性[19]。

2.2 不同性状窖泥电化学性质的分析

不同性状窖泥电化学指标测定结果见表1。由表1可知，趋老熟窖泥和老熟窖泥的氧化还原电位均＜40 mV，而新泥、趋老化窖泥和老化窖泥的氧化还原电位均＞70 mV，且新泥的氧化还原电位略高于趋老化窖泥和老化窖泥，与以往研究结果类似[8]。氧化还原电位较低，窖泥中低价态的无机物含量较多，有利于微生物生长[20]，厌氧微生物更是要求氧化还原电位要低。新窖泥投入使用不久，窖泥中还原性物质较少，随着发酵不断进行，微生物代谢旺盛，窖泥中的有机质不断被氧化用以供能，氧化还原电位不断降低，窖泥逐渐老熟。

表1 不同性状、批次窖泥电化学指标测定结果Table 1 Analysis results of electrochemical properties of pit muds with different characters and batches

窖泥的动电电位均为负值，其中趋老熟窖泥的动电电位在-31.9～-36.9 mV波动，老熟窖泥的动电电位在-37.5～-48.5 mV波动，新泥、趋老化窖泥和老化窖泥的动电电位均≥-10.5 mV。动电电位反映的是窖泥胶体的状态，动电电位绝对值越大，说明胶体稳定性越好。研究表明，pH值较低，动电电位绝对值较小[21]，与本研究得出的趋老熟窖泥和老熟窖泥的pH值较高，其动电电位绝对值较高结果一致。推测可能是由于pH值较低，窖泥中高电荷低聚合度多核络离子占据主导地位，窖泥胶体稳定性较差，表现为动电电位绝对值较低；而pH较高时，窖泥中低电荷高聚合度的无机分子占据主导地位，窖泥胶体稳定性较强，表现为动电电位绝对值较高。

不同性状窖泥的电导率随着窖泥使用时间的延长逐渐升高。新泥、趋老熟和老熟窖泥的电导率并无明显区别，趋老化窖泥和老化窖泥的电导率较高。推测是因为趋老化窖泥和老化窖泥由于操作或维护不当，出现盐碱化，水溶性盐含量增加，窖泥中高价态的无机离子含量累积，使得窖泥表现出高电导率。

2.3 不同性状窖泥理化、电化性质主成分分析

根据不同性状窖泥的理化、电化指标结果进行主成分分析（principal components analysis，PCA），结果见图4。由图4可知，主成分1（PC1）和主成分2（PC2）的方差贡献率分别为89.6%和8.6%，累计贡献率达到98.2%，可以反映不同性状窖泥的理化电化指标的主要信息。

图4 不同性状窖泥理化电化指标主成分分析Fig.4 Principal component analysis of physicochemical and electrochemical properties of pit muds with charactes

不同窖泥各指标主成分分析的特征向量见表2。由表2可知，在PC1中，方差贡献率较大的依次有乳酸含量、总酸含量、甲酸含量、氧化还原电位、动电电位、总糖含量，在PC2中，方差贡献率较大的依次有氧化还原电位、动电电位、乳酸含量、总糖含量、甲酸含量和丁酸含量。结合图4可知，新泥处在高丁酸含量、高氧化还原电位、高动电电位，低总酸含量、低甲酸含量、低乳酸含量、低总糖含量的位置；趋老熟和老熟泥处在低丁酸含量、低氧化还原电位、低动电电位、低总酸含量、低甲酸含量、低乳酸含量、高总糖含量的位置；趋老化和老化泥处在低丁酸含量、高氧化还原电位、高动电电位、高总酸含量、高甲酸含量、高乳酸含量的位置。

因此，可以根据氧化还原电位、动电电位、总酸含量、甲酸含量、乳酸含量、丁酸含量及总糖含量的高低将不同性状窖泥分为3类：新泥、趋老熟泥和老熟泥、趋老化泥和老化泥。

3 结论

本研究测定了四川邛崃某酒厂窖泥的物理化学性质和电化学性质并进行结合，发现不同性状窖泥的理化电化特性存在一定差异性，但也呈现出一定规律。

通过主成分分析，得出对主成分方差贡献率大的指标有氧化还原电位、动电电位、总酸含量、甲酸含量、乳酸含量、丁酸含量及总糖含量，并可将不同性状的窖泥分为新泥、趋老熟泥和老熟泥、趋老化泥和老化泥三类。新泥丁酸含量、氧化还原电位及动电电位较高，总酸含量、甲酸含量、乳酸含量、总糖含量较低；趋老熟和老熟泥氧化还原电位、动电电位、总酸含量、甲酸含量、乳酸含量、丁酸含量较低，总糖含量较高；趋老化和老化窖泥氧化还原电位、动电电位、总酸含量、甲酸含量、乳酸含量较高，丁酸含量较低。

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