基于模糊数学模型的窖泥质量评估体系的构建及应用

常少健 ，王超凯 ，刘义会 ，张 磊 ，张 颖 ，李 觅 ，蔡海燕 ，张 翼 ，王 晗

(1.四川省食品发酵工业研究设计院，四川成都611130； 2.酿酒生物技术及应用四川省重点实验室，四川成都611130；3.国家固态酿造工程技术研究中心，四川泸州646000； 4.四川理工学院，四川自贡643000)

窖泥是浓香型白酒酿造的基础，在生产过程中发挥着极其重要的作用[1]。窖泥作为酿造微生物主要的栖息场所，为微生物提供了适宜的生存环境，并且在酿造过程中不断积累风味前体物质，从而赋予浓香型白酒特殊的风格。所以窖泥质量的优劣直接决定着所产原酒质量的高低。

模糊数学是研究与处理模糊性事物的一种新的数学模式[2]，浓香型白酒的窖泥质量本身是一些客观存在的模糊概念和模糊现象，应用模糊数学模型可对评价中的模糊性问题进行定量化处理，以反映窖泥质量的不确定性。本研究应用模糊数学模型，从感官和理化指标上对窖泥质量差异进行评价，以数据来客观反映浓香型白酒窖池窖泥质量的好坏。

1 指标体系构建

模糊综合评价指标体系是进行综合评价的前提，窖泥评价指标的选取是否适宜，将直接影响评价的准确性。为了科学确定窖泥质量评价体系，我们对四川省内浓香型白酒主要产区的几十家企业进行调查走访，同企业技术、经营、生产管理人员及行业专家进行沟通、交流，并随机采集不同质量等级的窖泥样品。结果见表1。

目前，针对窖泥的研究主要集中在感官指标（色泽、气味、质感等）、理化指标（水分、pH值、N、P、矿质元素Ca、Fe、腐殖质等）以及微生物指标。通过对十余家酒企的20个窖泥样品（1—6号为优质窖泥，7—15号为一般窖泥，16—20号为质量较差窖泥）取样分析，发现总氮、氨态氮、有效磷、Ca、Fe、腐殖质等指标与窖泥质量间不具备规律性。由于窖泥制作所选取的原料土来源不同，其部分理化指标本身差异较大，无法界定各项指标含量到底是原料土本身自然具备还是在酿酒生产过程中积累而成，因此本研究排除这些指标。考虑到水分、pH值、微生物总数、耐热芽孢杆菌数等与生产密切相关，结合目前行业内比较认可的色泽、气味、质感等感官指标，并结合采样分析，最终将这7项指标作为窖泥质量的评价指标体系。

1.1 色泽

色泽是反映窖泥制作时发酵是否充分及老熟程度的一个重要指标。我们通过对所采集的窖泥样品进行感官分析发现，品质优良的窖泥颜色一般呈灰褐色、灰黑色或灰白色，窖泥里层偶有乌黑或绿、黄等颜色；质量一般的窖泥呈黄褐色；质量比较差的窖泥呈黄色，带有窖泥制作原料本色。

1.2 气味

气味是反映窖泥质量的一个重要指标，品质优良的老窖泥香气纯正，带有浓郁的老窖泥香气，窖香舒适，香味持久；质量一般的窖泥香气正，稍有老窖泥香气，带有明显的酯香、酒香，香味较持久；质量比较差的窖泥稍有酯香和酒香，有一定异杂味（酸败味、生泥味、腐臭味等）。

表1 不同质量等级窖泥的理化指标

1.3 质感

质感主要反映了窖泥的物理组织状态，品质优良的老窖泥表层柔熟细腻、起悬或有明显黏稠感，断面泡气或呈疏松的颗粒状，手感细滑；质量一般的窖泥表层较柔熟细腻，有一定的黏稠感，断面较泡气；质量比较差的窖泥柔熟一般，手感较硬，断面板结。

1.4 水分

窖泥中的水除了起物质输送的作用外，还对窖泥中的微生物生长繁殖、物质代谢起着重要的作用。窖泥水分要达到一定的含量，才能保证窖泥中的微生物进行正常的生理活动，因此，水分含量是评价窖泥质量的一个重要指标。我们通过对所采集的窖泥样品的水分含量分析发现，窖泥水分含量分布范围比较宽，从29.2%到50.9%都有分布，优质窖泥的水分含量多集中在36%以上，质量一般的窖泥其水分含量多在30%～36%范围内，但当窖泥水分低至30%以下时，窖泥显干，质量严重下降。

1.5 pH值

pH值对窖泥微生物生命活动的影响很大，主要通过两种方式：一是引起细胞膜电荷的变化，从而影响了微生物对营养物质的吸收；二是影响代谢过程中酶的活性。我们通过对所采集的窖泥样品的pH值分析统计发现，优质窖泥的pH值多在6.0～7.5范围内，而质量一般窖泥的pH值多集中在5.0～6.0或7.5～8.0，但当窖泥pH＜4.5时，窖泥质量明显下降。

1.6 微生物总数和耐热芽孢杆菌数

传统上认为窖泥微生物总数和耐热芽孢杆菌数越多，窖泥质量越好。但经我们的研究发现，微生物总数和耐热芽孢杆菌数在优质窖泥和劣质窖泥中的分布并不存在明显的规律性，这就为从微生物方面制定窖泥质量评价标准带来了困难。虽然包括我们在内的白酒行业专家投入了大量的精力研究窖泥的微生物本质，但由于窖泥中的微生物体系太复杂，以行业现有研究水平和程度，要完全弄清楚窖泥的微生物学本质尚需时日。因此，只能对窖泥的微生物学评价标准进行简单描述，更科学、更系统的窖泥微生物学评价标准还需深入研究。

2 模糊数学模型的建立

2.1 确定指标集

窖泥质量评价因素集为指标集，A=（A1，A2，A3，A4，A5，A6，A7），即：窖泥质量评价指标=（颜色、气味、质感、水分含量、pH值、微生物总数、耐热芽孢杆菌数）。

2.2 确定评语集

P=（P1，P2，…，Pn），其中 P 表示评语集，通过模糊综合评价得到的模糊评价向量，对窖泥质量对应各评价标准的隶属度的信息通过该模糊向量表示出来，体现评价的模糊特性。评语集是等级的集合，本文将窖泥质量分为十一个等级：一级、二级、三级、四级、五级、六级、七级、八级、九级、十级、十一级。

2.3 指标权重确定

在窖泥质量的技术评价过程中，评价指标体系中指标权重和分值的确定关系到整套评价体系的系统性和科学性。目前关于指标权重确定的方法有数十种[3]，根据数据来源不同，可以分为主观赋权法、客观赋权法和组合赋权法3类。其中主观赋权法研究比较成熟，它主要有专家调研法、最小平方和法、相对比较法以及层次分析法。本研究采用专家调研法确定各指标权重，结果见表2。

表2 窖泥质量评价体系指标及权重表

2.4 模糊数学模型求解

根据构建的指标体系，针对需要评估的窖泥进行专家评分，得到专家评分矩阵以及各指标权重Q之后，可以得到窖泥质量的评价向量E。

其中，E1，E2，E3，E4，E5，E6，E7，E8，E9，E10，E11是最终隶属于P中的评语隶属度，分别代表一级、二级、三级、四级、五级、六级、七级、八级、九级、十级、十一级，根据最大隶属度原则，可以确定评估结果属于哪一级，即得到评估窖泥质量的具体级别。

3 应用实例

以四川某白酒企业为例，选取该厂不同质量等级窖池共10口（编号1—10号），由5名评估专家进行暗评。对抽取的浓香型窖池窖泥样品进行感官检验，并结合理化和微生物指标检验数据，按照模糊综合评价体系，对窖泥质量对应各指标进行评分，见表3。通过对专家评分情况的统计分析，填写专家评分矩阵构造表，构造专家评分矩阵，见表4。

表3 窖泥质量专家评分情况汇总表

根据以上打分矩阵，将窖泥质量进行模糊运算，得到如下运算矩阵，即：

表4 窖泥质量专家评分矩阵构造表

按照最大隶属度原则取max(E)，根据max(E)所对应的窖泥质量等级，即：max(E)=E9，得出窖泥模糊综合评价等级为九级。同理根据专家评估，经模糊综合运算得出另外9口窖池窖泥质量等级。最后将窖泥质量评价情况与该厂窖池档案记录情况进行比对，结果基本一致，验证了该模型的科学性、适用性。

4 结语及展望

通过建立模糊数学模型将浓香型白酒窖泥质量影响因素定性定量化，可以降低窖泥质量评估的主观性，并且为白酒企业窖泥质量的改良和提高提供理论依据。结合实际应用情况，我们会对窖泥质量评估体系继续深入研究，以对窖泥质量评估体系进行更科学的修正完善。