人工老窖窖泥结晶初步分析

张家庆，宋瑞滨，曹敬华，徐国俊，孙洪浩，涂向勇，方尚玲*

（1.湖北工业大学生物工程学院，工业发酵湖北省协同创新中心，发酵工程教育部重点实验室，湖北武汉430068；2.湖北黄山头酒业有限公司，湖北公安434305）

人工老窖窖泥结晶初步分析

张家庆1，宋瑞滨2，曹敬华1，徐国俊1，孙洪浩1，涂向勇2，方尚玲1*

（1.湖北工业大学生物工程学院，工业发酵湖北省协同创新中心，发酵工程教育部重点实验室，湖北武汉430068；2.湖北黄山头酒业有限公司，湖北公安434305）

利用红外光谱及电镜扫描技术对窖泥中的结晶检测分析，结果表明其主要成分为乳酸亚铁、乳酸镁和乳酸铜。结合不同退化程度的窖泥的理化指标，探究人工老窖窖泥退化原因，优化窖泥养护方案，为人工老窖的培养与养护提供理论基础。

窖泥结晶；理化指标；退化；养护

随着科研技术的发展，人工老窖培养与养护技术在浓香型白酒生产工艺中日渐成熟[1-3]。但由于管理不善、养护不当、工艺失调等原因，窖泥退化问题严重影响出酒率与酒质[4-5]。虽然现存一些窖泥养护与复壮的方法，但因为窖泥原料、环境因素、工艺参数等条件的差异，使这些方法存在一定的特异性[6-9]。湖北黄山头酒业部分老窖池由于保管不善，造成窖池的窖泥退化，出现白色颗粒状结晶，代谢产己酸能力明显下降[10-11]。为此本实验从退化窖泥中的结晶着手，利用红外光谱技术及电镜扫描技术检测其元素组成成分，结合对比分析不同老化程度窖泥的理化指标。从根本上探究窖泥退化的原因，进一步提出适合、有效的解决方案。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

窖泥、窖泥结晶：湖北黄山头酒业有限公司。

氢氧化钠、碘化钾、碘化汞、菲啰啉、氯化亚锡、硫酸亚铁铵、酒石酸钾钠等均为分析纯：国药集团化学试剂有限公司；钼酸铵、重铬酸钾、氯化钾、磷酸二氢钾等均为分析纯：西陇化工股份有限公司。乳酸亚铁（分析纯）：上海金穗生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

JEOLJEM-6390扫描电子显微镜：日本株式会社；NESUS型红外分光光度计：美国尼高力仪器公司。

1.3 实验方法

1.3.1 窖泥理化指标的检测

水分测定：烘干法[12]；pH值测定：电位法[12]；氨态氮测定：纳氏试剂比色法[13]；有效磷测定：氯化亚锡还原钼蓝比色法[13]。速效钾测定：四苯硼钠比色法[14]；腐殖质测定：焦磷酸钠-水合重铬酸钾氧化法[14]。

1.3.2 窖泥结晶的溶解性试验

在100mL烧杯中分别加入50mL常温去离子水、80℃去离子水、无水乙醇、1mol/L盐酸、1mol/L氢氧化钠，然后加入去泥的窖泥结晶各10g，玻璃棒搅拌观察溶解现象。并于6h、12h之后再观察。

1.3.3 窖泥结晶的纯化

取10g窖泥结晶于10mL烧杯中，加入80℃去离子水，边加入边搅拌，直至结晶溶解。过滤，然后向滤液中加入无水乙醇，直至有大量晶体析出后，过滤、纯净水清洗，于60℃烘箱中干燥后，密封保存。

1.3.4 窖泥结晶的检测

取纯化后的窖泥结晶5g，于60℃干燥箱中干燥，冷却至室温后称量，直至质量恒定为止。采用日本株式会社日本株式会社JEOL JEM-6390扫描电子显微镜对不同的3个位点进行元素能谱分析；采用美国尼高力仪器公司NESUS型红外分光光度计在4 000～400cm-1进行光谱扫描。

2 结果与分析

2.1 窖泥的理化指标

从人工老窖池不同部位取样，几种窖泥样品理化指标检测结果见表1。

表1 几种窖泥样品的理化指标Table 1 Physicochemical indicator of pit muds

由表1可知，不同样品水分、氮、磷、钾的含量皆随着窖泥板结程度的加深而不同程度的降低；板结严重人工老窖池中部壁上窖泥pH值低，板结程度越严重窖泥水分越少，酸度越大，营养物质流失严重。因为这些理化指标都息息相关，窖泥的板结必然导致水分的流失，水分不足影响窖泥微生物的代谢生长，窖泥内部环境的代谢紊乱势必导致营养物质的流失。为了探究退化原因，首先对结晶进行确切分析。

2.2 窖泥结晶溶解性

窖泥结晶在不同溶剂中的溶解情况见表2。

表2 窖泥结晶的溶解情况Table 2 Solubility of crystalline in pit mud

由表2可知，窖泥结晶起初不溶于冷水，随着时间推移逐渐溶解；溶于热水；不溶于无水乙醇及氢氧化钠；与酸反应，但未出现气泡。溶液起初都为淡绿色，后逐渐氧化呈红褐色，可判定其中含有亚铁离子。根据结晶溶于水而不溶于无水乙醇的性质，可判断其可能为有机盐，且可利用此性质对结晶提纯，为电镜扫描分析与红外光谱分析做准备。

2.3 窖泥结晶扫描电子显微镜-元素光谱分析结果

采用扫描电子显微镜对窖泥结晶样品不同的3个位点进行元素能谱分析，其结果分别见图1～图3，窖泥结晶能谱数据见表3。

图1 窖泥结晶能谱分析(位点一)Fig.1 Crystal spectrum analysis of pit mud(site 1)

图2 窖泥结晶能谱分析(位点二)Fig.2 Crystal spectrum analysis of pit mud(site 2)

图3 窖泥结晶能谱分析(位点三)Fig.3 Crystal spectrum analysis of pit mud(site 3)

由表3可知，该窖泥结晶的主要元素组成成分为C、O；其中存在的金属元素为Fe、Mg、Cu，且Fe＞Mg＞Cu。由此，可以排除该结晶为磷酸盐、硫酸盐等无机盐的可能性，与在溶解性实验中的判断一致。并且可以确认此结晶中含有的有机盐为铁盐、镁盐与铜盐。

表3 窖泥结晶能谱数据Table 3 Spectroscopy data of crystal in pit mud %

2.4 窖泥结晶红外光谱分析结果

窖泥结晶的红外光谱分析结果见图4，乳酸亚铁进行红外光谱扫描，其结果见图5。

图5 乳酸亚铁的红外图谱Fig.5 Infrared spectra of ferrous lactate

由图4可知，在1600cm-1附近为主要吸收峰，参考《现代仪器分析》[15]可知此吸收峰对应的为羰基基团。黑龙江轻工所及茅台试点曾研究报道认为，退化窖泥中的结晶物质主要为乳酸铁和乳酸钙[1]。综上所述，初步判断结晶主要成分可能为乳酸盐，为了进一步确认，对乳酸亚铁进行红外光谱扫描。由图5可知，乳酸亚铁图谱与结晶图谱一致，在1600cm-1附近有宽而强的吸收峰。所以可以基本判断该结晶为乳酸盐。

3 小结

人工老窖退化窖泥中的结晶主要可能为乳酸亚铁、乳酸镁及乳酸铜，与其他类似结晶研究对比发现：该结晶组成元素没有Ca，但存在相对少量的Mg和Cu；而且根据红外能谱中的C、O比例分析，可能存在其他少量有机盐。退化窖泥水分低至33%；pH值为4.01；营养物质普遍低于正常窖泥2～3倍。经分析，可能的原因为操作过程中混入Fe2+、Mg2+、Cu2+等金属离子；入窖酒醅酸度过大导致窖泥pH降低，逐渐影响窖内代谢稳定，最终形成结晶。所以在生产中应规范操作，避免Fe2+、Mg2+、Cu2+等金属离子的大量混入；建窖初期也应对窖泥中的金属离子严格控制；建议入窖酒醅酸度可以略低些；定期监测窖泥理化指标，适当微调窖泥养分，预防为主，尽可能在少的外力干预下，及时恢复窖泥环境的正常代谢，防止出现矫枉过正现象。该实验仅为初步探究，应结合生产实践，加强窖池养护，跟踪监测窖池的理化指标及其出酒品质，参考实际生产工艺数据，逐步探索出合适、有效的培养与养护人工老窖方案。

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Preliminary analysis of the pit mud crystal in artificial old cellar

ZHANG Jiaqing1,SONG Ruibin2,CAO Jinghua1,XU Guojun1,SUN Honghao1,TU Xiangyong2,FANG Shangling1*
(1.Key laboratory of fermentation Engineering(Ministry of Education),Hubei Collaborative Innovation Center for Industrial Fermentation, College of Bioengineering,Hubei University of Technology,Wuhan 430068,China;2.Hubei Huangshantou Liquor Industry Co.,Ltd., Gong'an 434305,China)

The crystal of pit mud was detected by infrared spectroscopy and scanning electron microscopy.Result showed that the main components of the crystalline were ferrous lactate,magnesium lactate and copper lactate.Combining with the physicochemical indicator of pit mud with varying degrees of degradation,the degradation reasons of mud pit were explored and the maintenance plan were optimized,in order to provide a theoretical basis for cultivation and maintenance of the artificial old cellar.

crystal of pit mud;physicochemical indexes;degradation;maintenance

TS262.3

A

0254-5071（2014）03-0021-03

10.3969/j.issn.0254-5071.2014.03.006

2014-02-10

国家自然科研基金项目（31271928）；湖北省教育厅重点项目（D20111403）

张家庆（1988-），男，硕士研究生，研究方向为食品发酵技术。

*通讯作者：方向玲（1967-）女，教授，博士，研究方向为工业微生物育种。