人工窖泥质量等级判定模型的建立

张东跃，刘选成，来安贵，赵德义，曹建全，沈才洪

(1.山东景芝酒业股份有限公司，山东安丘 262119；2.泸州老窖股份有限公司，四川泸州 646000)

在浓香型大曲酒的生产中，窖泥是基础，窖泥对白酒中呈香呈味物质的形成起着至关重要的作用[1]。在一定程度上，窖泥的质量好坏直接决定着白酒的质量优劣[2]。因此，在传统浓香型白酒生产过程中，窖泥的位置举足轻重，常常被称之为“酒之髓”，即：白酒的精髓在于窖。

在“泸型酒窖池分类模式”理论中，自然老熟的“千年老窖”及用微生物技术形成的具有“老窖”特征的人工窖的窖内发酵可归属于同一类发酵模式，即：Ⅱ类模式[3]。从中可以总结出，采用微生物技术培养的人工窖泥酿出的酒质可以达到老窖的水平。由于“千年老窖”稀缺，以及新窖产酒酒质较差，这样远远不能满足人们的物质生活要求。因此，从20 世纪60 年代开始，以泸州老窖为代表的名酒厂通过与各大科研所进行合作，探索创新了“人工老窖厌氧功能菌窖泥新技术”，为浓香型大曲酒人工窖泥培养技术做出了重大贡献。并研究出新窖老熟的方法，使新建窖池在较短时间内生产出优质白酒，实现了浓香型大曲酒的生产工艺异地移植，从而极大地推动了浓香型大曲酒的发展。人工窖泥培养技术的发明，是在认识和揭示老窖泥微生物区系和成分组成基础上的重大创新，不仅显著地缩短了新窖泥老熟的时间，而且为浓香型大曲酒的发展奠定了技术基础。但由于各大厂家对老窖泥的认识及研究程度不同，其培养人工窖泥的配方也就存在着差异，再加上窖泥老化问题的存在[4]，造成人工窖泥质量参差不齐。对于人工窖泥质量等级的判定问题上，由于国内外关于这方面的研究甚少，迄今为止尚没有一个统一的标准。

本研究从感官、理化和微生物3 个方面，结合不同等级窖泥的理化数据，建立了人工窖泥质量等级判定数学模型，应用模型对4 种方案培养的人工窖泥进行质量等级判定，并与酒质进行对比分析，以期获得该模型在判定人工窖泥质量等级上的有效性。

1 材料与方法

1.1 材料

窖泥样品：不同配方同一时期培养的人工窖泥（分别为方案一、方案二、方案三、方案四）及不同等级窖泥（分别为黄泥、1～3 年、30～60 年、90～150年、200年以上窖龄窖泥）。供试人工窖泥基本信息见表1，不同等级窖泥数据分析见表2。

表1 人工窖泥基本信息

表2 不同等级窖泥标准数据对照表

1.2 实验方法

1.2.1 人工窖泥质量等级判定模型指标体系

本研究主要以感官、理化和微生物3 个因素作为评判人工窖泥质量等级的一级指标，则因素集U={u1，u2，u3}，式中：u1感官，u2理化，u3微生物。其中感官指标分颜色、气味和质感3 个二级指标；理化指标分腐殖质、pH值、N、P 和K 5个二级指标；微生物分己酸菌、甲烷杆菌和厌氧细菌总数3 个二级指标。具体的指标体系见图1。质量判定等级评语是用来描述人工窖泥具体质量等级的语言[5]，为了判定人工窖泥等级归属，故将新鲜黄泥、1～3 年窖龄、30～60 年窖龄、90～150 年窖龄和200 年以上窖龄5 个等级作为人工窖泥质量判定等级评语，其取值分别为：1，2，3，4 和5。因此，质量等级论域V={v1，v2，v3，v4，v5}，式中：v1新鲜黄泥，v21～3 年窖龄，v330～60 年窖龄，v490～150 年窖龄，v5200 年窖龄。

图1 指标体系图

1.2.2 人工窖泥质量等级判定模糊关系矩阵的建立

通过人工窖泥感官、理化及微生物的测定数据，对比不同等级窖泥标准数据分析表，对人工窖泥感官指标进行归属打分（0～10 分）及采用隶属函数对理化和微生物进行隶属度的确定，并将判定结果进行归一化处理，得到模糊关系矩阵R。

1.2.3 人工窖泥质量等级判定各因素权重的确定

请10 位专家对影响窖泥质量等级判定的各一级指标和二级指标之间进行0～10 分打分，根据打分结果，对数据进行统计分析处理，得到一级指标的权向量X=（x1，x2，x3）及各个二级指标的二级权向量，包括x1=（x11，x12，x13），x2=（x21，x22，x23，x24，x25），x3=（x31，x32，x33）。

1.2.4 人工窖泥质量等级判定模型的建立

采用M（·,+）算子[6]和秩加权平均来处理判定结果。

二级指标模糊层次分析模型为：

式中：Ui为二级指标模糊层次分析向量；xi为各二级指标的权重；R 是对某种窖泥样品判定结果并进行归一化处理后得到的模糊矩阵。

将Ui重新组合为新的矩阵：

一级指标模糊层次分析模型为：

式中：Bi为一级指标模糊层次分析向量；X 为一级指标权向量。

式中：Si为样品模糊层次分析秩加权平均计算结果；bij表示向量Bi中一个元素；j 为评语等级，取值为1，2，3，4，5。

最后，通过对不同等级窖泥数据进行分析，计算S 值，可得出不同等级窖泥对应的S 值；再对人工窖泥的数据进行分析计算S 值，最后与不同等级窖泥的S 值进行比较，以此判断人工窖泥的质量等级。

1.2.5 不同配方培养人工窖泥及不同等级窖泥发酵产酒酒质分析

对出窖母糟进行单独蒸馏，取2～3 段综合酒样由国家级、省级评委对酒样在80～100 分之间进行打分，并将打分结果进行统计分析；另取部分酒样，对其进行色谱分析及总酸总酯的检测。

2 结果与分析

2.1 人工窖泥质量等级判定模型各因素分析及权重设定

经10 位专家对判定人工窖泥质量等级的各一级、二级指标之间进行0～10 分打分[7]，得出各因素在判定人工窖泥质量等级上的重要程度，打分结果见表3—表6。

由表3—表6 可知，各指标分数除以总分，得到各指标的权重，则一级指标的权向量为：X=(0.320，0.257，0.423)；二级指标的权向为：x1=(0.270，0.351，0.379)，x2=(0.353，0.082，0.197，0.186，0.182)，x3=(0.357，0.303，0.340)。

表3 判定人工窖泥等级一级指标权重打分表

表4 判定人工窖泥等级二级指标权重打分表

表5 判定人工窖泥等级二级指标权重打分表

表6 判定人工窖泥等级二级指标权重打分表

2.2 不同等级窖泥模糊关系矩阵R 的建立及S 值的确定

2.3 不同配方培养人工窖泥各指标测定结果

对4 种配方培养人工窖泥的各种指标进行测定，其测定结果详见表7。

表7 不同配方人工窖泥各指标测定结果

2.4 不同配方培养人工窖泥模糊关系矩阵R 的建立及S值的计算

2.4.1 人工窖泥感官指标模糊关系矩阵的建立

对照不同等级窖泥标准数据分析表，采用0～10 打分方法，对颜色、气味和质感3 个二级指标进行打分，即：相似度大的，分数高些；相似度小的，分数低些。打分结果见表8—表11。

表8 方案一人工窖泥打分评定表

表9 方案二人工窖泥打分评定表

表10 方案三人工窖泥打分评定表

将表8—表11 进行归一化处理，得到模糊关系矩阵R：

表11 方案四人工窖泥打分评定表

2.4.2 人工窖泥理化和微生物指标模糊关系矩阵的建立

参照窖泥等级判定标准数据表，利用隶属函数关系，确定各二级指标隶属度，得到模糊关系矩阵R。

式中a1，a2分别表示某项指标两个等级窖泥的标准值；r表示隶属度。

以方案一腐殖质含量为例，其值位于1～3 年和30～60 年之间，所以模糊关系矩阵为R=（0，0.320，0.680，0，0）。同理可求出，不同配方人工窖泥理化指标模糊关系矩阵为：

不同配方人工窖泥微生物指标模糊关系矩阵为：

2.4.3 不同配方培养人工窖泥S值计算

以方案一为例，由公式（1）（2）和（3）可求出：

将以上结果进行整理分析，详见表12。

从表12 可看出，方案二培养人工窖泥质量等级最高，其次是方案一、方案三和方案四。其中方案二和方案一培养人工窖泥的质量等级较高，已经达到了30 年老窖泥水平，为人工窖泥的扩培提供了科学理论根据。

表12 不同配方培养人工窖泥S值比较

2.5 不同等级窖泥及4 种方案培养人工窖泥产酒酒质分析

不同等级窖泥及4 种配方培养人工窖泥产酒酒样感官尝评结果见表13，4 种不同配方培养人工窖泥产酒酒样色谱分析及理化检测结果见表14。

表13 酒体感官评定表

表14 不同配方培养人工窖泥色谱分析结果(g/L)

从表13—表14 可看出，方案二培养的人工窖泥产酒酒质较好，这也说明人工窖泥质量较好，其次是方案一＞方案三＞方案四，此结果与人工窖泥质量等级评定结果相同，验证了该模型应用于人工窖泥质量等级判定方面的有效性。

3 结论

本研究通过设定人工窖泥质量等级判定各指标权重，从感官、理化和微生物3 个方面，首次将模糊层次分析法[8]引入到人工窖泥的质量等级判定中，并建立了人工窖泥质量等级判定模型，开创了人工窖泥质量等级判定的先河。首先，该模型的判定方法在一定程度上克服了以往采用简单评价法对判定结果带来的主观性和片面性，通过定量化和系统化的评判体系，使评判结果更为科学和准确；其次，本研究还通过与酒质的感官尝评及色谱分析进行对比分析，论证了该模型应用于人工窖泥质量等级判定中的有效性；再次，该模型不仅可以用来判定人工窖泥的质量等级，而且能够对人工窖泥的“理论年份”进行判定，应用范围广；最后，本研究通过该模型对4 种配方培养的人工窖泥的质量等级进行判定，结果表明方案一和方案二两种配方培养的人工窖泥能够在较短的时间内达到30 年老窖水平，为浓香型白酒人工窖泥的扩培提供了科学理论依据。