人工老窖窖泥結晶初步分析

張家慶，宋瑞濱，曹敬華，徐國俊，孫洪浩，涂向勇，方尚玲*

（1.湖北工業(yè)大學生物工程學院，工業(yè)發(fā)酵湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，發(fā)酵工程教育部重點實驗室，湖北武漢430068；2.湖北黃山頭酒業(yè)有限公司，湖北公安434305）

人工老窖窖泥結晶初步分析

張家慶1，宋瑞濱2，曹敬華1，徐國俊1，孫洪浩1，涂向勇2，方尚玲1*

（1.湖北工業(yè)大學生物工程學院，工業(yè)發(fā)酵湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，發(fā)酵工程教育部重點實驗室，湖北武漢430068；2.湖北黃山頭酒業(yè)有限公司，湖北公安434305）

利用紅外光譜及電鏡掃描技術對窖泥中的結晶檢測分析，結果表明其主要成分為乳酸亞鐵、乳酸鎂和乳酸銅。結合不同退化程度的窖泥的理化指標，探究人工老窖窖泥退化原因，優(yōu)化窖泥養(yǎng)護方案，為人工老窖的培養(yǎng)與養(yǎng)護提供理論基礎。

窖泥結晶；理化指標；退化；養(yǎng)護

隨著科研技術的發(fā)展，人工老窖培養(yǎng)與養(yǎng)護技術在濃香型白酒生產(chǎn)工藝中日漸成熟[1-3]。但由于管理不善、養(yǎng)護不當、工藝失調等原因，窖泥退化問題嚴重影響出酒率與酒質[4-5]。雖然現(xiàn)存一些窖泥養(yǎng)護與復壯的方法，但因為窖泥原料、環(huán)境因素、工藝參數(shù)等條件的差異，使這些方法存在一定的特異性[6-9]。湖北黃山頭酒業(yè)部分老窖池由于保管不善，造成窖池的窖泥退化，出現(xiàn)白色顆粒狀結晶，代謝產(chǎn)己酸能力明顯下降[10-11]。為此本實驗從退化窖泥中的結晶著手，利用紅外光譜技術及電鏡掃描技術檢測其元素組成成分，結合對比分析不同老化程度窖泥的理化指標。從根本上探究窖泥退化的原因，進一步提出適合、有效的解決方案。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

窖泥、窖泥結晶：湖北黃山頭酒業(yè)有限公司。

氫氧化鈉、碘化鉀、碘化汞、菲啰啉、氯化亞錫、硫酸亞鐵銨、酒石酸鉀鈉等均為分析純：國藥集團化學試劑有限公司；鉬酸銨、重鉻酸鉀、氯化鉀、磷酸二氫鉀等均為分析純：西隴化工股份有限公司。乳酸亞鐵（分析純）：上海金穗生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

JEOLJEM-6390掃描電子顯微鏡：日本株式會社；NESUS型紅外分光光度計：美國尼高力儀器公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 窖泥理化指標的檢測

水分測定：烘干法[12]；pH值測定：電位法[12]；氨態(tài)氮測定：納氏試劑比色法[13]；有效磷測定：氯化亞錫還原鉬藍比色法[13]。速效鉀測定：四苯硼鈉比色法[14]；腐殖質測定：焦磷酸鈉-水合重鉻酸鉀氧化法[14]。

1.3.2 窖泥結晶的溶解性試驗

在100mL燒杯中分別加入50mL常溫去離子水、80℃去離子水、無水乙醇、1mol/L鹽酸、1mol/L氫氧化鈉，然后加入去泥的窖泥結晶各10g，玻璃棒攪拌觀察溶解現(xiàn)象。并于6h、12h之后再觀察。

1.3.3 窖泥結晶的純化

取10g窖泥結晶于10mL燒杯中，加入80℃去離子水，邊加入邊攪拌，直至結晶溶解。過濾，然后向濾液中加入無水乙醇，直至有大量晶體析出后，過濾、純凈水清洗，于60℃烘箱中干燥后，密封保存。

1.3.4 窖泥結晶的檢測

取純化后的窖泥結晶5g，于60℃干燥箱中干燥，冷卻至室溫后稱量，直至質量恒定為止。采用日本株式會社日本株式會社JEOL JEM-6390掃描電子顯微鏡對不同的3個位點進行元素能譜分析；采用美國尼高力儀器公司NESUS型紅外分光光度計在4 000～400cm-1進行光譜掃描。

2 結果與分析

2.1 窖泥的理化指標

從人工老窖池不同部位取樣，幾種窖泥樣品理化指標檢測結果見表1。

表1 幾種窖泥樣品的理化指標Table 1 Physicochemical indicator of pit muds

由表1可知，不同樣品水分、氮、磷、鉀的含量皆隨著窖泥板結程度的加深而不同程度的降低；板結嚴重人工老窖池中部壁上窖泥pH值低，板結程度越嚴重窖泥水分越少，酸度越大，營養(yǎng)物質流失嚴重。因為這些理化指標都息息相關，窖泥的板結必然導致水分的流失，水分不足影響窖泥微生物的代謝生長，窖泥內部環(huán)境的代謝紊亂勢必導致營養(yǎng)物質的流失。為了探究退化原因，首先對結晶進行確切分析。

2.2 窖泥結晶溶解性

窖泥結晶在不同溶劑中的溶解情況見表2。

表2 窖泥結晶的溶解情況Table 2 Solubility of crystalline in pit mud

由表2可知，窖泥結晶起初不溶于冷水，隨著時間推移逐漸溶解；溶于熱水；不溶于無水乙醇及氫氧化鈉；與酸反應，但未出現(xiàn)氣泡。溶液起初都為淡綠色，后逐漸氧化呈紅褐色，可判定其中含有亞鐵離子。根據(jù)結晶溶于水而不溶于無水乙醇的性質，可判斷其可能為有機鹽，且可利用此性質對結晶提純，為電鏡掃描分析與紅外光譜分析做準備。

2.3 窖泥結晶掃描電子顯微鏡-元素光譜分析結果

采用掃描電子顯微鏡對窖泥結晶樣品不同的3個位點進行元素能譜分析，其結果分別見圖1～圖3，窖泥結晶能譜數(shù)據(jù)見表3。

圖1 窖泥結晶能譜分析(位點一)Fig.1 Crystal spectrum analysis of pit mud(site 1)

圖2 窖泥結晶能譜分析(位點二)Fig.2 Crystal spectrum analysis of pit mud(site 2)

圖3 窖泥結晶能譜分析(位點三)Fig.3 Crystal spectrum analysis of pit mud(site 3)

由表3可知，該窖泥結晶的主要元素組成成分為C、O；其中存在的金屬元素為Fe、Mg、Cu，且Fe＞Mg＞Cu。由此，可以排除該結晶為磷酸鹽、硫酸鹽等無機鹽的可能性，與在溶解性實驗中的判斷一致。并且可以確認此結晶中含有的有機鹽為鐵鹽、鎂鹽與銅鹽。

表3 窖泥結晶能譜數(shù)據(jù)Table 3 Spectroscopy data of crystal in pit mud %

2.4 窖泥結晶紅外光譜分析結果

窖泥結晶的紅外光譜分析結果見圖4，乳酸亞鐵進行紅外光譜掃描，其結果見圖5。

圖5 乳酸亞鐵的紅外圖譜Fig.5 Infrared spectra of ferrous lactate

由圖4可知，在1600cm-1附近為主要吸收峰，參考《現(xiàn)代儀器分析》[15]可知此吸收峰對應的為羰基基團。黑龍江輕工所及茅臺試點曾研究報道認為，退化窖泥中的結晶物質主要為乳酸鐵和乳酸鈣[1]。綜上所述，初步判斷結晶主要成分可能為乳酸鹽，為了進一步確認，對乳酸亞鐵進行紅外光譜掃描。由圖5可知，乳酸亞鐵圖譜與結晶圖譜一致，在1600cm-1附近有寬而強的吸收峰。所以可以基本判斷該結晶為乳酸鹽。

3 小結

人工老窖退化窖泥中的結晶主要可能為乳酸亞鐵、乳酸鎂及乳酸銅，與其他類似結晶研究對比發(fā)現(xiàn)：該結晶組成元素沒有Ca，但存在相對少量的Mg和Cu；而且根據(jù)紅外能譜中的C、O比例分析，可能存在其他少量有機鹽。退化窖泥水分低至33%；pH值為4.01；營養(yǎng)物質普遍低于正常窖泥2～3倍。經(jīng)分析，可能的原因為操作過程中混入Fe2+、Mg2+、Cu2+等金屬離子；入窖酒醅酸度過大導致窖泥pH降低，逐漸影響窖內代謝穩(wěn)定，最終形成結晶。所以在生產(chǎn)中應規(guī)范操作，避免Fe2+、Mg2+、Cu2+等金屬離子的大量混入；建窖初期也應對窖泥中的金屬離子嚴格控制；建議入窖酒醅酸度可以略低些；定期監(jiān)測窖泥理化指標，適當微調窖泥養(yǎng)分，預防為主，盡可能在少的外力干預下，及時恢復窖泥環(huán)境的正常代謝，防止出現(xiàn)矯枉過正現(xiàn)象。該實驗僅為初步探究，應結合生產(chǎn)實踐，加強窖池養(yǎng)護，跟蹤監(jiān)測窖池的理化指標及其出酒品質，參考實際生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)，逐步探索出合適、有效的培養(yǎng)與養(yǎng)護人工老窖方案。

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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

國家自然科研基金項目（31271928）；湖北省教育廳重點項目（D20111403）

張家慶（1988-），男，碩士研究生，研究方向為食品發(fā)酵技術。

*通訊作者：方向玲（1967-）女，教授，博士，研究方向為工業(yè)微生物育種。