濃香型白酒窖池分層分位點(diǎn)池底窖泥pH值、主要有機(jī)酸與鈣、鎂離子之間的相關(guān)性分析

張會(huì)敏，孟雅靜，王艷麗，胡心行，王銀輝，黃 艷，周慶伍，李安軍，王 錄，邢新會(huì)

（1.安徽省固態(tài)發(fā)酵工程技術(shù)研究中心，安徽 亳州 236820；2.清華大學(xué)化工系，北京 100084）

窖泥理化性質(zhì)對(duì)窖泥菌群的生存具有重要影響，其中，pH值對(duì)窖泥品質(zhì)非常重要[1-6]。研究表明，與老窖泥相比，退化窖泥/新窖泥的pH值較低[1-3]，窖泥品質(zhì)越好窖泥pH值越接近于7[7]，低pH值的窖泥更容易發(fā)生鈣化板結(jié)[8]，不利于窖泥菌群的生存。因此提高窖泥的pH值是改良窖泥的重要方法。陳彬等[9]嘗試通過(guò)往窖泥中添加產(chǎn)堿桿菌等方式提高窖泥pH值，改善窖泥鈣化問(wèn)題。基于此，厘清窖泥中主要有機(jī)酸的含量以及哪種酸與窖泥pH值最相關(guān)，更有利于提高窖泥pH值的實(shí)施。另一方面，研究表明窖泥中鈣離子的濃度與窖泥鈣化最為相關(guān)[10]，且pH值偏低的新窖泥中鈣離子濃度遠(yuǎn)高于pH值偏高的老窖泥中鈣離子濃度[11]。因此，厘清窖泥中鈣離子濃度與哪種有機(jī)酸最為相關(guān)對(duì)將來(lái)從根本上解決窖泥鈣化板結(jié)問(wèn)題具有重要作用?，F(xiàn)階段對(duì)窖泥理化性質(zhì)[1-5,12]及其相關(guān)性[8]的研究并沒(méi)有指出窖泥中哪種有機(jī)酸對(duì)pH值起決定作用，以及哪種酸對(duì)鈣鎂離子的沉淀或解離（對(duì)窖泥退化板結(jié)起重要作用）最具有相關(guān)性。

目前對(duì)窖泥的取樣多采用單層取樣方法。實(shí)際上，窖泥菌群的菌屬組成是有其空間分布特征的，以pH值為例，己酸菌（Caproiciproducens）的最適pH值為6.0～8.0[13]；梭菌（Clostridium）的最適pH值為5.0～7.0[14]；沉積菌屬的最適pH值為6.0～8.5[15]；胺桿菌屬（Aminobacterium）的最適pH值為6.0～8.4[16]；甲烷囊菌屬（Methanoculleus）的pH值范圍為7.5～7.8[17]；甲烷短桿菌屬（Methanobrevibacter）的pH值范圍為5.8～8.7[18]。新窖泥中含量最豐富的乳酸桿菌屬（Lactobacillus）甚至可以在pH值低至2.4的條件下存活[19]。因此，窖泥的理化性質(zhì)也肯定存在三維空間分布特征。因此，在三維空間上分層分位點(diǎn)進(jìn)行窖泥取樣并進(jìn)行窖泥理化性質(zhì)研究更為合理。

與池壁窖泥相比，池底窖泥菌群豐度更大[20]，且池底窖泥對(duì)濃香型白酒的釀酒品質(zhì)影響更大，本研究分別對(duì)新窖池和老窖池分層分位點(diǎn)進(jìn)行池底窖泥取樣和窖泥理化性質(zhì)研究。比較新老窖池分層分位點(diǎn)池底窖泥的pH值、主要有機(jī)酸與鈣、鎂離子的含量差異，并重點(diǎn)分析pH值與各種有機(jī)酸的相關(guān)性，各種有機(jī)酸與鈣、鎂離子的相關(guān)性。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

窖泥樣本取自安徽北部某知名濃香型白酒企業(yè)；其余試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

FE20 pH計(jì) 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；6890氣相色譜儀（配CP-WAX 57 CB色譜柱（50 m×0.25 mm，0.2 μm）） 美國(guó)Agilent公司；Acquity UPLC液相色譜（配二極管陣列檢測(cè)器和HSS T3色譜柱（100 mm×2.1 mm，1.8 μm）） 美國(guó)Waters公司；IonPacTMCS12A RFICTM離子色譜柱、ICS5000+離子色譜儀（配ICS-5000-DC電導(dǎo)檢測(cè)器） 美國(guó)Thermo Fisher公司；WZS-188雷磁濁度儀 上海儀電科學(xué)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 分層分位點(diǎn)池底窖泥樣本采集

分別選取窖齡不同而發(fā)酵工藝相同的新窖池（窖齡6 年）和老窖池（窖齡不少于50 年）各6 個(gè)，采取三位點(diǎn)四層取樣方法取樣，如圖1所示，3 個(gè)取樣位點(diǎn)分別為中心點(diǎn)（center，Cen）、角點(diǎn)（corner，Cor）以及中心點(diǎn)和角點(diǎn)連線的中點(diǎn)——四分之一點(diǎn)（quarter，Qua）；4 個(gè)取樣深度分別為：0～1、1～3、3～5 cm和5～7 cm。從上到下4 個(gè)角點(diǎn)窖泥樣本依次標(biāo)注為Cor_01、Cor_13、Cor_35和Cor_57；從上到下4 個(gè)中心點(diǎn)窖泥樣本依次標(biāo)注為Cen_01、Cen_13、Cen_35和Cen_57；從上到下4 個(gè)四分之一點(diǎn)窖泥樣本依次標(biāo)注為Qua_01、Qua_13、Qua_35和Qua_57。老窖泥樣本添加O前綴表示；新窖泥樣本添加Y前綴表示，如老窖池中心點(diǎn)1～3 cm的窖泥樣本表示為O_Cen_13。新老窖池各6 個(gè)，每個(gè)窖池12 個(gè)取樣點(diǎn)，總共144 個(gè)窖泥樣本。

圖1 新老窖池池底窖泥樣本的三位點(diǎn)四層取樣方法Fig. 1 Three-point four-layer sampling method for BPM from old and young pits

1.3.2 pH值、有機(jī)酸與鈣、鎂離子含量檢測(cè)

用FE20 pH計(jì)檢測(cè)窖泥pH值（新鮮窖泥與去離子水按質(zhì)量體積比1∶3混勻靜置后檢測(cè)[2]）。

將窖泥與15%（體積分?jǐn)?shù)，下同）甲醇按體積比1∶9混勻，經(jīng)0.22 μm濾膜過(guò)濾得到濾液，通過(guò)氣相色譜儀檢測(cè)揮發(fā)性己酸、丁酸、乙酸的含量。進(jìn)樣量1 μL，柱流速1 mL/min，進(jìn)樣口溫度250 ℃，分流比30∶1。升溫條件：初始溫度35 ℃，2 ℃/min升溫至60 ℃，保持4 min，6 ℃/min升溫至195 ℃，保持20 min。氫火焰離子檢測(cè)器溫度250 ℃。采用液相色譜儀檢測(cè)乳酸含量。進(jìn)樣量：1 μL，流動(dòng)相為KH2PO4（0.02 mol/L），柱流速0.1 mL/min，檢測(cè)波長(zhǎng)208 nm，柱溫箱30 ℃。將新鮮窖泥與去離子水按質(zhì)量體積比1∶9混勻，10 000 r/min離心5 min，取上清液經(jīng)濾膜（0.22 μm）過(guò)濾，用離子色譜儀檢測(cè)可溶性Ca2+與Mg2+的含量。離子色譜柱為IonPacTMCS12A RFICTM（4 mm×250 mm），進(jìn)樣量25 μL，柱流速1 mL/min，柱溫30 ℃，流動(dòng)相為甲基磺酸溶液（20 mmol/L），等濃度洗脫，檢測(cè)器為ICS-5000-DC電導(dǎo)檢測(cè)器。

1.3.3 濁度檢測(cè)

將新老窖泥與去離子水按質(zhì)量體積比1∶9混勻，10 000 r/min離心5 min得到窖泥離心上清液，將上清液經(jīng)0.22 μm濾膜過(guò)濾后得到窖泥過(guò)濾液，用于檢測(cè)濁度。該部分共檢測(cè)了新老窖池各1 個(gè)，總共2 個(gè)窖池的24 個(gè)窖泥樣本的離心上清液和窖泥過(guò)濾液的濁度，共得到24 組，48 個(gè)濁度數(shù)據(jù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

窖泥理化性質(zhì)每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)6 次，數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，差異顯著性分析通過(guò)SPSS 24.0軟件單因素方差分析實(shí)現(xiàn)。皮爾遜相關(guān)性分析通過(guò)R語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。皮爾遜相關(guān)性熱圖通過(guò)Excel 2010軟件色階功能繪制。濁度未設(shè)置重復(fù)，直接展示數(shù)值。

2 結(jié)果與分析

2.1 新老窖池分層分位點(diǎn)池底窖泥的pH值

圖2 新老窖池三位點(diǎn)四層池底窖泥樣本的pH值（n ＝6）Fig. 2 pH of three-point four-layer BPM samples from old and young pits (n = 6)

如圖2所示，老窖泥的pH值在水平方向的3 個(gè)位點(diǎn)之間無(wú)顯著差異；垂直方向，老窖泥pH值隨窖泥深度增加，從4.79～7.43（平均值5.86）逐漸上升到8.99～9.57（平均值9.22）。從0～1 cm到1～3 cm pH值的上升幅度最大，從偏弱酸性變?yōu)槠鯄A性（6.10～9.30，平均值7.95）。表層0～1 cm與1～3、3～5、5～7 cm pH值均具有顯著性差異（P＜0.05）；1～7 cm窖泥樣本中，除了O_Cor_13與O_Cor_35，O_Cor_13與O_Cor_57具有顯著性差異，其余各對(duì)樣本不具有顯著性差異（P＞0.05）；3～5 cm（平均值9.15）與5～7 cm（平均值9.22）pH值差異最小。新窖泥的pH值比相同深度老窖泥的pH值小1～2。水平方向上中心點(diǎn)和四分之一點(diǎn)pH值近似，其pH值平均值隨窖泥深度增加從4.24遞增至6.42，角點(diǎn)pH值的上升幅度相對(duì)更大，從4.13上升到7.89，較接近于老窖泥。其中Y_Cor_01與Y_Cor_13具有顯著性差異（P＜0.05）。其余兩組垂直相鄰的各組新窖泥樣本之間不具有顯著性差異（P＞0.05），而深度相間的兩組窖泥（如Y_Cen_01與Y_Cen_35）之間具有顯著性差異（P＜0.05）。

本研究中表層窖泥的pH值與前人研究結(jié)果[1,6,12]基本一致，此外，本研究發(fā)現(xiàn)新老窖池的pH值隨窖泥深度增加而增加的規(guī)律，且深層老窖泥的pH值明顯高于深層新窖泥，可能對(duì)深層窖泥菌群的生存有影響，現(xiàn)已知甲烷菌適宜在偏堿性的環(huán)境中生存[17-18]，甲烷菌被認(rèn)為是窖泥老熟的標(biāo)志菌[21]。因此，深層老窖泥的偏堿性環(huán)境更有利于甲烷菌生存。新窖池角點(diǎn)窖泥的pH值與老窖泥更接近，說(shuō)明新窖池中，角點(diǎn)窖泥的老熟速率相對(duì)更快。

2.2 新老窖池分層池底窖泥中主要有機(jī)酸的含量

濃香型白酒“四大酸”（乳酸、己酸、丁酸和乙酸）也是窖泥中含量最多的4 種有機(jī)酸[22-23]。新老窖池三位點(diǎn)四層池底窖泥中“四大酸”的含量依次如圖3～6所示。

圖3 新老窖池三位點(diǎn)四層池底窖泥樣本的乳酸含量（n ＝6）Fig. 3 LA contents of three-point four-layer BPM samples from old and young pits (n = 6)

老窖泥的乳酸含量在水平方向上的3 個(gè)位點(diǎn)之間無(wú)顯著差異（圖3A），在垂直方向上，隨窖泥深度增加乳酸含量從416.73～4 699.71 mg/kg（平均值2 380.07 mg/kg）遞減為0～111.20 mg/kg（平均值19.48 mg/kg）。從0～1 cm到1～3 cm遞減幅度最大，差異顯著（P＜0.05）。新窖泥中乳酸的含量整體比老窖泥大一個(gè)數(shù)量級(jí)（圖3B）。在水平方向上，新窖泥中心點(diǎn)和四分之一點(diǎn)的乳酸含量更接近，乳酸含量隨窖泥深度增加從5 504.2～34 934.5 mg/kg（平均值23 146.6 mg/kg）逐漸降為0～21 148.8 mg/kg（平均值6 664.7 mg/kg）；新窖泥角點(diǎn)的乳酸含量相對(duì)較低，乳酸含量平均值從14 461.0 mg/kg遞減至81.1 mg/kg，相對(duì)更接近于老窖泥中的水平。前人研究表明新窖泥的乳酸含量顯著大于老窖泥[2,23]，與本研究結(jié)果一致。適宜的乳酸含量對(duì)菌群生長(zhǎng)有利[24]，過(guò)量的乳酸不利于窖泥菌群的生存。本研究發(fā)現(xiàn)乳酸含量隨窖泥深度增加呈遞減的規(guī)律，老窖泥和角點(diǎn)新窖泥在5～7 cm的乳酸含量趨近于0。推測(cè)窖泥中乳酸的減少可能與窖泥菌群的降解代謝有關(guān)，后續(xù)有必要對(duì)菌群組成和功能進(jìn)一步分析，有利于將來(lái)人為改良窖泥。

如圖4所示，在水平方向上，相同深度老窖泥中的己酸含量無(wú)顯著差異，垂直方向上，隨窖泥深度增加，己酸含量由1 439.3～4 827.0 mg/kg（平均值3 134.59 mg/kg）遞減至745.6～4 815.2 mg/kg（平均值1 724.6 mg/kg），不同樣本之間無(wú)顯著性差異（P＞0.05）。新窖泥的己酸含量幾乎是老窖泥的2 倍（平均值為6 663.69 mg/kg），在水平和垂直方向上均沒(méi)有顯著差異（P＞0.05）。新老窖泥己酸含量的差異可能與新老窖泥菌群的己酸代謝差異有關(guān)。

圖4 新老窖池三位點(diǎn)四層池底窖泥樣本的己酸含量（n ＝6）Fig. 4 CA contents of three-point four-layer BPM samples from old and young pits (n = 6)

在水平方向上，相同深度老窖泥的丁酸含量無(wú)顯著差異（圖5），垂直方向上，隨窖泥深度增加丁酸含量由0～1 362.35 mg/kg（平均值559.10 mg/kg）逐漸降為0～456.44 mg/kg（平均值103.95 mg/kg），0～1 cm與5～7 cm深度有顯著差異（P＜0.05）。新窖泥的丁酸含量整體是老窖泥丁酸含量的2 倍多（平均值1 403.47 mg/kg），水平和垂直方向無(wú)顯著差異（P＞0.05），四分之一位點(diǎn)的丁酸含量稍多于中心點(diǎn)和角點(diǎn)，角點(diǎn)新窖泥中的丁酸含量隨窖泥深度增加呈微弱遞減規(guī)律，但無(wú)顯著性差異（P＞0.05）。新老窖泥中丁酸含量的差異可能與新老窖泥菌群的丁酸代謝差異有關(guān)。

圖5 新老窖池三位點(diǎn)四層池底窖泥樣本的丁酸含量（n ＝6）Fig. 5 BA contents of three-point four-layer BPM samples from old and young pits (n = 6)

如圖6所示，在水平方向上，相同深度老窖泥乙酸含量無(wú)顯著差異，垂直方向上，隨窖泥深度增加乙酸含量由49.1～4 955.1 mg/kg（平均值2 737.79 mg/kg）逐漸降為0～996.3 mg/kg（平均值536.48 mg/kg）。從1～3 cm到3～5 cm的降低顯著（P＜0.05）。新窖泥的乙酸含量沒(méi)有明顯水平和垂直方向的遞變規(guī)律（平均值1 347.00 mg/kg），彼此間無(wú)顯著差異（P＞0.05）。新老窖泥乙酸含量的差異可能與窖泥菌群的乙酸代謝差異有關(guān)。

圖6 新老窖池三位點(diǎn)四層池底窖泥樣本的乙酸含量（n ＝6）Fig. 6 AA contents of three-point four-layer BPM samples from old and young pits (n = 6)

2.3 新老窖池分層池底窖泥中鈣、鎂離子的含量

表1 新老窖池三位點(diǎn)四層池底窖泥樣本的鈣離子和鎂離子含量Table 1 Calcium ion and magnesium ion contents of three-point four-layer BPM samples from old and young pits

窖泥鈣、鎂離子的含量與窖泥的老熟息息相關(guān)。窖泥中過(guò)高的鈣、鎂離子會(huì)與乳酸形成過(guò)量乳酸鈣、乳酸鎂沉淀，導(dǎo)致窖泥鈣化板結(jié)缺水，不利于窖泥菌群生長(zhǎng)，降低窖泥品質(zhì)。如表1所示，老窖泥水平方向上的鈣離子含量無(wú)顯著差異，垂直方向上，0～1 cm的鈣離子含量最高，隨窖泥深度增加，鈣離子含量由143.6～591.8 mg/kg（平均值292.1 mg/kg）逐漸降為0～100.7 mg/kg（平均值35.0 mg/kg）。新窖泥中的鈣離子含量在中心點(diǎn)和四分之一點(diǎn)近似，無(wú)明顯遞變規(guī)律（平均值1 448.6 mg/kg），新窖泥角點(diǎn)的鈣離子含量顯著低于中心點(diǎn)和四分之一點(diǎn)，其平均值隨窖泥深度增加由878.3 mg/kg遞減為362.8 mg/kg。

老窖泥中鎂離子含量在水平方向上無(wú)顯著差異，在垂直方向上，隨窖泥深度增加，鎂離子含量由108.3～493.8 mg/kg（平均值258.7 mg/kg）遞減為0～34.9 mg/kg（平均值13.3 mg/kg）。表層新窖泥與表層老窖泥的鎂離子含量很接近。新窖泥中心點(diǎn)和四分之一點(diǎn)的鎂離子含量隨窖泥深度增加由208.7～592.6 mg/kg（平均值326.7 mg/kg）降為85.5～208.7 mg/kg（平均值183.9 mg/kg）；角點(diǎn)的鎂離子含量相對(duì)較低，其平均值隨窖泥深度增加由197.11 mg/kg遞減為106.29 mg/kg。老窖泥鎂離子的遞減程度大于新窖泥。

2.4 新窖池分位點(diǎn)分層池底窖泥的pH值、主要有機(jī)酸以及鈣鎂離子含量之間的相關(guān)性分析結(jié)果

圖7所示為新老窖泥的pH值、主要有機(jī)酸和鈣、鎂離子含量之間的皮爾遜相關(guān)性系數(shù)，圖中所示數(shù)值為交叉參數(shù)的皮爾遜相關(guān)性系數(shù)（-1～1），負(fù)值顯示紅色，正值顯示綠色，相關(guān)性越強(qiáng)顏色越深，相關(guān)性越低（相關(guān)性系數(shù)越接近0）越接近黃色。

老窖泥pH值與乳酸、己酸、丁酸、乙酸、鈣離子和鎂離子含量均呈負(fù)相關(guān)（圖7A），說(shuō)明在老窖泥中，乳酸對(duì)pH值的貢獻(xiàn)最大；乳酸含量與鈣離子含量（0.717 6）、鎂離子含量（0.738 5）的相關(guān)性較強(qiáng)，說(shuō)明老窖泥鈣、鎂離子的解離受乳酸的影響很大。乳酸含量與己酸含量（0.466 0）、丁酸含量（0.537 1）和乙酸含量（0.443 3）呈稍強(qiáng)相關(guān)性，推測(cè)可能與窖泥菌群降解乳酸生成己酸、丁酸和乙酸有關(guān)[25]，乳酸降解形成己酸有利于解除乳酸對(duì)乳酸菌產(chǎn)物的抑制，使老窖泥中乳酸與各種酸之間相關(guān)性增強(qiáng)。己酸含量與丁酸含量呈強(qiáng)烈正相關(guān)（0.724 4），說(shuō)明老窖泥中己酸與丁酸具有強(qiáng)烈代謝相關(guān)性，現(xiàn)已知窖泥中己酸菌參與的己酸合成途徑中需要先合成丁酸再合成己酸[26]，丁酸與己酸之間確實(shí)存在相關(guān)性，這與本實(shí)驗(yàn)結(jié)論一致。丁酸與乙酸含量呈強(qiáng)烈正相關(guān)（0.822 7），說(shuō)明丁酸與乙酸的合成具有代謝正相關(guān)性，研究表明窖泥中無(wú)論是己酸的生成途徑[26]，還是丁酸的合成途徑[27]，均存在乙酸與丁酸之間的可逆合成途徑，這與本實(shí)驗(yàn)結(jié)論一致。

新窖泥pH值與乳酸含量（-0.686 2）、鎂離子含量（-0.637 5）、鈣離子含量（-0.423 3）呈強(qiáng)烈負(fù)相關(guān)（圖7B），說(shuō)明新窖泥乳酸對(duì)pH值的貢獻(xiàn)最大，并對(duì)鈣、鎂離子的解離有影響，通過(guò)新窖泥乳酸含量與鈣離子含量（0.418 6）和鎂離子含量（0.731 6）的較強(qiáng)相關(guān)性可以說(shuō)明乳酸對(duì)鈣、鎂離子的解離影響比較大。新窖泥中乳酸含量與己酸含量（-0.191 1）、丁酸含量（-0.096 3）和乙酸含量（0.079 1）基本沒(méi)有明顯相關(guān)性，可能與新窖泥中微弱的菌群代謝有關(guān)。新窖泥中己酸與其余各參數(shù)的相關(guān)系數(shù)都很低，可能與新窖泥中己酸相關(guān)的代謝反應(yīng)很微弱有關(guān)。

圖7 新老窖池窖泥樣本的pH值、主要有機(jī)酸和鈣鎂離子含量之間的皮爾遜相關(guān)性系數(shù)熱圖Fig. 7 Heat maps of Pearson correlation coefficients between pH,major organic acids and calcium/magnesium ions in BPM samples from old and young pits

綜上，窖泥的“四大酸”中，乳酸含量對(duì)pH值的貢獻(xiàn)最大。一方面，乳酸是含量最高的有機(jī)酸，且為水溶性，尤其是新窖泥中，乳酸含量比其余3 種有機(jī)酸含量幾乎高1 個(gè)數(shù)量級(jí)；另一方面，4 種有機(jī)酸中，乳酸的解離系數(shù)（pKa）最?。?.86），比丁酸（4.82）、乙酸（4.74）和己酸（4.83）小1左右，即在同樣的解離水平下乳酸對(duì)pH值的影響幾乎是其余3 種酸的10 倍。乳酸與鈣離子在新窖泥中的相關(guān)系數(shù)較老窖泥小（0.418 6和0.717 6），可能是新窖泥中含量較高的乳酸與其中的固體鈣反應(yīng)導(dǎo)致鈣離子過(guò)度解離，從而失去部分相關(guān)性。

鑒于新窖泥在角點(diǎn)的理化性質(zhì)與中心點(diǎn)和四分之一點(diǎn)有差異，本研究分別對(duì)中心點(diǎn)、四分之一點(diǎn)和角點(diǎn)理化性質(zhì)之間的相關(guān)性進(jìn)行分析（圖8）。首先，3 個(gè)位點(diǎn)的pH值均與乳酸含量呈較強(qiáng)相關(guān)性，說(shuō)明新窖泥中乳酸對(duì)pH值具有重要影響作用。pH值（與乳酸、己酸和丁酸含量均有較強(qiáng)的相關(guān)性）與鈣、鎂離子含量的相關(guān)性在角點(diǎn)最強(qiáng)（-0.487 2、-0.750 3），而乳酸含量與鈣、鎂離子含量的相關(guān)性在角點(diǎn)最弱（0.108 9和0.564 4），可能與在角點(diǎn)乳酸含量相對(duì)較低，鈣、鎂離子含量受丁酸、己酸含量的影響更大，相關(guān)性系數(shù)較大有關(guān)。與角點(diǎn)相比，中心點(diǎn)和四分之一點(diǎn)pH值與丁酸含量（0.294 3和0.477 6）和己酸（-0.169 4和-0.111 9）的相關(guān)性稍弱。角點(diǎn)pH值與丁酸含量的較強(qiáng)相關(guān)性，可能得益于角點(diǎn)乳酸含量與丁酸含量之間較強(qiáng)的相關(guān)性（0.468 6），因?yàn)橹挥衟H值與乳酸含量、乳酸含量與丁酸含量同時(shí)具有較強(qiáng)相關(guān)性才會(huì)實(shí)現(xiàn)pH值與丁酸之間的較強(qiáng)相關(guān)性。角點(diǎn)乳酸含量與丁酸含量的較強(qiáng)相關(guān)性（0.468 6）與老窖泥中兩者的相關(guān)性（0.537 1）很接近，可能與角點(diǎn)新窖泥菌群的乳酸和丁酸代謝作用比較強(qiáng)有關(guān)。其次，角點(diǎn)丁酸含量與鎂離子含量（0.524 7），以及鈣離子含量與鎂離子含量（0.671 7）的相關(guān)性更接近于老窖泥中丁酸含量與鎂離子含量（0.465 9），以及鈣離子含量與鎂離子含量（0.798 2）相關(guān)性。乳酸含量在中心點(diǎn)與己酸、丁酸和乙酸含量幾乎不相關(guān)；在四分之一點(diǎn)乳酸含量與己酸含量（-0.182 4）、丁酸含量（-0.242 8）和乙酸含量（-0.270 5）呈微弱負(fù)相關(guān)；在角點(diǎn)乳酸含量只與丁酸含量呈較強(qiáng)正相關(guān)（0.468 6）。通過(guò)與老窖泥中乳酸含量與己酸含量、丁酸含量和乙酸含量的相關(guān)性比較可知，3 個(gè)位點(diǎn)新窖泥中的四大酸代謝均不夠成熟。綜上，中心點(diǎn)和四分之一點(diǎn)新窖泥參數(shù)之間的相關(guān)性更相似，盡管角點(diǎn)新窖泥理化參數(shù)之間的相關(guān)性稍接近于老窖泥，但還是不夠成熟。將來(lái)有必要進(jìn)一步分析不同位點(diǎn)新窖泥菌群的組成差異。

圖8 新窖池三位點(diǎn)窖泥樣本的pH值、主要有機(jī)酸和鈣鎂離子含量之間的皮爾遜相關(guān)性系數(shù)熱圖Fig. 8 Heat maps of Pearson correlation coefficients between pH,major organic acids and calcium/magnesium ions in BPM samples from 3 positions of young pits

2.5 新窖池分位點(diǎn)分層池底窖泥的濁度分析結(jié)果

圖9為新窖池與老窖池的三位點(diǎn)四分層池底窖泥各12 個(gè)窖泥樣本的過(guò)濾液和離心上清液的濁度。液體的濁度代表液體中各種微納米顆粒的數(shù)量。新老窖泥離心上清液和過(guò)濾液的濁度沒(méi)有明顯水平或垂直方向的規(guī)律。新老窖泥離心上清液的濁度（48.63 NTU和62.16 NTU）分析結(jié)果表明老窖泥中經(jīng)離心無(wú)法沉淀的微納米顆粒的數(shù)量更多；新老窖泥過(guò)濾液的濁度（14.21 NTU和24.12 NTU）分析結(jié)果表明老窖泥中直徑小于0.22 μm的納米顆粒數(shù)量更多。細(xì)菌無(wú)法通過(guò)0.22 μm濾膜，由此可知，老窖泥中存在更多小于細(xì)菌體積的納米顆粒物質(zhì)。老窖泥中更多微納米顆粒物質(zhì)的存在既增加了細(xì)菌的附著面積，有利于窖泥菌群的生長(zhǎng)；同時(shí)又在一定程度上延緩了黃水（乳酸）在窖泥中的滲透速率，保護(hù)窖泥中非乳酸降解菌的同時(shí)，為乳酸降解菌爭(zhēng)取了更多時(shí)間降解乳酸，進(jìn)一步提高了pH值，提高了窖泥品質(zhì)，改善了窖泥菌群的生長(zhǎng)環(huán)境。

圖9 新老窖池三位點(diǎn)四分層池底窖泥過(guò)濾液和離心上清液的濁度Fig. 9 Turbidity of filtrate and centrifugal supernatant of three-point four-layer BPM samples from old and young pits

3 討 論

本研究分析了濃香型白酒新老窖池池底窖泥三維空間的pH值，4 種主要有機(jī)酸，鈣、鎂離子濃度，離心上清液/過(guò)濾液的濁度，以及理化性質(zhì)之間的相關(guān)性。老窖泥的理化性質(zhì)在水平方向上無(wú)顯著差異；在垂直方向上，隨窖泥深度增加，pH值平均值從5.86遞增到9.22，乳酸含量平均值從2 380.07 mg/kg遞減為19.48 mg/kg，己酸含量平均值從3 134.59 mg/kg遞減為1 904.76 mg/kg，丁酸含量平均值從559.10 mg/kg遞減為103.95 mg/kg，乙酸含量平均值從2 737.79 mg/kg遞減為536.48 mg/kg，鈣離子含量平均值從292.1 mg/kg遞減為35.0 mg/kg，鎂離子含量平均值從258.7 mg/kg遞減為13.3 mg/kg。新窖泥中己酸含量（平均值6 663.69 mg/kg）、丁酸含量（平均值1 403.47 mg/kg）、乙酸含量（平均值1 347.00 mg/kg）無(wú)顯著變化。新窖泥中心點(diǎn)和四分之一點(diǎn)理化性質(zhì)近似，隨窖泥深度增加，pH值平均值從4.24遞增至6.42，乳酸含量平均值從38 146.5 mg/kg遞減至6 664.7 mg/kg，鎂離子含量平均值從326.70 mg/kg遞減為183.91 mg/kg，鈣離子含量平均值（1 448.57 mg/kg）無(wú)顯著變化。新窖泥角點(diǎn)理化性質(zhì)相對(duì)更接近老窖泥，pH值平均值從4.13上升到7.89，乳酸含量平均值從14 461.0 mg/kg遞減至81.1 mg/kg，鈣離子含量平均值從878.25 mg/kg遞減為362.84 mg/kg，鎂離子含量平均值從197.1 mg/kg遞減為106.3 mg/kg。相關(guān)性分析表明，新老窖泥pH值與乳酸呈強(qiáng)相關(guān)性（-0.686 2和-0.789 3），說(shuō)明乳酸對(duì)窖泥pH值的影響非常重要。新老窖泥乳酸含量與鈣含量（0.418 6和0.717 6）、鎂離子含量（0.731 6和0.738 5）呈較強(qiáng)相關(guān)性，說(shuō)明乳酸對(duì)窖泥鈣、鎂離子解離的重要影響。與新窖泥相比，老窖泥中乳酸含量與己酸含量（-0.126 8和0.466 0）、丁酸含量（-0.092 5和0.537 1）和乙酸含量（-0.078 0和0.443 3）的相關(guān)性差異比較說(shuō)明老窖泥中乳酸降解與己酸、丁酸和乙酸的合成代謝比較旺盛。新窖泥的3 個(gè)位點(diǎn)相比較，盡管角點(diǎn)新窖泥理化參數(shù)之間的相關(guān)性稍接近于老窖泥，但也不夠成熟。老窖泥離心上清液（62.16 NTU）和過(guò)濾液的濁度（24.12 NTU）比新窖泥（離心上清液48.63 NTU、過(guò)濾液14.21 NTU）大，推測(cè)老窖泥中更多微納米顆粒的存在有利于乳酸降解菌的代謝作用。

與新窖泥相比，老窖泥最大的特點(diǎn)是其各種理化性質(zhì)形成了隨窖泥深度變化的梯度變化規(guī)律。老窖泥中pH值與乳酸含量呈強(qiáng)烈相關(guān)關(guān)系，而乳酸進(jìn)一步影響鈣、鎂離子的解離，可推知乳酸是影響窖泥品質(zhì)的重要因素。新窖泥中乳酸的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于老窖泥，過(guò)量的乳酸可能使窖泥中的固體鈣、鎂元素過(guò)度解離，形成了過(guò)量的乳酸鈣、乳酸鎂，導(dǎo)致窖泥鈣化板結(jié)，窖泥退化。因此減少窖泥中的乳酸有利于提高窖泥品質(zhì)。已知老窖泥的菌群豐度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于新窖泥[1]，包括大量的乳酸降解菌[28-30]。乳酸降解菌的存在，有利于降解乳酸，提高窖泥pH值，從而提高窖泥品質(zhì)。窖泥菌群與窖泥環(huán)境是相互適應(yīng)相互影響的。濁度分析顯示，老窖泥中微納米顆粒的數(shù)量比新窖泥中更多，有利于延緩黃水中乳酸在窖泥中的浸潤(rùn)過(guò)程，增加窖泥菌群的附著面積的同時(shí)提供給乳酸降解菌更多的時(shí)間降解乳酸。