人工窖泥質(zhì)量等級(jí)判定模型的建立

張東躍，劉選成，來(lái)安貴，趙德義，曹建全，沈才洪

(1.山東景芝酒業(yè)股份有限公司，山東安丘 262119；2.瀘州老窖股份有限公司，四川瀘州 646000)

在濃香型大曲酒的生產(chǎn)中，窖泥是基礎(chǔ)，窖泥對(duì)白酒中呈香呈味物質(zhì)的形成起著至關(guān)重要的作用[1]。在一定程度上，窖泥的質(zhì)量好壞直接決定著白酒的質(zhì)量?jī)?yōu)劣[2]。因此，在傳統(tǒng)濃香型白酒生產(chǎn)過(guò)程中，窖泥的位置舉足輕重，常常被稱之為“酒之髓”，即：白酒的精髓在于窖。

在“瀘型酒窖池分類模式”理論中，自然老熟的“千年老窖”及用微生物技術(shù)形成的具有“老窖”特征的人工窖的窖內(nèi)發(fā)酵可歸屬于同一類發(fā)酵模式，即：Ⅱ類模式[3]。從中可以總結(jié)出，采用微生物技術(shù)培養(yǎng)的人工窖泥釀出的酒質(zhì)可以達(dá)到老窖的水平。由于“千年老窖”稀缺，以及新窖產(chǎn)酒酒質(zhì)較差，這樣遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們的物質(zhì)生活要求。因此，從20 世紀(jì)60 年代開(kāi)始，以瀘州老窖為代表的名酒廠通過(guò)與各大科研所進(jìn)行合作，探索創(chuàng)新了“人工老窖厭氧功能菌窖泥新技術(shù)”，為濃香型大曲酒人工窖泥培養(yǎng)技術(shù)做出了重大貢獻(xiàn)。并研究出新窖老熟的方法，使新建窖池在較短時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)白酒，實(shí)現(xiàn)了濃香型大曲酒的生產(chǎn)工藝異地移植，從而極大地推動(dòng)了濃香型大曲酒的發(fā)展。人工窖泥培養(yǎng)技術(shù)的發(fā)明，是在認(rèn)識(shí)和揭示老窖泥微生物區(qū)系和成分組成基礎(chǔ)上的重大創(chuàng)新，不僅顯著地縮短了新窖泥老熟的時(shí)間，而且為濃香型大曲酒的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。但由于各大廠家對(duì)老窖泥的認(rèn)識(shí)及研究程度不同，其培養(yǎng)人工窖泥的配方也就存在著差異，再加上窖泥老化問(wèn)題的存在[4]，造成人工窖泥質(zhì)量參差不齊。對(duì)于人工窖泥質(zhì)量等級(jí)的判定問(wèn)題上，由于國(guó)內(nèi)外關(guān)于這方面的研究甚少，迄今為止尚沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

本研究從感官、理化和微生物3 個(gè)方面，結(jié)合不同等級(jí)窖泥的理化數(shù)據(jù)，建立了人工窖泥質(zhì)量等級(jí)判定數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用模型對(duì)4 種方案培養(yǎng)的人工窖泥進(jìn)行質(zhì)量等級(jí)判定，并與酒質(zhì)進(jìn)行對(duì)比分析，以期獲得該模型在判定人工窖泥質(zhì)量等級(jí)上的有效性。

1 材料與方法

1.1 材料

窖泥樣品：不同配方同一時(shí)期培養(yǎng)的人工窖泥（分別為方案一、方案二、方案三、方案四）及不同等級(jí)窖泥（分別為黃泥、1～3 年、30～60 年、90～150年、200年以上窖齡窖泥）。供試人工窖泥基本信息見(jiàn)表1，不同等級(jí)窖泥數(shù)據(jù)分析見(jiàn)表2。

表1 人工窖泥基本信息

表2 不同等級(jí)窖泥標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)對(duì)照表

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 人工窖泥質(zhì)量等級(jí)判定模型指標(biāo)體系

本研究主要以感官、理化和微生物3 個(gè)因素作為評(píng)判人工窖泥質(zhì)量等級(jí)的一級(jí)指標(biāo)，則因素集U={u1，u2，u3}，式中：u1感官，u2理化，u3微生物。其中感官指標(biāo)分顏色、氣味和質(zhì)感3 個(gè)二級(jí)指標(biāo)；理化指標(biāo)分腐殖質(zhì)、pH值、N、P 和K 5個(gè)二級(jí)指標(biāo)；微生物分己酸菌、甲烷桿菌和厭氧細(xì)菌總數(shù)3 個(gè)二級(jí)指標(biāo)。具體的指標(biāo)體系見(jiàn)圖1。質(zhì)量判定等級(jí)評(píng)語(yǔ)是用來(lái)描述人工窖泥具體質(zhì)量等級(jí)的語(yǔ)言[5]，為了判定人工窖泥等級(jí)歸屬，故將新鮮黃泥、1～3 年窖齡、30～60 年窖齡、90～150 年窖齡和200 年以上窖齡5 個(gè)等級(jí)作為人工窖泥質(zhì)量判定等級(jí)評(píng)語(yǔ)，其取值分別為：1，2，3，4 和5。因此，質(zhì)量等級(jí)論域V={v1，v2，v3，v4，v5}，式中：v1新鮮黃泥，v21～3 年窖齡，v330～60 年窖齡，v490～150 年窖齡，v5200 年窖齡。

圖1 指標(biāo)體系圖

1.2.2 人工窖泥質(zhì)量等級(jí)判定模糊關(guān)系矩陣的建立

通過(guò)人工窖泥感官、理化及微生物的測(cè)定數(shù)據(jù)，對(duì)比不同等級(jí)窖泥標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)分析表，對(duì)人工窖泥感官指標(biāo)進(jìn)行歸屬打分（0～10 分）及采用隸屬函數(shù)對(duì)理化和微生物進(jìn)行隸屬度的確定，并將判定結(jié)果進(jìn)行歸一化處理，得到模糊關(guān)系矩陣R。

1.2.3 人工窖泥質(zhì)量等級(jí)判定各因素權(quán)重的確定

請(qǐng)10 位專家對(duì)影響窖泥質(zhì)量等級(jí)判定的各一級(jí)指標(biāo)和二級(jí)指標(biāo)之間進(jìn)行0～10 分打分，根據(jù)打分結(jié)果，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析處理，得到一級(jí)指標(biāo)的權(quán)向量X=（x1，x2，x3）及各個(gè)二級(jí)指標(biāo)的二級(jí)權(quán)向量，包括x1=（x11，x12，x13），x2=（x21，x22，x23，x24，x25），x3=（x31，x32，x33）。

1.2.4 人工窖泥質(zhì)量等級(jí)判定模型的建立

采用M（·,+）算子[6]和秩加權(quán)平均來(lái)處理判定結(jié)果。

二級(jí)指標(biāo)模糊層次分析模型為：

式中：Ui為二級(jí)指標(biāo)模糊層次分析向量；xi為各二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重；R 是對(duì)某種窖泥樣品判定結(jié)果并進(jìn)行歸一化處理后得到的模糊矩陣。

將Ui重新組合為新的矩陣：

一級(jí)指標(biāo)模糊層次分析模型為：

式中：Bi為一級(jí)指標(biāo)模糊層次分析向量；X 為一級(jí)指標(biāo)權(quán)向量。

式中：Si為樣品模糊層次分析秩加權(quán)平均計(jì)算結(jié)果；bij表示向量Bi中一個(gè)元素；j 為評(píng)語(yǔ)等級(jí)，取值為1，2，3，4，5。

最后，通過(guò)對(duì)不同等級(jí)窖泥數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算S 值，可得出不同等級(jí)窖泥對(duì)應(yīng)的S 值；再對(duì)人工窖泥的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算S 值，最后與不同等級(jí)窖泥的S 值進(jìn)行比較，以此判斷人工窖泥的質(zhì)量等級(jí)。

1.2.5 不同配方培養(yǎng)人工窖泥及不同等級(jí)窖泥發(fā)酵產(chǎn)酒酒質(zhì)分析

對(duì)出窖母糟進(jìn)行單獨(dú)蒸餾，取2～3 段綜合酒樣由國(guó)家級(jí)、省級(jí)評(píng)委對(duì)酒樣在80～100 分之間進(jìn)行打分，并將打分結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；另取部分酒樣，對(duì)其進(jìn)行色譜分析及總酸總酯的檢測(cè)。

2 結(jié)果與分析

2.1 人工窖泥質(zhì)量等級(jí)判定模型各因素分析及權(quán)重設(shè)定

經(jīng)10 位專家對(duì)判定人工窖泥質(zhì)量等級(jí)的各一級(jí)、二級(jí)指標(biāo)之間進(jìn)行0～10 分打分[7]，得出各因素在判定人工窖泥質(zhì)量等級(jí)上的重要程度，打分結(jié)果見(jiàn)表3—表6。

由表3—表6 可知，各指標(biāo)分?jǐn)?shù)除以總分，得到各指標(biāo)的權(quán)重，則一級(jí)指標(biāo)的權(quán)向量為：X=(0.320，0.257，0.423)；二級(jí)指標(biāo)的權(quán)向?yàn)椋簒1=(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 判定人工窖泥等級(jí)一級(jí)指標(biāo)權(quán)重打分表

表4 判定人工窖泥等級(jí)二級(jí)指標(biāo)權(quán)重打分表

表5 判定人工窖泥等級(jí)二級(jí)指標(biāo)權(quán)重打分表

表6 判定人工窖泥等級(jí)二級(jí)指標(biāo)權(quán)重打分表

2.2 不同等級(jí)窖泥模糊關(guān)系矩陣R 的建立及S 值的確定

以黃泥為例，

由公式(1)、(2)和(3)可得：

故黃泥的S值為：S1=1；

2.3 不同配方培養(yǎng)人工窖泥各指標(biāo)測(cè)定結(jié)果

對(duì)4 種配方培養(yǎng)人工窖泥的各種指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，其測(cè)定結(jié)果詳見(jiàn)表7。

表7 不同配方人工窖泥各指標(biāo)測(cè)定結(jié)果

2.4 不同配方培養(yǎng)人工窖泥模糊關(guān)系矩陣R 的建立及S值的計(jì)算

2.4.1 人工窖泥感官指標(biāo)模糊關(guān)系矩陣的建立

對(duì)照不同等級(jí)窖泥標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)分析表，采用0～10 打分方法，對(duì)顏色、氣味和質(zhì)感3 個(gè)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行打分，即：相似度大的，分?jǐn)?shù)高些；相似度小的，分?jǐn)?shù)低些。打分結(jié)果見(jiàn)表8—表11。

表8 方案一人工窖泥打分評(píng)定表

表9 方案二人工窖泥打分評(píng)定表

表10 方案三人工窖泥打分評(píng)定表

將表8—表11 進(jìn)行歸一化處理，得到模糊關(guān)系矩陣R：

表11 方案四人工窖泥打分評(píng)定表

2.4.2 人工窖泥理化和微生物指標(biāo)模糊關(guān)系矩陣的建立

參照窖泥等級(jí)判定標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)表，利用隸屬函數(shù)關(guān)系，確定各二級(jí)指標(biāo)隸屬度，得到模糊關(guān)系矩陣R。

式中a1，a2分別表示某項(xiàng)指標(biāo)兩個(gè)等級(jí)窖泥的標(biāo)準(zhǔn)值；r表示隸屬度。

以方案一腐殖質(zhì)含量為例，其值位于1～3 年和30～60 年之間，所以a1=5.2，a2=14.8，r==0.680，模糊關(guān)系矩陣為R=（0，0.320，0.680，0，0）。同理可求出，不同配方人工窖泥理化指標(biāo)模糊關(guān)系矩陣為：

不同配方人工窖泥微生物指標(biāo)模糊關(guān)系矩陣為：

2.4.3 不同配方培養(yǎng)人工窖泥S值計(jì)算

以方案一為例，由公式（1）（2）和（3）可求出：

所以，方案一S值的計(jì)算結(jié)果：

同理，方案二S值的計(jì)算結(jié)果：

方案三S值的計(jì)算結(jié)果：

方案四S值的計(jì)算結(jié)果：

將以上結(jié)果進(jìn)行整理分析，詳見(jiàn)表12。

從表12 可看出，方案二培養(yǎng)人工窖泥質(zhì)量等級(jí)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養(yǎng)人工窖泥的質(zhì)量等級(jí)較高，已經(jīng)達(dá)到了30 年老窖泥水平，為人工窖泥的擴(kuò)培提供了科學(xué)理論根據(jù)。

表12 不同配方培養(yǎng)人工窖泥S值比較

2.5 不同等級(jí)窖泥及4 種方案培養(yǎng)人工窖泥產(chǎn)酒酒質(zhì)分析

不同等級(jí)窖泥及4 種配方培養(yǎng)人工窖泥產(chǎn)酒酒樣感官嘗評(píng)結(jié)果見(jiàn)表13，4 種不同配方培養(yǎng)人工窖泥產(chǎn)酒酒樣色譜分析及理化檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表14。

表13 酒體感官評(píng)定表

表14 不同配方培養(yǎng)人工窖泥色譜分析結(jié)果 (g/L)

從表13—表14 可看出，方案二培養(yǎng)的人工窖泥產(chǎn)酒酒質(zhì)較好，這也說(shuō)明人工窖泥質(zhì)量較好，其次是方案一＞方案三＞方案四，此結(jié)果與人工窖泥質(zhì)量等級(jí)評(píng)定結(jié)果相同，驗(yàn)證了該模型應(yīng)用于人工窖泥質(zhì)量等級(jí)判定方面的有效性。

3 結(jié)論

本研究通過(guò)設(shè)定人工窖泥質(zhì)量等級(jí)判定各指標(biāo)權(quán)重，從感官、理化和微生物3 個(gè)方面，首次將模糊層次分析法[8]引入到人工窖泥的質(zhì)量等級(jí)判定中，并建立了人工窖泥質(zhì)量等級(jí)判定模型，開(kāi)創(chuàng)了人工窖泥質(zhì)量等級(jí)判定的先河。首先，該模型的判定方法在一定程度上克服了以往采用簡(jiǎn)單評(píng)價(jià)法對(duì)判定結(jié)果帶來(lái)的主觀性和片面性，通過(guò)定量化和系統(tǒng)化的評(píng)判體系，使評(píng)判結(jié)果更為科學(xué)和準(zhǔn)確；其次，本研究還通過(guò)與酒質(zhì)的感官嘗評(píng)及色譜分析進(jìn)行對(duì)比分析，論證了該模型應(yīng)用于人工窖泥質(zhì)量等級(jí)判定中的有效性；再次，該模型不僅可以用來(lái)判定人工窖泥的質(zhì)量等級(jí)，而且能夠?qū)θ斯そ涯嗟摹袄碚撃攴荨边M(jìn)行判定，應(yīng)用范圍廣；最后，本研究通過(guò)該模型對(duì)4 種配方培養(yǎng)的人工窖泥的質(zhì)量等級(jí)進(jìn)行判定，結(jié)果表明方案一和方案二兩種配方培養(yǎng)的人工窖泥能夠在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到30 年老窖水平，為濃香型白酒人工窖泥的擴(kuò)培提供了科學(xué)理論依據(jù)。