江南大学技术提升班毕业论文窖泥微环境改变对微生物产生的影响.doc

江南大学古井酿酒技术提升班毕业论文（设计）装订线 江南大古井酿酒技术提升班 毕业论文（设计） 题目： 窖泥微环境改变对微生物产生的影响 部 门 酿造部 工 号 G09533 姓 名 刘 旭 2015年 8 月 30 日 IV 摘 要为了更好的便于总结相关酿酒生产中各种操作对白酒生产产质量的相关影响，本课题对酿酒生产日常操作中几个经验操作进行剖析，找出相关较为科学的依据。证明实际生产中相关操作的合理性及部分操作的不合理性，从而便于为今后的酿酒生产提供一些总结性的理论基础，让酿酒生产在今后生产中由传统的人工化走向机械化，并且进一步迈向智能化、高端科技化。本课题通过相关环境变化对酿酒生产中相关微生物所造成影响，即酿酒微环境改变对白酒生产中关键微生物生长及代谢活动的影响，对白酒生产造成相关影响。本文重点对白酒生产中窖池的养护、生产场地清洁等方面结合我公司酿酒生产实际进行归纳性的总结、概述。阐述相关操作对白酒生产中微生物生长繁殖对微生物种群及繁殖代谢的相关的影响关键词：窖泥 微生物 微环境 酿酒操作ABSTRACTIn order to better facilitate summarizes related wine production in the various operations related to impact on the yield and quality liquor production, this topic a few experience in daily operation on liquor production operations, find a more scientific basis 。To prove the rationality of the related operations in the process of production and part of the irrationality of operation, to facilitate the future of wine production to provide some theoretical basis for concluding, let the wine production in the future production from traditional artificial to mechanization, and further towards intelligent, high science and technology. This topic through relevant environmental changes affect related microbes in the wine production, the brewery microenvironment change on key microbial growth and metabolism in liquor production activity, the influence of relevant influence on liquor production. This paper mainly to the maintenance of pit mud in liquor production, the production site clean, , etc, combined with my company, summarized the production practice of summary and overview. Related operations on microorganisms grow in liquor production effects on microbial populations and breeding metabolism Key words: Pit mud Micro environment microorganism Winemaking operation 目 录1引言12 窖泥相关问题2 2.1窖泥的相关功能2 2.2 窖泥老化特征22.2.1窖泥老化的表观特征22.2.2窖泥老化的理化特征32.2.3窖泥中微生物菌群数量4 2.3 窖泥老化原因4 2.3.1窖泥中氧化还原电位对窖泥老化影响4 2.3.2相关不适宜的操作对窖泥老化产生的影响4 2.4 窖泥老化的解决方法4 2.4.1规范窖泥培养标准5 2.4 .2采用人工养窖与复壮的方法进行养窖5 2.4.3保障合理的入窖条件5 2.4.4及时的补充相关的营养物质6 2.4.5找到黄金节点，打破窖泥高氧化还原势6 2.4.6及时淋溶老化窖泥中的乳酸钙及乳酸亚铁63 结果6 3.1相关结论6 3.2展望7参考文献8致谢81 引 言 中国是世界上最早以谷物酿造酒的国家。而窖泥是浓香型白酒生产的基础，窖泥质量好坏直接关系到浓香型白酒酒质的优劣。在长期生产中，窖泥富集了各种有益微生物如己酸菌、甲烷菌、丁酸菌等，浓香型白酒中的主要香味物质是己酸乙酯，而己酸乙酯是窖泥中以己酸菌为主体的各种微生物的代谢产物。没有好的窖泥，就没有优质的浓香型白酒。在实际生产中，由于空气干燥、土壤沙质含量高、保水能力差等原因，窖泥在使用一段时间后，不可避免地出现了窖泥退化，造成己酸乙酯含量降低。自然老熟的窖池是经过几年几十年甚至几百年的时间,酿酒酒糟和黄泥窖池的不断接触,互相渗透老化,香味物质,微生物,营养物质等等成分的不断积累产生的窖泥,从而组成的百年老窖。因此，窖泥相关特征直接决定了浓香型白酒的品质。2 窖泥相关问题2.1 窖泥的相关功能 白酒生产中最为重要的特征之一是泥窖固态发酵。窖泥是白酒产中不可或缺的重要物质，窖泥中富含多种微生物，微生物种群类型决定了窖泥产香特点。白酒中的主体香味成份，主要来自窖泥中微生物生产繁殖代谢产生的发酵产物。微生物产生的香味物质，通过物理渗透将产生的香味物质逐渐渗入到白酒的酒醅之中，从而形成了白酒所独特的主体香型。泥窖池是浓香型白酒特有的发酵容器，也是优良酿酒微生物栖息繁衍地，经过高酸度、高酒精和长期密闭发酵等酿酒环境的筛选和驯化，窖泥中逐渐富集了大量具有产香功能的厌氧菌。这些菌群相关结构及数量比例直接决定了白酒的香味成份。窖泥中微生物好气菌占50%，兼性的为27%，厌氧的为23%，微生物在进行发酵的过程中，好气菌消耗酒醅中的氧气，或者能够利用浓度较低的氧气，然后兼性厌氧菌及厌氧菌发挥主体作用开始进行产酸产酯。窖泥中好氧菌有酵母菌、霉菌、细菌、乙酸菌等，主要的兼性细菌及厌氧菌包含了益功能菌，有己酸菌、甲烷菌、丁酸菌、乳酸菌等。而浓香型大曲酒的主体香味物质是己酸乙酯，己酸乙酯正是由窖泥中己酸菌等各种生香产酯微生物的代谢产物 。因此，泥池重要组成部分窖泥是产酯生香、产酸呈味等微生物的大本营，窖泥质量与大曲酒的质量和风格有着十分密切的联系,窖泥质量差或老化，对提高大曲酒质量和改善酒体风格有直接影响。2.2 窖泥老化的特征2.2.1窖泥老化的表观特征在长时间的酿酒过程中， 窖泥中原有的营养物质被微生物不断吸收和利用，营养物质逐渐减少，有害物质不断积累。与此同时，由多种因素影响致窖泥中有益微生物的生长繁殖也逐渐受到限制， 以及菌种的退化等方面的原因，从而引起窖壁上逐渐起碱，窖泥逐渐变硬，表面析出白色针状结晶（主要为乳酸钙）和白色团块（主要为乳酸铁）物质。 酒的质量也开始下降，所产酒酒味纯正、醇和，但窖香差，主体香成分己酸乙酯含量很低，这就是窖泥的退化或老化现象。 退化窖泥和正常窖泥其感官和理化指标都有很大差别。正常窖泥应具备以下特征：颜色呈现青灰色，阳光下有荧光；手感柔软细腻，湿润，无颗粒感；嗅其味，香气纯正，无刺鼻味，无臭味。正常窖泥正常的感官特征说明窖泥中相关功能微生物能够正常代谢，且比例较为协调，其产生中的各种相关物质能够相互作用，相互弥补，从而赋予了窖泥产酸产酯的能力。老化窖泥具备以下特征：颜色为有白色的晶体或团块；手感板结坚硬；其味有明显氨味，臭味。老化窖泥白色晶体为乳酸亚铁及乳酸钙。乳酸亚铁晶体的过量能够抑制微生物的正常生长。因为亚铁离子是微生物呼吸链中辅酶的重要组成成分，其含量过少或过多均会打破原有的呼吸链电子的正常传递，破坏了微生物正常的能力代谢调控。对微生物生长本身产生不可逆转的影响。窖池在微生物的作用下处于一个酸性环境，而酸性环境正是白酒生产产酸产酯的重要条件。而窖池中的酸性环境，使得窖池中产生了大量的乳酸。据相关研究发现乳酸对己酸菌的生长有明显的抑制作用。而乳酸钙在酸性的条件解离，生成钙离子，和乳酸根离子。钙离子的增加能够改变细胞膜的通透性，破坏微生物的物质循环流动，使得对微生物生产繁殖产生一定的影响，更是破坏了微生物原本生长繁殖产酸产酯的相关特性。乳酸根离子在酸性环境性转变成乳酸，对微生物生长繁殖产生不利影响。2.2.2窖泥老化的理化特征水分含量水分含量对窖泥质量的影响很大，苏慧玉等曾专门研究了窖泥水分含量对窖泥质量的影响，它直接影响窖泥 p H、腐殖质、微生物区系及其生长状况，且窖泥水分含量太高不利于打窖，太低易造成窖泥吃水，因此，需严格控制窖泥的水分含量。老窖窖泥水分含量为43.72%，新窖的水分含量为45.10%，而一般认为成熟窖泥水分含量介于40%50%之间1、2 。水分含量的多少，直接决定了微生物生长所需营养成分的来源，因微生物生长所需要的营养物质，只有溶解在水中，才能很容易被微生物所吸收利用。水分含量过小，微生物生长代谢受到抑制。PH窖泥 p H 值对白酒产品的产量、 质量起着决定性的作用，因为适当的 p H 值不但能促进酒精发酵，而且还可以促进香气成分物质及其前体物质的合成3。老窖窖泥、新窖窖泥分别为p H5.75 和 p H5.64，呈酸性。由于窖泥中含有大量的己酸菌、丁酸菌、乳酸菌、放线菌等微生物，这些微生物与香气成分前体的合成有直接的联系，根据“北斗科研组”的结论，己酸菌在 p H4.0以下不产己酸，p H57 均能产己酸， 然而产己酸乙酯，最佳的酸度为 p H4.0，再考虑到曲及酵母都需在酸性条件下活动， 因此窖泥的p H 值应呈酸性， 在 p H4.06.5 之间。速效元素含量氨态氮是微生物分解有机质而形成的， 有效钾主要为水溶性钾和代换性钾， 有效磷多为植酸状态下的有机磷，是细菌与真菌分泌的分解植酸酶作用后生成的，它们都是酵母、霉菌、细菌等微生物生长、繁殖所必需的速效元素。 老窖中铵态氮607.51mg/100g,有效磷125.69 mg/100g，有效钾0.61%，新窖中铵态氮680.36mg/100g,有效磷94.58，有效钾0.48%。 腐殖质含量窖泥中腐殖质是土壤中各种营养元素， 特别是 C、N、P 的重要来源，是土壤微生物生物活动的产物，是外来有机质经过土壤微生物作用后重新形成的多种有机化合物，它是氨基及环状有机氮的化合物，主要有胡敏酸和富里酸，其含量高低可以判断窖泥和土壤的优劣 （肥力大小）， 它可以全面反映窖泥对微生物的营养供应能力4。老窖腐殖质含量为5.44%，新窖腐殖质含量为7.21%。2.2.3窖泥中微生物菌群数量窖泥微生态系统是由厌氧异养菌、甲烷菌、己酸菌、乳酸菌、硫酸盐还原菌和硝酸盐还原菌等多种微生物组成的微生物共生群落系统。在该微生物群落中随窖池层次分布顺序的不同和窖泥的化学生态的不同，菌类菌种呈现明显的区别。浓香型白酒的固态发酵过程就是一个典型的微生态群落的演替过程和各菌种间的共生、共酵、代谢调控过程。该过程不但对微生态群落中的菌种演替具有反馈抑制作用，而且直接影响白酒的产量和质量。不同窖龄窖泥厌氧微生物数量分布存在以下特点：厌氧异养菌：老窖泥中的厌氧异养菌数量明显多于新窖，一般随窖池上、中、下层顺序而递增。甲烷菌：老窖泥中的甲烷菌数量随窖池上、中、下层顺序而递增。而新窖泥中未测出甲烷菌。己酸菌：老窖泥中的己酸菌明显多于新窖，并随窖池上、中、下层顺序而递增。乳酸菌：新、老窖泥中的乳酸菌数量分布无明显规律性。硫酸盐还原菌窖外，老窖泥中硫酸盐还原菌数量多于新窖泥。硝酸盐还原菌：新老窖泥中存在一定数量的硝酸盐还原菌。同时，在不同窖龄窖泥中厌氧细菌数量垂直分布情况也有一定的区别。此外，还有一些报道介绍了放线菌也是窖泥微生物群落的组成成员，并在不同窖泥中分布数量也有一定特征。在窖泥生态系统中微生物种群间相互依存，相互作用，使窖泥形成一个有机整体5，保证其正常的微生物代谢活动的进行。2.3 窖泥老化的原因2.3.1窖泥中氧化还原电位对窖泥老化影响在窖池发酵的还原条件下,窖泥中存在大量Fe2+离子,当富含乳酸等有机酸的糟醅淋浆向窖泥渗透时,就生成了具有一定溶解度的乳酸亚铁盐(据资料介绍乳酸亚铁在水中的度约为1%),这些乳酸亚铁盐可随淋浆的溶解作用而带走。但在窖泥水分缺乏的情况下,乳酸亚铁的生成速度大于淋溶速度,便出现了乳酸亚铁的积累和结晶,并对窖泥微生物产生毒害作用,此时的窖泥即失去了其活性,而成为老化窖泥。乳酸亚铁含量达当乳酸亚铁含量达 0. 1 %时 ,己酸菌数明显下降 ,而且生长 、代谢和产己酸能力也明显下降 , 若将活性铁含量换算成乳酸亚铁含量 , 则乳酸亚铁含量高达3. 7 %,是乳酸亚铁明显产生毒害浓度的 37 倍 。 老化窖泥与优质老窖的土壤成分最大差异在于窖泥中铁元素的存在形态,而窖泥氧化还原电位(Eh值)是决定窖泥中铁元素存在形态的关键因素。自然黄土处于氧化状态(Eh 400 mv),铁以高价难溶化合物形式存在;老窖形成之前的窖池窖泥处于中度还原状态(Eh:0 200 mv),三价铁大量还原,在有乳酸等有机酸的参与下,可能出现窖泥老化;若Eh 0 mv,窖泥处于强度还原状态,窖泥中高价硫还原成H2S,并与Fe2+反应生成难溶化合物FeS,Fe2+毒害消除,老窖形成6。2.3.2相关不适宜的操作对窖泥老化产生的影响窖泥培养配方不合理营养成分失调,出现某些营养成分过剩、某些严重不足,影响微生物的生长繁殖；窖泥用土含砂过大,不但减少界面,妨碍酒醅含水量；在培养己酸菌时,加入大量的碳酸钙及过磷酸钙,窖泥容易退化。窖泥培养操作不合理己酸菌培养不当,使窖泥中己酸菌数量偏低；和泥不均匀，窖泥发酵不透,生熟混杂；窖泥发酵温度过低;发酵温度低于20 。生产操作不当窖池在日常的养护及大小培养过程中使用含有大量乳酸的酒尾，导致生成乳酸亚铁及乳酸钙造成结晶的出现；使用温度较高或较低的水进行培养窖泥，己酸菌等主要功能菌生长被抑制 ；每年烧压池子跑窖生产，窖池较长时间的暴露在空气中，杂菌感染，同时窖池中己酸菌等菌群属厌氧类型菌，氧气的进入会影响窖池内微生物生长的微环境；踩窖不及时，窖池漏气，池壁感染大量的杂菌等有害菌群，造成池壁霉变； 出池底时未及时的垫上木锨板，容易将糟醅踩入池底，不但破坏了池底中微生物的微环境，同时酒醅进入窖池，破坏微生物原有的正常生长环境，造成微生物菌群比例失调。2.4 解决窖泥老化相关方法2.4.1 规范窖泥培养标准规范用土标准，对用土的含沙量及钙铁离子含量进行检测；制订培养窖泥标准化作业，规范晒土、加曲等操作；培养窖泥用水烧沸腾冷却后使用。改变原有培养窖泥的方法，相关厂家使用腐败的苹果、梨子混入窖泥中，同时辅佐于尿素、豆饼进行培养人工窖泥 。2.4.2 采用人工养窖与复壮的方法进行养窖起完窖后，将窖内四周、底部的残糟尽量打扫干净； 采用专用工具在窖泥上部成45打孔 ，深度3 5cm 、孔径 3 4cm ；用营养液(以优质黄水、老窖泥培养液 、大曲粉等为养窖材料 )灌注 2 3 次可调合一些窖泥用泥掌抹平；最后洒上一层大曲粉；做到窖泥尽量少与空气接触。2.4.3 保障合理的入窖条件根据入窖温度来调整入窖条件，使糟醅正常发酵，做到柔熟不腻、疏松不糙，以补充微生物需求的各种营养成分； 入池时不应大起大落，即无论是配料还是入池条件，转排次要平稳。防止突发环境对原有已经驯化的微生物所造成的伤害。2.4.4 及时的补充相关的营养物质每年窖池在进行大培养的时候我公司均使用大曲进行培养窖泥，而相关研究表明大曲中的相关物质已经被微生物利用过，在浓香型大曲酒中，曲量的多少在一定的程度上很难对原酒产量产生一定的影响。因此，笔者认为大曲作为营养物质进行培养窖泥存在一定的误区。建议公司进行如下操作：将五粮（按照投料比例）进行蒸煮糊化后烘干、粉碎。然后混合一定的大曲粉进行池底大培养或小培养进行养护池底。补充微生物需求的营养物质。池底及池壁的养护使用纯酒精或酒头进行，相关的研究表明使用酒尾，酒尾中含有大量的乳酸，乳酸会对己酸菌的生长产生一定不可复原的作用，而己酸、乙酸对己酸菌几乎无任何影响。比例合适的酒精或酒头会刺激窖池微生物菌的生长繁殖。在出现池壁上口干裂或出现霉变时，使用黄水进行池壁养护，一方面可以杀死杂菌，长期被黄水筛选的微生物已经能够使用黄水的各项理化指标，同时补充一定的营养物质。池壁养护中部分企业采取在池壁上挖槽的方法，不断向池壁中渗入营养液，及时补充营养物质。2.4.5 找到黄金节点，打破窖泥高氧化还原势 窖泥长期处于酸性的环境中，氧化还原势较高，而低的氧化还原势有利于老窖的形成（此时的酸度的中性偏碱性环境）。现实生产中，窖池处于酸性环境，与高氧化还原势形成一种尖锐的矛盾。因此需要协调相关的因素，找出黄金节点，促使老窖形成。因此，在生产过程之中，出完池子后发现窖池中有黄水渗出后，应及时的采取相关措施，将黄水进行清理出。2.4.6 及时淋溶老化窖泥中的乳酸钙及乳酸亚铁相关的经验表明出完池子后池子中浆水较少，池子出现的概率较大，池子中浆水适宜时，窖池则不易出现结晶的情况。相关研究中给予这样的建议，当发现池子中出现结晶时，采用糟水回填法将多余的结晶及时的进行淋溶掉，具体做法是将蒸酒后的糟醅进行冷却后回入窖池内部，然后向窖池内泼入适量的温水，淋溶1-2小时后将糟取出。实验研究发现，结晶很难融入水中，因此淋溶效果不好，且较费时费力。在进行生产中控制适宜的水分，然后通过抽取黄浆水将结晶带出。或在发现有结晶时，采用铲子直接将结晶进行彻底的清除。3 结论及展望3.1 相关结论生产中，随着微生物环境生长的改变，微生物比例逐渐失调，微生物相关代谢有的受到了促进，而有的受到了一定的抑制。从而产生了所谓窖泥老化问题（主要针对酿酒生产问题），使得原来白酒呈香呈味物质发生了改变。从而对白酒质量造成一定的影响。通过微生物微环境的恢复，微生物的原有的菌群生长结构会回复到原来的水平。笔者认为，当出现窖泥老化等问题时，应该从微生物所需要的碳源、氮源、水分、无机盐、生长因子等几个方面入手进行解决。由于条件有限，笔者建议对正常窖泥中相关成分进行准确定量分析。同时当出现窖泥老化时，也能够对窖泥中上述几个方面进行定量分析。从而便于及时的补充营养