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浓香型白酒窖池窖泥腐植酸波谱特征
编辑:网站管理员   点击:2847   时间:2013/8/6

浓香型白酒窖池窖泥腐植酸波谱特征
彭昱雯 1
,牛美灿 1
,王 平 1
,张宿义 3,4
,易 斌3,4
,钱志伟 3
,吴重德 1
,黄 钧 1
,周荣清 1,2,4
( 1.四川大学轻纺与食品学院,四川 成都 610065;2.四川大学制革清洁技术国家工程实验室,四川 成都 610065;
3.泸州老窖股份有限公司,四川 泸州 646000;4.国家固态酿造工程技术研究中心,四川 泸州 646000)
摘 要: 分析了浓香型白酒酿酒窖池窖泥腐植酸(HA)与土壤、淤泥及泥炭的 HA 在 E4/E6 及 FTIR 图谱之间的主
要区别,比较了不同窖龄及窖池底、窖池壁 E4/E6 与 FTIR 图谱的异同。结果表明,HA 的结构与来源有关,窖池窖龄
越高,窖泥 HA 的腐植化程度越高,相对分子质量越大,芳香基团和分子缩合程度越高。不同窖龄池壁与池底泥样品
HA 的区别主要发生在醛基 C-H 的伸缩振动的蓝移或甲基对称变形振动、O-H 自由羟基的伸缩振动,以及-CH2 的
消失,随窖龄增长,有机质的腐植质化程度趋于相同,E4/E6 的降低,腐植质化程度提高。
关键词: 窖泥; 腐植酸; E4/E6; 红外光谱; 特征基团
中图分类号:TS262.31;TS261.4;Q89 文献标识码:A 文章编号:1001-9286(2012)08-0021-04
Study on the Correlations between Pit Age and Spectral Characteristics
of HA in Pit Mud for Luzhou-flavor Liquor
PENG Yuwen
1
,NIU Meican
1
,WANG Ping
1
,ZHANG Suyi
3,4
,YI Bin
3,4
,QIAN Zhiwei
3

WU Chongde
1
,HUANG Jun
1
and ZHOU Rongqing
1,2,4
(1.College of Light Industry, Textile & Food Engineering, Sichuan University, Chengdu,Sichuan 610065; 2.National Engineering Lab for
Clean Technology of Leather Manufacture, Chengdu,Sichuan 610065; 3.Luzhou Laojiao Co.Ltd., Luzhou,Sichuan 646000;
4.National Engineering Research Center of Solid State Brewing, Luzhou, Sichuan 646000, China)
Abstract: In this study, the main difference in E4/E6 and FTIR of HA between in pit mud of Luzhou-flavour liquor and in soil, sludge and peat
were investigated, and E4/E6 and FTIR of HA from pit mud of different pit age or at different pit location were also compared. The results showed
that HA structure was related to its sources, its relative molecular weight and its condensation level of aromatic groups increased with the increase
of pit age, and the major difference of HA from different location in pits of different pit age manifested in the blue shift in C-H telescopic vibration, CH3- symmetric deformation vibration, expansion vibration of O-H freedom of hydroxyl, and –CH2 disappearance. With the increase of pit
age, E4/E6 of HA decreased and the humification tended to be the same.
Key words: pit mud; HA; E4/E6; FTIR; functional group
浓香型白酒酿造微生物栖息环境窖池, 其窖泥的理
化性质,如有机质、全氮、磷、钾等对其微生物群落的繁衍
与变迁有重要影响。 因其不间断的生产过程和部分回糟
利用,所以窖泥具有高酸度、高乙醇、微氧和高水分的特
性,其酿酒原料富含碳水化合物、蛋白质、脂肪等,腐植酸
(HA)作为窖泥重要有机成分,常用于判断窖泥优劣的指
标之一[1]
。 作为腐殖质的主要成分,源于各种有机物的生
物降解途径, 其结构、 分子和官能团等与来源和时间有
关,已被用以追溯土壤[2-3]
,垃圾填埋场[4]
的岁月信息。
本研究以泸州老窖不同窖龄窖泥为研究对象, 参考
文献[5]
所述方法提取获得 HA,探讨了 E4/E6 的比值和傅
立叶变换红外光谱(FTIR)图与窖龄及窖池壁、窖底相对
位置酸度的关系。
1 材料与方法
1.1 样品
酿酒科技 2012 年第 8 期(总第 218 期)·LIQUOR-MAKING SCIENCE & TECHNOLOGY 2012 No.8(Tol.218) 21酿酒科技 2012 年第 8 期(总第 218 期)·LIQUOR-MAKING SCIENCE & TECHNOLOGY 2012 No.8(Tol.218)
窖泥样品采自泸州老窖股份公司 300 年 (077 号、
079 号和 089 号窖池)、100 年 (1939 号、1960 号和 1962
号)及 50 年(2130 号、2131 号 和 2132 号)窖 池、试 验 窖
(2108 号、2121 号)。 窖壁样品的采样方法:窖池的 4 个池
壁分别划对角线, 分别在每个窖壁的对角线的 4 个顶点
及交叉点各取 20 g,混合均匀取 100 g 窖泥。 窖底泥样品
的取样方法类似窖壁, 划对角线, 取在 5 个点的窖泥各
20 g,混合均匀取 100 g 窖池。 装入无菌 PET 袋封口后置
于-20 ℃保存备用(不超过 7 d)。
1.2 主要试剂与仪器
试剂:二氯甲烷,甲醇,均为国产分析纯。 HA 标品
(No. 53680, Fluka)。
仪器:冷冻冻干机:FD-1A-50(博医康,北京);紫外
分光光度计:Lambda 25 UV-vis, (Perkin Elmer, 美国);红
外光谱仪:Nicolet iS10 (THERMO,美国)。
1.3 实验方法
1.3.1 HA 的提取
按参考文献[5]
所述方法,稍有改进,具体步骤:准确
称取不同类型窖泥 25 g,每种窖泥取 3 个平行样,加入
脂肪萃取液 250 mL(二氯甲烷∶甲醇 =2∶1),静置混合均
匀 24 h 后,以 6000 r/min(4 ℃)离 心 10 min,丢 弃 上 清
液,使沉淀溶解于 250 mL 脂肪萃取液(二氯甲烷∶甲醇
=2∶1)中。静置混合均匀 24 h 后,6000 r/min(4 ℃)下离心
10 min,丢弃上清液,得到大约 20 g 离心沉淀物。 使之溶
解 于 NaOH-Na4P2O7(0.1 mol/L,1∶1 v/v),使 固 液 比 为 1∶
5,使之在氮气效果下振荡 12 h。 将三角瓶中的样品分别
转移至离心管中,4 ℃下 10000 r/min 离心 10 min, 取离
心上清液,并将离心沉淀物用蒸馏水洗涤至 pH7.0,收集
洗涤液。 合并离心上清液和洗涤液,使之透过石英过滤
器 过 滤, 取 滤 液。 浓 盐 酸 酸 化 处 理 至 pH1.0,4 ℃下
10000 r/min 离心 10 min,得沉淀物,使沉淀溶解于 HCl
(0.1 mol/L )/HF (0.3 mol/L)的混合液(固液比为 1∶50)中,
振荡 48 h 后离心取沉淀,溶解于无离子水中透析 5 d,冻
干待检测。
1.3.2 HA 含量及聚合分散度的分析
HA 标品(No.53680, Fluka)溶于 0.05 mol/L NaHCO3
溶液中, 用 0.1 mol/L NaOH 溶液将其 pH 值调整至 8.5
后定容,并将其稀释为 0.1~100 ng/mL 的工作液,测定
其 340 nm 的 吸 光 度[6]
,建 立 不 同 浓 度工 作 液 与 吸 光 度
的线性回归方程。 准确称取不同类型窖泥样品各 4 份,
每份 25 g,其中 1 份于 105 ℃加热至恒重,测定其水分;
其余 3 份分别用 1.3.1 所述方法获取 HA 萃取液, 定容
至 25 mL,测定其在 340 nm 的吸光率,通过回归方程计
算其腐植酸含量。 不同样品调整相同 HA 浓度,测定其
465 nm 和 665 nm 的吸光度,由 465 nm 和 665 nm 的吸
光度比值确定窖泥的 E4/E6 比值, 评估其极性组分的
多寡。
1.3.3 窖泥 HA 的 FTIR 测定
精 确 称 取 不 同 类 型 窖 泥 的 HA 冻 干 物 1 mg,与
100 mg KBr 混匀后压片。 采用检测其 FT-IR 图谱(吸收
波长:4000~400 cm-1
光谱分辨率 2 cm-2
),每个样品设置
3 个子样品,每个子样品扫描 32 次。
2 结果与讨论
2.1 不同类型窖泥 HA 含量及聚合度的比较
对不同类型窖泥的 HA 含量及 E4/E6 值进行比较分
析,结果见表 1。由表 1 可知,所测不同类型窖泥样品 HA
含量的范围是 0.3~3 mg/g,同龄窖池的窖壁和窖底泥呈
相同规律, 不同窖龄的窖壁与窖底泥间的 HA 含量则因
窖龄而异。 300 年的窖(77 号、79 号和 89 号窖池),窖壁泥
的 HA 含量明显高于窖底泥 HA 含量,100 年 (1939 号、
1960 号和 1962 号)和 50 年(2130 号、2131 号和 2132 号)
的窖底泥的 HA 含量则高于窖壁泥。试验窖的(2108 号和
2121 号窖池)窖底泥和窖壁泥的 HA 含量无明显差异。同
样,不同窖龄窖泥的 E4/E6 比值呈现不同规律。
窖泥中的微生物经过长时间的生物、 化学和物理作
用,形成复杂的 HA 结构,外来有机质经窖泥微生物作用
后重新形成多种有机化合物[7]
。 窖泥因年份不同,HA 结
构与含量也会出现不同的分布。长期处于窖泥高酸度、高
  
 
  

   


 
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
 


22乙醇和微氧的极端环境中, 渐渐形成了窖泥所特有的
HA 结构。 窖底泥与窖壁泥所处的位置不同,微生物群落
不同,HA 也形成各自特有的结构。 在新窖中,窖底泥与
窖壁泥 HA 含量无明显差异,而经过窖泥的老熟阶段,在
50 年和 100 年的窖池中,相同年份不同发酵工艺的窖池
窖底泥 HA 含量均明显高于窖壁泥。 300 年窖池中,窖泥
HA 结构进一步发生变化, 在含量上便表现为窖壁泥的
HA 含量高于窖底泥。 在 300 年和 100 年窖中, 除 1962
号窖池外,窖壁和窖底的 E4/E6 值无显著区别,小于 3。
50 年窖的有波动,而试验窖的有较大差异。
HA 的颜色取决于其发色基团, 一般认为 HA 的形
成是颜色逐渐变深的过程, 颜色深则表明腐植化程度
高, 分子趋向于成熟和复杂[8]
。 通过窖泥 HA 在 465 nm
与 665 nm 下的特征吸收峰,得到其 E4/E6 的比值。 该值
与腐殖酸分子的大小或缩合度有直接关系而与腐殖酸分
子的数量无关, 通常随腐殖酸分子量的增加或缩合度增
大而减小[9]
,可用于表征有机质的腐植化程度,E4/E6 的
比值越高,表明样品中有机质的腐植化程度越弱[10]
。 Andreind
[11]
等在森林土壤的研究中测得不同深度的土壤
HAE4/E6 的比值均处于 4.9~11 之间,Piccolo A
[12]
等在
粪肥与淤泥中提取 HA 测得该比值在 3.04~9.60 之间。
由表 1 所示, 在窖泥 HA 中,E4/E6 的比值均处于 2.0~
4.7 之间,偏小于土壤与淤泥的 E4/E6 比值,表明窖泥有
机质的腐植化程度较强,相对分子量高,且芳香基团和分
子缩合程度都较高 [13]
。 300 年、100 年与 50 年部分窖池
(2130 号窖池) 的窖底泥与窖壁泥的 E4/E6 比值都相对
稳定,50 年窖池与试验窖池的 E4/E6 比值较高, 有机质
的腐植化程度相对较低,相对分子质量偏低,芳香基团和
分子缩合程度较百年以上老窖的低。 HA 是窖泥的微生
物繁衍所需碳源、氮源及其他营养元素的来源之一,且其
具有缓冲和富集重金属离子的能力, 为其极端环境中微
生物群落的繁衍和变迁提供了良好的环境条件。
2.2 不同窖龄窖泥 HA 的 FTIR 的比较
对不同窖泥腐植酸的红外图谱进行分析, 结果见
图 1。
如图 1 所示,由上至下分别为新窖窖泥、50 年窖泥、
100 年窖泥、300 年窖泥。 这些 HA 的 FTIR 类似于泥炭
HA 标品 FTIR
[14]
,但在官能团区的 3000~2800 cm-1

现蓝移,且吸收峰变弱,在指纹区的 1680~1620 cm-1

现了红移,1220~1020 cm-1
、850 cm-1
的吸收峰变强。 相
对标品 HA FTIR, 窖泥的 HA 在官能团区和指纹图谱区
分别增加了一些新的吸收峰(表 2),其差异可能是腐植质
化的环境不同,胡敏酸和富里酸的比值不同所致[8]
。 在官
能团区结构的吸收峰位置与相关文献报道[11-12]
的土壤、
淤泥和粪肥等的 HA 的 FTIR 类似。
比 较 窖 龄 HA 的 FTIR 谱 图,结 果 表 明,随 着 窖 龄
的增长,相同部位窖泥 HA 的 FTIR 指纹图谱区的吸收
峰 的 差 异 详 见 图 2 和 表 3。 试 验 窖 泥 与 50 年 窖 泥 的
HA 的 1500 cm-1
(O-H 的面内弯曲振动) 的吸收峰消
失,而 100 年与 300 年窖泥 HA 该波长吸收峰与 HA 标
品 相 似。 窖 龄 较 长 样 品 的 HA 在 2850~2815 cm-1

图 1 不同窖泥腐植酸的红外图谱
彭昱雯,牛美灿,王 平,张宿义,易 斌 ,钱志伟,吴重德,黄 钧,周荣清·浓香型白酒窖池窖泥腐植酸波谱特征与窖龄相关性的研究 23酿酒科技 2012 年第 8 期(总第 218 期)·LIQUOR-MAKING SCIENCE & TECHNOLOGY 2012 No.8(Tol.218)
1680~1620 cm-1
的吸收峰,因分子的对称性逐渐降低[15]
而逐步增强。 相同窖池的窖壁和窖底样品 HA 的 FTIR
不同, 不同区域位置微生物及有机反应的细微差异大致
体现在其指纹区的吸收峰的多寡、强弱及蓝移或红移(见
图 1),尤其是试验窖和 50 年窖的差异更为显著。
3 结论
不同窖龄及窖壁和窖底 HA 的 E4/E6 及 FTIR 图谱
的研究结果表明, 窖泥的 HA 官能团区类似于土壤及淤
泥的 HA 结构,聚合分散度值有较大差异。因腐植化的环
境不同,与泥炭 HA 标品 FTIR 比较,在官能团区的 3000
~2800 cm-1
出现了蓝移,吸收峰变弱;在指纹区的 1680
~1620 cm-1
出现了红移,1220~1020 cm-1
、850 cm-1
的吸
收峰变强,并在官能区和指纹区增加了吸收峰。不同窖龄
的 E4/E6 的差异揭示窖池窖龄越长,相对分子质量越大,
芳香基团和分子缩合程度越高,窖泥腐植化程度越高。随
着窖龄的增长, 池底部和壁部样品 HA 的 FTIR 在官能
区和指纹区吸收峰上的差异揭示了时间和窖池部位的影
响。 研究结果有益揭示百年老窖是优质酒生产的科学内
涵。
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图 2 不同窖底泥的指纹区红外图谱
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