《老窖学》：国内首部白酒学科专著出版，读懂窖老酒好密码 揭示产业价值核心

编者按

这部学术著作凝聚了中国当代白酒界的集体智慧与心血，由泸州老窖集团（股份）公司党委书记、董事长刘淼，与成都市社会科学界联合会主席、四川省社会科学院教授李后强联合主编，汇集了众多白酒行业专家和学者的研究成果。作为首部系统性、研究性的白酒学科专著，《老窖学》的出版不仅是对泸州老窖700年浓香白酒传统酿制技艺的致敬，更是中国白酒文化传承与创新的重要里程碑，标志着白酒产业在理论与实践上的双重突破。

《老窖学》的诞生标志着对传统技艺的传承与创新达到了一个新高度，是对全球蒸馏酒文化的一份贡献。它不仅是一门学科，更是一场探索之旅，引领我们走进老窖的世界，探索其背后的前沿科学原理与时空文化价值。

没有微生物就没有白酒，微生物是白酒酿造的关键。成千上亿的微生物是白酒酿造的重要“工人”，它们有着自己生存与繁殖的本能需求，有天生的特殊“智慧”，有自己的“文化”和“文明”，有属于微观世界的社会规则，有自己特殊的行为特征和内在规律。

第一节酒基生命观的探索发现

一方水土养一方人，其实一方水土也能酿造一方酒。各地不同的地理位置、气候环境、植物原料、水等多种因素，造就了不同口味和香型风格的酒。这些不同因素综合在一起，归根到底是参与酿酒的微生物的种类、数量的作用，才产生了各种比例的香味物质，形成了白酒独具特色的香型风格。

没有复杂的微生物系统，就没有多种多样的香味物质，也就无法形成独具特色的品质风格。因此，从这个意义上看，白酒的生命之基是微生物系统。

一、碳基生命：现实世界

“碳”是生命之本，从原始动植物开始直到现在分门别类的物种实体，其生命的活动基础，是能够进行新陈代谢、遗传记忆、自我复制和自然选择等生物化学反应的大分子碳链。

从有机物的角度来说，生命都离不开碳；从无机物的角度来说，生命都离不开水。碳基构成了基本的蛋白质、核酸、嘌呤、嘧啶等，在生物体内起到了各种各样的作用，控制着人体的新陈代谢。自然界的所有生物都是碳基生物，都必须从外界获取能量。碳基生命的典型特征是细胞通过“克雷伯氏循环”得到能量供应，碳水化合物是碳基生物储存能量最基本的化合物。

在碳水化合物中，碳原子由单键连接成一条链，碳水化合物经过一系列氧化，会释放出能量，产生废弃的水和二氧化碳，从而维持着各种生物的新陈代谢。碳排放会影响气候变化，从而引起生态系统破坏、生物多样性受损、冰川消失、海平面上升等问题，导致极端干旱、强降雨等自然灾害。

二、硅基生命：人工智能

1891年，波茨坦大学的天体物理学家儒略 · 申纳尔（Julius Sheiner）探讨了以硅为基础的生命存在的可能性。1893年，英国化学家詹姆士 · 爱默生 · 雷诺兹（James Emerson Reynolds）在一次演讲中指出，硅化合物的热稳定性使得以其为基础的生命可以在高温下生存。提出硅基生命猜想的基础是硅和碳同属元素周期表的第四主族，两种元素的化学性质相近。硅基生命是指以硅为骨架的生物分子所构成的生命，是相对于碳基生命而言的。人工智能也被人们视为“硅基生命”，比如计算机是以半导体芯片为核心的物质形态，核心构成元素是硅元素。

虽然硅基生命的存在还面临氧化问题、呼吸问题等，碳基氧化物为二氧化碳气体，而硅基氧化物二氧化硅为固体；但硅基生命仍然可能以其他形态出现。现阶段的人工智能或机器人一定意义上可以称为“硅基生命”的初级形态，虽然还算不上“生命”，但确实已经被人类创造且存在于人类社会，而且已经对人类产生了影响。

随着人工智能技术的不断发展，这些基于硅基的高科技“机器人”可能与人类同化，驱动人类向更高级的方向进化，甚至参与“优胜劣汰”的自然法则。

三、酒基生命：微生物系统

生产场所白酒不间断酿造、不迁徙酿造场地所形成的特殊微生态是白酒个性化品质的核心所在，也是名酒品质的核心所在。酿酒大师技艺再高，没有酿酒微生物协作，也酿不出高品质的美酒。白酒是人与微生物共同酿造的产物，其中，人只是发酵条件的创造者，微生物才是真正的关键因素。

微生物的主要作用是在发酵阶段产生乙醇和大量香味物质，富含乙醇和香味物质的酒醅经过蒸馏形成原度酒。白酒蒸馏过程的温度高达90～100℃，酒醅中的微生物在蒸馏过程中被高温杀死。

即便有部分微生物存活在蒸馏之后的酒醅中，但在原度酒（乙醇浓度超过65度）中也无法继续存活，白酒基酒和成品酒中都不可能有微生物的存在。有人可能会质疑，碳基生命体中含大量碳元素，机器人是由基于硅基的芯片控制，既然白酒中已经没有微生物的存在，微生物就不应该是白酒的基础。

第二节酿酒微生物的平行世界

窖池发酵是白酒酿造的关键工艺环节，从很大程度上决定了白酒酿造的成败。白酒生产属于“开放式发酵”，整个酿造过程，都是和外界相通的、开放的。白酒发酵微生物来自空气、酒曲、窖泥等物质，种类繁多，属于典型的多菌共酵（多微共酵）。这些种类繁多的微生物之间的作用关系极其复杂，导致无法精确控制白酒的酿造过程，大部分阶段处于“黑匣子”的状态。白酒发酵微生物之间相互配合、相互协同能生成高品质产品，相互斗争、同归于尽只能得到低品质的产品。

一、酿酒微生物的来源

参与白酒酿造的微生物主要来自窖泥、酒曲以及酿酒环境中的空气，三者共同为酒醅提供了酿造微生物。

（一）酒曲

“曲乃酒之骨”。酒曲俗称曲药，为酿酒过程中的糖化发酵剂，是以大米、小麦、大麦、豌豆等为原料，在一定的温度、湿度环境下，经培养富集多种微生物而成的，用于酿酒糖化和发酵的制剂。

酒曲主要分为大曲、小曲、红曲、麦曲、麸曲。其中大曲又根据制曲过程中的最高品温分为高温曲（最高品温一般在60～65℃，甚至能达到70℃）、中温曲（最高品温一般在50～60℃）、低温曲（最高品温一般在40～50℃）。大曲主要为浓香型白酒、凤香型白酒、特香型白酒、酱香型白酒等使用，大曲中的微生物主要有酵母菌类、霉菌类、放线菌类、细菌类等4大类。

（二）窖泥

窖泥被称为酿酒“微生物黄金”，主要为各种白酒酿造微生物菌群提供生长繁殖的场所，尤其是一些对窖池发酵和酒体风味有着重要作用的关键性菌群。

窖泥微生物具有以下特征：一是老窖池中的活跃微生物以原核微生物为主，真核微生物为辅。二是无论窖池新老，厚壁菌门微生物始终是优势微生物。三是梭菌纲是老窖泥的标志性微生物。四是甲烷菌是老窖泥的重要指示菌。

（三）空气

空气环境中的微生物通过附着在入窖酒醅上、与窖池微生物交换等方式作用于白酒发酵过程。贵州大学黄永光研究员团队（2021）发现，茅台镇环境中微生物稳定且主要以鞘脂单胞菌属（Sphingomonas）、肠杆菌属（Enterobacter）、不动杆菌属（Acinetobacter）、魏斯氏菌属（Weissella）和芽孢杆菌属（Bacillus）为代表菌属。

泸州老窖股份有限公司张宿义等（2011）对泸州老窖国窖酿造环境空气真菌四季分布进行了研究，发现在古酿酒作坊内共检测出真菌16个类属，在作坊外检测出15个类属。作坊内优势种群为曲霉属、酵母菌、青霉属和无孢菌；作坊外则为曲霉属、青霉属、无孢菌、枝孢霉、链格孢属。

古作坊空气真菌浓度在夏、秋季较高，冬季最低。作坊内真菌浓度平均值高于作坊外（P＜0.05）。在古酿酒作坊内、外环境的空气真菌表现出明显的交流现象。在作坊内，青霉属、芽枝霉属、链格霉属等杂菌占有一定比例；而在作坊外，曲霉属、根霉属、酵母菌等酿酒功能菌浓度处于相对较高水平。

二、酿酒微生物的种类

微生物可分为细菌、病毒、真菌、放线菌、支原体、衣原体、螺旋体、立克次氏体等八大类。其中，细菌、放线菌、支原体、衣原体、螺旋体、立克次氏体属于原核微生物；真菌属于真核微生物。微生物参与物质的转换与能量的循环，在生态系统中发挥着重要作用，是多样性与物种丰度最高的生物类群之一。

（一）酵母菌

酿酒酵母俗称酒精酵母，是白酒酿造的重要功能菌，具有产醇、产酯等多种功能，对大曲及大曲白酒的质量具有非常重要的作用。酿酒酵母可产生活力较强的酒化酶，这是一种能催化糖发酵成乙醇和二氧化碳的酶复合物。酒化酶又名酿酶，由德国化学家爱德华 · 布赫纳（EduardBüchner）从酵母细胞中首次（1897）分离出来。

（二）细菌

细菌是白酒酿造中一些关键酶类和风味物质的重要来源，细菌中丁酸菌和己酸菌是最早被确定为对酒体风味有重要贡献的窖池微生物之一。20世纪60年代的“茅台试点”期间报道了在茅台酒厂的窖池底部发现了杆菌和梭状芽孢杆菌，并认为它们是窖底香成分的主要制造者，后经分离鉴定是丁酸菌和己酸菌。

从窖泥看，窖泥中占绝对优势的是厚壁菌门微生物，目前普遍认为梭菌属是窖泥中的优势菌属，也是浓香型白酒风味物质形成的主要微生物之一。不同窖龄的窖泥微生物群落结构存在明显差异，窖泥微生物的多样性随窖龄的增加而逐渐递增，当达到一定的窖龄后，窖泥中微生物群落结构保持相对稳定。

四川大学张文学教授团队（2020）认为老窖泥中的标志性优势微生物，在门水平的为厚壁菌门（Firmicutes）、广古菌门（Euryarchaeota）、拟杆菌门（Bacteroidetes），在纲水平的为梭菌纲（Clostridia），在属水平的为梭菌属（Clostridium）、沉积微生物属（Sedimentibacter）、甲烷杆菌属（Methanobacterium）等。

此外，古生菌中的甲烷菌是老窖池的一种标志物和指示菌，甲烷菌数量大致随着窖龄增长呈递增趋势，在老窖泥中的数量明显多于新窖泥，是窖泥中重要的功能微生物。

（三）霉菌

霉菌并非分类学名词，而是一些丝状真菌的统称。霉菌既可从大曲来看，霉菌类是大曲中主要的真核微生物之一，大曲中的霉菌主要为曲霉属（Aspergillus）、根霉属（Rhizopus）、毛霉属（Mucor）、犁头霉属（Absidia）、青霉属（Penicillium）等。以分泌糖化酶等各种酶类为白酒发酵提供动力，其代谢产物也可提供风味物质。

三、白酒酿造微生物的影响因素

（一）原辅料差异

不同的原料为窖池微生物的生长繁殖提供的营养成分有所差异，经长期驯化后，这种差异也会导致窖泥微生物产生大的不同，最终对酒体风味产生较大影响。

（二）入窖温度

温度对微生物的整个生命活动过程都有极其重要的影响，入窖温度的高低决定了发酵速度和顶火温度，所以传统上窖池发酵良好需要窖池温度“前缓、中挺、后缓落”。

（三）入窖水分

入窖水分通过影响酒醅的含氧量、pH等影响窖池中微生物的生长繁殖，同时入窖水分与入窖温度之间的关系密切。不同季节（主要是温度、湿度等不同）的入窖水分有差异，这体现了温度、水分等对窖池中的微生物生长繁殖的协同作用。

（四）无机元素

有效钾、有效磷等无机元素主要通过营养供给对窖泥微生物产生影响。有研究发现窖泥含水量、有效磷和有效钾含量是影响窖泥中梭菌纲微生物组成和浓香型白酒特征风味物质己酸与己酸乙酯含量的关键因素。

四、窖池微生物的作用

白酒发酵是一个微生物动态演替的变化过程，包括微生物扩散、微生物相互作用、微生物多样性、微生物相对丰度变化和微生物淘汰、新物种的进化等，直至达成一种动态平衡状态。不同窖龄的窖池微生物差异显著，泸州老窖国宝窖池中就有一些特有的珍贵微生物，比如老窖梭菌等。

共生是共居在一起的微生物类群相互分工合作、相依为命，甲的生长需要乙所分泌的营养物质或电子供体，乙的生长也需要甲所分泌的营养物质。共生关系可以分为中性共生、偏利共生、偏害共生等。互生是可分可合、合比分好的微生物关系，一些小分子物质或电子供体可直接在群落成员之间进行交换。

竞争是指微生物为生长而争夺空间或营养，是推动微生物发展和进化的动力。拮抗是指一种微生物通过向环境中释放某种物质等来抑制，甚至杀死另一微生物的现象。捕食是指一种微生物对另一种微生物进行吞食和消化的现象。

第三节窖池微生物学十大猜想

猜想一：窖池微生物绝大多数无法人工培养

自然界微生物数量庞大、种类丰富、分布广泛，除了普通环境外，还存在着各种极端环境。据估计，地球上微生物数目为9.2×1029～3.2×1030个，物种数目约为1012个。

然而，目前能够获得纯培养的微生物物种数目仅约105个。研究表明，土壤微生物的可培养率仅0.3%，海洋中微生物的可培养率为0.001%～0.1%，淡水微生物和沉淀物微生物的可培养率约为0.25%，活性污泥微生物的可培养率为1%～15%。也就是说，绝大部分自然环境微生物很难或不能通过传统纯培养方法获得。这些无法人工培养的微生物被称为“未培养微生物”或“难培养微生物”，被形象地比喻为微生物“暗物质”（microorganismdark matter，MDM）。

微生物难被培养的原因主要有以下几方面：

（1）大多数未培养微生物处于活的非可培养状态。自然环境中有99%以上的微生物处于活的非可培养（viable but non-culturable，VBNC）状态，这些VBNC微生物大多处于休眠状态，仅维持着最低代谢活性。

（2）实验室无法还原微生物的自然生活环境。目前，对微生物所栖息的自然环境认识不够，对微生物生长代谢过程中起关键作用的营养因子、不同生理阶段对基质浓度的需求、生长所需环境条件的变化规律等认知不足，因此在实验室培养时无法提供目的微生物生长所需的真实营养需求及培养条件。

（3）对微生物之间的相互作用关系认知不足。天然生境种群微生物不是孤立存在的，而是处于复杂的生态网络中，它们彼此联系、相互作用复杂，产生了频繁的物质交换与信息交流，单独培育某一种很难实现。

（4）检测技术不够灵敏，判断标准不敏感。有些生长缓慢的微生物在平皿上形成只有很少细胞聚集的微小菌落，不易被眼睛直接观察到，自然表观上也就被判断为不可培养。

（5）病毒感染导致的培养效率降低。某些海洋环境样品，7%的菌群携带病毒，表层海水死亡细菌中10%～50%是由于病毒感染造成的。

白酒酿造过程中微生物的自然群落结构及菌株间相互作用关系复杂，许多关键微生物在自然群落中丰度较低，生长速度缓慢，且常规培养条件与自然生长环境差异较大，这些限制因素导致了使用传统分离培养条件无法对酿造过程中许多具有良好代谢及发酵功能的菌株进行分离。

猜想二：窖池越老，窖泥中参与发酵的杂菌越少

优胜劣汰是自然界的生存法则，白酒酿造窖池中的微生物也不例外。白酒酿造窖池中的窖泥具有“不间断发酵，不可复制，不可迁徙”的特性，一旦出现中断，再优良的窖池也将成为不可复活的“遗址”。

不同功能微生物族群数量随窖龄增长的变化趋势（相对值）

窖池环境是影响微生物种类变化的重要原因，不同窖龄窖泥中微生物差异可能跟窖池中的理化指标变化有关。据此猜想，白酒窖池中的杂菌递减速度与窖龄时间呈指数函数关系。就好比一家运行良好的工厂，必须目标一致，分工明确，各司其职，且具有团队协作精神。

猜想三：窖池越老，微生物社会化组织程度越高

微生物不是单独存在的，而是与人类社会一样，通过复杂相互作用组合在一起形成具有一定社会性的“团体”组织，表现出觅食、扩散等许多生物学活动中表现出的多种形式的社会学行为。微生物社会属性是一个动态变化过程，白酒窖池中的微生物系统不可能形成完全稳定的状态。

然而，已有研究结果表明，白酒酿造发酵过程中窖泥微生物群落呈现出规律性和方向性的变化，窖池窖龄越长，窖泥中的微生物种群越趋于稳定。老熟窖泥的细菌多样性指数及均匀度指数高于新窖泥和趋老熟窖泥。同一窖池不同部位的微生物群落分布随窖泥的老熟逐渐趋于一致，微生物群落稳定性逐渐加强。

窖池微生物之间的作用关系与人类社会的发展相似，随着社会发展和科技进步，社会分工越来越细，专业化程度越来越高，行业标准越来越严，这也是人类社会发展的必然趋势。

猜想四：窖池越老，窖泥中有益微生物越丰富

新窖泥转变为老熟窖泥的过程是一个菌群组成多样性不断提高、生物量也逐步增加的过程。目前，在有着450余年窖龄的1573国宝窖池群中，能够检测和认识的微生物已达3000余种。“窖老酒好”，说明随着窖池发酵时间的延长，窖泥中增加的微生物多为有益微生物。

窖池窖泥中的微生物在发酵过程中相互竞争、自然选择，一方面淘汰了不利的杂菌，另一方面保留了有益微生物。随着窖池连续发酵时间延长和次数增多，有益微生物种群越来越丰富、占比越来越高。

窖龄增加，窖池微生物数量和种类也增加。根据此猜想，窖池微生物的多样性与时间呈现分形结构，是通过分裂等方式生长繁殖，具有自相似性。分形理论主要研究整体与局部的相似性，自相似性是分形理论的重要特征。分形理论已广泛应用于定量描述微生物的生长形态，细菌在生长过程中造成的非平衡生态环境被认为是形成菌落分形结构的根本原因。

猜想五：窖池越老，产生风味物质越多

由于微生物种类丰富，酿造出来的发酵食品的化学成分极为多元复杂，内部关联极为深奥，在“自组织”和“协同耦合”驱动下呈现无穷奇异现象。白酒中各种风味物质的占比虽仅为1%～2%，但这些风味物质是影响白酒呈香呈味的关键性成分，决定了白酒的品质。酿酒微生物及酶系不仅影响白酒的香型，也是提高白酒出酒率、改善白酒品质的关键因素。连续使用的窖龄越老的窖池，窖泥中的酿酒微生物菌群得以进化，参与酿酒生香的微生物越多，白酒的风味物质越丰富。

白酒基酒中的风味物质含量总体随着窖龄的增加而增加，究竟是以何种方式和速率增长到目前为止还比较模糊。逻辑斯谛生长方程是描述一个生物种群数量随时间变化的方程，通过建立数学模型来预测生物种群的生长规模。逻辑斯谛方程是一个二阶非线性微分方程。由于白酒风味物质数量跟窖池中微生物数量相关，以此类推，可以猜想白酒基酒中风味物质的数量与窖泥的关系满足逻辑斯谛方程。

猜想六：窖池越老，微生物降解淀粉效果越好

白酒发酵过程中，窖池中的微生物将粮食中的淀粉降解为糖，酵母菌等微生物则将糖在无氧条件下进行发酵，将糖转化为乙醇。淀粉是由葡萄糖组成的大分子物质，白酒发酵首先在淀粉酶的作用下将淀粉大分子降解为小分子，再经过糖化发酵产生乙醇，同时也会产生酸、酯、醛、酮等其他风味物质。白酒发酵过程中使用的酒曲中含有根霉、黑曲霉、米曲霉、酒精酵母、乳酸菌和枯草芽孢杆菌等微生物群的聚集体，窖泥中还富含多种土壤微生物。这些微生物中的霉菌、枯草芽孢杆菌等分泌淀粉酶，与其他菌体一起对淀粉进行降解。

微生物降解淀粉产生二氧化碳的速度受微生物种类、微生物分泌的淀粉酶的速度等因素影响。微生物作用力越强，对粮食中的淀粉的分解效果越好。白酒酿造的窖池连续生产使用时间越长，窖泥中的生香微生物驯化富集，杂菌越少、自组织性越强、协同性越高。由此猜想，窖池生产使用时间越长，窖泥微生物对淀粉的降解速度越快、降解程度越深、降解效率越高。

猜想七：窖池越老，基酒风味成分的耦合度越高

“耦合”一词最早起源于软件工程领域，是指彼此相互作用影响而联合的现象。耦合效应，也称互动效应或联动效应，是指群体中两个或以上的个体通过相互作用而彼此影响从而联合起来产生增力的现象。耦合度，也称耦合性、耦合力，指模块之间的关联程度。耦合度有高有低，高耦合度也称为紧密耦合，低耦合度称作松散耦合。

酒体口感越好的白酒必然风味物质耦合度越高，“窖老酒好”本身就蕴含着老窖生产的白酒中风味物质之间耦合度高。白酒窖池连续生产使用时间越长，窖泥中的生香微生物驯化富集，杂菌越少，微生物自组织性越强、协同性越高，生成的基酒中风味物质的比例更协调。

猜想八：窖池越老，主体菌群稳定化程度越高

白酒窖池每进行一轮发酵，就发生一次酒曲微生物、环境微生物与窖泥微生物中的相互迁移以及微生物菌群在发酵醅中的演化交替。随着窖池生产使用时间的延长、发酵轮次的增多，窖池微生物的自组织性越高，主体菌群的稳定化程度也越高。

南阳理工学院王春艳等（2021）通过比较浓香型白酒6年和16年窖龄窖泥中细菌群落结构，发现不同窖龄窖泥中真菌菌群在优势物种组成上发生了改变，6年窖龄窖泥中的优势真菌群主要有青霉属、毡盘菌属和被孢霉属等，而16年老窖池窖泥中的优势真菌变为嗜热真菌属、曲霉菌属和根毛霉属。

猜想九：老窖池是“时变场”，具有“电磁场”的某些基本特征

白酒窖池中微生物的繁殖和扩散过程可以看作类似电磁波传递的“时变场”，具有“电磁场”的某些基本特征。比如发酵前期，窖池中存在部分空气，厌氧微生物处于休眠状态，为“似稳场”；而好氧微生物迅速生长扩散，属于“迅变场”。随着发酵过程的进行，窖池中的氧气耗尽，好氧微生物无法生存，数量越来越少，此时对好氧微生物来说进入“似稳场”，而对厌氧微生物来说开始进入“迅变场”。

猜想十：老窖池是“复变函数”，具有物质和能量交融的复数结构

窖池越老，窖池中的微生物菌群多样性和丰富度越高，发酵作用过程中涉及的生物化学反应越复杂，产生的物质变化和能量交换越多，越难以用一般数学函数进行表征。白酒发酵过程中，存在着淀粉转化为葡萄糖、蛋白质转化为氨基酸、葡萄糖转化为甘油酸和丙酮酸，发生着醇和酸生成酯的酯化反应，发生着单宁降解为丁香酸反应、美拉德反应等化学和生物作用，引起了大量物质的变化。

来源于窖泥、酒曲以及生产现场的各种微生物，经过窖泥和酒醅之间不断的菌群迁徙演变和物质能量交换，最后在酒醅中达到了一个平衡。白酒发酵过程中，窖池内部的温度也会产生明显变化，温度的变化也是能量变化和交换。

此外，窖池不同深度的微生物数量和种类也有一定差异，在发酵过程中也存在梯度转移和交换过程。物质和能量的转化满足爱因斯坦的质能方程，E=mc2（E是能量，m是质量，c是光速）。据此猜测，白酒窖池发酵过程的物质能量交换同样满足质能方程。

◆《老窖学》系列之二 ——《老窖学》：首次科学揭秘白酒酿造的深微奥秘

◆《老窖学》系列之三 ——第一章：什么是“老窖学”

◆《老窖学》系列之四 ——“老窖学”的数量思想

◆《老窖学》系列之五 ——特殊山水构成老窖环境

◆《老窖学》系列之六——优质白酒的发酵机制