曲糵發酵*①

周嘉華

(中國科學院 自然科學史研究所,北京　100190)

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曲糵發酵*①

周嘉華

(中國科學院 自然科學史研究所,北京100190)

中國傳統釀造的技術特色是曲糵發酵，它不僅造就了中國的酒、醋、醬等發酵產品在世界食林中獨樹一幟和倍受贊賞，同時它作為古老的微生物工業的精粹，一直造福于人們的物質生活，它所積累的經驗和知識至今仍是現代生物技術的基石.

曲糵；酒；醋；醬；微生物；菌系；微生物工業；現代生物技術

一

曲糵發酵主要指中國的傳統釀造的核心技藝，特別是釀酒技術.從古至今，中國的酒、醋、醬就有自己的特色，在世界上獨樹一幟.許多酒友都知道，無論是中國的黃酒，還是白酒都與西方的葡萄酒、威士忌、白蘭地、金酒、伏特加等不一樣.不僅口感不同，呈香也不一樣.這因為釀造的技藝有很大差異.中國傳統釀造技藝的最大特色是使用了曲，而且強調曲是釀酒工藝中的“骨”即靈魂.用現代的科學術語來表達，酒曲是多菌多酶的生物制品.它實際上是專職培養、馴化霉菌的，用于優化、催化發酵反應的特制試劑.中國先民發明酒曲，通過它來篩選釀造中有益微生物的種群，并馴化、培育這些優良菌系，從而保障釀酒過程是在優良的菌系的幫助下完成發酵，最終獲得高質量的酒.中國傳統釀造技藝的第二個特色是摸索出一整套適宜制曲、釀酒的控溫、控濕、最佳釀造氛圍的技術(包括環境)的手段.應用這些技術手段的實質是為釀造中的有益霉菌創造一個正常繁衍的環境，使發酵過程處于掌控之中.從制曲到釀造，中國先民都是在與霉菌——多種微生物打交道，無形之中積累了與霉菌和諧相處，相互利用的許多經驗.中國酒的釀造正因為使用了酒曲，讓多種有益霉菌參與了發酵過程，它們又各顯其能，有的將淀粉分解為單糖，有的將蛋白質分解為氨基酸；有的分解脂肪為多元醇，從而讓中國的酒具有豐富的構成而有自己獨特的口感醇香.

許多人都知道，在中國，無論是陳醋、熏醋、香醋、米醋，它們都是以谷物為原料經發酵而制成.在西方家庭的餐桌或廚房里，常見的調味品主要有番茄醬、沙拉醬、芥末醬、辣椒醬等，酸味的調味品主要是各式酸果汁，甚至直接釆用擠榨的檸檬汁，很少見到谷物醋.可見谷物醋在東方，主要在中國是一技獨秀.由于中國醋的制造沿用的是釀酒技藝的延伸，即先將谷物釀成酒，再讓酒在特定的環境中，在醋酸菌的催化下變成醋.正因為是釀酒的延伸，所以中國醋就很自然地傳承了中國酒的優點和特色.即谷物醋中含有較比果醋更豐富的物質內涵.

古代由于缺乏科學的保鮮防腐設備和技能，將食料加工成醬食，既便于貯運又可食用較長時間，制醬腌菜是常見之事.在中國古代，將各種食料加工成醬食可謂層出不窮.有各種肉醬、魚醬、菜醬.由于種植業的主要產品是多種谷糧豆食，因此各類醬中最常見的是以谷物為原料的面醬、以豆類為原料的豆醬、豆豉.面醬、豆醬、豆豉不僅可以直接食用，更多的是用它們加工其他食材，制成可口耐貯的食品或調味品.做醬技術的關鍵也是發酵，由于原料之差異，特別是發酵時的菌系不同，所使用的曲也與釀酒制醋的酒曲不一樣.同樣是種植業為主的農業形態，東亞各民族很自然地傳承了以中國做醬技藝為主體的醬文化，無論是飲食，還是烹飪，醬都被放在一個顯著的地位，遂形成了東亞飲食中的一個不同于其他地區的特色.

二

中國先民創造了一套特有的發酵技術體系，不僅流行于中國，甚至在東亞和世界都產生了不容忽視的影響.盡管發酵現象在地球上無處不在，是常見的自然現象.利用發酵技術，特別在食品加工上，幾乎所有的民族都有自己的實踐.但是，中國先民在長期生產實踐中，創造性地利用微生物、馴化霉菌，科學地開發出以釀酒、制醋、做醬等為主要內容的一系列微生物工程技術.這里所取得的經驗和成就是突出的，是其他民族無法相比的.中國先民在上述微生物工程中所積累的實踐經驗，不僅為微生物學和微生物工程科學的建立提供了認知的前提，而且為當代生物技術的發展作了技術上的鋪墊.為了客觀地理解這一史實，有必要再回顧這段歷史的軌跡.

在中國古代，用水果(包括葡萄)釀酒一直沒有形成氣候.以畜奶為原料的奶酒也只是在西北地區的游牧部落流行.只有采用谷物釀酒才能為人們提供大量的酒.所以中國古代酒業主要是谷物釀酒.谷物酒的釀造較之果酒或奶酒就復雜多了.水果、獸奶釀酒只需酒化過程，而谷物中的主要成分是多糖類高分子化合物：淀粉、纖維素、蛋白質等.它們是不能被酵母菌直接轉化為乙醇，而必須先經過水解糖化分解為單糖才能被發酵成酒.即它必須經過多個步驟才能被轉化為乙醇.簡單地說， 第一步是先將淀粉分解為可被酵母菌利用的單糖和雙糖，即糖化過程.第二步是將糖分轉化為乙醇，即酒化過程.兩個過程依次進行，后人稱之為單式發酵；假若兩個過程同時進行，則稱之為復式發酵.在西亞兩河流域、古埃及和古希臘盛產大麥、小麥，長期以來，那里的人們一直沿用麥芽發酵制酒，即先制麥芽糖化，后酒化的單式發酵.麥芽酒即原始的啤酒，不僅是最早的酒品，而且還一直流傳下來成為主要的酒品.在當時，啤酒和面包、葡萄酒、蜂蜜酒可能是西方民族發酵食品中最古老的品種.古埃及、巴比倫人大約在公元前4000年已經生產上述發酵食品了.

中國先民是利用酒曲將谷物釀制成酒.酒曲中既有能使淀粉糖化的曲霉、根霉及毛霉(霉菌在繁殖中分泌糖化酶,就像人分泌含糖化酶的唾液一樣)等，又有使糖分酒化的酵母菌、細菌等.故釀酒是復式發酵.相比之下，復式發酵的效率顯然會比單式發酵高，更重要的是以酒曲(混合菌)為發酵劑的復式發酵中，除了糖化、酒化外，還同時進行蛋白質、脂肪等有機物及無機鹽的復雜的生化反應.因此，谷物的復式發酵不僅較比單式發酵復雜，而且產品酒的內涵也較豐富，不僅有醇和的口感，還有誘人的芳香.這就造就出在世界酒林中獨樹一幟的中國的發酵原汁酒(黃酒)和蒸餾酒(白酒)極其精妙的釀造技術.

用現代的科學知識來看，谷物復式發酵的糖化、酒化過程遠比上述的復式發酵要復雜得多.谷物中包含以淀粉為主體的碳水化合物，還有含氮物、脂肪及果膠等.這些成分在谷物用水浸潤和加熱中就會發生一系列化學變化.例如谷物中的淀粉顆粒，它實際上是與纖維素、半纖維素、蛋白質、脂肪、無機鹽等成分交織在一起.即使是淀粉顆粒本身，也因具有一層外膜而能抵抗外力的作用.淀粉顆粒則是由許多呈針狀的小晶體聚集而成，淀粉分子之間是通過氫鍵聯結成束.淀粉是親水膠體，遇水時，水分子滲入淀粉顆粒內部而使淀粉顆粒體積和質量增加，這種現象稱之為：淀粉的膨脹.淀粉的膨脹會隨著溫度的提高而增加，當顆粒體積膨脹達50～100倍時，淀粉分子之間的聯系將被削弱，最終導之解體，形成均一的黏稠體.這種淀粉顆粒無限膨脹的現象，稱之為糊化.這時的溫度稱之為糊化溫度.不同的淀粉會有不同的糊化溫度.淀粉初始的膨脹會釋放一定的熱量，當進一步的糊化過程則是個吸熱過程.在淀粉糊化后，若品溫繼續上升至130 ℃左右，由于支鏈淀粉已接近全部溶解，大分子間的氫鍵被削弱，原先淀粉的網狀結構被破壞，淀粉溶液就變成黏度較低的易流動的醪液.這種現象稱之為淀粉的液化即溶解.就在淀粉的糊化和液化過程中，體系中的酶被激活(50 ℃～60 ℃起)，這些活化了的酶就會將淀粉分解為糊精和糖類.與此同時，還會進一步發生己糖變化、氨基糖反應及焦糖生成.原先谷物原料中含糖量最高只有4%左右，經過糊化、液化之后，各種單糖就有很大增加.

由于谷物中淀粉是主要成分，所以這樣復雜的化學反應中最關鍵的反應是淀粉分解為單糖的反應即俗稱的糖化反應.糖化反應中真正起作用的是淀粉酶的催化作用.淀粉酶實際上包括有α-淀粉酶、糖化酶、異淀粉酶、β-淀粉酶、麥芽糖酶、轉移葡萄糖苷酶等多種酶，這些酶在糖化中同時起作用，因此產物除可發酵性糖類外，還有糊精、低聚糖等.通常，單糖(葡萄糖、果糖等)、雙糖(蔗糖、麥芽糖、乳糖等)能被一般酵母所利用，是最基本的發酵性糖類.

在糖化反應階段，谷物內含的其他物質成分在氧化還原酶等酶類作用下，蛋白質水解為眎、胨、多肽及氨基酸等中、低分子含氮物，為酵母菌等微生物及時提供了營養.脂肪的酶解也產生了甘油和脂肪酸.部分甘油則是微生物的營養源.部分脂肪酸則生成多種低級脂肪酸.果膠被酶解為果膠酸和甲醇.有機磷酸化合物的酶解可釋放出磷酸，為酵母菌等微生物的生長提供了磷源.部分纖維素和半纖維素的酶解作用，也能水解得少量的葡萄糖、木糖等.總之整個糖化過程的物質變化是錯綜復雜的，過程的環境和操作都有可能影響其變化.

接下來的發酵過程實質是由酵母菌、細菌及根霉主導，將糖、氨基酸等成分轉化為乙醇為主的一元醇、多元醇和芳香醇的過程.其反應式如下：

乙醇+二氧化碳+ATP+10.6 KJ

反應式中的ADP是二磷酸腺苷的縮寫，ATP是三磷酸腺苷的縮寫，它們是生物體內能量利用和儲存的中心物質.它們在酶的催化下可以相互轉換.即ATP移去離腺苷最遠的磷酸基，則生成ADP，同時釋放大量能量，這能量則可幫助其化學反應的進行.反過來，無機磷與ADP結合形成ATP，可將細胞內營養物質氧化所釋放的能量以化學能的形式儲存在ATP分子的高能磷酸鍵中.酒化酶實際上是從葡萄糖到酒精一系列生化反應中各種酶和輔酶的總稱，主要包括己糖磷酸化酶、氧化還原酶、烯醇化酶、脫羧酶及磷酸酶等.這些酶均為酵母的胞內酶.從上述的反應式來看，酒化反應中沒有氧分子參與，故是個無氧的發酵過程.這過程主要囊括葡萄糖的酵解和丙酮酸的無氧降解兩大生化反應過程，其中葡萄糖的酵解分四個階段，十二步才逐步經丙酮酸—乙醛最終變成乙醇.伴隨著酵母菌將葡萄糖變成乙醇的過程，某些細菌也進行同樣的工作.即在葡萄糖被磷酸化后，某些細菌也能通過自身的渠道將其變成乙醇.但是細菌的酒精發酵能力不如酵母菌，而且會同時生成一些如丁醇之類雜醇和多元醇及甲酸、乙酸等有機酸.無論是糖化過程還是發酵過程，酒醅中的生化反應均需在一定的pH范圍內進行.過高或過低都將不利于糖化和發酵.

綜合以上發生的生化反應可以清楚認識到，谷物發酵過程是個很復雜的化學反應，除淀粉水解糖化生成單糖，單糖酒化生成乙醇外，還會產生氨基酸、高級醇、脂肪酸、多種脂類、糊精、有機酸等及沒有被酒化而剩余的糖分.總之發酵后制得的酒實際上是一類以酒精為主體的，包括許多營養物質的水溶液.曲糵發酵優于單純的麥芽糖化-酵母菌酒化就在于它充分利用微生物幫助完成這個復雜的發酵過程.

三

漢代劉安主撰的《淮南子·說林訓》中說：“清醠之美，始于耒耜”，即指出釀酒技術開始于種植業的興起.《尚書·商書·說命(下)》中說：“若作酒醴，爾惟曲糵”，表明商代時人們已認識到曲蘗在釀酒中的決定性作用.從春秋戰國到秦漢，釀酒技術的進步，首先表現在制曲技術的提高.長期的釀酒實踐使人們認識到，釀制醇香的美酒，首先要有好的酒曲；要豐富酒的品種，就要增加酒曲的種類.無論是北魏時期名著《齊民要術》，還是宋代釀酒專著《北山酒經》，在介紹釀酒技術，都是花大篇幅率先講述制曲技術.中國釀酒技術的發展正是沿著這條路線前進的.

從近代科學知識來看，酒曲多數以麥類(小麥和大麥)為主，配加一些豌豆、小豆等豆類為原料，經粉碎加水制成塊狀或餅狀，在一定溫度、濕度條件下讓自然界的微生物(霉菌)在其中繁殖培育而成.其中含有根霉、曲霉、毛霉、酵母菌、乳酸菌、醋酸菌等幾十種微生物.酒曲為釀酒提供了所需要的多種微生物的混合體.微生物在這塊含有淀粉、蛋白質、脂肪以及適量無機鹽的培養基中生長、繁殖，會產生出多種酶類.酶是一種生物催化劑，不同的酶具有不同的催化分解能力，它們分別具有分解淀粉為糖的糖化能力，變糖分為乙醇的酒化能力及分解蛋白質為氨基酸的能力.微生物就是憑借其分泌的生物酶而獲取營養物質才能生長繁衍.若曲塊以淀粉為主，則曲里生長繁殖的微生物多數必然是分解淀粉能力強的菌種；若曲中含較多的蛋白質，則對蛋白質分解能力強的微生物就多起來.由此可見，曲中的菌系是靠后天通過逐次篩選而培育成.不同原料的不同配比會對曲的功效產生影響.曲的不同功效則會進一步影響釀造過程，因此酒曲的質量決定酒品的質量.

四

為了進一步認識中國傳統釀酒技術的特色，下面將中國的原汁發酵酒、蒸餾酒與西方原汁發酵酒、蒸餾酒再做一個比較.

中西發酵原汁酒工藝比較可參見圖1～8和表1.

圖1　貴州茅臺酒廠的人工踩曲

圖2　曲房堆放的酒曲

圖3　古埃及壁畫：3500年前的葡萄酒技術解示*出自第18王朝(公元前1567-前1320年)統治者森紐法墓.

圖4　馬奶酒釀制的皮囊和搗臼*內蒙古博物館藏.

圖5　制作面包和啤酒的作坊

圖6　婦女在攪拌生面團的發酵醪*面前就是酒發酵罐.

圖7　石刻畫：釀酒備酒圖*河南密縣打虎亭1號漢墓東耳室出土.

圖8　石刻畫下欄：釀酒過程的臨摹圖*圖7分三欄，上欄是一排盛酒的酒甕.中欄是將酒裝入甕.下欄是描繪釀酒過程.

白蘭地因為是將葡萄酒蒸餾而成，傳統上被視為一種高貴而有檔次的烈性酒.主要的產地在法國.后來用其他水果為原料，只要采用白蘭地生產工藝制成的酒也稱作白蘭地，只是在冠名上前面加上該水果的名稱.蒸餾方法的不同，對白蘭地產品的風味有較大的影響.舉世聞名的法國科湼克釆用的是兩次蒸餾法，即把葡萄原汁酒用壸式蒸酒器經兩次蒸餾而成.也是名酒的法國阿爾瑪湼克則是釆用連續蒸餾法，即把發酵原酒用塔式蒸餾設備一次蒸餾達到工藝要求.白蘭地原酒隨儲存時間的增加，產品質量明顯提高，尤其是儲存在橡木桶中.

威士忌是利用發芽谷物(主要是大、小麥)釀制的一種蒸餾酒.由于原料的差別而有許多品種.當今的技術是大麥經過發芽后，放在泥炭火烘房內烤干、磨碎，制成發酵醪，因而帶有泥炭煙香口味，構成蘇格蘭威士忌的特殊香型.完成酒化的發酵醪要經過兩次間歇蒸餾，就得到單體麥芽威士忌.將多種單體麥芽威士忌混合在一起就能得到“純麥芽威士忌”或“兌和威士忌”.愛爾蘭威士忌以大麥芽加小麥、黑麥為原料，大麥芽不經過泥炭煙火爐的烘烤處理，故成品酒就沒有煙熏香味.

伏特加又名俄得克，其俄語Vodka的意思是“可愛之水”.原產于俄羅斯、波蘭、立陶宛及某些北歐國家，是這些國家的國酒.它以小麥、大麥、馬鈴薯、糖蜜(甜菜廢糖蜜)及其他含淀物的根莖果為原料，經發酵(在19世紀前以麥芽為糖化劑，20世紀逐漸改為人工培育的淀粉酶為糖化劑，發酵劑則是酵母菌)蒸餾制得食用酒精，再以它為酒基，經樺木炭脫臭除雜，除去酒精中所含的甲醇、醛類、雜醇油和高級脂肪酸等成分，從而使酒的風味清爽、醇和.應該說是一種典型的酒精飲料.真正的伏特加口味純正，無味、無嗅，完全是中性，只有純酒精的香和味.

蘭姆酒主要是以甘蔗中的糖蜜或蔗汁為原料，經發酵、蒸餾、貯存、勾兌而制成的蒸餾酒.通常酒精含量在40%～43%.蘭姆酒的主要產地是盛產甘蔗的牙買加、古巴、海地、多米尼加等加勒比海國家.其生產方法主要是在甘蔗糖蜜或蔗汁中加入特選的生香酵母(產酯酵母)共同發酵，再釆用間歇或連續式蒸餾，獲得酒精含量高達75%的酒液.這些酒液應在橡木桶中陳釀數年后，再被勾兌成酒精含量在40%～43%的酒液.

表1　中西蒸餾酒工藝對比

金酒起源于荷蘭，發展在英國.是以食用酒精為酒基，加入杜松子及其他香料(芳香植物)共同蒸餾而成.由于杜松子不僅具有幽雅芳香，還有利尿作用，故金酒實際上是一種露酒.

此外，還有墨西哥的龍舌蘭酒，北歐一些囯家以小麥和馬鈴薯為原料釀制的白蘭地烈酒、波蘭的直布羅加酒(放入牛愛吃的直布拉草共同發酵)及利口酒(加入某些果實、香料、藥材共同發酵的芳香烈酒)等.

上述的介紹可以清楚看到古代東、西方各類酒的發酵工藝是有明顯差別的.由于自然環境和文化傳統的不同，釀造技術及其產品各有其典型的特征.所謂的自然環境的不同，主要有兩點.一是原料的不同，西方釀酒的主要原料是小麥和大麥，這兩種作物都有堅硬的外皮，較難直接蒸煮加工，大多數情況下是將其先研磨成面粉后再加工成面食.因為堅強的外皮直接阻止霉菌之類的真菌在其表面生長繁衍，只有加工粉碎后才能接受在空氣中游蕩的酵母菌孢子.東方釀酒的主要原料是稻米、粟米，情況就不同，去掉軟殼后的稻米、粟米，能夠直接蒸煮，當逢遇夏季氣候炎熱潮濕的環境，加工中的谷物，特別是熟制的谷物很自然地成為真菌落腳繁殖的陣地，發酵釀酒是順水推舟的事情.第二點的不同，與中國有炎熱潮濕的夏季不同，在古代的蘇美爾和埃及，盡管夏天氣也炎熱，卻是空氣干燥，不利于真菌的繁殖，加上在當地的空氣中真菌本來就很少，故由霉菌引發的谷物發酵的現象就少見了.這可能就是西方能生產啤酒而沒有出現黃酒的原因之一.

西方在中世紀以前，葡萄酒、啤酒一直是飲用酒的主流；而東方的中國則是黃酒幾乎壟斷了市場.啤酒是面包制作技術的延伸；而黃酒技術則是谷飯的自然發酵的結晶.同樣是谷物釀酒，在西方，像生產啤酒那樣，淀粉糖化和酒精發酵是分兩個獨立步驟按順序完成，參與的微生物基本上是酵母菌.而在中國淀粉糖化、酒化開始后不久即同時進行，過程中既有霉菌又有酵母菌參與，是以曲的形式進行混合菌種的發酵.對比之下，中國的釀造技術雖然復雜些，但將兩步變成一步畢竟有許多好處，可能最大的好處在于有眾多微生物的參與，產品的內容會豐富多了，口感會更豐滿.這個“豐富”和“豐滿”可以理解為，由于通過 “酒曲”，而引進混合菌種，它們在發酵中，各自為戰，除生產出乙醇外，還產出一些其他醇、有機酸，酯等化合物，特別是呈香的酯類化合物.這就造成了中國酒的獨自特色.下面僅從乙醇濃度的關系做一分析.

啤酒釀制中，其糖化過程主要由麥芽中所含的α-淀粉酶和β-淀粉酶所主導，這兩種酶都參加淀粉的水解.啤酒的酒化過程完全由酵母菌在操作，酵母菌通過自身的麥芽糖酶將淀粉水解產生的麥芽糖分子水解為兩個葡萄糖分子，葡萄糖再發酵成乙醇.然而，麥芽糖的存在是β-淀粉酶的抑制劑(因為β-淀粉酶作用淀粉生成麥芽糖是個可逆反應)，所以一旦麥芽糖濃度達到了7%，β-淀粉酶就會停止工作，麥芽糖的產率就會降低.因此在通常情況下，啤酒中的乙醇濃度大約維系在3%～4%.

中國黃酒釀造中使用的是酒曲，發酵的過程就是另外一種狀況.曲中引入發醪液中的真菌群，不僅會產生α-淀粉酶和β-淀粉酶，還會產生淀粉葡萄糖苷酶.淀粉葡萄糖苷酶也作用于淀粉，釋放出葡萄糖分子，葡萄糖直接被酵母菌發酵生成乙醇.葡萄糖卻不會抑制淀粉葡萄糖苷酶的作用，因此發醪液中可以積累較高濃度的葡萄糖.此外，淀粉葡萄糖苷酶對乙醇的敏感度小于谷物的-β淀粉酶，因而在發醪液中添加新鮮培養基，如煮熟的大米或粟米等，以增加發醪液中的淀粉-葡萄糖的濃度，就可以借此提高發醪液中的乙醇濃度.這時節，唯一限制乙醇濃度的因素是酵母菌對乙醇的敏感度.一般來說，當發醪液中的乙醇濃度達到11%～12%時，酵母菌的發酵作用會明顯緩慢下來.因此，中國的黃酒的酒精度在秦漢時期也應能達到10%左右.然而，中國的釀酒師為了提高酒品的酒度曾在技術上有許多創新，例如曹操推薦的九醞春酒法，就是通過米飯分批投入發醪液的辦法來培育和鍛煉霉菌和酵母菌的工作能力.特別是在南北朝時，已普遍使用陳曲來接種培育新曲的技術，當時的釀酒師可能不知道，這一技術措施則是篩選、馴化優質的霉菌和酵母菌的重要途徑.經過長期反復地這種技術操作，無形之中培育出具有較強活力的菌系和酵母菌.這些經過長期培育的酵母菌在酒精度達到15%～16%的濃度時，仍能保持其活性.所以近代的紹興黃酒和福建黃酒，其酒精含量分別達到16.1%～19.4%之間.當然提高發醪液的酒精度的辦法不止這一項，例如在《北山酒經》中提到的培養、使用“酒母”、“酸漿”等技術.總之中國釀酒中使用酒曲的技術優勢是一言難盡的.難怪明清時期來華的西方傳教士都把中國釀酒所使用的曲看得很神秘.

五

這些傳教士覺得中國酒跟他們過去所喝的酒不一樣，當看到中國釀酒師傅都使用那種方磚型的法寶(酒曲)時，更感到十分好奇.于是他們想方設法偷到這種神秘的磚頭，探索其中的秘密.當他們的學識也無法幫助他解密時，他們又費盡了心機，把這些秘寶偷偷地捎回歐洲，請朋友幫忙做出分析檢測.首先揭開中國酒曲這個神秘面紗的是一位法國的學者.

1892年，法國人卡爾麥特(L.C.A.Calmette,1863-1933)不僅注意到中國釀酒的獨特方法，還專門研究了傳教士帶回的中國酒曲，在巴斯德研究所同事的幫助下，從中分離出毛霉、米曲霉、根霉等一類微生物.他認識到這些過去沒有被注意的霉菌，正是能在發酵中起關鍵作用的微生物，從而初步揭示了中國酒曲的獨特功能.他是第一個認識到中國利用霉菌糖化制酒先進性的科學家.卡爾麥特也是個有商業頭腦的科學家，在1898年他將自己這一發現在歐洲申請了應用毛霉于酒精生產的專利.并將這種淀粉酶發酵法在酒精工業中加以推廣.在推廣實踐中，他們又開發出幾株可用于發酵生產的酶類合成載體的霉菌，極大地促進了世界釀造業的發展和釀造技術的提高.因為模仿中國釀酒技術的淀粉酶發酵法，一改過去酒精生產的單邊發酵為復式發酵，不僅提高了生產效率，同時降低了成本，保證了質量.

從此，科學家們進一步認識到霉菌一類微生物的利用是大有作為，先后在淀粉質原料酒精發酵技術上開發出米曲霉—黑曲霉—液體曲等技術，并完善了以糖蜜、甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜為原料生產酒精的技術.在有機酸發酵技術中開發出生產檸檬酸等產品.在氨基酸發酵技術中開發出谷氨酸(味精的主要成分即是谷氨酸鈉)、L-賴氨酸、色氨酸等多種氨基酸的生產.最突出的成就是抗生素藥劑的發明和生產.1928年9月，英國科學家弗萊明(A.Fleming,1881-1955)發現了青霉素.這是第一種抗生素類的藥物，開辟了世界現代醫療革命的新階段.對于弗萊明來說，青霉素的發現象征著對治療傳染性疾病取得了重大進展.同時證實霉菌的研究及微生物學和微生物工程在醫藥革命所具有的價值.

釀酒技術屬發酵工程，既是最古老的技術，又是現今最前沿的生物工程(現代生物技術)的一部分.說它古老，是因為這項技術出現在8000年前，人們模仿自然發酵的現象掌握了它.盡管沿用發酵釀酒的技術那么綿長，但是直到19世紀下半葉，才對谷物究竟是為什么能釀成酒總算有了一知半解的認識.法國科學家巴斯德(L.Pasteur,1822-1895)初步揭開了釀酒的機理.1897年德國化學家布希納(E.Buchner,1860-1917)完成了精心設計的，堪稱判定性的科學實驗，實驗證明存在著無細胞的生醇發酵.并稱這一活潑的發酵制劑為“釀酶”.“釀酶”的發現，不僅揭示了發酵本質是一種“酶”促的化學反應過程.釀酶實質上是一種蛋白質一類的物質，我們現在知道動物的唾液、胃液、胰液、膽液等器官都能分泌多種酶：水解淀粉的淀粉酶、水解蛋白質的蛋白酶、水解脂肪的脂肪酶……

它們幫助完成食物的消化和新陳代謝等功能.這些酶統稱為細胞外酶，它的發現不僅翻開了生物新陳代謝研究的新篇章，而且還把酵母細胞的活力與酶化學作用聯系起來，推動了微生物學、生物化學、發酵生理學和酶化學的發展.1902-1909年他對其他類型的發酵研究，如乳糖酸、醋酸、檸檬酸、油質等的發酵，進一步證實發酵是一系列酶催化的反應過程.酶化學的應用就構成生物技術上的“酶工程”，酶工程的研究對于釀酒、制醋、做醬、制糖及整個食品工業的發展都有著重要意義.對于醫學、衛生學、生物學的某些問題的解難也是有特殊的作用.由此，布希納榮獲了1907年的諾貝爾化學獎.

20世紀40年代，采用深層培養發酵法使青霉素生產工業化，是發酵工程的發展亮點.此后，綜合微生物學、生物化學、化學工程學的進展，發酵工程日愈成熟.60年代以后，固定化酶和固定化細胞等新技術促進了生化技術的發展，加上分析、分離和檢測技術的進步及電子計算機的應用，發酵工程又獲得革新.1973年重組DNA技術出現，能夠按工程設計藍圖定向地改變物種的功能而創立新物種.這就是基因工程.通過細胞融合建立雜交瘤，用以生產單克隆抗體，成為免疫學的革命性進展，通過動植物細胞大量培養，可以像微生物發酵那樣大量生產人類需要的各種物質，也可以培育出常規方法無法得到的雜交新品種，從而創立了細胞工程.

從微生物發酵工程到酶工程、細胞工程、基因工程就構成了一個綜合體系，這體系就是“生物工程”，又稱作“現代生物技術”.它的基礎是發酵工程，核心是基因工程.它是21世紀科技的前沿，是新興的工程技術.自1973年建立以來，在起步的前20年就開拓了蛋白質工程、重組DNA工程等新領域，并在實驗中研制了許多高產抗病的植物轉基因新品種和利用體細胞克隆技術復制出牛、羊等動物.它的許多研究技術和成果正逐漸地應用于醫學、農業、工業、環境保護等諸多領域，必將取得人們期待的效益.

中國對微生物菌種的收集、選育、馴化、保藏及研究中所取得的成就和在發酵釀造技術上的摸索、試驗、創新所取得的經驗一樣，都是人類在邁向新的科學征程中難得的、寶貴的財富.我們深信，在現代生物技術的發展和它將在推動人類文明進程中，中國人也將像先輩一樣做出自己的、新的貢獻.

[責任編輯黃祖賓]

[責任校對黃招揚]

Qu'nie Fermentation

ZHOU Jia-hua

(InsitituteforHistoryofNaturalSciences,ChineseAcademyofSciences，Beijng，100190,China)

Qu'nie fermentation is the technical characteristics of the Chinese traditional brewing. It not only created the Chinese wine, vinegar and other products. At the same time, It is also the essence of ancient microbial industry as the foundation. The accumulated experience and knowledge are still the cornerstone of modern biotechnology.

Qu'nie;Wine; Vinegar; soy sauce; microbial; Strains; microbial industry; modern biotechnology

2016-01-27.

周嘉華(1942-)，男，浙江瑞安人，中國科學院自然科學史研究所研究員，研究方向：化學史、釀酒史.

TS26

A

1673-8462(2016)02-0008-08

①曲糵發酵：嚴格講，曲和糵是不同的，曲是指發霉的谷物，糵是指發芽的谷物。在中國古代，盡管在戰國以后已很少用糵釀酒，但是人們還是習慣用“曲糵”來統稱制酒的曲。故本文沿用古代的稱謂.