曲糵发酵*①

周嘉华

(中国科学院 自然科学史研究所,北京　100190)



曲糵发酵*①

周嘉华

(中国科学院 自然科学史研究所,北京100190)

中国传统酿造的技术特色是曲糵发酵，它不仅造就了中国的酒、醋、酱等发酵产品在世界食林中独树一帜和倍受赞赏，同时它作为古老的微生物工业的精粹，一直造福于人们的物质生活，它所积累的经验和知识至今仍是现代生物技术的基石.

曲糵；酒；醋；酱；微生物；菌系；微生物工业；现代生物技术

一

曲糵发酵主要指中国的传统酿造的核心技艺，特别是酿酒技术.从古至今，中国的酒、醋、酱就有自己的特色，在世界上独树一帜.许多酒友都知道，无论是中国的黄酒，还是白酒都与西方的葡萄酒、威士忌、白兰地、金酒、伏特加等不一样.不仅口感不同，呈香也不一样.这因为酿造的技艺有很大差异.中国传统酿造技艺的最大特色是使用了曲，而且强调曲是酿酒工艺中的“骨”即灵魂.用现代的科学术语来表达，酒曲是多菌多酶的生物制品.它实际上是专职培养、驯化霉菌的，用于优化、催化发酵反应的特制试剂.中国先民发明酒曲，通过它来筛选酿造中有益微生物的种群，并驯化、培育这些优良菌系，从而保障酿酒过程是在优良的菌系的帮助下完成发酵，最终获得高质量的酒.中国传统酿造技艺的第二个特色是摸索出一整套适宜制曲、酿酒的控温、控湿、最佳酿造氛围的技术(包括环境)的手段.应用这些技术手段的实质是为酿造中的有益霉菌创造一个正常繁衍的环境，使发酵过程处于掌控之中.从制曲到酿造，中国先民都是在与霉菌——多种微生物打交道，无形之中积累了与霉菌和谐相处，相互利用的许多经验.中国酒的酿造正因为使用了酒曲，让多种有益霉菌参与了发酵过程，它们又各显其能，有的将淀粉分解为单糖，有的将蛋白质分解为氨基酸；有的分解脂肪为多元醇，从而让中国的酒具有丰富的构成而有自己独特的口感醇香.

许多人都知道，在中国，无论是陈醋、熏醋、香醋、米醋，它们都是以谷物为原料经发酵而制成.在西方家庭的餐桌或厨房里，常见的调味品主要有番茄酱、沙拉酱、芥末酱、辣椒酱等，酸味的调味品主要是各式酸果汁，甚至直接釆用挤榨的柠檬汁，很少见到谷物醋.可见谷物醋在东方，主要在中国是一技独秀.由于中国醋的制造沿用的是酿酒技艺的延伸，即先将谷物酿成酒，再让酒在特定的环境中，在醋酸菌的催化下变成醋.正因为是酿酒的延伸，所以中国醋就很自然地传承了中国酒的优点和特色.即谷物醋中含有较比果醋更丰富的物质内涵.

古代由于缺乏科学的保鲜防腐设备和技能，将食料加工成酱食，既便于贮运又可食用较长时间，制酱腌菜是常见之事.在中国古代，将各种食料加工成酱食可谓层出不穷.有各种肉酱、鱼酱、菜酱.由于种植业的主要产品是多种谷粮豆食，因此各类酱中最常见的是以谷物为原料的面酱、以豆类为原料的豆酱、豆豉.面酱、豆酱、豆豉不仅可以直接食用，更多的是用它们加工其他食材，制成可口耐贮的食品或调味品.做酱技术的关键也是发酵，由于原料之差异，特别是发酵时的菌系不同，所使用的曲也与酿酒制醋的酒曲不一样.同样是种植业为主的农业形态，东亚各民族很自然地传承了以中国做酱技艺为主体的酱文化，无论是饮食，还是烹饪，酱都被放在一个显著的地位，遂形成了东亚饮食中的一个不同于其他地区的特色.

二

中国先民创造了一套特有的发酵技术体系，不仅流行于中国，甚至在东亚和世界都产生了不容忽视的影响.尽管发酵现象在地球上无处不在，是常见的自然现象.利用发酵技术，特别在食品加工上，几乎所有的民族都有自己的实践.但是，中国先民在长期生产实践中，创造性地利用微生物、驯化霉菌，科学地开发出以酿酒、制醋、做酱等为主要内容的一系列微生物工程技术.这里所取得的经验和成就是突出的，是其他民族无法相比的.中国先民在上述微生物工程中所积累的实践经验，不仅为微生物学和微生物工程科学的建立提供了认知的前提，而且为当代生物技术的发展作了技术上的铺垫.为了客观地理解这一史实，有必要再回顾这段历史的轨迹.

在中国古代，用水果(包括葡萄)酿酒一直没有形成气候.以畜奶为原料的奶酒也只是在西北地区的游牧部落流行.只有采用谷物酿酒才能为人们提供大量的酒.所以中国古代酒业主要是谷物酿酒.谷物酒的酿造较之果酒或奶酒就复杂多了.水果、兽奶酿酒只需酒化过程，而谷物中的主要成分是多糖类高分子化合物：淀粉、纤维素、蛋白质等.它们是不能被酵母菌直接转化为乙醇，而必须先经过水解糖化分解为单糖才能被发酵成酒.即它必须经过多个步骤才能被转化为乙醇.简单地说， 第一步是先将淀粉分解为可被酵母菌利用的单糖和双糖，即糖化过程.第二步是将糖分转化为乙醇，即酒化过程.两个过程依次进行，后人称之为单式发酵；假若两个过程同时进行，则称之为复式发酵.在西亚两河流域、古埃及和古希腊盛产大麦、小麦，长期以来，那里的人们一直沿用麦芽发酵制酒，即先制麦芽糖化，后酒化的单式发酵.麦芽酒即原始的啤酒，不仅是最早的酒品，而且还一直流传下来成为主要的酒品.在当时，啤酒和面包、葡萄酒、蜂蜜酒可能是西方民族发酵食品中最古老的品种.古埃及、巴比伦人大约在公元前4000年已经生产上述发酵食品了.

中国先民是利用酒曲将谷物酿制成酒.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样)等，又有使糖分酒化的酵母菌、细菌等.故酿酒是复式发酵.相比之下，复式发酵的效率显然会比单式发酵高，更重要的是以酒曲(混合菌)为发酵剂的复式发酵中，除了糖化、酒化外，还同时进行蛋白质、脂肪等有机物及无机盐的复杂的生化反应.因此，谷物的复式发酵不仅较比单式发酵复杂，而且产品酒的内涵也较丰富，不仅有醇和的口感，还有诱人的芳香.这就造就出在世界酒林中独树一帜的中国的发酵原汁酒(黄酒)和蒸馏酒(白酒)极其精妙的酿造技术.

用现代的科学知识来看，谷物复式发酵的糖化、酒化过程远比上述的复式发酵要复杂得多.谷物中包含以淀粉为主体的碳水化合物，还有含氮物、脂肪及果胶等.这些成分在谷物用水浸润和加热中就会发生一系列化学变化.例如谷物中的淀粉颗粒，它实际上是与纤维素、半纤维素、蛋白质、脂肪、无机盐等成分交织在一起.即使是淀粉颗粒本身，也因具有一层外膜而能抵抗外力的作用.淀粉颗粒则是由许多呈针状的小晶体聚集而成，淀粉分子之间是通过氢键联结成束.淀粉是亲水胶体，遇水时，水分子渗入淀粉颗粒内部而使淀粉颗粒体积和质量增加，这种现象称之为：淀粉的膨胀.淀粉的膨胀会随着温度的提高而增加，当颗粒体积膨胀达50～100倍时，淀粉分子之间的联系将被削弱，最终导之解体，形成均一的黏稠体.这种淀粉颗粒无限膨胀的现象，称之为糊化.这时的温度称之为糊化温度.不同的淀粉会有不同的糊化温度.淀粉初始的膨胀会释放一定的热量，当进一步的糊化过程则是个吸热过程.在淀粉糊化后，若品温继续上升至130 ℃左右，由于支链淀粉已接近全部溶解，大分子间的氢键被削弱，原先淀粉的网状结构被破坏，淀粉溶液就变成黏度较低的易流动的醪液.这种现象称之为淀粉的液化即溶解.就在淀粉的糊化和液化过程中，体系中的酶被激活(50 ℃～60 ℃起)，这些活化了的酶就会将淀粉分解为糊精和糖类.与此同时，还会进一步发生己糖变化、氨基糖反应及焦糖生成.原先谷物原料中含糖量最高只有4%左右，经过糊化、液化之后，各种单糖就有很大增加.

由于谷物中淀粉是主要成分，所以这样复杂的化学反应中最关键的反应是淀粉分解为单糖的反应即俗称的糖化反应.糖化反应中真正起作用的是淀粉酶的催化作用.淀粉酶实际上包括有α-淀粉酶、糖化酶、异淀粉酶、β-淀粉酶、麦芽糖酶、转移葡萄糖苷酶等多种酶，这些酶在糖化中同时起作用，因此产物除可发酵性糖类外，还有糊精、低聚糖等.通常，单糖(葡萄糖、果糖等)、双糖(蔗糖、麦芽糖、乳糖等)能被一般酵母所利用，是最基本的发酵性糖类.

在糖化反应阶段，谷物内含的其他物质成分在氧化还原酶等酶类作用下，蛋白质水解为眎、胨、多肽及氨基酸等中、低分子含氮物，为酵母菌等微生物及时提供了营养.脂肪的酶解也产生了甘油和脂肪酸.部分甘油则是微生物的营养源.部分脂肪酸则生成多种低级脂肪酸.果胶被酶解为果胶酸和甲醇.有机磷酸化合物的酶解可释放出磷酸，为酵母菌等微生物的生长提供了磷源.部分纤维素和半纤维素的酶解作用，也能水解得少量的葡萄糖、木糖等.总之整个糖化过程的物质变化是错综复杂的，过程的环境和操作都有可能影响其变化.

接下来的发酵过程实质是由酵母菌、细菌及根霉主导，将糖、氨基酸等成分转化为乙醇为主的一元醇、多元醇和芳香醇的过程.其反应式如下：

乙醇+二氧化碳+ATP+10.6 KJ

反应式中的ADP是二磷酸腺苷的缩写，ATP是三磷酸腺苷的缩写，它们是生物体内能量利用和储存的中心物质.它们在酶的催化下可以相互转换.即ATP移去离腺苷最远的磷酸基，则生成ADP，同时释放大量能量，这能量则可帮助其化学反应的进行.反过来，无机磷与ADP结合形成ATP，可将细胞内营养物质氧化所释放的能量以化学能的形式储存在ATP分子的高能磷酸键中.酒化酶实际上是从葡萄糖到酒精一系列生化反应中各种酶和辅酶的总称，主要包括己糖磷酸化酶、氧化还原酶、烯醇化酶、脱羧酶及磷酸酶等.这些酶均为酵母的胞内酶.从上述的反应式来看，酒化反应中没有氧分子参与，故是个无氧的发酵过程.这过程主要囊括葡萄糖的酵解和丙酮酸的无氧降解两大生化反应过程，其中葡萄糖的酵解分四个阶段，十二步才逐步经丙酮酸—乙醛最终变成乙醇.伴随着酵母菌将葡萄糖变成乙醇的过程，某些细菌也进行同样的工作.即在葡萄糖被磷酸化后，某些细菌也能通过自身的渠道将其变成乙醇.但是细菌的酒精发酵能力不如酵母菌，而且会同时生成一些如丁醇之类杂醇和多元醇及甲酸、乙酸等有机酸.无论是糖化过程还是发酵过程，酒醅中的生化反应均需在一定的pH范围内进行.过高或过低都将不利于糖化和发酵.

综合以上发生的生化反应可以清楚认识到，谷物发酵过程是个很复杂的化学反应，除淀粉水解糖化生成单糖，单糖酒化生成乙醇外，还会产生氨基酸、高级醇、脂肪酸、多种脂类、糊精、有机酸等及没有被酒化而剩余的糖分.总之发酵后制得的酒实际上是一类以酒精为主体的，包括许多营养物质的水溶液.曲糵发酵优于单纯的麦芽糖化-酵母菌酒化就在于它充分利用微生物帮助完成这个复杂的发酵过程.

三

汉代刘安主撰的《淮南子·说林训》中说：“清醠之美，始于耒耜”，即指出酿酒技术开始于种植业的兴起.《尚书·商书·说命(下)》中说：“若作酒醴，尔惟曲糵”，表明商代时人们已认识到曲蘖在酿酒中的决定性作用.从春秋战国到秦汉，酿酒技术的进步，首先表现在制曲技术的提高.长期的酿酒实践使人们认识到，酿制醇香的美酒，首先要有好的酒曲；要丰富酒的品种，就要增加酒曲的种类.无论是北魏时期名著《齐民要术》，还是宋代酿酒专著《北山酒经》，在介绍酿酒技术，都是花大篇幅率先讲述制曲技术.中国酿酒技术的发展正是沿着这条路线前进的.

从近代科学知识来看，酒曲多数以麦类(小麦和大麦)为主，配加一些豌豆、小豆等豆类为原料，经粉碎加水制成块状或饼状，在一定温度、湿度条件下让自然界的微生物(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、醋酸菌等几十种微生物.酒曲为酿酒提供了所需要的多种微生物的混合体.微生物在这块含有淀粉、蛋白质、脂肪以及适量无机盐的培养基中生长、繁殖，会产生出多种酶类.酶是一种生物催化剂，不同的酶具有不同的催化分解能力，它们分别具有分解淀粉为糖的糖化能力，变糖分为乙醇的酒化能力及分解蛋白质为氨基酸的能力.微生物就是凭借其分泌的生物酶而获取营养物质才能生长繁衍.若曲块以淀粉为主，则曲里生长繁殖的微生物多数必然是分解淀粉能力强的菌种；若曲中含较多的蛋白质，则对蛋白质分解能力强的微生物就多起来.由此可见，曲中的菌系是靠后天通过逐次筛选而培育成.不同原料的不同配比会对曲的功效产生影响.曲的不同功效则会进一步影响酿造过程，因此酒曲的质量决定酒品的质量.

四

为了进一步认识中国传统酿酒技术的特色，下面将中国的原汁发酵酒、蒸馏酒与西方原汁发酵酒、蒸馏酒再做一个比较.

中西发酵原汁酒工艺比较可参见图1～8和表1.

图1　贵州茅台酒厂的人工踩曲

图2　曲房堆放的酒曲

图3　古埃及壁画：3500年前的葡萄酒技术解示*出自第18王朝(公元前1567-前1320年)统治者森纽法墓.

图4　马奶酒酿制的皮囊和捣臼*内蒙古博物馆藏.

图5　制作面包和啤酒的作坊

图6　妇女在搅拌生面团的发酵醪*面前就是酒发酵罐.

图7　石刻画：酿酒备酒图*河南密县打虎亭1号汉墓东耳室出土.

图8　石刻画下栏：酿酒过程的临摹图*图7分三栏，上栏是一排盛酒的酒瓮.中栏是将酒装入瓮.下栏是描绘酿酒过程.

白兰地因为是将葡萄酒蒸馏而成，传统上被视为一种高贵而有档次的烈性酒.主要的产地在法国.后来用其他水果为原料，只要采用白兰地生产工艺制成的酒也称作白兰地，只是在冠名上前面加上该水果的名称.蒸馏方法的不同，对白兰地产品的风味有较大的影响.举世闻名的法国科湼克釆用的是两次蒸馏法，即把葡萄原汁酒用壸式蒸酒器经两次蒸馏而成.也是名酒的法国阿尔玛湼克则是釆用连续蒸馏法，即把发酵原酒用塔式蒸馏设备一次蒸馏达到工艺要求.白兰地原酒随储存时间的增加，产品质量明显提高，尤其是储存在橡木桶中.

威士忌是利用发芽谷物(主要是大、小麦)酿制的一种蒸馏酒.由于原料的差别而有许多品种.当今的技术是大麦经过发芽后，放在泥炭火烘房内烤干、磨碎，制成发酵醪，因而带有泥炭烟香口味，构成苏格兰威士忌的特殊香型.完成酒化的发酵醪要经过两次间歇蒸馏，就得到单体麦芽威士忌.将多种单体麦芽威士忌混合在一起就能得到“纯麦芽威士忌”或“兑和威士忌”.爱尔兰威士忌以大麦芽加小麦、黑麦为原料，大麦芽不经过泥炭烟火炉的烘烤处理，故成品酒就没有烟熏香味.

伏特加又名俄得克，其俄语Vodka的意思是“可爱之水”.原产于俄罗斯、波兰、立陶宛及某些北欧国家，是这些国家的国酒.它以小麦、大麦、马铃薯、糖蜜(甜菜废糖蜜)及其他含淀物的根茎果为原料，经发酵(在19世纪前以麦芽为糖化剂，20世纪逐渐改为人工培育的淀粉酶为糖化剂，发酵剂则是酵母菌)蒸馏制得食用酒精，再以它为酒基，经桦木炭脱臭除杂，除去酒精中所含的甲醇、醛类、杂醇油和高级脂肪酸等成分，从而使酒的风味清爽、醇和.应该说是一种典型的酒精饮料.真正的伏特加口味纯正，无味、无嗅，完全是中性，只有纯酒精的香和味.

兰姆酒主要是以甘蔗中的糖蜜或蔗汁为原料，经发酵、蒸馏、贮存、勾兑而制成的蒸馏酒.通常酒精含量在40%～43%.兰姆酒的主要产地是盛产甘蔗的牙买加、古巴、海地、多米尼加等加勒比海国家.其生产方法主要是在甘蔗糖蜜或蔗汁中加入特选的生香酵母(产酯酵母)共同发酵，再釆用间歇或连续式蒸馏，获得酒精含量高达75%的酒液.这些酒液应在橡木桶中陈酿数年后，再被勾兑成酒精含量在40%～43%的酒液.

表1　中西蒸馏酒工艺对比

金酒起源于荷兰，发展在英国.是以食用酒精为酒基，加入杜松子及其他香料(芳香植物)共同蒸馏而成.由于杜松子不仅具有幽雅芳香，还有利尿作用，故金酒实际上是一种露酒.

此外，还有墨西哥的龙舌兰酒，北欧一些囯家以小麦和马铃薯为原料酿制的白兰地烈酒、波兰的直布罗加酒(放入牛爱吃的直布拉草共同发酵)及利口酒(加入某些果实、香料、药材共同发酵的芳香烈酒)等.

上述的介绍可以清楚看到古代东、西方各类酒的发酵工艺是有明显差别的.由于自然环境和文化传统的不同，酿造技术及其产品各有其典型的特征.所谓的自然环境的不同，主要有两点.一是原料的不同，西方酿酒的主要原料是小麦和大麦，这两种作物都有坚硬的外皮，较难直接蒸煮加工，大多数情况下是将其先研磨成面粉后再加工成面食.因为坚强的外皮直接阻止霉菌之类的真菌在其表面生长繁衍，只有加工粉碎后才能接受在空气中游荡的酵母菌孢子.东方酿酒的主要原料是稻米、粟米，情况就不同，去掉软壳后的稻米、粟米，能够直接蒸煮，当逢遇夏季气候炎热潮湿的环境，加工中的谷物，特别是熟制的谷物很自然地成为真菌落脚繁殖的阵地，发酵酿酒是顺水推舟的事情.第二点的不同，与中国有炎热潮湿的夏季不同，在古代的苏美尔和埃及，尽管夏天气也炎热，却是空气干燥，不利于真菌的繁殖，加上在当地的空气中真菌本来就很少，故由霉菌引发的谷物发酵的现象就少见了.这可能就是西方能生产啤酒而没有出现黄酒的原因之一.

西方在中世纪以前，葡萄酒、啤酒一直是饮用酒的主流；而东方的中国则是黄酒几乎垄断了市场.啤酒是面包制作技术的延伸；而黄酒技术则是谷饭的自然发酵的结晶.同样是谷物酿酒，在西方，像生产啤酒那样，淀粉糖化和酒精发酵是分两个独立步骤按顺序完成，参与的微生物基本上是酵母菌.而在中国淀粉糖化、酒化开始后不久即同时进行，过程中既有霉菌又有酵母菌参与，是以曲的形式进行混合菌种的发酵.对比之下，中国的酿造技术虽然复杂些，但将两步变成一步毕竟有许多好处，可能最大的好处在于有众多微生物的参与，产品的内容会丰富多了，口感会更丰满.这个“丰富”和“丰满”可以理解为，由于通过 “酒曲”，而引进混合菌种，它们在发酵中，各自为战，除生产出乙醇外，还产出一些其他醇、有机酸，酯等化合物，特别是呈香的酯类化合物.这就造成了中国酒的独自特色.下面仅从乙醇浓度的关系做一分析.

啤酒酿制中，其糖化过程主要由麦芽中所含的α-淀粉酶和β-淀粉酶所主导，这两种酶都参加淀粉的水解.啤酒的酒化过程完全由酵母菌在操作，酵母菌通过自身的麦芽糖酶将淀粉水解产生的麦芽糖分子水解为两个葡萄糖分子，葡萄糖再发酵成乙醇.然而，麦芽糖的存在是β-淀粉酶的抑制剂(因为β-淀粉酶作用淀粉生成麦芽糖是个可逆反应)，所以一旦麦芽糖浓度达到了7%，β-淀粉酶就会停止工作，麦芽糖的产率就会降低.因此在通常情况下，啤酒中的乙醇浓度大约维系在3%～4%.

中国黄酒酿造中使用的是酒曲，发酵的过程就是另外一种状况.曲中引入发醪液中的真菌群，不仅会产生α-淀粉酶和β-淀粉酶，还会产生淀粉葡萄糖苷酶.淀粉葡萄糖苷酶也作用于淀粉，释放出葡萄糖分子，葡萄糖直接被酵母菌发酵生成乙醇.葡萄糖却不会抑制淀粉葡萄糖苷酶的作用，因此发醪液中可以积累较高浓度的葡萄糖.此外，淀粉葡萄糖苷酶对乙醇的敏感度小于谷物的-β淀粉酶，因而在发醪液中添加新鲜培养基，如煮熟的大米或粟米等，以增加发醪液中的淀粉-葡萄糖的浓度，就可以借此提高发醪液中的乙醇浓度.这时节，唯一限制乙醇浓度的因素是酵母菌对乙醇的敏感度.一般来说，当发醪液中的乙醇浓度达到11%～12%时，酵母菌的发酵作用会明显缓慢下来.因此，中国的黄酒的酒精度在秦汉时期也应能达到10%左右.然而，中国的酿酒师为了提高酒品的酒度曾在技术上有许多创新，例如曹操推荐的九酝春酒法，就是通过米饭分批投入发醪液的办法来培育和锻炼霉菌和酵母菌的工作能力.特别是在南北朝时，已普遍使用陈曲来接种培育新曲的技术，当时的酿酒师可能不知道，这一技术措施则是筛选、驯化优质的霉菌和酵母菌的重要途径.经过长期反复地这种技术操作，无形之中培育出具有较强活力的菌系和酵母菌.这些经过长期培育的酵母菌在酒精度达到15%～16%的浓度时，仍能保持其活性.所以近代的绍兴黄酒和福建黄酒，其酒精含量分别达到16.1%～19.4%之间.当然提高发醪液的酒精度的办法不止这一项，例如在《北山酒经》中提到的培养、使用“酒母”、“酸浆”等技术.总之中国酿酒中使用酒曲的技术优势是一言难尽的.难怪明清时期来华的西方传教士都把中国酿酒所使用的曲看得很神秘.

五

这些传教士觉得中国酒跟他们过去所喝的酒不一样，当看到中国酿酒师傅都使用那种方砖型的法宝(酒曲)时，更感到十分好奇.于是他们想方设法偷到这种神秘的砖头，探索其中的秘密.当他们的学识也无法帮助他解密时，他们又费尽了心机，把这些秘宝偷偷地捎回欧洲，请朋友帮忙做出分析检测.首先揭开中国酒曲这个神秘面纱的是一位法国的学者.

1892年，法国人卡尔麦特(L.C.A.Calmette,1863-1933)不仅注意到中国酿酒的独特方法，还专门研究了传教士带回的中国酒曲，在巴斯德研究所同事的帮助下，从中分离出毛霉、米曲霉、根霉等一类微生物.他认识到这些过去没有被注意的霉菌，正是能在发酵中起关键作用的微生物，从而初步揭示了中国酒曲的独特功能.他是第一个认识到中国利用霉菌糖化制酒先进性的科学家.卡尔麦特也是个有商业头脑的科学家，在1898年他将自己这一发现在欧洲申请了应用毛霉于酒精生产的专利.并将这种淀粉酶发酵法在酒精工业中加以推广.在推广实践中，他们又开发出几株可用于发酵生产的酶类合成载体的霉菌，极大地促进了世界酿造业的发展和酿造技术的提高.因为模仿中国酿酒技术的淀粉酶发酵法，一改过去酒精生产的单边发酵为复式发酵，不仅提高了生产效率，同时降低了成本，保证了质量.

从此，科学家们进一步认识到霉菌一类微生物的利用是大有作为，先后在淀粉质原料酒精发酵技术上开发出米曲霉—黑曲霉—液体曲等技术，并完善了以糖蜜、甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜为原料生产酒精的技术.在有机酸发酵技术中开发出生产柠檬酸等产品.在氨基酸发酵技术中开发出谷氨酸(味精的主要成分即是谷氨酸钠)、L-赖氨酸、色氨酸等多种氨基酸的生产.最突出的成就是抗生素药剂的发明和生产.1928年9月，英国科学家弗莱明(A.Fleming,1881-1955)发现了青霉素.这是第一种抗生素类的药物，开辟了世界现代医疗革命的新阶段.对于弗莱明来说，青霉素的发现象征着对治疗传染性疾病取得了重大进展.同时证实霉菌的研究及微生物学和微生物工程在医药革命所具有的价值.

酿酒技术属发酵工程，既是最古老的技术，又是现今最前沿的生物工程(现代生物技术)的一部分.说它古老，是因为这项技术出现在8000年前，人们模仿自然发酵的现象掌握了它.尽管沿用发酵酿酒的技术那么绵长，但是直到19世纪下半叶，才对谷物究竟是为什么能酿成酒总算有了一知半解的认识.法国科学家巴斯德(L.Pasteur,1822-1895)初步揭开了酿酒的机理.1897年德国化学家布希纳(E.Buchner,1860-1917)完成了精心设计的，堪称判定性的科学实验，实验证明存在着无细胞的生醇发酵.并称这一活泼的发酵制剂为“酿酶”.“酿酶”的发现，不仅揭示了发酵本质是一种“酶”促的化学反应过程.酿酶实质上是一种蛋白质一类的物质，我们现在知道动物的唾液、胃液、胰液、胆液等器官都能分泌多种酶：水解淀粉的淀粉酶、水解蛋白质的蛋白酶、水解脂肪的脂肪酶……

它们帮助完成食物的消化和新陈代谢等功能.这些酶统称为细胞外酶，它的发现不仅翻开了生物新陈代谢研究的新篇章，而且还把酵母细胞的活力与酶化学作用联系起来，推动了微生物学、生物化学、发酵生理学和酶化学的发展.1902-1909年他对其他类型的发酵研究，如乳糖酸、醋酸、柠檬酸、油质等的发酵，进一步证实发酵是一系列酶催化的反应过程.酶化学的应用就构成生物技术上的“酶工程”，酶工程的研究对于酿酒、制醋、做酱、制糖及整个食品工业的发展都有着重要意义.对于医学、卫生学、生物学的某些问题的解难也是有特殊的作用.由此，布希纳荣获了1907年的诺贝尔化学奖.

20世纪40年代，采用深层培养发酵法使青霉素生产工业化，是发酵工程的发展亮点.此后，综合微生物学、生物化学、化学工程学的进展，发酵工程日愈成熟.60年代以后，固定化酶和固定化细胞等新技术促进了生化技术的发展，加上分析、分离和检测技术的进步及电子计算机的应用，发酵工程又获得革新.1973年重组DNA技术出现，能够按工程设计蓝图定向地改变物种的功能而创立新物种.这就是基因工程.通过细胞融合建立杂交瘤，用以生产单克隆抗体，成为免疫学的革命性进展，通过动植物细胞大量培养，可以像微生物发酵那样大量生产人类需要的各种物质，也可以培育出常规方法无法得到的杂交新品种，从而创立了细胞工程.

从微生物发酵工程到酶工程、细胞工程、基因工程就构成了一个综合体系，这体系就是“生物工程”，又称作“现代生物技术”.它的基础是发酵工程，核心是基因工程.它是21世纪科技的前沿，是新兴的工程技术.自1973年建立以来，在起步的前20年就开拓了蛋白质工程、重组DNA工程等新领域，并在实验中研制了许多高产抗病的植物转基因新品种和利用体细胞克隆技术复制出牛、羊等动物.它的许多研究技术和成果正逐渐地应用于医学、农业、工业、环境保护等诸多领域，必将取得人们期待的效益.

中国对微生物菌种的收集、选育、驯化、保藏及研究中所取得的成就和在发酵酿造技术上的摸索、试验、创新所取得的经验一样，都是人类在迈向新的科学征程中难得的、宝贵的财富.我们深信，在现代生物技术的发展和它将在推动人类文明进程中，中国人也将像先辈一样做出自己的、新的贡献.

[责任编辑黄祖宾]

[责任校对黄招扬]

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.

周嘉华(1942-)，男，浙江瑞安人，中国科学院自然科学史研究所研究员，研究方向：化学史、酿酒史.

TS26

A

1673-8462(2016)02-0008-08

①曲糵发酵：严格讲，曲和糵是不同的，曲是指发霉的谷物，糵是指发芽的谷物。在中国古代，尽管在战国以后已很少用糵酿酒，但是人们还是习惯用“曲糵”来统称制酒的曲。故本文沿用古代的称谓.