中国微生物史
在这里,我们打算谈谈中国古代与工农业有关的微生物学的一些伟大成就。
独特的制曲和酿酒
据史料记载,中国的酿酒历史至少有四五千年。殷墟出土的商代甲骨文中含有与现代汉字相似的文字。殷墟发现的酿酒作坊遗址证明,早在3000年前,中国的酿酒业就相当发达。
用粮食酿酒必须经过两个主要过程:将淀粉分解为葡萄糖(糖化),然后将葡萄糖转化为酒精和二氧化碳(酒精发酵)。在描述殷商历史的书籍中,有一句话叫“若酿酒,只为耕者”(《尚书·讲寿》),说明当时酿酒已经使用长命粮(曲)和发芽粮(耕者)。然而,在汉代以前,只有屈用于酿酒。当时由于制曲时利用了一些有利条件,曲中应该含有大量霉菌和酵母菌混合生长,分别起到糖化和酒精发酵的作用。用这种酒曲酿酒,酒的糖化和酒精发酵可以连续交叉进行。今天这种方法被称为复合发酵。这是我国酿酒业劳动人民的一大发明。中国黄酒“山酿”和白酒“茅台”风味独特,享誉世界,都是在复合发酵法不断发展中产生的名酒。在古代,西方用麦秸来酿造啤酒。直到今天,西方国家的主要谷物酒仍然是通过制麦芽和添加酵母进行酒精发酵制成的(例如,石成忌、伏特加等。).19世纪末,欧洲人研究了中国的酒曲才知道中国这种独特的方法,并称之为“淀粉发酵”。
《礼记·仲冬》中提出了酿酒的六个要点,大意是:所用的粮食必须备齐,制曲必须及时,用粮食浸泡的蒸饭必须干净,水必须清澈无味,陶器必须精良,温度必须控制得当。《李周》第五卷和《天公家在下》中也有“吴起”、“三九”等酒名的记载。我们可以认为“五气”是指酿造过程中的五个阶段,“三酒”是发酵的不同类型的酒。这充分说明,早在3000多年前,对曲蘖酿酒的观察就已经比较周到,对曲中微生物的生长发育规律已经有了一定的认识,酿酒技术也取得了长足的进步。
东汉末年,曹操(155-220)曾向皇帝提出一种“九酿酒法”,即不断饲之法。这样可以防止酒因为糖分过高抑制发酵而自然变得更加醇厚。直到今天,中国江浙一带的米酒仍然是用这种方法酿造的。需要指出的是,这种两千年前总结出来的方法,与今天发酵过程中多次连续补料或添加原料的方法是基于同样的原理。
从我国古代有关制曲酿酒的书籍中也可以看出,我国很早以前就在发酵技术方面进行了许多创新,如用酸浆调节发酵、加热杀菌防止酒变质、加蜡或加油消泡等。
在制曲和酿酒中,尤其应该提到红曲。这是我国劳动人民的一项伟大发明。据史料记载,红曲的出现不会晚于公元十世纪。宋代诗人曾写过一首“福建酒夜红如丹”的诗,可见用红曲酿制的酒在宋代已相当普遍。在长期的生产实践中,人们学会了用明矾处理大米以保持其酸性,分阶段加水以调节通风,分阶段调节温度,使耐酸、耐热、耐缺氧的红曲菌通过米粒内外生长,充分显示了当时培养微生物的高超技术。红曲是我国的特产,不仅可以酿酒,还是一种无害的食用染料,还可以入药。
早在春秋时期就有屈治病的记载。比如《左传》中,鲁十二年(公元前597年),沈问有没有学会:“有没有麦曲?”什么也不说。詹亦然说:“河鱼有腹部疾病怎么办?”但专门制作药歌的记载,最早见于南北朝梁代(公元502-557年)的《春秋纬》一书,书中说:“麦阴也,襄阳也。先泡曲后丢黍是阳得阴而沸。后世有吸毒者,所以治病。”在明代,药歌被专门称为“神曲”。时至今日,神曲依然是消食化滞、行气健脾、养胃的大众良药。
在漫长的制曲技术发展过程中,也分化出各种各样的曲,用于酿造食醋、制作酱油和腌制食品。
酿造食醋是将酒精进一步氧化成醋酸,西方以葡萄酒为原料发酵而成。《李周》第六卷有“酰基人”的记载,“酰基”当时是醋,说明至少在2500年前,中国就知道如何制作凉拌。到了南北朝末期(公元6世纪),已经有了以谷物为原料固态发酵食醋的种子。后来直接用谷物酿造醋。粮食固态发酵酿造食醋是我国食醋酿造方法的一大特色。因为酒曲中微生物种类多,醋中有乳酸、葡萄糖酸等有机酸,所以醋的风味更好。
制酱是利用酒曲中微生物产生的蛋白酶,将豆类、肉类等食物中含有的大量蛋白质分解成氨基酸等水解产物。这在我国尚属首例。根据《李周》第四卷记载的话,“厨师耻于吃喝国王的食物,...而且还有20坛酱”,据知酱也大致出现在2500年前。日本朝日木下所著《实用酱油酿造法》说:“唐僧鉴真来朝鲜快六年了,有了味噌配方。”“味噌”就是酱。田萍圣保六年是公元755年,鉴真(688-763)在唐天保十二年(公元753年)游历日本,可见当时日本的制酱方法是从中国传过来的。
随着制曲技术的发展,人们对微生物活动的认识越来越深入,观察也越来越细致。
中国古代就有很多观察微生物活动的记载,有些方法和现代微生物学使用的方法比较接近。因此,酒曲的质量在不断提高,种类在不断增加,用途也越来越具体。
比如早在周朝,皇后穿的黄衣就叫曲衣,说明黄曲霉在当时的曲中占有显著优势,使曲呈现美丽的黄色。-东汉时期,在一些酿造方法中,曲的用量已经从百分之几十减少到百分之几,这说明曲的使用已经从糖化发酵剂变成了可以繁殖所需微生物的细菌。如果酒曲中的微生物不太纯,就很难保证酿造的成功。
晋代就已经有在酒曲中加入中草药的记载。如题《南方草木》记载两广制曲方法:“杵粉混多草叶,葛根汁处理。大如鸡蛋,放在茼蒿里,数月后制成,使用者将糯米兑成酒。”因为中草药中含有一些有助于微生物生长的维生素,所以酒曲中的微生物可以更好的生长,酿造出来的酒也有一种特殊的风味。
北魏时期,几乎所有的屈体都是“饼歌”。这种曲在外部有利于曲霉的生长,而在内部有利于根霉和酵母的繁殖。宋代就知道在制作歌曲时,把优秀的老歌涂在训练前的原曲表面,也就是所谓的“散凉”法。这类似于今天的接种操作,曲的质量更容易保证。
中国曲经过几千年的选育,出现了许多生产能力很强的品系。比如小曲中的根霉就有罕见的糖化力。
北魏贾思勰的《齐·姚敏书》是一部保存完整的古代农业科学巨著。在微生物学方面,这本书的内容也很丰富,记录了当时中国农业和农村手工业中有关微生物知识应用的许多重要史实,其中一些已经上升为比较系统和规律性的认识。是微生物学史上的重要经典。比如书中提出屈成熟的标准应该是屈充满各种细菌,所谓“五色服”;醋酸的形成与冷酸菌形成的膜(外衣)有关,认识到“外衣”是一种有生命的物质。书中还指出,白醪糟(很可能是厚囊菌形成的膜)对制醋有害。贾思勰用“鱼眼汤沸腾”这样生动的语言来描述酒精发酵过程中二氧化碳释放的现象。还需要指出的是,书中将麦粒制曲(黄衣)、面粉制曲(黄蒸)和发芽谷物(分蘖)并列为一章来讨论,说明当时就认识到了三者之间的内在联系。现在看来,这些与水解蛋白质和淀粉的水解酶有关。可以说作者有着类似于今天的“酶制剂”的膝跳意识。
最后需要指出的是,用我国几千年前劳动人民创造的淀粉原料制曲,是利用固体培养保存微生物的好方法。由于微生物在干燥条件下处于休眠状态,其活性很容易保持不变。这种方法所依据的原理一直应用到今天。
利用肥料和土壤——利用微生物提高土壤肥力早在春秋战国时期,人们就已经知道田里腐烂的杂草可以使庄稼茂盛,并且已经学会利用腐烂的杂草和粪便作为肥料。我们知道腐烂是微生物活动的结果,所以实际上当时已经利用微生物来提高土壤肥力了。
豆科植物根部的根瘤菌具有固定大气中氮的能力,因此豆科植物在提高土壤肥力方面具有重要作用。先汉后期(公元前一世纪)的《大捷》一书中就提到了瓜和小豆间作的种植方法。西晋郭在公元三世纪末所作的《广智》中,曾记载紫云英作为绿肥在稻田中栽培。书上说:“明,草青黄,为紫。12月种在水稻里,扩散性好。它可以很美,叶子可以吃。”这里说的“红薯”就是紫云英,又名红花。公元6世纪北魏的《齐姚敏书》对不同的轮作方式进行了比较,特别强调了豆类作物的轮作制度,结合了豆类保护、土地维护和土地利用。书上说:“凡粮田,绿豆,赤小豆底为上”,“凡粟田,新垦为上,大豆底为下,豆底为下。”这表明当时已经有了一个与豆类作物轮作或间作的谷物耕作系统。直到18世纪30年代,英国才建立轮作制,德国、俄罗斯等其他欧洲国家才大规模种植绿肥。
长期以来,中国农民都知道把种了多年豆科植物的土壤搬到新种豆子的地里,以保证新种豆子的良好生长。人们称这种方法为“外国土法”。现在看来,这其实是接种根瘤菌。这就是近代使用菌肥的萌芽。中国成都平原的农民长期采用根部接种根瘤菌的方法,即在收获大豆后,将大豆根部与根瘤和土壤一起捣碎,加入少量草木灰揉成小球,用稻草包裹,用于第二年的大豆拌种。这是“外国土法”的进一步发展,实际上是原始的菌肥。
中国在古代认识和利用微生物的成就是巨大的。此外,中国古代还有关于狂犬病治疗和采用疫苗接种的有价值的创造和发明。