中国古代认识和利用微生物的成就

作者：程光胜    门大鹏
微生物，顾名思义，是指那些微小的、靠肉眼难以看到或看清的生物，一般包括病毒、细菌、放线菌和真菌（又分酵母菌和霉菌）四大类。因为它们个体很小，在显微镜发明之前，人们并未直接认识到这些生物的存在。但是事实上，从人类开始出现，就在许多方面和它们打交道，在利用有益微生物和防除有害微生物方面，不断地积累经验。

几千年来，我国劳动人民在认识和利用微生物方面，有过许多重大发明创造；在中华民族的文明宝库中，它们像一颗颗晶莹的明珠，放射着中国人民聪明才智的光辉。

在这里，我们打算谈谈我国古代在和工业、农业有关的微生物学方面的某些重大成就。

独具一格的制曲和酿酒

根据历史记载，我国酿酒历史至少有四五千年。殷墟出土的商代甲骨文中，有和现代汉字形体相似的◆字。在殷墟中发现的酿酒作坊遗址，证明早在三千多年前，我国的酿酒事业已经相当发达。

用谷物酿酒，须经过把淀粉分解成葡萄糖（糖化）、再把葡萄糖转化成酒精和二氧化碳（酒精发酵）两个主要过程。记叙殷商历史的书籍中，有“若作酒醴，尔惟曲蘖”（《尚书·说命下》）的字句，说明当时酿酒已经用了长微生物的谷物（曲）和发芽的谷物（蘖）。但是，在汉代以前，酿酒已经只用曲了。当时，由于制曲的时候利用了某些有利条件，曲中应该大量含有混杂生长着的霉菌和酵母，分别起着糖化和酒精发酵的作用。用这种曲酿酒，可以使酿酒的糖化和酒精发酵两个过程连续而又交叉地进行。今天称这种方法叫复式发酵法。这是我国劳动人民在酿酒工业中的一大发明。我国出产的风味别致、驰誉世界的黄酒“善酿”和白酒“茅台”，都是复式发酵法不断发展中产生的名酒。古代西方用麦芽酿成啤酒。直到今天，西方各国主要的谷物酒仍然是用麦芽糖化、再加入酵母进行酒精发酵制成的（例如威士忌酒、伏特加酒等）。十九世纪末，欧洲人在研究了我国的酒曲后，才知道我国这种独特的方法，把它称作“淀粉发酵法”。

《礼记·月令·仲冬篇》中，提出过六个酿酒要素，大意是：用的谷物必须备齐，曲糵生产必须及时，浸谷蒸饭必须清洁，用水必须清澈无味，陶器必须精良，温度控制必须得当。在《周礼》卷五《天官冢宰下》中还有“五齐”、“三酒”等酒名的记载。我们可以认为，“五齐”是指酿酒过程中的五个阶段，“三酒”是发酵成的不同类型的几种酒。这充分表明，早在三千年前，对曲糵酿酒的观察已经很周到，对曲中微生物的生长发育规律已经有一定认识，酿酒技术已经相当进步了。

东汉末，曹操（155-220）曾经向皇帝上疏提出一种“九酝酒法”，也就是连续投料的方法。这样可以防止由于糖度过高抑制发酵，酿成的酒自然更加醇厚了。直到今天，我国江浙一带的加饭酒，仍然采用这种方法制造。应当指出，两千年前总结过的这种方法，和今天发酵工业中连续投料或在发酵过程中多次追加原料（就是流加）的方法，所依据的原理是相同的。

从有关制曲酿酒的我国古籍中还可以见到，在很早以前，我国就已经有了许多发酵技术方面的创造，如用酸浆调节发酵，加热杀菌以防止酒变质，加蜡或加油消除泡沫等。

在制曲酿酒方面，特别应该提到红曲。这是我国劳动人民的一项重大发明。据历史记载，红曲的出现不会晚于公元十世纪。宋代诗人曾经有过“夜倾闽酒赤如丹”的诗句，可见用红曲酿成的酒，在宋代已经相当普遍了。在长期生产实践中，人们学会了用明矾处理大米使它维持酸性、分期加水调节通气量和时摊时聚调节温度等特殊手段，使具有耐酸、耐热、耐缺氧特性、兼具糖化和酒精发酵能力的红曲霉能够长透大米粒内外，这充分显示了当时培养微生物技术的高超。红曲是我国特产，不仅可以酿酒，又是一种无害的食品染料，并且可以作药用。

用曲治病，早在春秋时期就有记载。如《左传》载，鲁宣公十二年（公元前597年）申叔展问还（xuán）无社：“有麦曲乎？曰无。叔展曰：河鱼腹疾，奈何？”但是专门生产药用曲的记载，首先见于南北朝时期的梁代（公元502年到557年）的《春秋纬》一书，书中说道：

“麦阴也，黍阳也。先浸曲而投黍是阳得阴而沸。后世曲有用药者，所以治疾也。”明代已经把药用曲特称“神曲”。今天，神曲仍是民间常备的一种消食、行气、健脾、养胃的药物。

在制曲技术发展的漫长过程中，还分化出专用于酿醋、制酱和腌制食品的各类曲。

酿醋是使酒精进一步氧化成醋酸，在西方是以酒作原料进行醋酸发酵而成的。《周礼》卷六中有“醯人”的记载，“醯”是当时的醋，说明至少在两千五百年前，我国就知道制醋了。到南北朝后期（公元六世纪），已经有用谷物作原料固体发酵酿醋的萌芽，后来就全用谷物直接酿醋了。用谷物固体发酵酿醋，是我国酿醋方法的特点，由于曲中微生物种类多，使醋中除醋酸外，还有像乳酸、葡萄糖酸等有机酸，因而醋的风味更好。

制酱，是利用曲中微生物产生的蛋白酶，把豆类、肉类等食品中大量含有的蛋白质分解成氨基酸等水解产物。这是我国首创的。据《周礼》卷四记载的“膳夫掌王之食饮膳羞，……酱用百有二十瓮”一语，可知酱大致也是在两千五百年前出现的。日本木下浅吉所著《实用酱油酿造法》中说：“天平胜宝六年，唐僧鉴真来朝，传来味噌制法。”“味噌”就是酱。天平胜宝六年是公元755年，鉴真（688-763）于唐天宝十二年（公元753年）东渡日本，可见日本的制酱方法是在那时由我国传去的。

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，观察也越加仔细了。

我国古代已经有不少观察微生物活动的记录，有些方法和近代微生物学所采用的方法相接近。因此，曲的质量不断提高，种类增多，用途也日趋专一。

例如，早在周代，王后穿的黄色礼服叫做曲衣，这说明当时的曲中黄曲霉已经占显著优势，使曲呈现美丽的黄色。

东汉时代，有些酿酒方法中，用曲量已经由原来的百分之几十降低到百分之几，这表明曲的用途已经由糖化发酵剂变成使所需微生物繁殖的菌种了。如果曲中的微生物不是相当纯，就难以保证酿酒的成功。

晋代已经有曲中加入中草药的记载，如嵇含著《南方草木状》  记载两广的制曲方法：“杵末粉杂以众草叶，治葛汁，滫搜之大如卵，置蓬蒿中，经月而成，用者合糯为酒。”由于中草药里含有某些有助于微生物生长的维生素等，曲中的微生物能长得更好，酿出的酒也具有特殊风味。

北魏时代，曲的形式已经几乎全部是成块的“饼曲”了。这种曲，外面有利于曲霉生长，内部却有利于根霉和酵母的繁殖。

到宋代，已经知道制曲的时候把优良的老曲涂在培养前的生曲表面，所谓“传醅”的方法。这类似于今天的接种操作，曲的质量就更加容易保证了。

正是通过千百年来的选育，我国的曲中有许多生产能力极强的菌种。例如小曲中的根霉，它的糖化力之强是罕见的。

北魏贾思勰著的《齐民要术》一书，是完整地保存下来的一部杰出的古代农业科学著作。在微生物学方面，这部书也有丰富的内容，它记录了我国当时农业和农村手工业中应用微生物知识的许多重要史实，有些还上升为比较系统的规律性认识。在微生物学发展史上，它是一部重要经典。例如，在书中提出，曲成熟的标准，应该是曲中长满了各种菌，所谓“五色衣成”；把醋酸的形成和醋酸菌形成的膜（衣）联系起来，并且意识到了“衣”是有生命的物质。书中还指出，白醭（很可能是糙膜酵母形成的膜）对酿醋是有害的。贾思勰用“鱼眼汤沸”这样生动的语言，描述了酒精发酵的时候二氧化碳释放的现象。还应当指出，书中把制酱用的以麦粒制成的曲（黄衣）、面粉制成的曲（黄蒸）和发芽的谷物（糵）放在一起列作一章来论述，表明当时已经意识到这三者之间的内在联系。现在看来，这些都是和水解蛋白质、淀粉的水解酶类有关的。可以说，作者已经有了类似今天“酶制剂”的朦胧意识。

最后还应该指出，几千年前我国劳动人民创造的用淀粉质原料制曲，是一种利用固体培养物保存微生物的好办法。因为在干燥条件下，微生物处于休眠状态，活性容易保持不变。这种方法所依据的原理一直应用到今天。

用肥和养土——利用微生物提高地力

早在春秋战国时期，人们已经知道腐烂在田里的杂草可以使庄稼长得茂盛，已经懂得用腐烂的野草和粪作肥料了。我们知道，腐烂是微生物活动的结果，所以，事实上当时已经开始利用微生物来提高地力了。

豆科植物根部的根瘤菌，有固定大气中氮素的能力，因此豆科植物在提高土壤肥力上具有重要的作用。前汉后期（公元前一世纪）的《汜胜之书》中，曾经提到瓜类和小豆间作的种植方法。公元三世纪末西晋郭义恭著的《广志》一书中，已经有稻田栽培紫云英作绿肥的记载。书中说道：“苕，草色青黄，紫华，十二月稻下种之，蔓延殷盛，可以美田，叶可食。”这里所说的“苕”，就是紫云英，又叫红花草。到公元六世纪北魏的《齐民要术》一书中，已经对不同轮作方式进行了比较，特别强调了以豆保谷、养地和用地相结合的豆类谷类作物轮作制。书中说道：“凡谷田，绿豆、小豆底为上”，“凡黍穄田，新开荒为上，大豆底为次，豆底为下。”这说明当时已经有了和豆类作物轮作或间作的谷物耕作制度。到十八世纪三十年代，英国才有轮作制，欧洲其他国家如德、俄等国，才大规模种植绿肥。

长期以来，我国农民就知道把多年种过豆科植物的土壤移到新种植豆类的田里去，以保证新种植豆类的良好生长。人们称这种方法叫“客土法”。现在看来，这实际上是接种根瘤菌。这是近代使用细菌肥料的萌芽。我国成都平原的农民，很早就采用了一种接种根瘤菌的方法，就是在收获大豆以后，把大豆根连同根瘤和泥土捣碎，掺入少量草木灰揉成小团，用稻草包扎好，以备次年大豆拌种用。这是“客土法”的进一步发展，实际上是原始的细菌肥料。