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發(fā)酵，是人類使用了數(shù)千年的古老技藝，人們用這種技藝制造出了酒、醋、醬油、饅頭、面包等食品。19世紀(jì)中期，法國大科學(xué)家巴斯德發(fā)現(xiàn)了微生物在發(fā)酵過程中的關(guān)鍵作用，稍后，科赫建立了單種微生物的分離和培養(yǎng)技術(shù)，由此，為這種古老的技藝提供了現(xiàn)代科學(xué)基礎(chǔ)。

現(xiàn)在，不同學(xué)科對發(fā)酵的定義各有偏重，生物化學(xué)認(rèn)為發(fā)酵是指微生物在無氧條件下分解代謝有機(jī)物質(zhì)釋放能量的過程；微生物學(xué)對發(fā)酵的定義要寬泛得多，將利用微生物在有氧和無氧條件下的生命活動來制備微生物菌體及其代謝產(chǎn)物的過程，統(tǒng)稱發(fā)酵，或者更簡明地說，微生物所進(jìn)行的一切活動都可稱為發(fā)酵。

根據(jù)培養(yǎng)基是固態(tài)還是液態(tài)可將發(fā)酵分為液態(tài)發(fā)酵和固態(tài)發(fā)酵兩種類型。

液態(tài)發(fā)酵是指將微生物接種到液體培養(yǎng)基中進(jìn)行的培養(yǎng)過程；固態(tài)發(fā)酵是指利用固體培養(yǎng)基進(jìn)行微生物的繁殖，微生物貼附在營養(yǎng)基質(zhì)表面生長，所以又稱為表面培養(yǎng)。

現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)的主流是采用液態(tài)發(fā)酵，因為這種方式易于實施人工控制，較容易實現(xiàn)穩(wěn)定、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)目的?，F(xiàn)代液態(tài)發(fā)酵工業(yè)已經(jīng)可以對發(fā)酵過程的基本參數(shù)如溫度、PH值、罐壓、溶解氧、氧化還原電位、空氣流量、CO2含量等進(jìn)行自動控制。相比之下，固態(tài)發(fā)酵的設(shè)備相對簡單，但耗費勞動力多，占地面積大，容易污染，各種參數(shù)難以實施人工控制，生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大的成本較高，因此，處于相對弱勢的地位。

由于液態(tài)發(fā)酵占主流地位，科學(xué)研究的重點也集中于液態(tài)發(fā)酵，關(guān)于固態(tài)發(fā)酵的研究相對薄弱，具體到科技文獻(xiàn)上，目前大學(xué)中的《發(fā)酵工程》《發(fā)酵原理》教科書的主要內(nèi)容均是基于液態(tài)發(fā)酵的，固態(tài)發(fā)酵的內(nèi)容很少。2017年四川大學(xué)出版社出版的李家民先生主編的《固態(tài)發(fā)酵》是筆者所見的第一本（目前也是唯一一本）專門研究固態(tài)發(fā)酵的學(xué)術(shù)專著，具有填補(bǔ)學(xué)科空白的意義。

以白酒工業(yè)為例，可以清晰地看出液態(tài)發(fā)酵與固態(tài)發(fā)酵所處的地位及內(nèi)在意義。目前，中國白酒中產(chǎn)量最大的是以食用酒精為原料，加入香精或部分固態(tài)發(fā)酵基酒勾兌出的液態(tài)法或固液法白酒，保守的估計，約占白酒總產(chǎn)量的70%以上，食用酒精為液態(tài)發(fā)酵法生產(chǎn)，可見其占主流地位。但是，迄今為止，液態(tài)法和固液法的白酒在風(fēng)味口感甚至色譜骨架或主要成分上都無法與固態(tài)法的白酒相比，優(yōu)質(zhì)的國家名酒均是純糧固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)的。人們都知道純糧固態(tài)發(fā)酵才能生產(chǎn)出真正的好酒，但由于固態(tài)發(fā)酵是雙邊開放式發(fā)酵，自然接種，菌種復(fù)雜多變，發(fā)酵過程存在很多無法定量控制的因素，所以，關(guān)于固態(tài)發(fā)酵的科學(xué)理論研究也相對薄弱，人們沿襲著古老的傳統(tǒng)確實能做出好酒來，但卻沒有充分證明這酒之所以好的現(xiàn)代科學(xué)體系。

《固態(tài)發(fā)酵》的出版，將使這種局面發(fā)生根本性的變化。

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《固態(tài)發(fā)酵》是實踐經(jīng)驗總結(jié)與理論思考升華相結(jié)合的產(chǎn)物，該書主編李家民先生具有三十多年的釀酒工作經(jīng)驗，原沱牌舍得資深總工程師，是中國釀酒大師、中國白酒大師、中國首席品酒師，多年的實際經(jīng)驗讓他堅信：傳統(tǒng)固態(tài)工藝具有難以替代的作用，這種對固態(tài)發(fā)酵工藝地位的重視實際上是本書重要的思想出發(fā)點，因為從思想深處認(rèn)識到傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵不可替代的作用，就會自覺地探索其存在的科學(xué)合理性，就不會將基于液態(tài)發(fā)酵經(jīng)驗上的一些認(rèn)識奉為金科玉律，就會努力創(chuàng)造能解釋固態(tài)發(fā)酵諸種未解之謎的理論邏輯。

作者基于釀酒領(lǐng)域的經(jīng)驗總結(jié)出關(guān)于固態(tài)發(fā)酵的五法則三層次，簡稱“五三原理”：

1、各類微生物在發(fā)酵過程中，經(jīng)歷從菌種到種群再到群落的生態(tài)演替過程；

2、微生物所處環(huán)境中的物系——菌系——酶系相互作用影響或相互關(guān)聯(lián)，處于不斷變化的動態(tài)平衡中；

3、固態(tài)發(fā)酵中固——液——氣三相協(xié)同作用，三相的比例及轉(zhuǎn)化程度直接影響到發(fā)酵質(zhì)量；

4、自然封閉狀態(tài)下，整個微生物體系要經(jīng)歷從好氧→微氧→厭氧的代謝環(huán)境；

5、體系溫度變化表現(xiàn)為前緩——中挺——后緩落的共同特征。（《固態(tài)發(fā)酵》P18）

筆者以為，這“五三原理”只能從固態(tài)發(fā)酵實踐經(jīng)驗中總結(jié)出來，液態(tài)發(fā)酵產(chǎn)生不了這樣的理論，這是因為液態(tài)發(fā)酵方式主要是單一純菌種發(fā)酵，發(fā)酵環(huán)境為封閉可控的環(huán)境，這種工藝中不存在復(fù)雜的菌種——菌群——群落演替過程；液態(tài)發(fā)酵的主體基質(zhì)是液體，即使發(fā)酵液中存在少量的固形物，但對發(fā)酵的質(zhì)量可以忽略不計，不用考慮固——液——氣三種相態(tài)的協(xié)同作用與發(fā)酵質(zhì)量的關(guān)系。而固態(tài)發(fā)酵本身是開放的。多菌種微生物同時作用的體系，發(fā)酵過程中固、液、氣三相同時存在（固態(tài)發(fā)酵也是存在游離水的，含水量通?？刂圃?8～80%之間，大多數(shù)含水量在60%左右，典型的液態(tài)發(fā)酵發(fā)酵液的含水量在95%以上），就必須考慮多菌種，菌種發(fā)育成菌群落，以及固、液、氣三種相態(tài)這類復(fù)雜性的問題。多菌種微生物的實驗室在生產(chǎn)現(xiàn)場，而不在所謂的單菌種實驗室，只有豐富的現(xiàn)場經(jīng)驗，才能提供建立“五三原理”的知識基礎(chǔ)。同時，“五三原理”也是持續(xù)不斷的理論思考的結(jié)果，要是沒有扎實的基礎(chǔ)功底、自覺的現(xiàn)代科學(xué)哲學(xué)意識，也不能將千百年來無數(shù)釀酒工匠在實踐中都熟知的經(jīng)驗升華為具有現(xiàn)代科學(xué)意識的理論體系。

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雖然李家民先生的主要經(jīng)驗來自釀酒行業(yè)，但難能可貴的是，他將思考的目光投向了釀酒行業(yè)以外幾乎一切使用固態(tài)發(fā)酵的領(lǐng)域，其視野遍及食醋、醬油、醬類、豆豉、豆腐乳、果蔬、茶葉、中藥等諸領(lǐng)域，通過每個領(lǐng)域中的實踐經(jīng)驗，反復(fù)驗證“五三原理”，使其理論具有相當(dāng)程度的普適性。給筆者印象最深刻的是他將人體消化過程也理解為一種固態(tài)發(fā)酵過程，由此，打通了一切固態(tài)發(fā)酵的食品、飲料、調(diào)味品與人體健康間真正聯(lián)系的通道。按液態(tài)發(fā)酵的理念，其實也是當(dāng)前人類對發(fā)酵現(xiàn)象的主流認(rèn)識理念，搞清楚單一菌種（純種微生物）及其代謝物與人體的聯(lián)系似乎就可以作為發(fā)酵產(chǎn)品的健康指標(biāo)了，按這種理論，很多固態(tài)發(fā)酵物（如黃酒、醬菜）中很多微生物及其代謝物對人體健康是無益甚至有害的，但是，數(shù)千年的飲食實踐證明，這些發(fā)酵物并沒有對人體造成傷害，反而有很多案例表明其對人體健康的有益作用。按“五三原理”，這類問題將得到更合理的解釋：人體消化過程本身是復(fù)雜的、開放的固態(tài)發(fā)酵過程，它與固態(tài)發(fā)酵物本身的菌群及其代謝物的作用過程也是復(fù)雜的過程，絕非純菌種作用那么簡單，數(shù)千年飲食實踐證明的固態(tài)發(fā)酵物對人體的營養(yǎng)作用是確定的，有待于在復(fù)雜的菌系——酶系——物系及三種相態(tài)等條件下做出新的科學(xué)解釋；我還相信，新的科學(xué)解釋將會催生出更多的工程技術(shù)上的應(yīng)用，傳統(tǒng)的固態(tài)發(fā)酵品在人體健康領(lǐng)域?qū)⒂行碌淖鳛椤?/span>

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李家民先生的《固態(tài)發(fā)酵》是開山立派之作。

“開山”很好理解，本書是研究固態(tài)發(fā)酵的第一本學(xué)術(shù)專著，其所提出的“五三原理”為固態(tài)發(fā)酵這種古老但在現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)中日益被邊緣化的工藝提供了現(xiàn)代科學(xué)基礎(chǔ)，而且是一個體系，這種科學(xué)體系的進(jìn)一步發(fā)展會使固態(tài)發(fā)酵逐漸獲得和液態(tài)發(fā)酵同樣重要的工業(yè)地位。

“立派”，則還要啰嗦幾句。

為了說明問題，我們將《固態(tài)發(fā)酵》一書與另外兩本典型的發(fā)酵科學(xué)教科書進(jìn)行對比。一本是張星元先生編著的《發(fā)酵原理》，本書由科學(xué)工業(yè)出版社2005年出版第一版，當(dāng)時是我國第一本系統(tǒng)地闡述工業(yè)發(fā)酵的生物學(xué)原理的專著，2011年出版第二版，并且重印了兩次，可見是經(jīng)典教科書。另一本是韋革宏和楊祥主編的《發(fā)酵工程》，科學(xué)出版社2008年第一版，到2015年已經(jīng)是第十一次印刷了，也是經(jīng)典教科書了。

《發(fā)酵工程》是西北農(nóng)林科技大學(xué)、西南科技大學(xué)等多所高校的老師共同編著的國家“十一五”規(guī)劃教材，體系完整，以講述液態(tài)發(fā)酵的工藝和原理為主，對固態(tài)發(fā)酵的部分只作簡略的介紹不過五六頁的內(nèi)容，基本上等同于液態(tài)發(fā)酵的教科書。與之相比，《固態(tài)發(fā)酵》可以作為固態(tài)發(fā)酵的教科書，與《發(fā)酵工程》一起共同構(gòu)建起一個完整的現(xiàn)代發(fā)酵工程學(xué)科體系。

張星元教授對發(fā)酵科學(xué)有深刻的認(rèn)識，他認(rèn)為，發(fā)酵科學(xué)是復(fù)雜性的科學(xué)，關(guān)于發(fā)酵原理的研究只是剛剛起步，他將自已的學(xué)說只稱為“假說”，他提出了微生物生命活動的三個基本假說作為發(fā)酵科學(xué)的基本原理：

1、代謝能支撐假說：微生物細(xì)胞生命活動的驅(qū)動原理（微生物能學(xué)）；

2、代謝網(wǎng)絡(luò)假說：代謝網(wǎng)絡(luò)與代謝物流圖（微生物第二解剖學(xué)）；

3、細(xì)胞經(jīng)濟(jì)假說：細(xì)胞經(jīng)濟(jì)運行與生存保障原理（細(xì)胞經(jīng)濟(jì)學(xué)）。

李家民先生的“五三原理”和張星元教授的“三個基本假說”相比，更多的是來自于宏觀、中觀、微觀現(xiàn)象的綜合觀察與思考和對發(fā)酵中多種因素復(fù)雜機(jī)制的深入理解，而張星元教授則更側(cè)重于微生物內(nèi)部細(xì)胞活動和電化學(xué)的微觀理解，深入思考著能量、電子、氧化還原電位等問題，如果放大到工程應(yīng)用領(lǐng)域，這些原理更宜于作液態(tài)發(fā)酵工程的理論基礎(chǔ)，而對更復(fù)雜的固態(tài)發(fā)酵可能力有不逮。

同樣是構(gòu)建發(fā)酵科學(xué)原理的開創(chuàng)性著作，但明顯呈現(xiàn)出不同的流派風(fēng)格，在這個角度上講，李家民先生的《固態(tài)發(fā)酵》不僅是固態(tài)發(fā)酵科學(xué)的開山之作，也是現(xiàn)代發(fā)酵科學(xué)中基于綜合觀察思考之上的立派之作。當(dāng)然，這兩種流派之間是互補(bǔ)的，“五三原理”的每一項原理均需更多在微觀機(jī)理方面的深化認(rèn)識，“三個假說”也只有通過復(fù)雜的固態(tài)發(fā)酵工程檢驗才能進(jìn)一步完善為科學(xué)學(xué)說。從時間上看，《固態(tài)發(fā)酵》第一版出版于2017年，比前兩本書晚的多，在某種程度上，標(biāo)志著發(fā)酵科學(xué)的更新與進(jìn)步。當(dāng)然，不是說前兩本書就落后了，作為兩本優(yōu)秀的經(jīng)典教科書，它們至今仍具有不可替代的地位。通過對比，我們能清晰地看出，李家民先生在前輩科學(xué)家的基礎(chǔ)上，又更進(jìn)了一步，提出了更多的新見解、創(chuàng)建了更多的新知識，使發(fā)酵科學(xué)這個學(xué)科更加完善。我深信，未來的大學(xué)相關(guān)專業(yè)教科書體系中，必然有《固態(tài)發(fā)酵》的一席地位。

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筆者是在閱讀釀酒專業(yè)的文獻(xiàn)時，接觸到《固態(tài)發(fā)酵》一書的，讀后感到此書起自白酒、歸于人體，用“五三原理”將所有固態(tài)發(fā)酵活動統(tǒng)一為一個知識整體，構(gòu)建起微生物——植物——動物之間相互聯(lián)系作用的橋梁，可謂天人合一、物生合一，很受啟發(fā)。遂通過出版社聯(lián)系到李家民生生，做了專門采訪（采訪錄參見本期《中國白酒前沿科學(xué)探討——訪中國釀酒大師、原沱牌舍得總工程師李家民》）。

讀他書時，覺得從知識和經(jīng)驗積累上來看，作者應(yīng)是位六、七十歲的老先生，在成都環(huán)球中心見到李先生，發(fā)現(xiàn)他居然很年青，1964年生，今年尚不到55歲。由此可見他平時用功之勤，才能有這么精深的學(xué)術(shù)積累。交流中得知，李先生1982年進(jìn)入沱牌曲酒廠，從一線釀酒工人做起，上大學(xué)深造時，他已經(jīng)有了一定的工作經(jīng)驗，是帶著“問題”走進(jìn)大學(xué)課堂的，所以，在接受系統(tǒng)科班教育的過程中，他能主動思考，而且，經(jīng)常返回廠里做實驗，真正做到了理論與實踐相結(jié)合、相促進(jìn)。于此，我也理解了他與《發(fā)酵原理》《發(fā)酵工藝》兩本書行文風(fēng)格上的不同，那兩本書的作者均是大學(xué)教授，做學(xué)問的風(fēng)格偏重理論，體系嚴(yán)謹(jǐn)，即使有所獨創(chuàng)，也不越前人理論的大范圍，可稱之為“學(xué)院派”；李先生起自基層一線，對實際的生產(chǎn)實踐有真切的體會，他的文字充滿了實踐中才有的鮮活氣息，可謂“實戰(zhàn)派”。從《固態(tài)發(fā)酵》這本書中也可以讀到，很多技術(shù)來自李先生在釀酒實踐中的發(fā)明，如氣爆技術(shù)、釀酒智能機(jī)器人技術(shù)等。由于在生產(chǎn)企業(yè)工作，又擔(dān)任企業(yè)的副董事長兼總工程師，所以，他有條件把自己的想法通過生產(chǎn)實踐加以驗證，這方面，明顯地比大學(xué)教授們有優(yōu)勢。

在采訪中，真切地感受到李先生具有真正科學(xué)家才具有的天賦：好奇！他對一切新事物、新觀念都有濃厚的興趣，而且思維非?；钴S。他并不認(rèn)為《固態(tài)發(fā)酵》中的“五三原理”是固定不變的教條，相反，他認(rèn)為隨著認(rèn)識的深入，也許將來會提出“六三原理”或“六五原理”，他數(shù)次誠懇地說，特別想聽一聽對《固態(tài)發(fā)酵》一書的批評意見，以便在再版時修改完善。

李先生還是一位發(fā)明家，有四十多項發(fā)明專利，涉及釀造方法及工藝設(shè)備等多方面，他是中國發(fā)明家協(xié)會的副理事長。

在交流中，我們都強(qiáng)烈地意識到固態(tài)發(fā)酵的“五三原理”有很多向深處發(fā)展的空間，用李先生的話說，固態(tài)發(fā)酵是一座取之不竭、用之不盡的巨大金礦，未來會有很多新發(fā)現(xiàn)，我們期待李先生更多的創(chuàng)造。

深度閱讀推薦

1、李家民 主編《固態(tài)發(fā)酵》 四川大學(xué)出版社 2017年4月第一版

此書詳細(xì)介紹了作者原創(chuàng)的固態(tài)發(fā)酵“五三”原理的背景和內(nèi)容，結(jié)合固態(tài)釀酒生產(chǎn)實踐對“五三”原理的實施方式進(jìn)行了詳細(xì)展示，并探討了“五三”原理在調(diào)味品、豆制品、果蔬、茶葉發(fā)酵，以及人體消化道微生態(tài)、中藥發(fā)酵、固態(tài)真菌培養(yǎng)、生物質(zhì)能源、廢棄物固態(tài)發(fā)酵轉(zhuǎn)化等多個領(lǐng)域中的應(yīng)用。

此外，書中還記載了李家民先生關(guān)于固態(tài)釀酒方面多年的實踐總結(jié)和工藝技術(shù)研究成果實例，如原糧釀造，汽爆技術(shù)，“七因制宜”釀造幽雅、舒適、健康型白酒，仿生智能釀酒機(jī)器人的開發(fā)應(yīng)用等。

《固態(tài)發(fā)酵》一書為相關(guān)領(lǐng)域的專家學(xué)者和生產(chǎn)技術(shù)人員提供了參考資料，同時也為釀造發(fā)酵和其他相關(guān)專業(yè)的學(xué)生提供一種新視角的學(xué)習(xí)教材。要想完全讀懂李家民先生的《固態(tài)發(fā)酵》一書，需參閱其它相關(guān)的發(fā)酵工程方面的書籍與教材，如《發(fā)酵原理》《發(fā)酵工程》，這樣才能看出此書獨特的學(xué)術(shù)意義。

2、韋革宏、楊祥 主編 《發(fā)酵工程》 科學(xué)書版社 2008年2月第一版

此書為普通高等教育“十一五”規(guī)劃教材，書中全面介紹了發(fā)酵工程的概念、原理、發(fā)展方向及應(yīng)用領(lǐng)域。全書在內(nèi)容安排上分為兩大部分，前半部分即第一章至第七章主要闡述發(fā)酵工程的基本概念、理論及基本原理。后半部分即第八章至第十一章主要介紹發(fā)酵工程在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、新型能源、環(huán)境保護(hù)、食品釀造等方面的應(yīng)用?！栋l(fā)酵工程》一書可供農(nóng)林院校、綜合性大學(xué)、師范院校的生物學(xué)專業(yè)與其他相關(guān)專業(yè)的本科生使用，也可供從事發(fā)酵工程工作的科技人員及相關(guān)人士參考。

3、張星元 編著 《發(fā)酵原理》 科學(xué)出版社 2011年3月第二版

本書分別從能量流、物質(zhì)流和信息流三個方面揭示了微生物代謝的運動本質(zhì)，首次提出了發(fā)酵科學(xué)關(guān)于微生物生命活動的“三個基本假說”。并把微生物育種和微生物培養(yǎng)的工藝視為一個整體，以“三個基本假說”為依據(jù)，提出了關(guān)于現(xiàn)代工業(yè)發(fā)酵的一系列應(yīng)用性推理，將工業(yè)發(fā)酵提升到現(xiàn)代生物技術(shù)及生物工程的高度。
書中認(rèn)定微生物是工業(yè)發(fā)酵的行為發(fā)生主體，是發(fā)酵生產(chǎn)線上必不可少的細(xì)胞機(jī)器，并且為典型的工業(yè)發(fā)酵的細(xì)胞機(jī)器建立了工作模型，在這個模型的基礎(chǔ)上提出了工業(yè)微生物代謝的“五段式”和工業(yè)發(fā)酵的“五字策略”。示范了與微生物平等友好、合作共贏的思維方式。《發(fā)酵原理》一書適合于生物工程、生物技術(shù)專業(yè)的高年級本科生使用，并可供生物工程、生物技術(shù)領(lǐng)域的教師、研究生和科研人員參考。