世界显学——“老窖学”

李后强

一般而言,“显学”是指盛行于世且影响较大的学科、学说、学派,最早见于《韩非子》:“世之显学,儒墨也。儒之所至,孔丘也;墨之所至,墨翟也。”

不同的时代有不同的显学,儒家学派、黄老学派、墨家学说与杨朱学派是中国较早的显学。显学主要是实践学派,重在行动。泸州老窖作为国际名酒,由它而建立的“老窖学”,自然是世界显学。

泸州老窖智能包装线(泸州老窖集团 供图,图片来源四川日报)

一、老窖的土壤微生物

众所周知,要建立一门独立的新学科,必须有客观性、必要性、可行性、空缺性,是面临已有学科知识无法解决的难题。那么,老窖问题是否都能用已有学科理论解决呢?回答是否定的。

泸州老窖的窖泥、制曲、菌株、发酵、勾调等每个环节涉及的科学问题,现有学科几乎都是盲人摸象,根本没有全面清楚而精准深入的认识。特别是我们对于窖泥微生物的生理特性知之甚少,至少有90%的未知数。因为有99%以上的土壤微生物(soil microorganism)在实验室无法培养,本质性原因是我们无法营造土壤那种适合微生物存在繁殖的环境,无法提供相应的营养物质。总结起来,主要原因有:土壤微生物的原生环境,实验室无法还原,某些土壤微生物需要与其他微生物、动物或植物共生才能存在、生长和有效发挥作用,特别是寄生性的微生物离开寄主就无法生存。归根结底,是土壤微生物的原生环境我们无法还原,它们之间的互相依赖条件,在实验室中不能精准提供。

泸州老窖酿酒作业(李欣 摄,图片来源:四川日报)

要认识老窖池泥土的特性,必须了解土壤微生物的个性。在自然界,土壤微生物有社会性和组织性,它们之间有各种相互联系和作用,比如协同、配合、等级、竞争、牺牲、欺骗等行为都存在,这是一门独立学科,叫“微生物社会学”,我们在《中国西部》杂志2023年第1期作了论述。很多微生物要相互协调才可以生长,发酵就是一种协同的集体行为,单个微生物没有发酵这样的宏观功能。很多种微生物对营养环境的要求很严格,这些具体的苛刻条件,人类现在还无法准确测得,所以也就无法做出对应某些微生物的最佳环境。

大多数土壤微生物是生存在营养物质极度匮乏的条件下,甚至是“贫营养”状态。它们来到人工环境就水土不服,因为高营养而抑制甚至停止生长。某些土壤微生物在生长过程中会产生过氧化物、超氧化物或羟基自由基等毒性物质,该类物质快速过量的积累会破坏微生物细胞的内膜结构,由此产生一些如SOS等应激机制来修复微生物,结果使适应能力较差或未能及时修复的微生物受到毒害抑制而处于休眠状态,乃至死亡。某些极端环境,如深渊、深海、冰川特别是火山喷发口、深海热液喷口,对于这类环境,人工还不能模拟,这些地方的微生物原位培养非常困难。因此,特殊窖泥十分珍贵,黄泥如同黄金。浓香型白酒酿制技术的难点就在土壤微生物的特殊性,这是与酱香、清香等白酒的最大不同之处。

泸州老窖酿酒生产现场(梁文波 摄,图片来源:四川日报)

土壤微生物是土壤中一切肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称,包括细菌、真菌、病毒、放线菌和某些古菌、原生动物及显微藻类。其个体微小,一般以微米或纳米来计算,通常1克土壤中有几亿到几百亿个,其种类和数量随成土环境及其土层深度的不同而变化。它们在土壤中进行氧化、硝化、氨化、固氮、硫化等过程,促进土壤有机质的分解和养分的转化。土壤微生物一般以细菌数量最多,有益的细菌有固氮菌、硝化细菌和腐生细菌。有害的细菌有反硝化细菌等。由于土壤具备了各种微生物生长发育所需要的营养、水分、空气、酸碱度、渗透压和温度等条件,所以成了微生物生活的良好环境。可以说,土壤是微生物的“天然培养基”,也是它们的“大本营”,对人类来说,则是最丰富的菌种资源库。尽管土壤的类型众多,其中各种微生物的含量变化很大,但一般来说,在每克耕作层土壤中,各种微生物含量之比大体有一个10倍系列的递减规律:

细菌(~10)>放线菌(~10,孢子)>霉菌(~10,孢子)>酵母菌(~10)>藻类(~10)>原生动物(~10)

由此可知,土壤中所含的微生物数量很大,尤以细菌居多。据估计,在每亩耕作层土壤中,约有霉菌150kg,细菌75kg,原生动物15kg,藻类7.5kg,酵母菌7.5kg。通过这些微生物旺盛的代谢活动,可明显改善土壤的物理结构和提高它的肥力。更有趣的是,2021年7月,美国科罗拉多州立大学土壤与作物科学副教授Kelly Wrighton领导的团队,在《自然-通讯》杂志上发表论文指出,土壤很像人类的肠道中,多酚可以成为生活在那里的微生物的食物来源,实验结果表明土壤微生物也“吃”多酚,与长期流行的“酶锁理论”背道而驰。该项成果打开了进一步研究多酚代谢及其如何适应自然碳循环的大门,也为老窖池泥土微生物研究提供了新思路。

自明朝延续至今的泸州老窖1573生产车间(图片来源:四川日报)

二、老窖的“十大猜想”

我们对老窖的认识不到50%,还有太大空间。泸州老窖的关键是老,这是时间概念,数学表达是——时间级数、时变函数、时变场论、时间隧道,与相对论、微生物动力学、微生物社会学等关系密切。窖池时间长,窖池黄泥就越成熟。酱香、清香没有老窖池的问题。目前关于老窖池泥土的研究已取得重大进展,但有些问题还属于猜想,需进一步深入研究证实。总结起来有“十大猜想”——

第一大猜想——老窖池泥土中的绝大多数微生物无法人工培养,这些菌种是白酒发酵的关键要素,对于浓香白酒质量和风味影响很大。

第二大猜想——老窖历史越久,泥土时间越长,发酵的杂菌越少,酒质就越好,杂菌递减速度与窖龄时间呈指数函数关系。

第三大猜想——老窖时间越长,微生物社会化程度和组织化程度越高,菌群共生依赖作用就越大,发酵功能就越强,有序程度与窖泥时间成正比关系。

第四大猜想——老窖时间越长,窖池泥土越老,有益微生物就越丰富多彩,多样性与时间呈现分形(fractal)结构,具有自相似性。

第五大猜想——老窖泥土越老,产生风味物质就越多,数量与窖龄的关系满足logistic方程,出现“周期倍增分岔”或者“混沌”特征。

第六大猜想——老窖泥土越老,微生物降解淀粉效果就越好,效率与窖龄呈几何级数增长。

第七大猜想——老窖池越老,发酵产生的有机物成分之间耦合程度越高,酒体口感和营养就越好,协同性与窖龄成正比关系。

第八大猜想——窖池越老,主体菌群稳定化程度就越高,寿命就越长,主要呈斐波拉契级数特征。

第九大猜想——老窖池是“时变场”,场效随时间变化,具有“电磁场”某些基本特征,可以形成辐射能量。

第十大猜想——老窖池是“复函数”,具有物质和能量交融的复数结构A=a+bi(a、b是实数,i是虚数单位),满足爱因斯坦的质能互变公式E=mC2(E是能量,m是质量,C是光速)。

这“十大猜想”构成老窖学发展的基本方向和研究重点,孕育着诺贝尔奖级的重大理论成果,中国学者最有可能率先突破,抢占有利高点。

泸州老窖龙泉井(王承伟 摄,图片来源:四川日报)

三、老窖池的时变特征

我们研究发现,老窖池发酵系统是“时变系统”,其特性随时间变化。火箭是时变系统的一个典型例子,在飞行中它的质量会由于燃料的消耗而随时间减少。另一个常见的例子是机械手,在运动时其各关节绕相应轴的转动惯量是以时间为自变量的一个复杂函数。时变系统的特点是,其输出响应的波形不仅同输入波形有关,而且也同输入信号加入的时刻有关,这一特点增加了分析和研究的难度。时变系统的运动比定常系统要复杂得多,描述时变系统的基本形式是变系数的微分方程或差分方程。在生物发酵工程中,应用最广的是所谓“冻结系数法”,这一方法的实质是在系统工作时间内,分段将时变参数“冻结”为常值,从而可分段地把系统看成为定常系统进行研究。物理学的电场与磁场都是时间和空间的函数,变化的磁场会产生电场,变化的电场会产生磁场,电场与磁场相互依存和影响,因此是时变场。“时变场”的定义是,场源随时间改变的场(如电磁场)。时变场也可以用麦克斯韦方程(MaxwellsEquations)微分形式描述。

我们在前面猜想中讲到,老窖泥土越老,产生风味物质就越多,数量与窖龄的关系满足logistic方程,出现“周期倍增分岔”或者“混沌”特征。实际上,老窖微生物生长繁殖不是完全自由行为,受到环境条件和营养物质的限制,也满足逻辑斯蒂增长模型(Logistic growth model)。(见图1)

图1 菌群数量与时间的逻辑斯蒂增长关系

用(x)表示菌株增长,N为菌株个体总数,K是环境最大容纳量(菌株最大产量100%),逻辑斯蒂模型的微分式是:

dx/dt=rx(1-x)

公式中的dx/dt表示增长速度,t是时间,r为速率参数,来源于实际调查时观察到的个性特征,就是菌株增长的潜力指数。这个公式是描述老窖菌株繁殖的有效模型,与“鱼生子”方程、“兔子繁殖”方程、“人口增长”方程类似——

X(n+1)=rXn(1-Xn)

这两个公式本质一样,都是抛物线方程(映射)。公式左边X(n+1)由右边Xn计算出来,这是“迭代运算”,实际上就是把输出值又当成输入值带入方程之中,把结果当成原因,反复不断地进行循环运算,就是迭代运算。当r值很大时(产能很大)就可能出现周期倍增分岔,产生混沌,甚至出现“蝴蝶效应”,“差之毫厘谬以千里”,相当于人体基因相差0.00000%就是不同的人。微生物发酵过程具有“蝴蝶效应”特征,在极致时也出于混沌状态,就是表面无序实际有序。卡姆定理(KAM定理)在老窖学中有用途,证明了可积分与不可积分、随机性与确定性、经典力学与量子力学、传统与现代没有绝对差异。“蝴蝶效应”是典型的混沌现象,就是对于初始值的极大敏感性(输入值只要有极小极小差别,结果就完全不同),本质上是由系统内部的非线性因素、“内在随机性”引发的,是普遍存在于宇宙间各种宏观及微观系统的现象,万事万物,莫不混沌,如混沌气象学、混沌经济学、混沌发酵学等。混沌学不仅极具理论价值,而且能直接或间接创造财富。1975年,费根鲍姆研究发现,周期倍增分岔(图2)发生时的参数之间的差率是一个常数,就是,若αn代表周期2的n次方的分支点(引起分岔时的α临界值),则(相邻倍化分岔点间的距离比)是一个常数:

这是一个关于分岔变化的重要参数,称为费根鲍姆第一常数。此外,他发现 2n 周期分岔的超稳定点之间的距离 wn /wn+1之比也趋于一个常数α,称为费根鲍姆第二常数,α=2.5029……这两个常数,是非常深刻的自然常数,类似于圆周率π=3.14159……自然对数底e=2.71828……一样重要,一样伟大。中国古代哲学讲到,无极而太极,太极生两仪,两仪生四象,四象变八卦......一分为二,二分为四,四分为八......大多数微生物生长繁殖过程也是这样,满足太极演化模型,呈现周期倍增分岔,多次分岔就成为混沌。

图2 费根鲍姆周期倍增分岔和第一常数、第二常数

四、老窖学的理论体系

由上面讨论可见,老窖的优势特别明显,甚至无法相比。1996年认定泸州大曲老窖池明代窖池4口,2006年5月泸州老窖酒酿制技艺入选首批“国家级非物质文化遗产”,2013年认定泸州老窖明清窖池1615口,明清酿酒作坊16处,藏酒洞3个。因此,泸州老窖被业界誉为老黄牛、老前辈、老东家、老寿星、老字号、老夫子、老爷子、老太爷、老江湖、老师傅、老百姓,具有老成持重、老马识途、老当益壮、老树新枝等特点,未来发展必须在“老”字上再做大文章,建立世界显学——“老窖学”。

“老窖学”是研究浓香白酒品牌影响度与窖池历史、泥土年龄、菌群行为、酿造工艺之间关系的学问,回答为什么“窖池老、酒质好”等学术问题。老窖学的理论体系包括众多分支,比如老窖文创学、历史学、艺术学、土壤学、原料学、制曲学、名人学、营养学、价值学、链条学、创造学、生物学、考古学、营销学、养生学、时间学、量子学、勾调学、美学等内容。老窖学也要研究老与少、旧与新、快与慢、高与低、强与弱、宽与窄等关系,构成“莫比乌斯环”“克莱因瓶”等拓扑结构,证明各种事物都是对立统一,各种关系只有一个面,差异在于维度、立场、观点和方法不同,这才是“天地同酿、人间共生”。

泸州老窖1573国宝窖池群为白酒行业首家全国重点文物保护单位(图片来源:四川日报)

回顾历史,在重启谈判期间,毛泽东与蒋介石饮用了泸州老窖大曲酒,毛泽东还用泸州老窖特曲宴请几内亚总统。卓琳同志曾对泸州老窖酒厂的同志说,“小平说泸州老窖香,好喝,他平时最喜欢喝泸州老窖大曲酒”。老窖走出了一条求真务实、守正创新、蹄疾步稳,按经济规律和社会规律办事的独特路子。泸州老窖,老而弥坚,春山更旺。

泸州老窖要充分发挥成渝地区双城经济圈(泸州)先进技术研究院的作用,真正解决“遗产悖论”、数字转型问题,要解决不会讲故事、不会讲科技的问题,要解决有理说不出、有理说不明、有理传不开的问题,要解决在社会上尤其是在市场上的失语、失声、失策、失权、失联等问题。泸州老窖的DNA是什么?独特优势是什么?文化标识是什么?在世界的唯一性是什么?等等,只有把这些问题和“十大猜想”彻底搞明白了,才能让老百姓真正认识老窖,喜欢老窖,享用老窖,维护老窖。如此,老窖才能成为全球品牌,“老窖学”才能成为当今世界显学。

泸州老窖国宝窖池(泸州老窖股份公司 供图,图片来源:四川日报)

写于2023年3月23日

来源:四川省地方志工作办公室

作者:李后强(四川省委省政府决策咨询委员会副主任,成都市社科联主席,四川省社会科学院教授、博士生导师)