工微巨擘__烛照科史——陈騊声的科技创新与贡献_王坚.pdf

SCIENCE442023 年 3 月|75 卷 2 期自从西方传教士陆续抵达古老的中华帝国伊始，西学东渐即揭开了中国波澜跌宕的近现代化序幕。这场持续数百年的文明交会，以精致玲珑、别具匠心的发明物作为传播的切入点，更为中国传入了欧洲的科技知识以及其背后的逻辑与思想。适逢明清交际的 17 世纪，中国封建王朝已然行至强弩之末，而在地球另一边的荷兰，喜好把弄放大透镜的 列 文 虎 克（A.van Leeuwenhoek,16321723）利用自制的显微镜率先观察到“非常微小的动物”，近代科学史上的一门新学问“微生物学”因之诞生。1854 年，法国化学家巴斯德（L.Pasteur,18221895）在解决酒精厂的发酵问题时，发现并认识了酵母菌等微生物的关键作用，酿造科学（即工业微生物学）就此获得质的突破并发生飞跃。而这些前沿科学及相关知识传播至中国，则要待到晚清洋务运动中的著名人士英国传教士傅兰雅（J.Fryer,18391928）创刊格致汇编之后。1与此同时，公派至欧洲的留学生归国效力，带回工业微生物学的理论与技术知识并在一定范围和程度上进行了普及，为此后中国传统酿造工业的技术革新和发展奠定了基础。中国的现代工业微生物学发轫于 20 世纪初期，陈騊声（字陶心，18991992）、魏喦寿（19001973）、朱宝镛（19061995）、金培松（19061969）、方心芳（19071992）、秦含章（19082019）等均为该领域的早期实践者2，对工业微生物学在中国的落地生根、发育壮大以及人才培养等，皆具开创性贡献。辗转求学，归国效力福建省闽侯县（今福州市）可谓中国生化、化工专家的发源地之一，这里曾经走出了许多中国近代学术史上享誉中外的先驱人物，其中有余泽兰（18931956，生物化学家）、李乔苹（18951981，化学教育家）、俞同奎（18761962，化学教育家，中国首位化学教授）、王琎（18881966，分析化学家）、虞宏正（18971966，胶体化学家）、傅鹰（19021979，物理化学家）等，陈騊声也生于此地。陈騊声是中国首位从事微生物工业研究和实践的科学家和技术专家。1919 年，他考入当时全国唯一的王坚，副教授；田宝文，硕士研究生：山西大学科学技术史研究所，太原 030006。Wang Jian,Associate Professor;Tian Baowen,Master Student:Institute for History of Science and Technology,Shanxi University,Taiyuan 030006.工微巨擘 烛照科史陈騊声的科技创新与贡献 王 坚 田宝文陈騊声是中国微生物工业和工业微生物学科从无到有的重要践行者和缔造者之一。他在革新中国传统发酵科技、建立与完善工业微生物新体系、开拓微生物高等教育等领域，均具创始之功。三位中国发酵工业的早期实践者合影 左起分别为秦含章、陈騊声和朱宝镛。科 学 源 流ORIGIN&DEVELOPMENT45WeChat:kexuemag工科学校国立北京工业专门学校的应用化学科。1922 年毕业，因成绩优异，先经其姐夫李乔苹介绍，到福建省厦门集美学校（今集美中学）任教，后又经俞同奎 先生推荐，赴北京溥益实业公司在济南开设的山东溥益制糖公司酒精厂，任化学技师，从事制糖和酒精酿造的研发工作。然而，由于时局动荡，经济艰难，公司终因原料供给不足而难以维系，被迫停工，陈騊声遂辗转于国内多所学校任教。1930 年参加留学考试并顺利考取资格，却由于经费问题无法成行，于是暂往国民政府实业部工作，兼任中央工业试验所研究员和酿造工场主任。在此期间，对酒精的传统酿造技术做出了创新性改进。1932 年，在 法 学 家 林 志 均（字 宰 平，18781961）和中央工业试验所的支持下，留学资金问题终于得以解决，陈騊声得偿所愿，远赴美国路易斯安那州立大学奥杜邦糖业学院（今为研究所），学习和研究糖分析和真菌学。据陈騊声回忆3，对他影响至深的是讲授微生物学的克里斯托弗教授（Dr.Christopher），为其提供了大型实验室供专用，并指导他撰写首篇专业论文。此外，他还拜酒精发酵专家欧文（W.V.Owen）博士为师，利用其实验条件研究酒精发酵的课题，并于 1933 年发表论文中国发酵产品的微生物学研究（microbiological studies of Chinese fermentation products）4。其后，又经欧文推荐，转往拥有一流发酵微生物学科的威斯康星大学进一步深造。在那里，受教于美国工业微生物学界耆宿彼得森教授（Prof.Peterson），同时还选修了土壤微生物学、食品微生物学、普通微生物学、高级有机化学和医学微生物学等课程。待到美国的所有学业完成后，陈騊声遍访欧洲多国，参观调研英国伦敦、法国巴黎，以及德国、意大利和瑞士等地的研究机构和发酵产业，开阔了学术视野。1934 年，陈騊声回国并受聘于中央工业试验所和中国酒精厂（当时远东地区最大的酒精厂，1954 年后更名为上海溶剂厂），担任总工程师和总化学师之职，同时兼任国立交通大学发酵化学特别讲座。抗战全面爆发后，工厂及设备毁于敌机轰炸，被迫停工停产。陈騊声在战火与炮声中继续科研工作，埋头著述与教育。中华人民共和国成立后，他一直担任上海酒精厂的技术顾问，1957 年卸任。19551982 年期间，在上海工业微生物研究所主持科研工作。19821992 年，任上海科学技术大学（1994 年后合并入新成立的上海大学，原址为今上大嘉定校区）教授和名誉教授。创 新 成 就20 世纪初，随着世界各国工业化进程的逐步加速，化学工业领域的诸多生产都亟需酒精。例如，交通运输业发达，导致液体燃料的需求急增，酒精可当作部分汽油的替代品；医药卫生行业也离不开酒精；而油漆和合成橡胶等有机化工更视其为基础原料。于是，酒精成为当时国家工业进步的一个指标，即哪国掌握了最先进的酒精发酵技术，就能在工业竞争中领先一步。陈騊声在微生物工业技术上的创新和成就，主要集中于酒精发酵以及由此触类旁通的其他发酵技术上，他对酒精发酵技术的专研长达 70 年。酒精发酵技术1930 年代，国内的酒精制造尚处于起步阶段，条件落后，经验匮乏，主要的生产大多仰赖于从国外高新聘请专家。然而自陈騊声始，受制的境况开始有了明显改善。譬如，早年在溥益制糖公司任职时，外聘的日本技术专家渡边欲使用糖蜜发酵，但多次尝试均以失败告终，而陈騊声凭借其渊博的学识和过人的技术经验，抗战全面爆发前的上海（1937）SCIENCE462023 年 3 月|75 卷 2 期直指问题要害，并对发酵全过程进行彻底改良，成功酿造出纯度极高的酒精产品。在中国酒精厂担任总化学师期间，他通过多次试验，发现并指出发酵原料的甘蔗糖蜜缺氮的症结，仅用一周时间即攻克了这项令英国工程师一筹莫展的技术难题，在中国酒精制造工艺和技术史上书写了浓墨重彩的一笔。在过去相当一段时间之内，中国酒精工业所用的原料都是糖蜜和淀粉粮食两种原料，而生产效率低下的关键原因是糖化率过低。从 1950 年代初起，陈騊声持续对黑曲霉菌进行了系统研究，揭示其含有活力更大、耐酸性和耐热性更强的糖化酶。后将所制备的黑曲霉菌用于酒精生产，发酵效率提高至 92%以上，达到国际先进水平。同时，他提出的液体深层通气法制液体曲技术，极大促进了中国酶制剂工业的发达和微生物工业的革新。此外，陈騊声还敏锐把握世界前沿科技动态，及时关注 1970 年代美日等国利用纤维素原料制造酒精、生产替代能源的技术，并与上海科学技术大学的同事进行了一定程度的合作研究。5酱油发酵技术在 20 世纪初期的中国，长期承袭古法（天然发酵）的酱油酿造技术鲜有改进。成品的成熟周期长（一年以上），且劳动强度高，同时受天气等自然条件影响很大。1930 年，任职于中央工业试验所的陈騊声认为，酱油的古法酿造技术从表面看来虽陈旧，但制出的产品却质优味美，倘若可以科学研究之、改造之，则可能以高速度和高产率酿成与之媲美的成品。于是，他遍察京沪一带的酱油和豉油酿造作坊，结合文献与比较研究，摸索总结相关的技术瓶颈和关键问题，揭示酱油酿制时因为大量使用淀粉质原料，致使原料中糖量过多，阻碍蛋白酶的活力，从而造成酱油的成熟时间过长。鉴于此，对菌种、酿造方式及用料等均进行了变革。先从古法酱油的“黄子”中分离出最强的蛋白质分解酶米曲霉菌，并制成种曲分发全国酱园使用，是为中国使用纯种种曲的滥觞。6 此外，又创“酱油速酿法”：将豆与麦一起制曲，先将曲中的麸皮或麦粒筛去，分别加盐水并保温发酵（Y 字形发酵法）各一个月，之后再合并发酵一个月。这样仅用两个月即可制造出成熟的酱油醪，7且质量与天然发酵一年以上的成品毫无差别。这项发明引起了国内酿造界的重视，被誉为中国酱油酿造改革的先声。8氨基酸发酵技术该项技术突破的契机源自 1950 年代味精工业对技术创新的需求，当时世界最新的生产技术是日本协和发酵工业公司木下祝郎发明的发酵生产法。陈騊声受该法启发，与上海市轻工业研究所食品发酵室（今上海市工业微生物研究所的前身）合作开展谷氨酸生产菌的筛选研究，经历数次失败后终获成功。9这项国产技术的诞生，极大提高了谷氨酸的产量（1960 年代年产量居世界首位），标志着中国味精生产工艺由一般的发酵步入代谢调控的新时代。此外，在乳酸、葡萄糖酸、柠檬酸等有机酸的制造技术方面，陈騊声也进行了先期研究。柠檬酸是重要的化学原料，是制造饮料、糖果及药品的必需品，但早期一直依靠国外进口。1952 年，陈騊声受华商屈臣氏汽水公司的委托，从事柠檬酸表面发酵技术的研究。针对初期实验中出现产酸量极低的问题，他和其他科研人员通过多种方法检测查验，经历数次失败，终究查明菌种、盐酸量、消毒等因素对产酸的重要作用。10其后，经过多期的进一步实验和研究，最终实现了柠檬酸从小型实验到大型工业化量产的突破。著 作 等 身除微生物工业生产技术领域的卓著成就外，陈騊声还将科研所得著述成文，著写了大量著作和论文。本文初步统计，其学术著作共 26 部（含译著 1 部，共 30 册，总计近千万字），包括陈氏早年任职溥益制糖公司和留中国酒精厂化验室一隅（1935）科 学 源 流ORIGIN&DEVELOPMENT47WeChat:kexuemag学归国后分别所作之世界各国之糖业与制糖工业及分析方法，以及发酵的诸多科技荟萃，如酒精（1936，商务印书馆，开中国酒精学术著作先河）、大学丛书系列的 酿造学总论和 酿造学分论（1941，商务印书馆，后分别改编为实用微生物学和高等酿造学）、酶化学（1954，商务印书馆，国内首部酶专著）、酒精发酵研究（1959，科学出版社，陈氏发酵学术集大成之作，曾于世界第二大书展莱比锡书展中展出，震撼学界）、抗生素发酵研究法（1958，上海科学技术出版社，学界曾误传其为抗菌素研究法）以及近百万字巨著 近代工业微生物学（上下册）（1979、1982，上海科学技术出版社）等。特别值得一提的是 1979 年出版的中国微生物工业发展史，这是一部珍贵且难得的科技史著作。陈騊声排除重重困难，呕心沥血，结合自身 50 余年从业经验，对中国古代酿造技术文献进行细致梳理和分析，总结了古代工业微生物领域的成就和贡献，方写成这部最早系统介绍中国发酵技术的专史。该书一经面世，引发学界的高度重视和普遍赞誉。有人称颂其是“继齐民要术之后中国的第一本工业微生物发展史”；英国科技史家李约瑟（J.Needham,19001995）对该书表示出强烈的兴趣；日本食品工业专家田中静一称赞其为“新中国发行的最好的书之一”。该书荣获 19791981 年国家优秀图书奖，其后被陆续翻译成英、德等多国文字出版发行。11陈騊声一生笔耕不辍，著述之外，还撰写发表学术论文 130 余篇。1922 年发表首文化学：本校现用之制革法（工业丛刊，1922 年第 1 期），到 1992 年发表最后一篇从事酒精发酵 70 年（化学通报，1992 年第 6 期），恰好涵盖其 70 年学术生涯。他独作或以第一作者发表篇数