作者：錢維宏 北京大學(xué)物理學(xué)院

在人類文明的長卷中，釀造技藝恰似一顆貫通古今的明珠 —— 它既沉淀著先民與自然對話的傳統(tǒng)智慧，又閃爍著人類對物質(zhì)運動規(guī)律的探索光芒。從遠古的咀嚼發(fā)酵到手工揉面、人工踩曲，再到現(xiàn)代機械制曲，每一次工藝迭代，都是對 “粒子運動與生命代謝” 協(xié)同規(guī)律的深化認知與巧妙運用。今天，就讓我們穿透時光的薄霧，解碼釀造世界里的趣味故事、科學(xué)原理與動力學(xué)奧秘。

一、釀造：一場穿越千年的 “轉(zhuǎn)化實驗”

釀造，或許是人類最早掌握的 “生物轉(zhuǎn)化技術(shù)”。那些看似神奇的蛻變 —— 糧食化作甘醇，淀粉轉(zhuǎn)為酒香 —— 實則是微生物主導(dǎo)的有序代謝：淀粉先分解為糖，糖再發(fā)酵為酒精與風(fēng)味物質(zhì)。這場持續(xù)千年的 “實驗”，始終圍繞一個核心命題：如何通過外力干預(yù)，讓粒子運動與微生物代謝達成更高效的協(xié)同。

古代先民偶然發(fā)現(xiàn)：嚼碎的谷物在溫暖潮濕的環(huán)境中會漾出特殊香氣，這便是最早的咀嚼法發(fā)酵。這種 “原始” 方法藏著樸素的智慧 —— 牙齒的研磨讓谷物顆粒破碎，為唾液中的微生物與酶打開了接觸底物的通道。后來，手工揉面、人工踩曲等技藝相繼出現(xiàn)，不僅提升了轉(zhuǎn)化效率，更通過外力的精準調(diào)控，為酒體注入了更豐富的風(fēng)味層次。

如今，機械制曲已成為規(guī)模化生產(chǎn)的主流，它以標準化參數(shù)控制粒子碰撞的強度與頻率，實現(xiàn)了品質(zhì)的穩(wěn)定輸出。但傳統(tǒng)工藝的獨特魅力從未褪色：人工踩曲的 “外緊內(nèi)松” 結(jié)構(gòu)、手工揉面的 “力道韻律”，這些由人體感知調(diào)控的外力模式，總能釀出機械難以復(fù)制的復(fù)雜風(fēng)味 —— 仿佛每一滴酒，都凝結(jié)著釀酒人對 “力與生命” 的深刻領(lǐng)悟。

二、釀造背后的動力學(xué)密碼：力、粒子與微生物的共舞

釀造的本質(zhì)，是一場 “力驅(qū)動下的生物化學(xué)反應(yīng)”。從手工操作到機械加工，所有工藝的核心都指向同一個目標：通過控制粒子碰撞的角度、強度與頻率，為微生物創(chuàng)造最優(yōu)的代謝環(huán)境。碰撞的強度與頻率決定能量大小，而碰撞的角度則影響能量的分布密度 —— 這些物理參數(shù)，最終會轉(zhuǎn)化為微生物的 “生存密碼”。

當牙齒咀嚼、雙手揉面或雙腳踩曲時，人體施加的力會引發(fā)糧食粒子的多角度碰撞：可能是 180 度的迎面沖擊，也可能是 90 度的正交擠壓，或是其他角度的摩擦研磨。這些碰撞產(chǎn)生的能量，一方面讓顆粒破碎（增大比表面積，便于微生物 “覓食”）；另一方面重塑物料結(jié)構(gòu) —— 而結(jié)構(gòu)，直接決定了微生物的生存微環(huán)境。

以人工踩曲為例：雙腳的壓力與摩擦讓曲料形成 “外緊內(nèi)松” 的梯度結(jié)構(gòu)。外層緊實區(qū)域氧氣少、溫度低，適合耐厭氧微生物繁衍生息；內(nèi)層疏松區(qū)域氧氣充足、溫度高，利于好氧菌活躍代謝。這種由粒子碰撞力度差異形成的 “微環(huán)境分層”，讓多種微生物各展所長，最終賦予酒體 “焦香 - 醇香 - 酯香” 的復(fù)合風(fēng)味。它們與“醬香 - 濃香 - 清香”之間的聯(lián)系在于都是描述白酒香氣的重要術(shù)語，且在不同香型的白酒中有著不同的表現(xiàn)和層次。

機械制曲則走了另一條路徑：通過攪拌槳的剪切力與壓輥的正壓力，實現(xiàn)粒子碰撞強度與方向的標準化。這種 “均勻受力” 模式讓曲料結(jié)構(gòu)一致，微生物代謝更同步，雖風(fēng)味層次相對單一，但穩(wěn)定性極強 —— 批次差異可控制在 5% 以內(nèi)，遠低于人工踩曲的 15%-20%。

三、釀造工藝的趣味動力學(xué)：從人體到機械的 “力傳遞藝術(shù)”


（一）咀嚼法發(fā)酵：牙齒與唾液的 “初加工默契”

作為人類最古老的釀造智慧，咀嚼法的動力學(xué)邏輯藏著巧妙的協(xié)同。當牙齒以不同角度擠壓、研磨谷物時，顆粒間的碰撞會扯斷淀粉分子鏈，讓原本致密的結(jié)構(gòu)變得疏松，比表面積瞬間增大 —— 這就像為后續(xù)的生物反應(yīng)打開了 “快速通道”。與此同時，唾液中的淀粉酶隨著咀嚼動作均勻附著在顆粒表面，像一把把精準的 “分子剪刀”，提前剪開淀粉分子，啟動初步糖化；而唾液中天然存在的鏈球菌、乳酸菌等微生物，則趁機在破碎的顆粒間隙中 “安營扎寨”，為后續(xù)發(fā)酵儲備 “生力軍”。

這種 “人體自帶的加工系統(tǒng)”，本質(zhì)是牙齒的力學(xué)作用（碰撞角度、研磨強度）與唾液的生物活性的完美耦合，完成發(fā)酵前的 “預(yù)處理”。就像母親用咀嚼后的食物喂養(yǎng)嬰幼兒時，那份混合著體溫與微生物的 “初加工”，既傳遞著血脈相連的關(guān)愛，也暗合了最原始的生物轉(zhuǎn)化邏輯。可以說，咀嚼法是人類最早 “讓力學(xué)與生物學(xué)共舞” 的實踐。

（二）手工揉面：雙手掌控的 “力與微生物平衡術(shù)”

揉面看似是簡單的物理動作，實則是通過雙手的力道變化，調(diào)控微生物的生存節(jié)奏。當手掌推、拉、壓面團時，面粉顆粒會在力的作用下發(fā)生多方向碰撞：縱向的拉伸讓顆粒間形成細密縫隙，為酵母菌引入呼吸所需的氧氣；橫向的擠壓則讓顆粒緊密結(jié)合，鎖住面團中的水分與糖分 —— 這種動態(tài)受力過程，恰似在為微生物打造 “營養(yǎng)均衡的家園”。

經(jīng)驗老到的操作者能通過指尖的觸感判斷面團的 “受力狀態(tài)”：力道太輕，顆粒碰撞不足，微生物與面粉中的糖、蛋白質(zhì)接觸不充分，發(fā)酵就會 “懶洋洋” 地拖延；力道過重，過度擠壓會破壞面團中的孔隙結(jié)構(gòu)，微生物失去 “活動空間”，風(fēng)味物質(zhì)的生成自然受限。這也是為什么手搟面的筋道、手工饅頭的麥香總讓人念念不忘 —— 那是雙手對 “力的平衡感” 的精準把控，是人工與微生物的一場 “無聲對話”。

（三）人工踩曲：雙腳塑造的 “微環(huán)境分層密碼”

人工踩曲是釀造工藝中最具 “人體力學(xué)美感” 的環(huán)節(jié)。釀酒女工通過雙腳的踩踏節(jié)奏（輕重、頻率），讓曲料粒子發(fā)生復(fù)雜的角度碰撞：兩只腳掌的壓力形成 “正交碰撞”，配合身體重心的轉(zhuǎn)移，將曲料壓出獨特的 “龜背形”，讓曲塊外層緊實如盾；腳跟與腳尖的摩擦則產(chǎn)生 “側(cè)向力”，在內(nèi)層保留疏松的孔隙 —— 這種 “外緊內(nèi)松” 的結(jié)構(gòu)，本質(zhì)是通過粒子碰撞的角度與強度差異，在曲塊內(nèi)部構(gòu)建出 “氧氣梯度” 與 “溫度梯度”。

外層緊實區(qū)域氧氣少、散熱慢，耐高溫的芽孢桿菌在此 “安家”，默默生成焦香物質(zhì)；中層孔隙適中，氧氣與溫度平衡，酵母菌在此 “活躍工作”，代謝出醇厚的酒香；內(nèi)層疏松區(qū)域氧氣充足，乳酸菌等微生物 “熱鬧繁殖”，催生清新的酯類物質(zhì)。當堆房發(fā)酵完成后，掰開的曲塊剖面會呈現(xiàn)出如大熊貓眼圈般的美妙分層，每一圈顏色的暈染，都是不同微生物 “寫下” 的芳香日記。正是這種由 “力的差異” 造就的分層環(huán)境，讓酒體風(fēng)味實現(xiàn)了 “焦香 — 醇香 — 酯香” 的多層疊加，豐富得像一首立體的味覺詩。

（四）機械制曲：參數(shù)化控制的 “標準化動力學(xué)”

現(xiàn)代機械制曲用工業(yè)邏輯重構(gòu)了 “力的傳遞”—— 通過精準的參數(shù)設(shè)計，將抽象的 “力” 轉(zhuǎn)化為可量化的指標。攪拌槳的轉(zhuǎn)速（通常每分鐘 30-50 次）控制粒子碰撞的頻率，確保每一顆糧食都能均勻受力；壓輥的壓力設(shè)定碰撞強度，讓顆粒破碎得恰到好處；刀片的角度（多為 45 度斜向剪切）固定碰撞方向，避免受力不均。這種 “標準化受力” 模式，讓糧食粒子均勻破碎、混合，最終形成結(jié)構(gòu)一致的曲料。

機械制曲的核心優(yōu)勢在于 “穩(wěn)定性”：通過控制碰撞的角度、強度與頻率，讓微生物處于均一的代謝環(huán)境中，發(fā)酵過程像鐘表一樣精準可控，批次間的風(fēng)味差異能控制在 5% 以內(nèi)。但也正因曲塊形成時受力方向相對單一，微生物的生存環(huán)境更 “簡單純粹”，代謝產(chǎn)物的種類相對有限，所以風(fēng)味層次雖不如傳統(tǒng)工藝復(fù)雜，卻勝在純凈統(tǒng)一，更適合規(guī)模化生產(chǎn)的需求。

四、釀造的未來：AI 如何續(xù)寫 “動力學(xué)傳奇”

當人工智能遇上傳統(tǒng)釀造，一場 “精準復(fù)刻與創(chuàng)新突破” 的融合正在上演。AI 的核心價值，在于將傳統(tǒng)工藝中 “難以量化的力學(xué)經(jīng)驗” 轉(zhuǎn)化為可建模的動力學(xué)參數(shù)，讓粒子碰撞與微生物代謝的協(xié)同更高效。

· 力場模擬：通過傳感器記錄人工踩曲時雙腳的壓力分布（如前掌 30%、腳跟 70%）、咀嚼時牙齒的角度變化（平均咬合力 300-500 牛，碰撞角度 60-120 度），AI 可構(gòu)建三維力場模型，指導(dǎo)機械模擬 “類人體力學(xué)” 的粒子碰撞模式，讓機械也能 “學(xué)會” 手工的力道韻律。

· 微環(huán)境優(yōu)化：基于大數(shù)據(jù)分析粒子碰撞強度與微生物群落的關(guān)聯(lián)（如碰撞強度增加 10%，酵母菌活性提升 15%），AI 能動態(tài)調(diào)整機械參數(shù)，為不同菌種定制最優(yōu)生長環(huán)境 —— 比如為芽孢桿菌創(chuàng)造 “高溫微區(qū)”，為乳酸菌保留 “富氧孔隙”。

· 風(fēng)味預(yù)測：通過機器學(xué)習(xí)海量 “碰撞參數(shù) - 風(fēng)味物質(zhì)” 數(shù)據(jù)，AI 可提前預(yù)測酒體風(fēng)味（如正交碰撞占比高時，醬香與酯香物質(zhì)的比率會呈現(xiàn)特定規(guī)律），實現(xiàn) “定向釀造”—— 想要突出焦香便強化外層碰撞，想要凸顯酯香則優(yōu)化內(nèi)層孔隙。

未來的釀造，或許不再是 “傳統(tǒng)與現(xiàn)代” 的對立，而是 AI 通過精準解析動力學(xué)規(guī)律，讓手工技藝的精髓得以量化傳承，同時實現(xiàn)效率與品質(zhì)的雙重突破。也許，一個基于固體粒子和液體粒子正交碰撞理論的釀造動力學(xué)思想，類似濕氣流正交碰撞形成龍卷風(fēng)的動力學(xué)思想[1,2]那樣，會建立起來。

五、結(jié)語：力與生命的千年對話

從咀嚼法發(fā)酵中牙齒與唾液的默契配合，到人工踩曲時雙腳對力的精妙掌控；從機械制曲的標準化參數(shù)，到 AI 對動力學(xué)模型的深度解構(gòu) —— 釀造工藝的發(fā)展史，本質(zhì)是人類對 “力如何驅(qū)動生命活動” 的認知史。

那些由牙齒、手掌、雙腳施加的力，那些糧食粒子的碰撞與摩擦，最終都轉(zhuǎn)化為微生物的代謝動力，凝結(jié)成杯中酒的醇厚與芬芳。這背后，是力的傳遞、粒子的運動、生命的代謝在時光中達成的完美平衡。

當我們舉杯時，飲下的不僅是美酒，更是人類用千年智慧寫就的 “動力學(xué)詩篇”。而未來，這場關(guān)于力與生命的對話，還將在當代AI科技與傳統(tǒng)古法的碰撞中，續(xù)寫更精彩的文明篇章。

參考文獻

[1] Qian WH, Du J, Leung JC, Li WJ, Wu FF, Zhang BL (2023) Why are severe weatherand anomalous climate events mostly associated with the orthogonal convergence of airflows? Wea

Clim Extremes https://doi.org/10.1016/j.wace.2023.100633

[2] Qian WH (2025) Expanding force in astronomy and updraft force in meteorology. J Mod Phys 16: 267-285.

來源: 錢維宏