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瓦特與工業(yè)革命

技術(shù)不可能彎道超車

今年8月25日，是詹姆斯·瓦特逝世203周年紀念日。提起瓦特，很多人的第一反應(yīng)都是——那個發(fā)明蒸汽機的人。但事實上，并不是瓦特發(fā)明了蒸汽機，而是他大大改良了蒸汽機，讓蒸汽機產(chǎn)生了巨大的工業(yè)生產(chǎn)價值。

紅色壹號酒業(yè)小編翻閱牛津《技術(shù)史》里的《工業(yè)革命》第6章，就會發(fā)現(xiàn)：如果沒有前人的發(fā)明和創(chuàng)造，無論瓦特多么天才，也不可能憑空造出具有實用價值的蒸汽機。技術(shù)的進步，像科學(xué)一樣，需要經(jīng)年累月的積累，需要數(shù)輩人的努力，才有可能實現(xiàn)突破，而絕不可能“彎道超車”。

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最早的蒸汽動力驅(qū)動裝置

已知最早的由蒸汽動力驅(qū)動的裝置，是公元1世紀希羅設(shè)計的“風(fēng)神輪”，也叫汽轉(zhuǎn)球。它可以被認為是反動式汽輪機的原型，但只是一種哲學(xué)上的玩具，并不能產(chǎn)生任何顯見的動力。

希羅還發(fā)明了另一種熱機，機器中空氣在加熱時產(chǎn)生的膨脹力，被用于驅(qū)動水槽中的水通過一個虹吸管升到一只懸掛著的水桶中，隨著重量的增加水桶會下降，從而打開一扇由平衡錘關(guān)閉的神廟門。

▲古羅馬數(shù)學(xué)家希羅，與他發(fā)明的“汽轉(zhuǎn)球”

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1600多年后，蒸汽的重新應(yīng)用

直到17世紀，人們的注意力才再次轉(zhuǎn)向了從熱量中獲得動力。波爾塔(1538-1615)在他的《靈學(xué)三書》中，不僅闡明了作用在液面上的蒸汽壓力是如何驅(qū)使水從水槽中上升的，而且解釋了蒸汽的凝結(jié)如何產(chǎn)生吸力，從而可以從水位較低的水面吸水。1615 年，法國的一位花匠科斯描述了一座用蒸汽驅(qū)動的觀賞噴泉。

意大利建筑師布蘭卡(1571-1640)是第一個認識到作用在輪子四周葉片上的噴射蒸汽流可以使輪子轉(zhuǎn)動的人。1629年，他描述了根據(jù)這一原理工作的一類沖擊式汽輪機，它是通過三倍減速齒輪連接到一對落錘上的。這一設(shè)計由于過于粗糙而無法達到工作要求，使得這一概念直到19世紀才得到運用。

▲A：設(shè)想的煙道機，熱空氣由煙道上升，使軋鋼機工作；B：設(shè)想的由熱空氣驅(qū)動的搗碎機

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關(guān)鍵一步：大氣壓的發(fā)現(xiàn)

一個導(dǎo)致蒸汽機的發(fā)明的重要步驟是大氣壓力的發(fā)現(xiàn)。

據(jù)說由于科西莫二世——托斯卡納大公的工程師們在制造從50英尺深處抽水的抽吸泵時沒有取得成功(雖然經(jīng)驗已經(jīng)證明提升30英尺左右是其極限)，于是便向伽利略(Galileo，1564-1642)求助。

伽利略開始進行試驗，這一試驗在他去世后由他的學(xué)生托里拆利(1608-1647)繼續(xù)進行。1643年，托里拆利宣稱大氣施加的壓力等于約30英寸長的垂直水銀柱的壓力，而且正是這一壓力決定了通過抽吸使液體可以被提升的高度。

托里拆利預(yù)言此壓力將隨海拔的增高而降低，這一論點被帕斯卡(1623-1662)提出的一個實驗所證實。他在1647年將一只氣壓表帶到了奧弗涅的一座4800英尺高的山頂上，水銀柱在登高過程中下降了約3英寸。

這一發(fā)現(xiàn)表明，利用大氣壓力對活塞上做功是可能的，由此導(dǎo)致了許多國家開始進行試驗工作并最終發(fā)明了蒸汽機。

▲約1654年，馮·居里克在一次表演中顯示了甚至連16匹強壯的馬也不能拉開兩個被抽空了空氣的半球。

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第一次用蒸汽汽缸驅(qū)動活塞

有幾位早期的發(fā)明家曾設(shè)想用火藥的爆炸力作為一種動力來源。這一思想通常是利用火藥爆炸來產(chǎn)生真空，從而可以從大氣的壓力中獲取動力。

因此，惠更斯(1629-1695)在1680年提出了一種火藥蒸汽機的形式，其中爆炸發(fā)生在汽缸內(nèi)一個活塞的下面，該活塞由平衡錘提升到一個較高位置，幾乎所有的爆炸氣體都通過自動的釋放閥門逸出。隨著殘留的部分氣體的冷卻，空氣的壓力會迫使活塞下降，這樣就可以提起重物。

在惠更斯用這一裝置做第一次實驗時，他有了一位助手帕潘1647-1712?)。帕潘1690年設(shè)計的發(fā)動機由一根直徑約 2.5英寸的豎管組成， 配有活塞和連桿。只要將少量的水加到管子的底部，在管子外部加熱，產(chǎn)生的蒸汽會將活塞推到管子的頂部，并由抓鉤的吊住。當(dāng)通過冷卻管子使蒸汽凝結(jié)時，用手放開抓鉤，大氣壓力會迫使活塞下降。因此，這一管子必須完成三重任務(wù)，即鍋爐、發(fā)動機汽缸和冷凝器。

帕潘的發(fā)動機表明了一種原理，但是并無實用價值。然而，他是第一個應(yīng)用蒸汽在汽缸中驅(qū)動活塞的人，而且還指出了一種周期性的操作，后來由紐科門將其付諸實際應(yīng)用。

▲法國物理學(xué)家丹尼斯·帕潘，帕潘也是高壓鍋的發(fā)明人

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蒸汽機不斷改良，邁向?qū)嵱没?/span>

在那些日子里，人們感覺到最需要的機械是抽水設(shè)備。

在眾多關(guān)注這一主題的人中，就包括軍事工程師薩弗里。他采用的原理是：在一密閉的容器中，由于蒸汽的冷凝，能使水位升高到大氣壓力所允許的最大高度，保留住水并對它施加安全范圍之內(nèi)的最高蒸汽壓力，驅(qū)使水位升得更高。

▲左：薩弗里的“礦工之友 ”，一種靠火力汲水的蒸汽機；右：帕潘的薩弗里機的改進型，1705年

薩弗里機在18世紀早期就逐漸被廢棄不用了。1705年，帕潘試圖對它進行改良，但此時他放棄了自己早期很有前途的計劃，即在汽缸活塞的下面冷凝蒸汽，并由此從大氣壓力中獲得動力。這一原理有突出的優(yōu)點，即所需的蒸汽接近于大氣壓強，使得發(fā)動機和鍋爐的制造都在當(dāng)時工匠們的能力范圍之內(nèi)。

沿著帕潘的原始設(shè)想繼續(xù)深入下去的方案是由紐科門獨立構(gòu)思出來的，他所獲得的成就要遠超過以往的任何進步。他第一個建造了實用而又可靠的蒸汽發(fā)動機。

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紐科門蒸汽機

在紐科門于1712年建造的那臺蒸汽機中，鍋爐及其附屬裝置比一個大的釀造啤酒用的銅制容器大不了多少，產(chǎn)生的蒸汽僅為大氣壓力。

當(dāng)蒸汽進入鍋爐上方的汽缸底部時，主要由于懸掛在杠桿另一端的泵桿的重量作用，活塞會升到頂部。蒸汽通過排泄管和水密封閥，將已經(jīng)進入汽缸中的所有空氣和水推出，然后在關(guān)閉了與鍋爐的連接之后，噴射的冷水會使蒸汽冷凝下來，所產(chǎn)生的真空導(dǎo)致大氣壓推動活塞回到汽缸的底部，由此提升了泵桿。在進入更多蒸汽以后，運轉(zhuǎn)周期就再次開始。

▲紐科門大氣式蒸汽機圖，1712年

到1725年，紐科門蒸汽機已全面用于抽水，尤其是在礦山中抽水，同時也用于提升水以推動水車來驅(qū)動機械。

法國的第一臺蒸汽機于1726年建于巴黎郊外的帕西，被用于從塞納河向城市供水。

紐科門于1729年去世，生前已看到自己的蒸汽機在薩克森、法國、比利時，可能還在德國和西班牙得到應(yīng)用。

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斯米頓改進紐科門蒸汽機

在紐科門去世以后的很長一段時間里， 他的蒸汽機的發(fā)展依賴的是從事實際操作的人，因為“哲學(xué)家們” 似乎還認為機械學(xué)不值得他們注意。

首位非常關(guān)注蒸汽動力的科學(xué)工程師是斯米頓，他以建造埃迪斯通燈塔而聞名。

▲1772年由斯米頓為朗本頓煤礦制造的紐科門蒸汽機

斯米頓擁有紐科門所不具備的知識和制造設(shè)備，他幾乎將大氣式蒸汽機的效率提高了一倍，又使其性能達到了此類蒸汽機所能達到的最高點。

但是，這還是非常低，主要是因為做功的汽缸同時又用作冷凝器，因而浪費了大量的熱。

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瓦特實現(xiàn)蒸汽機的根本性改進

繼紐科門之后，首位在開發(fā)蒸汽動力方面取得重要進展的是瓦特(1736-1819)。憑借自己的創(chuàng)造性和科學(xué)才華在蒸汽機的效率和機核設(shè)計方面作出了根本性的改進。

瓦特是格里諾克一位木匠技師和造船工人的兒子，年輕時曾去倫敦學(xué)習(xí)儀器制造技藝。1757年，他回到格拉斯哥，被任命為“格拉斯哥大學(xué)的數(shù)學(xué)儀器制造者”，并在學(xué)院的大樓中設(shè)有一個工場。

1763年，瓦特修理了一臺屬于格拉斯哥大學(xué)的紐科門蒸汽機模型并使它運轉(zhuǎn)起來，一位倫敦的儀器制造者此前卻未能把它修好。

瓦特在博爾頓的推動下發(fā)明了從他的蒸汽機中獲得旋轉(zhuǎn)運動的幾種方法，這使得蒸汽機可以廣泛應(yīng)用在制造業(yè)中。

▲用于礦山排水的抽水用瓦特單作用式蒸汽機，1788年

1782年，瓦特獲得了兩項非常重要的改進專利。

第一項是使蒸汽機成為雙作用式，這就能夠利用同樣的汽缸容積產(chǎn)生兩倍的動力。

第二項是利用蒸汽的膨脹性，只在每一沖程的開始階段接納蒸汽進入汽缸，此后就由它的膨脹力驅(qū)動活塞。

為了使蒸汽機成為雙作用式，以前將活塞桿連到橫梁上的柔韌的鏈條必須為某些能分別雙向傳遞力的機構(gòu)所代替。

瓦特的第一個想法是延長活塞桿，使之成為一根齒條與杠桿端的弧形齒嚙合。這是一個笨拙的裝置，1784年，瓦特為他非常著名的三桿直線運動申請了專利，他自己也認為這是他的杰作。

在幾個月后，他發(fā)現(xiàn)他可以用縮放儀的原理將直線型軌道的長度擴大一倍，于是他制造了精巧的“平行四邊形運動”機構(gòu)，它的應(yīng)用在一個世紀或更長的時期內(nèi)成為旋轉(zhuǎn)式杠桿蒸汽機的特征。

▲瓦特的雙作用螺旋式蒸汽機，1784年

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技術(shù)的突破，從來不是一蹴而就

上文選自牛津《技術(shù)史》。回望技術(shù)史，不難發(fā)現(xiàn)，偉大的瓦特也只是站在前人的肩膀上，在瓦特之后，隨著時間的推移，在更多工程師們的努力下，蒸汽機仍然在不斷“進化”：特里維西克發(fā)明了高壓蒸汽機，麥克諾特設(shè)計了復(fù)合式杠桿蒸汽機，伊斯頓和阿莫斯發(fā)明了蚱蜢式蒸汽機，莫茲利研究出了臺式蒸汽機......

技術(shù)是復(fù)雜的，其復(fù)雜性不僅在于技術(shù)本身，更在于技術(shù)的形成和演變，那里隱藏著技術(shù)精神和人們觀念的轉(zhuǎn)變。而這些，卻正是東方傳統(tǒng)國家最容易忽略的。

從鴉片戰(zhàn)爭起，中國被迫接觸近代科學(xué)和技術(shù)，尤其是“船堅炮利”等技術(shù)表征，人們更相信特定實用價值的科學(xué)，和對技術(shù)表征的崇拜。半個多世紀的唯物論教育，現(xiàn)代社會的“技術(shù)性社會”，都在某種程度上，導(dǎo)致許多人成為技術(shù)的功利主義者，只知其一不知其二。

酒在人類歷史上出現(xiàn)至少有上萬年的歷史，經(jīng)歷了發(fā)酵、蒸餾、勾調(diào)、優(yōu)化4次重要的技術(shù)革命，也就是制酒工藝的四個時代。每一代制酒技術(shù)都以前代技術(shù)產(chǎn)品為原料，迭代生成更適宜人類飲用的酒，只適合某一類酒的技術(shù)只能算創(chuàng)新，適合各類酒的顛覆性技術(shù)，才能稱之為一個時代。

（貳）

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制酒1.0發(fā)酵時代

目前世界最早的釀酒考古證據(jù)出土于距今11700年的以色列的迦密山。

關(guān)于中國以谷類為原料的釀造技術(shù)，最早的文字記錄可以追溯到《世本》記錄的夏禹時期“儀狄始作酒醪”。最早的考古發(fā)現(xiàn)可追溯到距今9000年前的河南賈湖新石器遺址，除了大麥發(fā)酵酒，還發(fā)現(xiàn)了葡萄酒漿果類發(fā)酵飲料。

1.0時代的發(fā)酵酒即古人常提到的“濁酒”，這種傳統(tǒng)的酒曲發(fā)酵方法仍被使用在家釀的米酒、果酒中。生活中常見的啤酒、醪糟、黃酒、料酒，都是發(fā)酵制酒技術(shù)的廣泛運用。

發(fā)酵酒雜質(zhì)多、酒精度低、保質(zhì)期短，飲酒者容易喝多,在代謝的過程中容易失控。在蒸餾技術(shù)出現(xiàn)之前，鼎盛時期的發(fā)酵技術(shù)的酒精度只能做到十幾度，為此制酒2.0蒸餾技術(shù)開始出現(xiàn)在歷史舞臺。

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制酒2.0蒸餾時代

世界上最早的蒸餾技術(shù)記載于吠陀文學(xué)，疑似產(chǎn)生于公元前3000年左右的河谷文明，但是至今沒有相應(yīng)的考古證據(jù)支持。

中國漢代?；韬钅挂呀?jīng)有了蒸餾酒酒器的考古證據(jù)，蒸餾酒多供給王公貴族。在宋末元初，蒸餾制酒技術(shù)在民間得以廣泛運用。

蒸餾酒一般以發(fā)酵酒為原材料，采用蒸餾技術(shù)升高酒精度數(shù)、過濾雜質(zhì)，將酒的酒精度和保質(zhì)期大幅提升，制酒2.0蒸餾技術(shù)時代由此穩(wěn)定發(fā)展。此時，酒精度已經(jīng)能達到40度以上。

中國獨創(chuàng)的固態(tài)發(fā)酵法，也是2.0蒸餾時代的技術(shù)產(chǎn)物。當(dāng)代酒企生產(chǎn)的多為蒸餾酒，有的酒企也稱之為“原漿”。蒸餾酒口感刺烈辣喉還伴有焦糊味，不宜直接飲用，須經(jīng)過時間陳化。從2.0蒸餾時代，酒才正式有了“老酒需陳釀”、“酒是陳的香”的說法。

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制酒3.0勾調(diào)時代

世界勾調(diào)酒相傳出現(xiàn)在1776年紐約的一家酒館，同時這也是雞尾酒的前身。

而中國白酒勾調(diào)技術(shù)在北宋的《酒經(jīng)·釀酒》已有記載：“投(釀)者必屢嘗而增損之，以舌為權(quán)衡也”。民國時期已經(jīng)基于不同酒窖的酒體，出現(xiàn)了規(guī)?；墓凑{(diào)產(chǎn)業(yè)、職業(yè)性的勾調(diào)師和品酒師。建國后勾調(diào)技術(shù)得以系統(tǒng)化地形成，并伴隨出現(xiàn)了專業(yè)的酒體設(shè)計師、品酒師和規(guī)范化的產(chǎn)業(yè)鏈。

制酒3.0勾調(diào)技術(shù)以發(fā)酵酒、蒸餾酒為原材料，勾調(diào)不同酒體使其達到最佳風(fēng)味和酒精度數(shù)。

勾調(diào)即“先勾酒，再調(diào)香”。當(dāng)代中國白酒的各酒廠以本窖原漿為基礎(chǔ)，勾調(diào)不同輪次、不同年份的酒液，并根據(jù)各家酒品特點進行調(diào)香，從而得到質(zhì)量相對穩(wěn)定的酒體。

常見的國外風(fēng)味酒如百利甜、野格等都屬于3.0時代的勾調(diào)酒。國外勾調(diào)酒以食品添加技術(shù)讓酒體達到后天的多元化口味，而國內(nèi)頂尖品牌的勾調(diào)酒則是追求酒體的先天香氣。但是勾調(diào)技術(shù)容易被濫用降格至“勾兌技術(shù)”，某些低端廠商干脆放棄糧食釀造，直接用酒精勾兌，如“三精一水”的勾兌酒，還有些在酒中添加塑化劑、糖精等化學(xué)物質(zhì)以提高口感，就是勾調(diào)技術(shù)濫用的后果，但是統(tǒng)統(tǒng)逃不過國標理化指標的檢測。

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制酒4.0優(yōu)化時代

隨著現(xiàn)代檢測儀器和生物學(xué)科的發(fā)展，酒業(yè)走向更微觀的量化和理化研發(fā)。從口感香味上，現(xiàn)代人已經(jīng)告別古人“濁酒盡余歡”的需求，而水體污染、農(nóng)藥殘留等“科技后遺癥”使得人們對酒的理化指標提出了更高的要求。

世界上的制酒優(yōu)化技術(shù)出現(xiàn)在21世紀初，但應(yīng)用范圍只能局限在單一酒品種或單一指標上，如單一提高水體品質(zhì)、單一降低有害成分等。

而中國則在2010年左右，發(fā)展了自己的第四代制酒優(yōu)化技術(shù)。制酒4.0優(yōu)化技術(shù)在前三代技術(shù)迭代的基礎(chǔ)之上，以釀造酒、蒸餾酒、勾調(diào)酒等各類傳統(tǒng)酒為原料，進行系統(tǒng)性的后處理優(yōu)化，將酒體品質(zhì)全面提升。

4.0優(yōu)化技術(shù)的優(yōu)勢集中在理化指標的精細化改造上，使得制酒技術(shù)得到質(zhì)的飛躍。制酒4.0優(yōu)化技術(shù)多采用物理和生物技術(shù)，通過優(yōu)化、陳化、純化、同化等系列技術(shù)將各類酒中的有害物質(zhì)降至最低，甚至為0，醒酒快、不上頭、不失控、有酒香、無酒臭，解決了傳統(tǒng)酒有害物質(zhì)危害人體健康、以及飲后酒氣沖天的禮儀難題，還解決了微醺失控，不利于人身安全的行為。同時在保留酒體風(fēng)味特色的前提下，任意提升或降低酒的度數(shù)，去害留益。甚至有個別酒企能做到加速酒體陳化，使得1年存酒相當(dāng)于20年老酒的品質(zhì)。

制酒4.0優(yōu)化技術(shù)的優(yōu)勢在于從科學(xué)角度，利用國際通用的氣相色譜檢測法等手段，從分子結(jié)構(gòu)上一項項優(yōu)化酒體成分，讓酒體去害留益，口感品質(zhì)可控。

優(yōu)化技術(shù)起步時間不長，尚未打通系統(tǒng)性技術(shù)通道，其缺陷在于當(dāng)前酒企往往只掌握4.0酒后優(yōu)化技術(shù)中的一項或幾項，少有酒企可以全面系統(tǒng)性地掌握制酒優(yōu)化技術(shù)。

酒業(yè)技術(shù)的大變革，難度大又緊迫。但是制酒技術(shù)迭代一直以來都是站在前代技術(shù)的肩膀上，悄然而至。制酒工藝4.0優(yōu)化時代已經(jīng)開啟，但要形成制酒技術(shù)史上的“時代規(guī)模”，還需要各大酒企運用新技術(shù)、注入新理念。

“生香靠發(fā)酵，提香靠蒸餾，成型靠勾調(diào)，安全靠優(yōu)化”，制酒工藝的四個時代，各有其意義和使命。