第四章 中國古代鹽和糖的化學工藝
第一節 中國古代對食鹽的開採與加工
食鹽(NaCl)是人類生命和生長發育能得以正常維持所必需的營養物質,幾乎每天都離不開它。遠在原始人類時期,人們過著漁獵生活,啖肉飲血,從動物的血肉中很自然地攝取到食鹽,所以還不須要特意去尋求這種物質。但到了新石器時代中、後期,農業興起,食物開始進步到以穀物為主,於是人類就有必要到自然界中去尋找食鹽的新來源了。
(2)池鹽生產——集工采撈與墾畦澆曬
今據史籍記載並結合近代的鹽業生產社會調查,試對技術性較強的海鹽、池鹽和井鹽的生產工藝的演進作進一步的講解。
關於淋沙制鹵,就是利用海灘沙土來吸附潮水帶上來的鹽分,然後或人工舀水浸鹵,或利用潮汐淋洗,來獲得較濃的滷水。至於究竟採用哪種方法,這要看海濱地勢的高低了。地勢較高的地區,潮水不能淹沒,便把飽吸鹽分並經晴日晒乾的海沙刮取來,堆積、平攤在草上,形成一個個的「溜」,大的「溜」可高兩尺,方一丈以上,各溜間則形成槽渠。在各溜之後面一側挖一個深坑,叫作鹵井。於是用「蘆箕」(舀水器,俗名「黃頭」)舀海水灌洗,於是海水浸澤海沙,溶出鹽分后成滷水,經過槽渠便匯入鹵井中。若海灘地勢低洼,那麼就可以「于海濱掘土為坑,上布竹木,覆以蓬茅,又積沙(已飽吸大量海鹽的海灘沙土)于其上。每潮汐沖沙(或人工就近舀海水澆淋),鹵咸淋于坑中。」另外在淋沙坑側掘一鹵井,埋一小管于淋沙坑底下,與井相通,使淋鹵流入井中(圖4-1)。用以上各法得到的滷水在煎煮前,最好先估測一下其中鹽的濃度,如果太稀,消耗燃料仍會很多,就不合算,應再度浸沙。為此,在宋代時已有了原始的方法,可以說就是現代「浮沉子法」的雛型。宋人姚亮所撰《西溪叢語》說,福建用雞蛋、桃仁來試滷水的比重,能令它們上浮的滷水便認為是上好的濃滷水。宋人樂史所撰《太平寰宇記》則提到用10枚比重不同的石蓮(就是沉于池底泥中的老蓮子)來「嘗其厚薄(滷水濃淡)」。令10枚全浮者是上等滷水;一半上浮者也可勉強煎煮;只令一二枚上浮者,則不堪用,「卻須剩開,而別聚溜鹵」。這種方法到了元代以後,有了很大進步。
巴蜀之地是我國井鹽開採的中心。這種食鹽是以鑿井的方法開採地下天然滷水及固態岩鹽,所以主要的技術問題是鑿井。自秦初李冰開鑿廣都鹽井直到趙宋初年,可以說是我國鹽井史發展的第一階段,可稱之為大口淺井時期,技術比較原始,只能開採淺層滷水。主要是靠人力,使用簡單的鍤、鋤、鑿等挖掘工具采進,通道至少得留一人掘進、運土等勞作的空間,所以鹽井口徑很大。歷史上典型的大口井可舉出唐代時在今川中平原仁壽縣開鑿的「陵井」,縱廣竟達30丈,深80餘丈。大約在本世紀50年代初,考古專家在成都櫪子山漢代磚室墓中出土的畫像磚中發現了一塊清晰地描繪著一幅生動的井鹽場生產全景(圖4—5)的畫像磚。圖左方有一大口鹽井,井架的頂上安置有滑車,架上有四個鹽工兩兩相對,上下汲鹵,灌入旁邊的鹵池。滷水又通過「筧」〔jian簡,用大竹銜接起來的輸鹵管道〕被翻山越嶺輸送到圖中右方的鹽灶。灶房內有貯鹵缸。滷水從鹵缸挹入鹽鍋。鹽工則上山砍柴,以柴草熬鹽。這個場面表明漢代井鹽生產已經具有一定的機械化,生產規模也相當大了。關於煮鹽,巴蜀地區至遲在三國時期已開始利用天然氣作燃料來煎熬井鹽了。
總之,卓筒井的發明開創了西方衝九九藏書擊式頓鑽鑽井之先河,被譽為現代「石油鑽井之父」。
還值得一提,《太平寰宇記》已說及海陵(今江蘇泰州)鹽戶所採用的「散皂角于盤內」的方法來絮凝食鹽的散晶,以利於食鹽結晶的析出和成長。皂角是豆科植物皂莢的種子,其豆粉放入水中可產生大量泡沫,因而會吸附食鹽小晶粒,使它們凝聚起來。到了明代,各鹽戶就較普遍地採用這種措施了,《天工開物》的記載很詳明:「凡煎鹵未即凝結,將皂角搥碎,和粟米、糖二味,鹵沸之際,投入其中攪和,鹽即頃刻結成,蓋皂角結鹽,猶石膏之結豆腐也。」這可算是煎鹽工藝中的一項有趣的發明。

圖4-5 四川成都出土的鹽場畫像磚拓片(采自《新中國出土文物》,外文出版社,1972年)
海鹽的曬製法在我國出現相當晚,元代時才興起於福建,大概是借鑒了解州曬制池鹽的經驗。大約到明代中葉時已有更多地區改煎為曬了。但其時多數的曬海鹽法還不過是以天日曝晒代替煎煉,而仍未擺脫預製滷水(淋鹵)的工序。
在煮鹵的過程中,滷水漸漸濃厚,終於會析出食鹽晶粒。為取得食鹽,一種是把滷水完全燒乾,一種是隨煮隨將析出的鹽晶撈出,再加新滷水,再煮再撈。兩種方法比較,《熬波圖》說:后法「則晝夜出鹽不息,比同逐一盤燒乾出鹽,倍省工力」,就是說,連續操作出鹽法比較經濟,效率也高。
據北宋學者蘇頌所撰《圖經本草》的記載,那時的海鹽生產方法是淋沙制鹵和煮鹵成鹽,分兩步進行。但還沒有出現曬鹽,而且這種工藝一直延續到明代。
到了唐代,畦鹽生產已得到大力推廣,十分興盛。其時,張守節在其《史記正義》中作了翔實的記敘。他說:「河東鹽池畦種。作畦若種韭一畦。天雨下池中,鹹淡得勻,即馱池中水上畦中,深一尺許,以日曝之,五六日則成鹽,若白礬石,大小若雙陸(棋子)。及暮則呼為畦鹽。」這種人工墾地建畦,將經天雨適當稀釋后的池水引入畦內,再靠天日、風吹蒸發濃縮曬制食鹽的方法,能夠從滷水中令食鹽單獨結晶析出,使池鹽產量猛增,品質也會得到改善。《圖經本草》對這種製鹽法也有生動的描述,並附了精美的插圖(圖4-4)。利用這種方法制取池鹽,鹽畦經過幾度曬鹽、撈鹽,留下的滷水中,Na2SO4、MgSO4等的濃度越來越大,並且必然會結晶出來。如此經年累月,最後便使鹽畦地表結上一層厚厚的硝板(即芒硝Na2SO4·10H2O或白鈉鎂礬Na2SO4·MgSO4·4H2O)。所以到了明代,李時珍的《本草綱目》對這種鹽的描述就稍稍不同了。它說:「池鹽出河東安邑、西夏靈州(寧夏靈武)。今唯解州種之。疏鹵地為畦壟,而塹圍之,引池水注入,久則色赤,待夏秋南風大起,則一夜結成,謂之鹽南風。」把宋代的「以耕地為畦」改為「疏鹵地為畦」,「鹵地」就是已覆滿硝板的湖邊地,一字之差,反映了鹽場面貌的改變。那麼《圖經本草》、《本草綱目》read.99csw.com都提到「南風大起」時鹽花結晶,是什麼道理呢?《河東鹽法備覽》記載:如遇「東北、西南風,鹽花不浮,滿畦如沸粥狀,謂之『粥發』,味苦色惡,不堪食用,須刮畦外」。可見這種情況發生的根本原因是東北風或西風是冷風,會使氣溫驟降,造成白鈉鎂礬的微細結晶大量析出,混入食鹽晶粒中,而成粥樣,致使該鹽「味苦色惡」,生產失敗;而南風為熱風,既可使滷水加速蒸發,食鹽「一夜結成」,而又稍稍提高了芒硝、白鈉鎂礬的溶解度而抑制了它們的結晶,遂提高了池鹽的質量。
經過五代時期的動亂后,及至北宋年間,社會又趨穩定,經濟恢復繁榮,巴蜀人口驟增,食鹽供應緊張,政府放鬆了對鹽業的控制,放民自開鹽井。川民大胆創新,採用了小口徑鑿井技術,發明了「卓筒井」。從此,我國井鹽技術登上了新的台階,步入了第二發展階段。這一發明大約出現在北宋慶曆年間(公元1041—1048年)。卓筒井是小口徑鹽井,其開鑿技藝和開採滷水工藝概括地說,包括三個方面:
先秦古籍《世本》說:「黃帝時,諸侯有夙沙氏,始以海水煮乳煎成鹽,其色有青、黃、白、黑、紫五樣。」《尚書·禹貢》記載:「青州厥貢鹽、絺。」說夏禹已命青州貢鹽,表明今山東省渤海沿岸及泰山一帶那時已是盛產海鹽的地區了。
取得足夠濃的滷水后,就可以煎煉海鹽了。煎煉海鹵的鍋,漢代時叫「牢盆」,宋代以後,一般稱作「鹽盤」。據《圖經本草》記載,煮鹽之器有兩類,一種是「鼓鐵為之」,是用生鐵鑄造的,當然比較耐用,但成本高;一種是用竹篾編織成的,內外再用海邊牡蠣之類的遺殼所燒成的生石灰厚厚地塗上一層,這樣就耐燒烤了,它「廣丈,深尺,平底」,其狀似盤,可見是很大的,雖易燒壞,但可就地取材,成本低廉。圖4-3是《圖經本草》對宋代煎熬海鹽的情景的描繪。

圖4-3 宋代煎煮海鹽(采自宋·蘇頌《圖經本草》)
(1)海鹽生產——熬波煮海與淋沙煎鹵
但解池的滷水屬SO42-·Cl1-—Na1+·Mg2+型,即NaCl、MgCl2、Na2SO4、MgSO4的混合溶液,因NaCl的溶解度相對於其他成分要較小,所以當池水蒸發時,NaCl往往就會先結晶出來。但隨著NaCl的不斷結晶和被長期不間斷地「集工采撈」后,滷水中含鹽量要顯著下降,自然結晶的石鹽必然越來越少。而隨著中原人口的增長,鹽的需要量卻在不斷增加,這種形勢必然會促使鹽民(古時叫「亭戶」)嘗試著開畦用滷水曬鹽,以輔助「集工撈采」來取得更多的鹽。至遲在春秋時期已經出現這種亭戶了。

圖4-2 布灰種鹽(采自喜詠軒版《天工開物》)
大約在明代中期的正德、嘉九九藏書靖之際,在河北滄州興建了長蘆鹽場,出現了與現代海鹽曬製法基本相似的、完全的曬鹽法。此後該鹽場獲得了迅速發展,並很快成為中國海鹽生產的中心和典範。
(3)井鹽開採——鑿井汲鹵,煎煉成鹽
《周禮·天官冢宰篇》記載:周代天官冢宰的下屬中設有「鹽人」,其職責是「掌鹽之政令,以共(供)百事之鹽」。當時,祭祀時供奉「苦鹽」和「散鹽」,「苦鹽」就是產於鹽池的顆鹽,味苦,「散鹽」是「煮水為之,出於東海」的海鹽;而王者膳食中則用飴鹽,即「鹽之恬者」,據說就是戎鹽,即產於西北地區內陸的岩鹽;接待賓客則用「形鹽」和「散鹽」,「形鹽」據說是「鹽之似虎形」者,當是一種重結晶的再製鹽。可見周代時已開發了多種鹽的資源,並進行了初步的適當加工。春秋時期,齊國的宰相管仲開始設稅鹽官,可見在那時,鹽的消耗量已相當大。此後歷代都對鹽務設官課稅,鹽稅成了國庫的大宗收入。

圖4-4 宋州解州池鹽場(采自宋·蘇頌《圖經本草》)
梁代時的醫藥學家陶弘景(公元452—536年)在其所撰《本草經集注》中已對各種鹽作了相當全面的概述。他說:「五味之中,唯此不可缺。有東海、北海鹽及河東鹽池;梁、益(梁州、益州都在巴蜀地區)有鹽井;交、廣(廣州即今兩廣地區,交州為今越南)有南海鹽;西羌有山鹽(即戎鹽)……而色類不同,以河東者為勝。」北宋學者沈括在其名著《夢溪筆談》(卷十一)中更翔實地敘述了當時各類食鹽供應地區的分佈情況。
大約從明代後期到民國初期,海灘曬鹽的具體步驟大致是:在海濱預先掘好潮溝,以待海水漫入。在溝旁兩側建造由高至低的七層或九層(最高的可達12層)的曬池。這種曬池,長蘆、山東、遼寧呼作「鹵台」,淮北稱作「沙格」,閩粵地區叫「鹽埕」,也叫「石池」。每當漲潮時海水灌滿溝渠,退潮后將溝中海水舀或車入最高一層曬池,注滿曝晒,經適當濃縮后,則放入次一層曬池。如此逐層放至最低池。在此過程中一般沿用上述石蓮子等估測滷水濃度。及至已成濃鹵,便趁晴曝晒,於是得到顆鹽。不過這種方法到了清代初年時,由天主教士又傳來了義大利西西里島人所創造(大約在一千年前)的所謂「天日風力曬鹽法」的經驗,得到康熙帝的讚賞和獎勵,於是在遼東、長蘆推廣。其後沿海各處鹽場便相率引進、融合此法。從此曬海鹽法就逐步完全取代「煎煮海鹵」的方法了。
(1)發明了衝擊式的頓鑽鑿井法,用鑽頭——「圜刀」來開鑿井;
至於煮鹽之法,至遲早在漢代時于巴蜀井鹽區已開始採用,所用的方法叫做「敞鍋熬鹽」,一直延續到現在,但其中細節則不斷在改進。據《四川鹽法志》和《富順縣誌》的記載,可知至遲清代時熬鹽的某些舉措與今日自貢鹽井的工藝已很相似,包含了很多頗有科學意義的技術經驗。例如:A,在煮鹽前,往往先進行黃鹵與黑鹵的搭配,調劑濃度。按黃鹵的NaCl濃度大約為100—150克/升,並常含有一些有毒性的BaCl2;黑鹵的NaCl濃度約為170—200克/升,並含有較多的硫酸鹽。兌鹵的比例一般是黃鹵比黑鹵為6:4或7:3。在此過程中,又可使BaCl2轉變為BaSO4而沉澱。B,當煎煮近於飽和時,往滷水中點加豆漿,可以使鈣、鎂、鐵等的硫酸鹽雜質凝聚起來,並以其吸附作用將一些泥沙及懸浮物包藏住,此「渣滓皆浮聚于面」,用瓢舀出,再「入豆汁二、三次」,直至「渣凈水澄」。C,當滷水濃縮、澄清后,點加「母子渣鹽」。「母子渣鹽」就是在別鍋煎制出的、結晶狀態良好的食鹽晶粒,它可以促使濃縮的滷水析出結晶。《四川鹽法志》有很好的說明:「所謂『子母渣』者,別煮〔鹵〕水,下豆汁,澄清后即滅火力,用微火熅燖(xun尋)。久之,水面鹽結成,如雪花。待彼鍋鹽煮老澄清,挹此入之,鹽即成粒。」D,洗去「礆質」,提高鹽質,以防潮解。所謂「礆質」實際上是鎂鹽(MgSO4、MgCl2等)。鹽工們用竹制長網勺從滷水中打撈起鹽粒后,「置竹器內」(叫「篾淵」),再用「花水」沖洗鹽粒。「花水者別用鹽水久煮,入豆汁后即起之水也」,所以花水實際上是澄清了的飽和鹽水。因此它可以洗去礆質,又不會溶去鹽分。如此所得的精品鹽叫做「花鹽」,「粒勻而色白,類梅花、冰片。」九*九*藏*書
巴蜀之地是我國井鹽的發祥地,其開採集中在川、滇一帶,而四川省自貢號稱中國古代鹽都,是我國井鹽開採技術創造發明的中心。蜀地開採井鹽大約創始於戰國時期,據晉人常璩所撰《華陽國志·蜀志》的記載:「周滅后,秦孝文王(當作秦昭襄王)以李冰(大約公元前265—前251年)為蜀守。冰能知天文地理,……又識水脈,穿廣都(今雙流縣境)鹽井,諸陂地,蜀於是有養生之饒焉。」李冰是我國戰國時期的著名水利專家。可能是他在帶領巴蜀百姓開山移土、修築都江堰工程時,發現了成都平原的地下滷水。《華陽國志·蜀志》又說:「南安縣(今四川樂山市)……治清衣江會。縣溉有名灘,一曰鹽溉,李冰所平也。」明確指出了李冰曾平整過地下滷水流出所形成的鹽灘。當時,秦據蜀地后,大量移民,帶來了外地的各種先進手工業技術,包括中原的鑿水井技術;加之蜀地人口猛增,必然急需更多食鹽供應。在這種形勢下,李冰首創開鑿井鹽,既富國利民,又推動了鑿岩穿井技術。他的這項偉績可以說不遜於他在水利方面的貢獻。
我國先民煮海作鹽的活動,如前文所說,傳說興起於神農教民稼穡的時代,這是可信的。至於初期的加工過程是怎樣的?缺乏記載,現在已經不可考了。鑒於海水中的食鹽含量並不算很高,每公斤海水中平均大約有27克,而食鹽濃度要超過每公斤海水含265克時(30℃)才會結晶出來;若直接煮海水提取食鹽,燃料消耗會很大,效率也相當低。估計我國沿海居民很早就已先加工海水為滷水(即適當濃縮的海鹽水),然後再煎鹵成鹽,可能與後世宋代人的舉措相似,或是它的某種雛型。

圖4-1 淋沙制鹵(采自喜詠軒版《天工開物》)
自原始社會後期到漢代初期,運城鹽湖的生產方式大概還只是組織大批人力采撈由滷水中自然結晶析出的食鹽,即那時的解鹽還屬於天然石鹽。《漢書·地理志》記載:「鹽池在安邑西南。今池水東西七十里,南北十七里,紫色澄渟,渾而不九*九*藏*書流,水出石鹽,自然印成,朝取夕復,終無減損。」
(2)利用巨竹去節,首尾銜接成套管下入井中,以防止井壁砂石入墜和周圍淡水浸入;
中國古代內陸腹地的鹽湖要以今山西省運城附近的鹽池最著名,因為該湖在黃河東邊,所以古時稱為河東鹽池。在宋朝時此地屬解州安邑,所以又叫解州鹽池。從這個鹽池採集食鹽,可能從史前就開始了。《戰國策》中已有描寫驅趕良馬駕著運鹽的車攀登太行山時勞累情景的文字,所販運的鹽,大概就是運城附近的池鹽。《山海經》則有「景山,南望鹽販之澤」的話,所言鹽澤就是指河東鹽池。
我國的鹽池主要分佈在西部和北部氣候屬於乾旱或半乾旱的地帶,即西起新疆,向東經青海、藏北、陝西、甘肅、寧夏、內蒙、山西直至吉林和黑龍江等省分的廣大地區中。但歷來以山西古安邑地區,即今運城附近的解池最為著名。
(3)創造了汲鹵筒,即將熟皮裝置於一段竹筒的底部,構成單向閥,每當竹筒浸入地下滷水中時,滷水便衝激皮閥上啟,而滷水入于筒中。每當提起竹筒時,筒內滷水便壓迫皮閥關閉而滷水不漏。
食鹽在自然界中的賦存狀態有很多種。每年大量的雨水將土壤中的鹽分溶解,匯成小溪,注入江河,最後奔流入海;海水又每天被日晒,大量蒸發,於是食鹽成分不斷被濃縮,海水便成為食鹽最豐富的資源。據估計,海洋中所儲存的食鹽約有100多萬億噸,可以說取之不盡,用之不竭,這就是海鹽。有些大陸腹地的河流則注入到不通大海的湖裡,在這些地區又往往降雨量很少,蒸發量很大,湖水中的食鹽便不斷濃縮,於是這種湖便成為鹽湖,而且在湖底和湖濱就會凝結著大量食鹽,這就是湖鹽,或叫池鹽。當然,有些鹽湖原來則是海洋的一部分,因地質上的變動,後來成為內陸鹽湖的。若鹽湖年久乾涸就有大量的食鹽堆積起來;有時又因為地殼的變動以致這些鹽又被埋入地下,這就形成了岩鹽,也叫崖鹽。有岩鹽的地區,地下水中當然就溶解了很多的食鹽,一旦開井汲水,便可得到鹽水,熬鹵取其鹽,這便是井鹽。由這些賦存狀態可知,在自然界中尋找食鹽並不困難。估計從新石器時代的中、後期,這些不同來源的天然食鹽便逐步進入人類的生活。但無論哪種天然食鹽,總混有不少雜質,主要是鎂、鈣、鉀的氯化物和硫酸鹽以及硫酸鈉。鎂鹽味苦,食了會引起腹瀉,又容易潮解,所以食鹽的加工工藝,就是從各種天然食鹽水(海水、井鹽水、鹽湖水等)中提取食鹽、純化食鹽。這種加工工藝的勞作也就隨著食鹽的開採而興起,並不斷改進著。
到了元明之際,鹽民又發現燒稻麥桿所得到的灰有強烈吸附海鹽的作用,遠勝於海沙,於是很快便普遍利用起來了。《菽園雜記》和明末人宋應星所著《天工開物》都有相當翔實的記載。這種制鹵法也因海濱地勢的高低不同而分為兩種。第一種:「高堰地,湖波不浸者,地可種鹽(圖4-2)。度詰朝(次日早晨)無雨,則今日廣布稻麥藁灰及蘆茅灰寸許于地上(海濱鹽沙灘上),壓使平勻。明晨霧氣沖騰,則其下鹽茅勃發。日中晴霽,灰、鹽一併掃起煎淋。」這是指在地勢高陽的灘地用草木灰吸收海沙中的鹽分。清人王守基所撰《鹽法議略》也說:「秋日刈草煎鹽而藏其灰,待春晴暖以後,攤灰于亭場(鹽場),俟鹽花浸入,用海水淋之成鹵。」可見草木灰還可反覆使用。第二種是海灘地勢較低,潮水可經常浸沒的地方。「燒草為灰,布在灘場,然後以海水漬之,俟曬結浮白,掃而復淋。」(見《菽園雜記》)