我们处在一个缓慢腐烂的世界里。所有动物、植物在死亡的一瞬间就开始被微生物分解。
这是一块刚刚宰杀的新鲜猪肉，色泽红润，肥瘦均匀。同时，还有你肉眼看不见的大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌等微生物。
在常温下只要 1~2 天，这些微生物就可以成指数倍增，将这块肉的蛋白质分解，进一步产生甲胺、尸胺等腐败胺类，生成硫化氢、甲烷、氨等物质，流出黏液、发出恶臭。
你吃下的绝大多数食物，都由含碳的有机物构成，而这些有机物，为微生物提供了丰富的营养。那么，我们要采取什么样的手段，才能最大限度地保证食物新鲜，延缓食物腐烂？延缓食物的腐烂，最根本的方法就是抵御或者杀死微生物。微生物很脆弱，繁殖依赖空气、水、合适的温度和酸碱度。只要破坏这些环境，就能抑制微生物的繁殖。传统的方法有腌渍、发酵、干燥等，将这块肉用大量的盐、酱油腌制，并通过烟熏或风干的方式减少水分，就可以将保存期限延长到半年以上。而对于水果，则可以浸泡在糖水并密封在金属罐头中，高糖液体会破坏微生物的渗透压，而密封的罐头则阻断了好氧微生物的呼吸，同样可以保存数年的时间。但是，这些传统的防腐手段往往伴随着食物的营养成分流失，更重要的是，还会破坏食物的本来味道。为了让食物在被拆开包装前保持风味和品质，就需要寻找到只要少量添加就可以有效抑制细菌繁殖的成分。今天，在各种包装食品配料表上，总会出现带有山梨酸、苯甲酸、丙酸等字样的、看起来并不像调味品的化合物，这些化合物就是防腐剂。
以最常见的苯甲酸钠为例，在酸性环境下只需要添加浓度 0.015% 的苯甲酸钠，就会开始起效。它转化出苯甲酸，通过结合在霉菌、细菌等微生物的细胞膜的脂质上，阻碍这些微生物通过细胞膜吸收食物中的氨基酸。只要将这个浓度增加到 1%，对菌丝生长的抑制效果就可以达到 97% 以上。不过，苯甲酸钠一般在酸性环境下才会发挥作用，因此它不会出现在牛奶、坚果这类碱性食物中。并且，在被你吃下的 9~15 小时内，苯甲酸就会在肝脏中和甘氨酸合成马尿酸，最终通过肾脏从尿液里排出，不会在你体内积蓄。国家卫生计生委发布的《食品添加剂使用标准》中，允许了类似的 26 个类型，共 32 种防腐剂的使用，它们能被添加在各种类型的食品中。这么多种防腐剂，我们又该如何验证它们的安全性？由于不能直接在人身上进行实验，1927 年，J.W. Trevan 提出了半数致死量（LD50），通过观察小白鼠的死亡来估测药物的毒性。首先，找到一群身体状态相同的健康小白鼠，以 2~3 只为一组，通过摸索得出使小白鼠全部死亡时的最小剂量 Dm，和小白鼠全部存活时的最大剂量 Dn。接下来，将更多的健康小白鼠分为 5~8 组，每组小白鼠的数量要多于总组数。以 Dn 和 Dm 为区间，分别求取他们的对数值 Xn 和 Xm。这是因为细菌的增长呈指数增加，所以和死亡率成线性相关的，正是摄入剂量的对数。通过这个公式，也就是 Xm 和 Xn 的差除以组数减一，就能得到每组剂量间的对数差，从而确定每组小白鼠的给药量。从 Dn 到 Dm，每组投递的药量递增，记录下每组的死亡数量，我们就可以通过公式计算出 LD50 的对数，从而获得苯甲酸钠的半数致死量，大约为 4070 mg/kg。相当于我们喂体重为 60 kg 的张甲木吃下整整 244 克苯甲酸钠后，他才有一半的可能性会死亡。可以放心，《标准》中规定的苯甲酸及其钠盐的最大使用量，每公斤食物的允许添加量往往不超过 1 克。我们可以简单地将这些防腐剂和食盐对比，食盐的半数致死量在 3000 mg/kg 左右，也就是说，与其担心防腐剂带来的安全风险，不如担心高钠饮食带来的健康问题。但也有例外。比如《标准》中允许在肉类中使用的亚硝酸钠，其半数致死量仅为 85 mg/kg，而且在体内容易代谢成亚硝胺，诱发癌症。但由于亚硝酸钠对致命性细菌肉毒梭状芽孢杆菌有极强的抑制作用，目前在肉类产品中还很难被替代。同时，不只是半数致死量，我们还需要对大量小白鼠进行持续一生的毒性实验，获得动物最大无作用量 MNL 值，再用 MNL 值除以 100 到 500，才能得到人类一生连续而不致影响健康的每日最大摄入量 ADI 值。正是因为食品工业不断地探索，才使得五花八门的食物能长时间保存，有机会被销往世界各地。在打开你的味蕾同时，也保证你吃得更安心。-封面图来源：Squirrel_photos, Pixabay参考资料：[1] Trevan, J.W. (1927). The error of determination of toxicity. Proceedings of the Royal Society, B, Vol 101.
-在公众号对话框回复「防腐剂」，可获取文章中提到的古早论文。-来给回形针投稿吧各位读者朋友，大家好！如果你想要参与回形针的内容创作，且熟悉我们的选题风格、调性，善于用清晰、流畅的语言，解释硬核、有趣的专业技术或行业知识，那么欢迎给我们投稿原创且未发表过的作品！目前我们接受的投稿类型主要是【图文】，具体的形式、篇幅等可以参考我们在微信公众号曾经发布过的图文内容（如本期、月饼等期推送）。在投稿时，希望你能为自己的稿件配上适当的图片（包括动图）、视频素材，并注明素材来源和参考文献，帮助我们和观众更好地理解内容。投稿一经采用，我们会署上作者的名字，在微信公众号以图文形式发布，并将为作者奉上稿酬。你可以将图文稿件直接发送至paperclip@foxmail.com，留下联系方式，并在邮件标题中注明【投稿】字样，每一篇来稿我们都会看到。感谢大家对回形针的喜爱和支持！-点击下方图片阅读往期文章-为什么你吃的月饼长这样？▼ 点击阅读原文，观看往期视频。