科学探索|如何让食物撑过灾难末日？
2020已经过半，这半年内致使全民生活发生巨大改变的莫过于新冠大流行 。疫情期间，人们最关心的问题之一就是食物保障 。也因此，其间还发生过几次囤积食物的现象 。得益于丰富的粮食储备和良好的调配，我们平稳度过了数次可能导致食物紧缺的关口 。
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那么试想一下，如果某天突然发生灾难末日，有哪些食物能够长久保存支撑人类生存 。如果人类突然消失呢？那么未来的考古学家能够发现我们曾吃过的食物吗？更重要的是，这些食物还能吃吗？
二战时期的列宁格勒的种子库
1941年9月8日，德国纳粹军队从西部和南部包围了前苏联列宁格勒，并穿过芬兰到达列宁格勒北部，猛烈的炮火攻击使当地居民无法撤离 。这是列宁格勒保卫战的开始，也是人类历史上伤亡人数最多的战役之一 。
随着战争进入白热化，俄罗斯居民出现了食物匮乏的现象，谋杀、抢夺配给卡和吃尸体的事件屡屡发生，虽然食人事件非常少，但造成了居民们的极端恐惧 。多数情况下，这些食尸案凶手通常是单身、失业的母亲，是社会中最绝望的人群，他们会被关入监狱，而不是立即枪毙 。而为了维持秩序，部分警察甚至以“关入‘食人恶魔’的牢房”来威胁违法公民 。
尽管当时的人们处于极度的绝望和恐惧之中，但仍有一种食物来源，当被发现时，其保存的完好程度会令外人啧啧称奇 。列宁格勒植物工业研究所的基因库是当时世界上最大的种子库，历经二战也能够完好地保存下来，里面拥有遗传信息最全面的植物库 。就算任何存档的植物物种在外部世界灭绝，这些种子、谷物和块茎都能引入，重新恢复种植生产 。
研究所植物学家即使在身体极度虚弱的情况下，仍用自己的生命保护着种子库 。他们担心饥饿、绝望的居民会冲入种子库，吃掉他们毕生的心血，或者闯进来摧毁这座建筑 。
1943年1月18日，苏联红军最终瓦解了德国火力包围，在列宁格勒保卫战期间，这座苏联种子库仍然完好无损 。
食物保质期长短与接触微生物有关
无论是核灾难，还是世界大战，当人类面对重大危机，哪些食物对幸存者而言是安全的？这些食物又能维持多久？要回答这些问题，得从导致食物变质的原因入手 。
大多数食物（并不是所有的）变质都是因为微生物生长 。生活中人们会通过干燥、腌制、冷藏或者密封容器保存食物 。这些都是限制微生物生长的方法，并以不同的形式成功地使用了数千年 。
干燥是最有效的方法，其次是腌制，而单独储存在密封容器中的作用并不足以抑制微生物生长 。实际上，在不破坏食物的情况下，完全消除食物中的病原体几乎是不可能的 。因此，保存技术的重点是限制微生物生长 。干燥方法就非常有效，因为微生物需要水将自己所需食物送至细胞中，并将毒素排出体外 。如果在低水环境中微生物没有这种细胞运输能力，那它们的生长会受到抑制，并且无法繁殖后代 。同时，低浓度的水也可以抑制氧化，氧化是食物变质的另一种方式 。
而储存食物在密封容器中的保存效率低是因为：在食物被放入密封容器之前，上面可能已经有很多微生物了 。并且其中一些微生物在低氧环境下生长状况很好，例如一些厌氧的微生物会破坏肉类，它们不需要氧气就能呼吸，密封容器反而可能适得其反 。所以通过干燥方式保存食物比真空处理效果更好 。
另外，腌制是有效的，因为同样能够去除水分，创造一个微生物无法生存的环境 。高盐环境会阻止细菌细胞在“渗透休克（osmotic shock）”过程中的正常工作 。盐将液体和其他物质从微生物细胞中吸出，能够破坏离子穿过细胞膜的路径 。
同理，糖衣作用也会形成渗透休克 。一般而言，含糖量较高的食物可以维持很长时间，在干燥的状态下，精制糖不会支持任何微生物生长 。太妃糖、高温熬制的糖果（通常80%成分是蔗糖和葡萄糖）和其他硬糖果几乎不存在微生物，因此通常能够保存几年时间 。
然而一旦人们在糖果中添加其他成分，乳制品、淀粉、明胶或者鸡蛋等，它们的保存时间就会大幅减少 。比如将焦糖和巧克力混合在一起，很容易产生酵母和霉菌，并且在制造生产过程中引入的微生物也会在该食品中逐渐繁殖 。
防腐剂汉堡成为“教科书”
保存时间最长的食品实例或许是冰岛最后一块麦当劳巨无霸汉堡 。2009年，冰岛当地唯一一家麦当劳在倒闭之前卖出了最后一块巨无霸汉堡 。目前这块汉堡仍在展示，虽然该汉堡已干瘪，但霉菌并未进入其中 。这块汉堡的主人并未听取食品化学专家苏禄的食物保存建议，最终该汉堡被保存在一个玻璃盒子中，隔绝外界空气 。但保证它不发霉变质的根本原因，则是该汉堡的制作原材料之一——防腐剂 。
在超市或者厨房里，防腐剂用于延长食品的保质期 。零售商希望他们的食品无论在货架上放置一周或者四周后被购买，都能给顾客带来愉悦的就餐体验，因此，“最佳食用时间”并非产品食用不安全的时间，而是指产品变质、变味、变色或者外观低于制造商可认可水平的时间 。
然而随着防腐剂被查出各种食品安全问题之后，麦当劳的竞争对手汉堡王发起了一场广告宣传活动，宣传他们的汉堡中不增加任何防腐剂 。在广告中，他们的一块汉堡过了保质期之后逐渐干瘪发霉 。麦当劳也随之在2018年宣称，将去除汉堡、面包和酱汁中的防腐剂 。
2018年，麦当劳开始在汉堡中停止使用丙酸钙，这是一种防止面包发霉的食品添加剂，同时，他们也不再使用山梨酸和苯甲酸纳，山梨酸可以添加在奶酪中，起到防霉剂的作用 。苯甲酸纳则能抑制细菌生长，曾添加在巨无霸特殊酱料中 。
夹馅面包是一种保质时间很长的食物，奶油蛋糕却与之相反，其保质期较短暂 。奶油蛋糕的保质期仅有几个星期，但是喜欢该食品的人们已经尝试过将它放在钟形罐中可保持长达44年 。一段视频显示，一个放置27年的蛋糕被切开，它的质地像岩石一样坚硬，虽然发霉度不高，但根本不能食用 。
虽然奶油夹层蛋糕保质的时间会略久一些，但与保质时间最持久的食物相比，它们同样无法成为世界末日后“救生食物” 。
蜂蜜几乎不会变质，因此它的含糖量非常高，并且水分少，因此会保存得很好 。考古学家在格鲁吉亚贵族坟墓和埃及图坦卡蒙法王墓室中发现3000多年前的蜂蜜样本 。苏禄说：“结果显示几千年前古人保存蜜蜂的方式与现代人类是一样的，我们延续了他们的技术 。”
酒精和沼泽考古学
关于古代食物是如何经受“时间的考验”，考古学家的研究分析将提供一些重要线索，让我们知道家中碗橱中哪些食物能够保存的时间更长，并且未来有可能被后代挖掘出来 。
富含脂肪的食物可以保存很长时间，例如：黄油、奶酪、牛油或者油，脂肪不含水分，这意味着它们很容易被保存 。
考古学家就曾在爱尔兰和苏格兰泥炭沼泽中发现一种高度发酵的沼油，距今已有4000多年历史 。他们猜测，古代人将黄油或者动物脂肪埋在泥炭中，要么是为了保存，要么是为了藏起来防止被窃 。
尽管沼油外表像蜡一样，但从理论上讲它是可以食用的 。这种酸性、无氧的沼油可以防止物体腐烂 。这就是为什么考古学家会在泥炭沼泽中发现远古树木、古人尸骸都保存得十分完好 。一些人甚至考虑过品尝一下沼油，但是它的口感实在太差，严重的腐臭味道让人望而却步 。在一项现代试验中，将沼油埋在沼泽中3个月后进行品尝，结果显示沼油有一种特殊的味道，就像意大利蒜味腊肠 。
而如果条件允许，掩埋食物也是一种让食物长时间保存的有效方法 。在中国境内曾挖掘出一具古尸，他的遗物中就包含一串由奶酪制成的项链 。考古学家认为，干旱的盐碱地会更有利于食物保存，虽然奶酪项链看上去非常让人反胃恶心，但是考古学家过早定论为时过早 。就像很多现代人觉得现代奶酪不好吃一样，这串奶酪项链的口感味道不一定会很难令人接受 。
在德国斯佩尔地区一座古罗马坟墓中发现的迄今最古老的德国葡萄酒，就具有超出想象的美味口感 。这杯1700年前的葡萄酒非常粘稠，凝结并且变色，没有人勇敢地品尝这瓶千年美酒 。
世界上最古老的香槟则是于200年前在波罗的海海底一艘沉船中发现的克利科香槟 。该香槟口感非常好，2010年潜水员克里斯蒂安·艾克斯托姆（Christian Ekstrom）喝了这种古代香槟，他描述称，该香槟有一种“非常甜的味道”，甚至仍有泡沫 。因为这艘沉船位于深海底，寒冷且黑暗的环境有助于保护香槟不变质 。此沉船于1825-1830年之间发生海难，船上的这些瓶子也成为了迄今最古老的香槟瓶 。2011年，其中一瓶香槟以26248美元的价格被拍卖 。
除了酒和面包，远古肉类食物能经得起时间的考验吗？一个很好的实例是西伯利亚永久冻土层中的动物尸体，或是困在冰川中的远古死亡生物 。
深度冷冻的古代冷冻肉看起来完全可食用，但解冻后却很快腐烂
发现猛犸尸体的探险者表示，超低温环境下保存的古代动物肉仍能食用，但是解冻后会很快腐烂 。阿德里安·利斯特在《猛犸》一书描述过猛犸尸体被发现时的景象：1900年在西伯利亚发现的4万年前贝雷兹沃卡猛犸尸体，肉质呈暗红色，脂肪和肌肉相间形成类似大理石的纹理，脂肪层较厚 。它看上去非常诱人，我们思考了很长时间，是否应该品尝一下，但没有人敢放入嘴里，最终我们将小部分猛犸肉扔给了狗，它吃得一干二净 。
解冻之后猛犸肉会立即变成灰色，让人即刻丧失食欲，即使勇敢和探险家似乎也不太愿意品尝一下 。利斯特称，一位科学家尝了一些猛犸肉，使他感到非常不舒服 。瑞典皇家理工学院一些古生物学家曾发现冷冻的猛犸尸体，据称，当炸碎猛犸尸体时，它释放出恶臭气味，就像一堆臭污泥 。
令肉质变灰色的是一种叫做尸脂（adipocere）的物质，又被称为“尸蜡”或者“墓蜡”，它是不可食用的 。当厌氧细菌开始分解肉质脂肪时，尸脂就会逐渐形成 。尸脂形成的冰晶会在冷冻过程中损害肉质肌肉纤维 。法医学家可以依据尸体腐烂程度来判断生物死亡时间长短 。
虽然数百年来人们一直在努力寻找猛犸尸骸，但毕竟在永久冻土层发现冰冻猛犸尸体是很难的事情 。俄罗斯各地有许多关于人类食用猛犸肉的轶事传说，都缺少确凿证据 。
有18世纪的文献记录称，有人曾意外发现猛犸 。它的体型接近大象，在地下通道里蜷缩爬行 。它的牙齿像大象一样：洁白、光滑，没有裂纹，若接触阳光或者月光就会立即死亡 。文献还记录称，猛犸肉质性寒，人们吃了可以预防焦躁和发烧 。
相比其他肉类食物，鱼可能是冷冻过程中保质效果最差的食物 。经过长时间冷冻的鳕鱼肉会失去大部分水分 。由于缺少水分，解冻和煮熟后口感如柴木 。同时，鱼的肉质经过长时间冷冻之后也会发生一系列化学变化，时间越长越难吃 。
此外，肉类食物带有各种微生物，本就不适合长时间储存，但相关技术或可解决这个问题 。
未来十年，细胞农业化生产——通过‘种植肉类’而不是依靠动物生长而获得肉类食物，可能会使食品更加安全，保存时间更长 。目前人造肉企业Impossible Foods正在实验室培育人造肉 。该公司表示这些人造肉是无菌的 。
冰河世纪还是核灾难？
如果人类文明突然终结，突发性灾难到来的方式将决定未来我们可以安全地吃什么 。除非发生了诸如核事故或者化学泄漏事故之类的污染性泄漏事件污染了食物，否则人们依旧会到超市选购，并对在非新鲜货架的任何食物信心满满 。因此，当发生自然灾难，或者正常食品供应链突然崩溃时，人们不会因找不到食物而烦恼 。根据不同的冷藏时间，我们可以找到罐头食品、脱水食物 。各种冷冻食物也应该没有问题 。
食品学家会建议你从真空包装或者脱水食物开始吃，因为这些食物既没有接触空气，也没有接触水分 。对一些食物来说，脱水速度是影响保存效果的重要因素 。缓慢脱水干燥会使一些细菌适应并形成耐寒内生孢子，然后进入休眠状态，直到条件变得有利才恢复过来 。还有一些产芽胞厌氧菌嗜温，会在高温条件下较稳定，而另一些是嗜中温细菌，在室温下较稳定，这就意味着热处理并不总是能够确保食物处于最佳食用状态 。
这意味着缓慢脱水处理的食物仍可能含有微生物，通过喷雾干燥或冷冻干燥方式干燥脱水处理的食物，例如速溶咖啡粉，干燥的速度越快，其保质期越长 。
然而，如果发生一些突发灾难，导致地面食物均无法食用，那么幸存的人类就需要寻找其他的解决办法 。
全球种子库位于挪威斯瓦尔巴群岛的山脉和冰层之下，相当于列宁格勒植物研究所的基因库 。来自世界各地的986243份植物种子样本保存在这里，每份种子样本平均含有500粒干种子，这意味着目前全球种子库储存了接近50亿粒干种子 。
这些种子保存在零下18摄氏度的金属板条箱中，用铝箔纸包裹好，能够长时间地保存 。即使世界范围内出现大灾难事件切断了电源，位于北极永久冻土层的种子库仍能处于冷冻状态 。
如果人们非常饥饿，需要在种子库中寻找一些食物充饥，那就要在这些种子钟仔细选择了 。其中一部分种子是不可食用的，像杏子等种子外层包裹着杏仁苷，食用后会释放出氰化物 。但一般成年男子需要吃下75粒杏仁才会摄入达到致命剂量的氰化物，所以这种现象通常情况下不会发生 。
人类未来的食物
与其冒险尝试各种食物，人类不如待在实验室里研究未来食物，使其具备持久可食用性 。科学技术正在帮助我们获得食物，这些科技食物的保质期早已远超人类祖先的最大努力 。
太空旅行食品可能是一种不错的选择 。目前宇航员食用的太空食品被设计成重量轻、在骤变温度条件下能长时间保持安全，通过脱水和真空密封方式包装 。与此类似，依据美国军方的指导策略，美陆军通用口粮“即食食品（MRE）”在3年内最佳保存温度为27摄氏度 。它们还能承受包括“飞机高空投放至地面仍保持完整”在内的商业食品所不能承受的所有情境条件 。
此外，一些食品公司可以提供替代型应急食物 。例如，英国一家代餐公司就制造出了一种营养全面的粉末饮食，他们使用冷冻干燥和碾磨方法制造不含水分的粉末状食物，以此确保这些食品具有很长的货架寿命，保质期较长 。（叶倾城）
来源：BBC Future
撰文：威廉·帕克（William Park）
【科学探索|如何让食物撑过灾难末日？】翻译：叶倾城
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