发酵的奥秘
清晨，爸爸为大家倒上一杯豆浆，妈妈端出金黄的馒头和香甜的南瓜饼。奶奶准备了早餐的小菜：一碟榨菜、一碟腐乳、还有几块臭豆腐。这些在餐桌上常见的食物，实际上都拥有同一个秘密——它们都是靠“发酵”的力量制作而成的。
发酵是人类最古老的食品加工技术之一。早在几千年前，我们的祖先就发现了这种神奇的现象：牛奶放久了会变酸，但喝起来别有风味；面团放置一段时间会膨胀，蒸出来的馒头松软可口；果汁密封保存会产生酒精，成为美酒。这些奇妙的变化，都是微生物在悄悄地“工作”。
发酵是什么
发酵是指微生物在无氧或有氧条件下分解有机物，产生能量和各种产物的过程。简单来说，就是微生物把食物中的糖、蛋白质等营养物质“吃掉”，然后产生新的物质，这些新物质给食品带来了特殊的风味、质地和营养。
在发酵过程中，微生物是主角。不同的微生物产生不同的发酵产物，制作出不同风味的食品。乳酸菌产生乳酸，让牛奶变成酸奶；酵母菌产生二氧化碳和酒精，让面团膨胀松软；醋酸菌产生醋酸，让酒变成醋。
发酵与腐败有什么区别？发酵是人类控制和利用微生物，让它们产生对人体有益的物质，改善食品的风味和营养。而腐败是有害微生物大量繁殖，产生有毒有害物质，使食物变质。发酵是“好的变化”，腐败是“坏的变化”。
乳酸菌
乳酸菌是什么
乳酸菌是一类能够发酵糖类产生乳酸的细菌的总称。它们广泛存在于自然界中，在牛奶、蔬菜、人体肠道等地方都能找到。乳酸菌是人类的好朋友，它们制作出了许多美味健康的发酵食品。
酸奶的诞生
制作酸奶的过程其实很简单。将乳酸菌加入牛奶中，在适宜的温度（通常是40-42度）下放置几个小时，乳酸菌就会大量繁殖，分解牛奶中的乳糖，产生乳酸。
随着乳酸的增加，牛奶的pH值下降，变成酸性。当pH值降到4.6左右时，牛奶中的蛋白质（主要是酪蛋白）会发生凝固，形成半固态的凝胶，这就是酸奶。同时，乳酸赋予了酸奶特有的酸味。
酸奶比牛奶更容易消化吸收。有些人喝牛奶会肚子不舒服，这是因为他们体内缺乏分解乳糖的酶，导致“乳糖不耐受”。而在酸奶中，乳糖已经被乳酸菌分解了一部分，所以更容易消化。而且，乳酸菌本身对肠道健康也很有益，能够调节肠道菌群。
泡菜
泡菜是中国传统的发酵蔬菜，历史悠久。四川泡菜、东北酸菜、朝鲜族辣白菜，各有各的特色。
制作泡菜的原理和制作酸奶类似，也是利用乳酸菌发酵。将蔬菜（如白菜、萝卜、黄瓜等）洗净，加入盐水，密封保存。盐能抑制大部分有害细菌，但耐盐的乳酸菌可以生存。乳酸菌分解蔬菜中的糖分，产生乳酸，使泡菜变酸。
泡菜的酸味不仅美味，还能促进食欲、帮助消化。而且，泡菜中的维生素C含量较高，在冬天蔬菜缺乏的时候，泡菜成为人们补充维生素的重要来源。
酵母菌
酵母菌是什么
酵母菌是一类单细胞真菌，在显微镜下看起来像一个个小球。酵母菌在自然界中广泛存在，水果表面、空气中都有它们的身影。人类很早就学会了利用酵母菌来制作食品。
馒头和面包
为什么馒头和面包那么松软？秘密就在于酵母菌产生的二氧化碳气体。
制作馒头时，将酵母菌加入面粉和水混合的面团中，放在温暖的地方“发面”。酵母菌在面团中繁殖，分解面粉中的糖分，进行发酵，产生大量的二氧化碳气体和少量的酒精。
二氧化碳气体在面团中形成无数小气泡，使面团膨胀变大，体积可以增加到原来的2-3倍。这个过程叫做“发酵”或“发面”。发好的面团蒸熟后，气泡被固定下来，就形成了蓬松柔软的馒头。酒精在加热过程中挥发掉了，所以馒头没有酒味。
面包的制作原理和馒头一样，也是利用酵母菌发酵。只不过面包的配方更复杂，加入了糖、油、蛋等材料，口感更丰富。
从图表可以看出，发酵温度对面团的膨胀有很大影响。在适宜温度（28-30℃）下，酵母菌活性最强，面团膨胀最快，2小时可以膨胀到2.9倍。温度太低，酵母菌活性弱，发酵速度慢；温度太高，酵母菌会被“热死”，发酵会停止甚至倒退。这就是为什么做馒头要把面团放在温暖（但不是太热）的地方。
美酒的诞生
酵母菌还能制作酒。在无氧或缺氧条件下，酵母菌分解糖类产生酒精和二氧化碳，这个过程叫做“酒精发酵”。
未成年人不能饮酒！酒精对大脑发育有害，会影响学习和健康。酒后驾车更是违法行为，可能造成严重的交通事故。了解酒的制作原理是为了学习科学知识，而不是鼓励饮酒。
中国传统发酵美食
中国人利用微生物发酵制作食品的历史有几千年。许多传统美食都是发酵食品，它们不仅美味，还蕴含着祖先的智慧。
酱油
酱油是中国最常用的调味品，几乎每个家庭的厨房都有。酱油是用大豆、小麦等原料经过发酵制成的。
制作酱油的微生物主要是米曲霉和乳酸菌等。米曲霉分解大豆中的蛋白质，产生氨基酸；乳酸菌产生乳酸，赋予酱油鲜美的味道。发酵过程需要几个月时间，优质的酱油发酵时间甚至长达一年以上。
酱油的颜色来自发酵过程中产生的黑色素和焦糖色。酱油的鲜味主要来自氨基酸，特别是谷氨酸，这也是味精的主要成分。
醋
醋是另一种重要的调味品，中国的山西老陈醋、镇江香醋都非常有名。
醋的制作需要两次发酵。第一次是酒精发酵，酵母菌把粮食中的糖分解成酒精；第二次是醋酸发酵，醋酸菌把酒精氧化成醋酸。醋酸就是醋的主要成分，赋予醋特有的酸味。
醋不仅能调味，还有健康功效。醋酸能促进食欲、帮助消化、软化血管。在北方，人们吃饺子时喜欢蘸醋；在南方，糖醋排骨、糖醋鱼等菜肴都少不了醋。
豆腐乳
豆腐乳，又叫腐乳，是中国特有的发酵食品。它是用豆腐经过霉菌发酵制成的，味道咸香，是下饭的好菜。
制作豆腐乳时，先将豆腐切成小块，接种毛霉菌，在适宜温度下培养，让霉菌在豆腐表面生长，形成一层白色的菌丝，这个过程叫“前期发酵”。然后将长满菌丝的豆腐块放入盐水、酒、香料等配制的卤汁中，进行“后期发酵”，几个月后就制成了豆腐乳。
霉菌分解豆腐中的蛋白质，产生氨基酸和小分子多肽，使豆腐乳的味道更鲜美，质地更细腻。虽然外表有些“吓人”（长满了霉菌），但豆腐乳是非常安全的食品，这些霉菌是经过精心筛选的有益菌。
动手制作泡菜
了解了发酵的原理，我们可以自己动手制作泡菜，体验发酵的神奇过程。
准备材料
制作泡菜需要的材料很简单：白菜或萝卜等蔬菜、盐、水、密封的容器（玻璃罐或陶瓷罐）。如果想让泡菜更美味，还可以加入辣椒、大蒜、生姜等调料。
制作步骤
清洗蔬菜。将白菜或萝卜洗净，沥干水分。白菜可以整棵或切块，萝卜切成条状。
腌制。在干净的容器中放一层蔬菜，撒一层盐，再放一层蔬菜，再撒一层盐，如此重复。盐的用量大约是蔬菜重量的3-5%。盐能让蔬菜脱水，同时抑制有害细菌。
压实。在蔬菜上面压一个重物（如装满水的瓶子），让蔬菜充分接触盐水。过几个小时，蔬菜会渗出水分，形成盐水。
密封发酵。确保蔬菜完全浸泡在盐水中（如果盐水不够，可以加入凉开水），然后密封容器。将容器放在阴凉处，开始发酵。
注意事项
制作泡菜的容器、用具都要干净，避免杂菌污染。蔬菜要完全浸泡在盐水中，否则露出水面的部分会腐烂。发酵过程中不要频繁打开容器，以免空气中的杂菌进入。
制作泡菜是一个很好的科学实验。你可以观察发酵过程中的变化，记录温度、时间、pH值（如果有pH试纸的话），甚至可以对比不同盐浓度、不同温度对发酵的影响，写一篇观察报告。
从图表可以看出，在泡菜发酵过程中，随着乳酸菌的繁殖和乳酸的积累，盐水的pH值逐渐下降（变得更酸），乳酸浓度逐渐升高。到第7天时，pH值降到3.5左右，乳酸浓度达到5克/升以上，这时泡菜的酸味适中，口感最好。
食物为什么会变坏
我们日常生活中的食物很容易变坏，这是因为有害的微生物在食物上大量繁殖，导致食物腐败。其实，发酵和腐败都是微生物的活动，只不过前者是对人体有益的微生物在“帮忙”，而后者则是有害微生物在“捣乱”。
当食物暴露在空气中，或者接触了不干净的手、餐具，各种看不见的微生物（比如细菌、霉菌、酵母等）就会落在食物表面。如果环境条件合适，这些微生物就会开始分解食物中的蛋白质、脂肪、糖类等营养物质，产生许多奇怪的、难闻的气味（比如腐肉味、臭味），还可能产生毒素，使食物不仅失去原有的颜色、气味、口感和营养，甚至变得有毒，吃了让人生病。这就是我们说的“食物腐败”。
实际上，除了微生物分解产生的毒素外，有些霉菌（例如黄曲霉）还会产生很强的致癌物质。如果吃了被霉变污染的食物，后果可能非常严重。所以食品的保存非常重要。
影响食物变坏（腐败）的主要因素有：
如何保存食物
明白了让食物变坏的原因，我们就可以针对这些条件，采取措施延缓食物腐败，延长食物的保存时间。其实，所有的食物保存方法，都在创造一个“不利于微生物生长”的环境。
低温保存
把食物放进冰箱冷藏室（通常4℃左右）或冷冻室（-18℃以下），可以大大减慢微生物的活动。在冷藏温度下，微生物仍然可以缓慢繁殖，所以生鲜食品只能保存几天到一周左右；而冷冻温度下，大多数微生物会“休眠”，食物可以存放几个月甚至更长时间。
不过冷冻不能杀死所有微生物，只是让它们暂时停止活动。一旦解冻，微生物又会恢复生长。所以从冰箱拿出的食物要尽快食用，而且不要反复解冻、冷冻，这样容易滋生更多细菌。
高温杀菌
高温是杀死微生物的有效手段。平常我们做饭、烧水，都是利用高温杀菌。食物加热至100℃煮沸几分钟，绝大多数细菌、病毒都能被杀死。但有些细菌形成的芽孢（比如肉毒梭菌的芽孢）比较顽固，需要更高温度（比如高压锅121℃）才能彻底灭活。
罐头食品就是采用高温高压杀菌+密封的方式。食品加热杀菌后立即密封，只要罐体完好，里面几乎没有活的微生物，能保存几年。类似的还有巴氏消毒法（Pasteurization），通常用在牛奶和果汁上，加热到72–75℃保持15–30秒，能杀死致病菌，同时最大程度保留营养和风味。
干燥脱水
微生物需要水来生长。通过晒干、烘干、冻干等方法把水分去掉，微生物就难以繁殖。中国传统有很多干货食品：腊肉、腊肠、干菜、果脯、鱼干、蘑菇干等，可以在常温下久藏。
现代还有真空冷冻干燥技术，能最大程度保留食物原有的味道和营养。例如航天食品、即食速溶咖啡、速食汤料等，都是用这种方法制成的。
腌制
用盐或糖腌制，可以让食物脱水，抑制微生物生长。食盐浓度高的时候（超过10%），绝大多数细菌就不能生长。糖过量也能让很多微生物“渴死”。咸鱼、咸菜、火腿、蜜饯等都是用高盐或高糖保存的。
有些腌制还伴随乳酸菌发酵（比如酸菜、泡菜），除了盐分抑菌，还让食物变得酸，这样更能延缓变质。不过，腌制品的盐分或糖分较高，要适量食用，避免对健康造成负担。
真空包装
把食物装进塑料袋里，抽走空气、密封，这样食物就处于缺氧环境，好氧细菌和霉菌就无法生长。真空包装对于坚果、熟食、肉类非常常见。市面上很多包装食品也是用这种方式延长保质期。
不过要注意，真空不等于无菌，有些厌氧菌在没有氧气时反而生长得更快。所以真空包装也需要结合低温、冷藏等方式，保证食物安全。
此外，还有辐照灭菌（利用伽马射线等破坏微生物DNA）、添加防腐剂（如山梨酸、苯甲酸等）等更多食物保鲜方法。每种方法都有自己的适用范围和优缺点，可以根据不同食物和需求灵活选择。
添加防腐剂
防腐剂是能抑制微生物生长的化学物质。合理使用防腐剂可以延长食品保质期。但防腐剂的种类和用量必须符合国家标准，不能随意添加。
为什么不同保存温度影响如此大？
微生物的繁殖速度与温度密切相关。在较高温度（如25℃）下，细菌等微生物能迅速繁殖、产生毒素，使食物短时间内变质。而低温环境（如冷藏、冷冻）可以显著减缓甚至抑制微生物繁殖，大大延长食品安全存放时间。此外，高温灭菌配合密封、缺氧“真空”包装等技术，也能有效防止微生物的生长，为食物持久保鲜提供了保障。
从图表可以看出，温度对食物保存时间有巨大影响。室温下，新鲜肉类只能保存半天就会变质；冷藏可以保存3天左右；冷冻可以保存长达6个月；经过高温灭菌并密封的罐头肉类可以保存一年以上；真空包装后冷藏可以保存一周。
注意食品安全
虽然发酵是一种安全的食品加工技术，但如果操作不当，也可能带来食品安全问题。
自制发酵食品要小心
家庭自制泡菜、酸奶、米酒等发酵食品，一定要注意卫生。容器、用具要清洗干净，最好用开水烫一下消毒。原料要新鲜，制作过程要避免污染。
有些人自制发酵食品时，容器不干净，或者发酵条件控制不好，导致杂菌污染，产生有害物质。比如，自制葡萄酒如果温度控制不当，可能产生甲醇（一种有毒物质）。所以，如果没有把握，还是购买正规厂家生产的发酵食品更安全。
认识食物中毒
食物中毒是指吃了被有害微生物或毒素污染的食物后，出现的急性疾病。症状包括恶心、呕吐、腹痛、腹泻、发热等，严重的可能危及生命。
常见的食物中毒原因包括：吃了腐败变质的食物、吃了没有煮熟的肉类或海鲜、吃了被细菌污染的剩饭剩菜、吃了含有毒素的食品（如毒蘑菇、河豚）等。
预防食物中毒的方法：不吃腐败变质的食物，不吃来历不明的食品，食物要煮熟煮透，生熟食品要分开存放，饭前便后要洗手，餐具要清洗消毒。
如果出现食物中毒症状，要立即停止食用可疑食品，多喝水，及时就医。如果症状严重（如高热、便血、脱水），要拨打120急救电话。
发霉的食物不能吃！有些霉菌会产生黄曲霉毒素等强致癌物质，即使加热也无法去除。如果花生、玉米、大米等食物发霉了，整包都要扔掉，不要只把发霉的部分挖掉。宁可浪费一点食物，也不要冒险吃发霉食品。
读懂食品标签
购买食品时，要看清包装上的标签。正规食品都有生产日期、保质期、配料表、生产厂家等信息。
本节练习
第一题：酸奶和腐败的牛奶都是由微生物作用产生的，它们有什么区别？为什么酸奶可以吃，而腐败的牛奶不能吃？
第二题：小李做馒头时，把面团放在冰箱里发酵，结果等了很久面团都没有膨胀。请解释原因，并说明应该怎么做才能让面团快速发酵。
第三题：下表是某同学制作泡菜的实验记录。请分析数据，说明泡菜发酵的过程。
第四题：为什么It的罐头食品可以保存很长时间而不变质？请从微生物的角度解释罐头保存食品的原理。
第五题：阅读下面的材料，回答问题：
小张在家自制葡萄酒。他买了10斤葡萄，洗净后连皮带籽一起捣碎，装进一个干净的玻璃瓶中，加入适量白糖，然后密封。几天后，他发现瓶子里产生了很多气泡，葡萄汁的颜色变深，闻起来有酒的香味。一个月后，他把液体过滤出来，得到了自制的葡萄酒。
（1）葡萄酒制作过程中产生气泡的气体是什么？它是怎么产生的？
（2）为什么要加入白糖？
（3）自制葡萄酒有哪些食品安全风险？应该注意什么？