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食物加热消毒杀菌后,死了的细菌变成了什么?

蛋白质是生命之源,而它们的形态又十分脆弱,只要一点形变就能让生命失去活性,而这也就是高温消毒的原理

在某问答平台上,有一位童鞋提了这样一个问题——食物加热消毒后,死了细菌变成了什么?

这还有问吗?当然是细菌的尸体了。

好吧别打我,只是开个玩笑,现在让我来认真地解释一下这个问题。

有机分子的耐热水平如何?

提问中限定了食物,所以我们自然不能算明火消毒,当然咱还是可以顺便说一下,一般来说蜡烛的明火是大约600℃,这是生命不能承受的温度,没有任何有机分子可以在这个温度下幸存。

这是因为地球是一个碳基生命星球,有机物都是以碳原子作为化学键连接的中心,而碳碳间的化学键并不强,通常在300℃以上就会断裂;碳氢键更弱,在大约200℃时就会断裂,也就是我们熟悉的碳化。

当然了,因为限定了食物,我们自然是不能将其加热到碳化,那么所谓的高温通常也不会超过水法烹饪的上限,也就是大约120℃。在这个温度下的灭菌消毒讲究的是概率,通常的说法是“在XX温度下可以存活XX分钟”或者“XX分钟后可以有效消毒”。因为有机分子的分解与核裂变一样,也有半衰期,高温可以有效缩短半衰期,而如果时间足够长,就算是常温有机分子最终也会被分解。

最耐热的生命哪里找?

好的,为了研究食物的消毒,我们要从目前所知的微生物入手,从这个世上最耐高温的细菌病毒身上找线索。

细菌的耐热能力其实并不强,通常60℃就足以消灭绝大多数细菌,根据这个现象,法国微生物鼻祖路易·巴斯德(LouisPasteur)于1862发明了巴氏消毒法,可以在不沸腾的情况下灭菌,保留更多营养。

在这里我提名枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis),它本身其实并不耐热,但是在遇到恶劣环境时会退化成一个小小的芽孢,能承受121℃下长达20分钟的消毒,而医学消毒通常是121℃下30分钟,可以说已经相当强悍了。

而自然界中最耐高温的微生物当属古菌,这些不是“古代细菌”的微生物是我们真核生物细胞框架的来源,在如今的世界中占领了细菌难以涉足的高盐、高压、高温等极端环境,比如天然盐湖、温泉甚至是海底火山。特别是在后者的环境中,我们找到了很多突破人类认知极限的生命,比如烟孔火叶菌(Pyrolobus fumarii ),这种超嗜热古菌的日常生活环境是400倍大气压,高达113℃的大西洋海底火山热液口。

而2003年发现的一种被命名为“Strain121”的超嗜热古菌更是夸张,它的名字正反映了其实力,121℃下该菌依然可以正常繁殖,医学消毒对其完全失去了意义,在没有食物供应的情况下Strain121可以在医用高压釜中苟10个小时……

不过这是特殊情况,要知道超嗜热古菌一旦进入低于80℃的环境中就会被“冻僵”,失去生命活性,因而对人类没有任何威胁。

最终的王者属于病毒!但是不要误会了,通常病毒都很脆弱,远不如细菌耐艹,这位“王者”骨骼清奇,完全没有遗传物质,是纯粹的蛋白质。

没错,它就是臭名远扬,引发疯牛病的朊病毒。

朊病毒拥有极强的消毒抗性,不仅无视紫外线、酒精、消毒水等常见消毒方式,也同样不把121℃的高压釜放在眼中,能轻松畅游4个小时依旧活蹦乱跳,只有将温度加到134℃以上才能在20分钟内消灭朊病毒,别看温度只上升了13℃,气压增长量可是前者的150%呢,通常的家用高压锅工作温度也就只有110℃。

消毒到底破坏了什么?

从上面的例子可以看出细菌能承受温度的极限一定不是DNA决定的,因为在121℃下“Strain121”尚且能正常繁殖,可见DNA的热稳定性相当不错,于是我们就只能将目光放在蛋白质上了。

那同样是蛋白质,为什么朊病毒如此刚,而普通细菌病毒却如此不堪一击呢?

这是因为朊病毒本质上我们体细胞内的一种正常蛋白质“朊蛋白”的“变形”,这被称为“异常折叠”。朊蛋白的β-折叠只占3%,而在朊病毒中占43%,这种异常的结构导致单体朊病毒就如同鲁班锁的零件,很容易层层相扣,拼成一个极稳定的大团子。

所以我们知道了一个事实,蛋白质在满足特定空间结构时,就可以很稳定,那么是什么让多数蛋白质如此脆弱,正如蛋清一烫就白呢?

答案还是蛋白质折叠方式,被称为蛋白质的二、三、四级结构。

一级结构是氨基酸的排列顺序,最稳定;剩下的简单来说就是氨基酸链在空间中不同级别的、复杂的三维结构。其中二级相对稳定,三、四级比较不稳定,只需一点点刺激就会被改变,上面提到的β-折叠就属于二级结构。蛋白质近乎无穷的功能正是其近乎无限的空间结构的功劳。

一般的消毒方案都属于改变蛋白质的三、四级结构,烹饪级的“高温”亦是如此。空间结构改变后蛋白质就会失去原有的功能,也就是“失活”。所以被消毒的细菌其实也就是蛋白质“变形”的细菌,有些甚至还可以保持完整的结构,但内部已经“停工”了,是名符其实的“细菌尸体”。

当然,如果你将被消毒的食物密封静置,细菌的大分子就会被时间慢慢分解,变成更细碎的有机分子。

这就是细菌被消灭的故事了,我是酋知鱼,一条不滥消毒的科学作者,欢迎关注!

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