从果酱到牛肉干:水的活性和保存的科学

对于我们这些生活在北方气候的人来说，草莓是夏季真正到来的第一个切实证据。这些脆弱的浆果，充满了水和糖，深受人类和强大的微生物种群的喜爱。要享用草莓，你必须动作要快，因为看不见的细菌和霉菌王国也同样渴望咬一口。你的浆果放在柜台上的每一刻，酶的衰变都会让它们越来越容易被微生物定植。这是一场与时间的赛跑，决定了谁会先吃掉浆果:你，还是微生物。

你最好的防御方法，除了马上吃掉它们，就是保存，但“保存”这个词有点用词不当;它确实是扩展．所有腌制食品都有保质期，最终它们也会降解到不能吃的地步。最后，我们所做的一切都是为了给自己争取一些时间，我们越了解保存的科学原理，我们就能争取更多的时间。

保存行业的抗菌工具

大多数微生物在与人类生存环境相似的环境中茁壮成长。它们需要相同的基本元素:水、食物和氧气。*它们对特定的温度和酸度也有环境偏好。这有助于将微生物想象成博卡拉顿富有的上流社会主妇——环境必须适合她茁壮成长。太热，太冷，太干，太酸，太咸，太多了任何东西，微生物就会死亡。而且，就像博卡的退休人员一样，微生物也有不同程度的抗逆性;微生物越脆弱，杀死它所需的时间就越短。如果我们不想要这些老家伙……呃……如果周围有微生物，我们可以改变环境的化学和物理条件，设置障碍阻止它们，增加食物的食用寿命。

有一类讨厌的微生物在厌氧(无氧)条件下茁壮成长。肉毒梭状芽胞杆菌是最致命的一种，它喜欢低氧低酸的环境。肉毒杆菌毒素可以杀死你。在后面的文章中，我们将讨论如何借助酸来远离它们——因为没有人应该因为有人选择忽视科学而死亡!

我们可以使用几种方法来做到这一点，通常是结合在一起。例如，酸洗就是创造一种高酸溶液——对微生物来说太高了，但对我们来说仍然很美味。你可以腌制草莓，尤其是未成熟的草莓，但这不是最常见的方法。

与此同时，压力罐装是指将温度提高到任何东西都无法存活的程度。当然，我们可以把收获的草莓暴露在高压罐头机的高温下，但这是为了什么呢?240°F(116°C)的温度会杀死所有微生物，但也会把草莓变成一罐煮得过熟的糊状物。这就像用BB枪就能发射核弹一样。冷冻食物则是另一个极端的温度，因为极冷会阻止微生物的生长。如果你有冷冻空间，那当然是一个保存大量成熟草莓的选择。

我们将在以后关于保存科学的文章中讨论酸和温度，但今天我们感兴趣的是另一种基本方法:减少食物中的有效水分。任何使用大量盐、糖和/或脱水来保存食物的食谱都属于这一类。盐腌的肉和鱼，用糖浆煮的水果，果酱，果冻，以及像牛肉干和果皮这样的脱水零食，都是在相同的基本原则下运作的:赶走或束缚食物中足够多的水分，使其不适合微生物生存。

无论如何

所有的生物都是由细胞组成的，而这些细胞是由分子组成的。这些分子是由元素构成的，而每种元素都是由原子构成的。水果、蔬菜和肉类主要是由碳、氢和氧元素构成的，这些元素主要组成水分子、碳水化合物分子、蛋白质分子和纤维分子。当然，你不需要知道你吃的每一样东西的确切化学组成，才能适当地准备它;现在，重要的是要记住每种食物都含有水分．

然而，从食品安全的角度来看，最重要的不是食物的绝对含水量，而是它的含量水活动．“水活度”的技术定义很快就把我们带入了科学公式的领域，所以就我们的目的而言，我们可以更简单地把它看作是一个分子可获得的水的量——这包括了组成一个活的有机体的所有分子。因为所有的生物都需要水来生存，我们可以通过减少它们可用的水的量来防止它们污染我们的食物，也就是说，通过减少食物的水活性。

这样想:想象一下，一块食物中所有的水分子都是房间里的人。然后把微生物病原体想象成一个非常烦人的家伙，它总是试图进入房间，制造麻烦。一个解决办法是在烦人的家伙到来之前让尽可能多的人离开房间;从本质上讲，这就是脱水。房间里的人越少，他需要打扰的人就越少。但我们假设，由于各种原因，不可能(或不希望)在那个人进来之前，让所有人都离开。在这种情况下，我们需要另一种策略。例如，房间里的人可以全神贯注——也许可以戴上耳机听音乐，或者看书。她们会很忙，因此没时间见那个讨厌的家伙。他最终会死于无聊，或者四处游荡，去寻找另一个挤满了人的房间。

要理解的关键是，房间里一直有人，就像食物里总是有一定数量的水一样。他们就是没有可用敬那个讨厌的家伙。但是，当然，这只有在房间里有足够的书和耳机供每个人使用的情况下才有效。

那么问题来了，在食物世界里，书和耳机的对等物是什么?潜在的药物有很多，但最强大的两种是盐和糖。将其中一种(或两种)添加到食物中，它们就会与水分子结合，把水分子绑在一起，使周围的微生物无法找到合适的栖息之地。添加足够的盐和糖，就没有足够的水分子供微生物生存，即使食物中仍然含有大量的水。

从化学的角度来看，思考这个谜题是有帮助的:什么时候水不是真正的水?当它是盐水的时候。

草莓债券

让我们回到草莓上。到目前为止，我们知道我们想这样做减少草莓的水分活度足以让微生物难以生存。但多少才够呢?测量食物中的水分活度需要复杂而昂贵的实验室设备，而我们大多数人都没有。**对于我们大多数人来说，我们能做的最好的就是依靠经过测试的食谱，或者更好的是，配方可以帮助我们确保草莓在安全区华体会体育手机端APP域。

科学家们有测量水活度的方法，他们把它表示为一个值(a_w)．纯净水有a_w1.0。保存的理想目标是水活度为0.85至0.80 (a_w)．但是，同样，你不需要知道如何测量或计算，只要你有一个好的食谱可以遵循。

如果我们只是用糖覆盖草莓，草莓中的水分就会开始滤出，然后与糖结合形成糖浆。含有糖浆的草莓和添加糖之前的草莓含有同样多的水分，但它们的水分活度降低了，这都要归功于糖分子和水分子的结合。仅这一点，厨师们称之为浸渍的过程，就能让你多吃几天。

给裹着糖的草莓加热，水分蒸发会进一步减少(结果是脱水)，为你赢得更多的时间。大多数腌制食品依赖于这种化学和物理屏障的组合，以确保没有病原体可以生长。即使是把加糖煮熟的草莓密封在一个干净的玻璃罐里，然后把它们放进冰箱，这是一道防线——又一道让周围微生物难以进入的墙。

但我们想通过制作果酱来进一步保存草莓，这将使我们从草莓中获得更多的可用时间。

实际保存:草莓酱

弯曲你的果胶

我们终于到了食物保存的有趣部分，我们将通过制作草莓酱来掌握水的活性。

在上面的例子中，我们把新鲜的草莓和糖搅拌在一起，然后把两者一起煮。有人可能会认为我们在这个过程中制作了果酱，但我们没有。虽然对果酱的定义各不相同，但大多数人都认为，果酱不能只是用糖浆煮熟的水果。它需要一种叫做果胶的增稠剂，果胶是水果和蔬菜中的一种天然纤维，可以保持果皮或外皮牢固完整。

一些水果，如苹果和橙子，有更多的果胶;有些，比如草莓和覆盆子，含盐量更少。草莓的果胶含量很少，它自己永远不会凝固成浓稠的果酱——至多会煮成浓稠的糖浆。古老的欧洲果酱制作方法通过将苹果、榅桲或橙子加入果酱中来解决浆果果酱中果胶含量低的问题。一些古老的食谱甚至华体会体育手机端APP没有说要这样做，因为它只是假设一个家庭厨师知道这么多。

今天，我们可以在我们的草莓/糖混合物中添加自制的果胶(例如超厚的苹果果冻)或商业果胶，以弥补草莓等低果胶水果中的不足。商业果胶是从柑橘皮中提取出来的，提炼成粉末，有几种不同的形式。

一种“普通”的果胶在化学上被设计成在加热和糖的作用下变稠。“低糖”果胶经过额外的精制，以与少量的糖一起工作。低糖果胶还会增加果酱的整体酸度，这又为微生物的生长设置了另一个障碍。它们通常含有少量的葡萄糖(一种高吸收性糖)和柠檬酸钠(一种酸化剂)。使用它需要催化剂，以酸(来自柠檬汁)或钙水的形式存在。普通的果胶不需要额外的催化剂。

我喜欢低糖果胶，尤其是Ball和Sure-Jell品牌的。它允许使用糖的种类和数量的灵活性。(这包括果汁和人造甜味剂Splenda。)纯粹主义者可能会对在果酱中添加葡萄糖和柠檬酸钠的想法望而却步，但正是葡萄糖确保了足够的水活性，即使配方中整体含糖量较低。

提醒一句:Pomona品牌的低糖果胶与Ball和Sure-Jell的工作原理略有不同，它依靠钙水来激活果胶，几乎不需要额外的糖。将它加入果酱的方法与其他低糖果胶不同，所以除非你知道怎么做，否则你不能轻易地替代它。更重要的是，波莫纳并没有将水的活度降低到安全水平，因为它会使果酱酸化。就我个人而言，我不使用波莫纳果胶，因为坦率地说，它让我紧张。果酱只有在我们充分减少水活度的情况下才能安全保存;酸化本身并不能做到这一点。

准备好设置…

许多老派果酱食谱需要在220°F(104华体会体育手机端APP°C)下长时间烹饪水果和糖的混合物。这意味着要做两件事:达到80%的水活度(水活度降低到足以阻止病原体生长的程度)，并使果酱充分凝固。(糖果制造商会认为220°F的温度刚好低于“螺纹”阶段。)这是许多欧洲食谱中使用的方法。华体会体育手机端APP发生的事情是这样的:糖和水果的水分子结合在一起，降低了水的活性，而热量蒸发了更多的水，进一步降低了水的活性，导致糖和碳分子重新连接成紧密的束，导致水果变厚。达到并保持理想的220°F温度需要警惕和耐心。搅拌、调节热量、等待和重复都是一件乏味的工作。使用这种方法的人要小心——如果你让混合物过热，这批东西很快就会变成果酱以外的东西。它可能会变成糖果，也可能会烧焦。

商业果胶中的葡萄糖，无论是普通的还是低糖的，都提供了一个科学合理的捷径，可以让你避免整个过程。当你在水果和糖的混合物中加入果胶时，葡萄糖会迅速与可用的水分子结合，帮助你几乎立即达到你想要的水活性，而不需要把果酱煮很长时间。将混合物煮沸一分钟就可以了，如果你不使用商业果胶，这种方法要容易得多。

你怎么知道你做对了吗?你怎么知道你的果酱是凝固的，而不是糖浆?你要的是室温下的稠度，简言之，凝胶状。一个好的果酱集，就像它的名字一样，在舀起的时候会保持完整，但也可以薄薄地涂在上面，而不会看起来像水。它不应该有任何结块，除了美味的水果块，也不应该太厚，以至于你可以在罐子里立一把刀。

因为每批水果含有不同数量的糖和果胶，即使你使用的是商业果胶，批次之间的设置也可能不同。这没什么。自制果酱的美妙之处在于不同批次和不同厨师之间的细微差别。自制果酱——我敢说吗?-风土，就像葡萄酒。明尼苏达州北部夏季的野生草莓尝起来与祖母在阿拉巴马州的草莓园有些不同。用这些浆果制成的果酱将反映出它们独特的地理和领土标志。

我接到的大多数来自果酱制作新手的疯狂电话都是“我的果酱没凝固!”现在怎么办呢?”解决办法是弄清楚堵塞是否设置好了之前你把它倒进罐子或容器里。我使用了我们称之为“摩西测试”的方法，因为你的目标是“分开海洋”:从锅中取出一茶匙热果酱，放在一个小盘子上。让它完全冷却，冷却到室温。五分钟就可以了。你可以利用这段时间来准备罐子或容器。现在用你的手指穿过果酱斑点的中间。这些边会回到中间吗?如果他们没有，那么你已经成功地分开了大海，你的果酱就做好了。

一级方程式赛车

现在我们有了制作草莓酱的关键原料:草莓、华体会应用下载糖、果胶和柠檬汁(如果你用的是低糖果胶的话)。最酷的是，一旦我们学会了一个非常基本的公式——因为我们了解了水的活性和保存背后的科学——我们就可以摆脱任何特定的配方。

公式是什么?用普通果胶制作草莓酱:4杯草莓+ 4杯糖+ 1/3杯果胶。用低糖果胶制作草莓酱:4杯草莓+ 2杯糖+ 2汤匙柠檬汁+ 1/3杯低糖果胶。事实上，这不仅仅是草莓酱的主要配方;这是主公式对于大多数果酱．四杯几乎任何一种水果，加糖和果胶(如果你用的是低糖果胶，再加柠檬汁)，在绝大多数情况下，就能做出美味的果酱。当然，这里有一些例外，那里也有一些例外，你可能会试图进行疯狂的实验，但在大多数情况下，这个公式是有效的。从一种水果到另一种水果，天然糖和果胶含量的变化足够微小，总体比例仍然会让你成功。

因为我们知道每一种成分对另一种成分的作用，我们可以交换和改变它们。华体会应用下载加入橙子。或者姜汁啤酒。或者红酒。不想用白糖?用红糖。或者枫糖浆。或者山胡桃糖浆。或者Splenda(但前提是使用低糖果胶，因为你需要添加葡萄糖来弥补缺失的糖)。只要你保持配方的比例不变，你就可以添加香草、香料和其他调味料，而不会影响你把草莓做成果酱的整体效果。 How best to create your signature strawberry jam? Using the four cups of berries as the base measurement, make your substitutions accordingly—say, three cups of strawberries plus one cup of ginger beer. Or two cups of strawberries and two cups of wine. It won't affect the result if your substitutions are liquid or solid. Some added ingredients, like candied ginger, may already be "sugared." In those cases, you have a choice—proceed with the formula for a sweeter batch, or reduce the total sugar amount to compensate.水的活度仍然会大大降低，因为糖还在那里，只是来源不同。

在我教的课上，这是我看到脸上容光焕发的时刻。他们现在想的是他们能创造的所有美味、愚蠢和个性化的组合。这就是制作果酱的炼金术。你知道草莓和山葵可以很好地搭配在一起吗?烹饪过程可以调和辣根，当它与糖和草莓结合在一起时，就会产生一种可以改变你生活中每一个烤牛肉三明治的果酱。把切碎的糖姜和糖橙皮放在一起可以增加甜度，但也为草莓酱增添了一种可爱的口感。如果你跟随你的想象力和味觉，可能性是无限的。如果你还没有，那就去看看吧味道圣经作者:凯伦·佩奇和安德鲁·多嫩伯格。这是一本书呆子的美食书——百科全书式的列出了每种食物以及与之相配的其他食材。华体会应用下载对于厨房炼金术士来说，这是一个很好的资源。

果酱会议

最后一步是问自己你的目标是什么。你需要果酱在地窖里连续存放几个月吗?然后你需要在其他所有东西之上对它进行热处理。如果你只是想把果酱在冰箱里保存几周，你可以跳过这一步。

我将在后面的文章中更深入地介绍对果酱进行热处理的技术，包括将一个盖上盖子的罐子浸入沸水浴中(或将其放入压力罐中)，在规定的时间内，将剩余的氧气赶出，并将罐子密封，防止新的微生物进入。就像我一开始说的，许多腌制食品需要结合微生物屏障才能保证成功。

在这一点上，你已经准备好建立第一个障碍——低水活动——在盐、糖和脱水的帮助下。这是多管齐下的方法中的一个关键工具，可以阻止微生物进入我们的食物，并保持食物的食用时间更长。