今早浏览到一篇名为 “别再把肉泡水里解冻了！正确方法→” 【1】 （点我阅读原文）的短文。总结一下就是从食品卫生安全方面考虑，解冻过程越快越好。而从保留食品营养成分的角度考虑，解冻过程中应该尽量避免食品接触水和空气。综合来讲，推荐把冻肉 放到微波炉解冻，或是隔食品包装袋进入常温水中解冻，抑或是把冻肉从冰箱冻格移入保鲜格慢慢解冻。
因为担心微波炉加热不均匀，我自己常用第二种方法，算是在解冻时间和食品风味两者间取了个折中。不过在阅读这篇短文的过程中，我还是不禁感到好奇，人们在生活中常把三九和三伏对应起来：说明在潜意识里，我们认为严寒和酷暑是同样致命的威胁，那人们为什么又对刚刚才经历了严寒的冰冻食品如此谨慎呢？经过了一番简单思考查证（以及与 ChatGPT 的一番交流），我将一些笼统的结论分享如下。概括地说，低温环境并不能有效地杀死冰冻食品当中的致病菌，而仅能减缓它们的繁殖速率或让它们进入休眠状态，一旦外部温度湿度再次变得适宜，致病菌将会重新开始繁殖，致病几率也会随之攀升。那么这些小小的微生物是如何挨过令人类都避之不及的严寒呢？我们还得从寒冷对生物细胞造成的损伤类型来讲起。
1. 冰晶对细胞造成的（穿刺）伤害
不同种类生物的细胞各有特点，但是我们可以笼统地讲，它们皆是穿着一层或为脂质或为蛋白质外套的小水球。这些外壳将细胞自身与外围环境区分了开来，使得细胞内的各项生命活动能够在合适的内环境里有序进行。而水则作为各项生化反应的良好媒介，广泛参与细胞代谢活动的各个方面。
然而正是这个最基础的共性，使得寒冷成为生物细胞的一大威胁。一旦温度低至冰点，无论是外围环境当中的水分，还是细胞自己内含的水分，都将结为冰晶。这些微观上张牙舞爪的冰晶可以对生物细胞的外壳造成严重的结构损伤。可以理解为冰晶会刺破生物细胞的外壳。越是内部水分高的细胞，受这一现象的损伤就越大。西瓜的冻伤就是我们生活中一个典型的常见例子。作为植物，西瓜细胞含有独特的储存了大量糖水的液泡。一旦外部环境温度足够低，细胞内外凝结的冰晶就会刺破它，导致细胞破裂，糖水乱流。这一点，对于其他种类的生物细胞亦是相似。
小冰晶挺扎人
植物细胞切一刀
西瓜冻伤，食客心慌
2. 结冰所导致的渗透压剧变
严寒杀死细胞的另一个原因和结冰紧密相关，作用机理却有所不同。如前文所讲，水亦所谓生命之源，密切地参与着生命所需的各项生化反应。其所扮演的最常见的角色是溶剂，即作为生化反应中各种分子，离子的表演舞台。若是没有了液态水，这些溶质分子离子们统统只能沉降为毫无生气的小盐粒儿了。
可以想见，在寒朗的环境中，当细胞内外的水逐渐结晶固化，其中原本溶解的溶质分子和离子便会纷纷逃逸至附近尚未固化的液态环境里，这将导致它们在仅存的液态环境中浓度飙升。那么这一变化怎么会伤害到生命细胞呢？这就要提到北方人民喜闻乐见的活动，腌咸菜了。
以腌黄瓜为例，如果我们拿刚刚被洗净，擦干，切片的黄瓜片对比已经腌制完毕的咸菜黄瓜片。很明显，前者的形态要坚挺很多而后者则显得有些脱水。这就是渗透压的作用结果。笼统地讲，互相接触的两份液体里的水总是趋向于平衡二者的浓度。在我们腌黄瓜的例子里，即为了使黄瓜内液体的浓度趋近于外面齁咸的腌菜水，黄瓜内的水分会逐渐流向外部，而导致这种水分转移的压力就被叫做渗透压。至此，寒冷对于生物细胞的第二种伤害方式就已经明了了。大概在冰晶将生物细胞万箭穿心之前，由外环境脱水导致的渗透压激增就已经把这些细胞腌成咸菜了。
腌黄瓜，皱巴巴
3. 脱水所导致的蛋白质变性
最后一类由寒冷所导致的细胞损伤还是和脱水有关，不过这次的受害者是细胞内柔弱的蛋白质。 没错，提起蛋白质人们大多会第一时间联想起煮熟后颇具弹性，看似皮糙肉厚的鸡蛋白。不过这可算是一种天大的误解，生物细胞内的蛋白质实际上对温度以及酸碱度非常敏感，堪称是吹弹可破。这倒不是因为蛋白质本身易碎，而是因为蛋白质只有保持它的三维形状，才能在生命活动当中发挥应有的作用。简单地说，细胞里的蛋白质和乐高积木有一些相似。它们通过自己独特的三维结构参与和影响着各种维持生命必需的生化反应。例如，酶是一类由蛋白质构成的催化剂，它们本身不被化学反应消耗，但它们的存在会极大地加快化学反应的速率（例如往汽水里投入曼妥思软糖会让汽水“井喷”，虽然软糖本身并不显著变化），使新陈代谢更加的高效。然而，蛋白质复杂的三维结构背后的幕后功臣依旧是水分子。
曼妥思软糖表面凹凸不平的结构催化了汽水里碳酸蜕变成二氧化碳和水的反应，但是汽水喷完，软糖还在
众所周知，水分子（H2O）是由氢原子和氧原子构成的。在这个小小的共同体里，带负电荷的电子更加青睐巨大的氧原子。至此，小小的水分子两端分别带上了正负两种电荷（我们称之为极性分子）。正如带静电的气球可以粘在镜子上面，带着极性的水分子亦能根据极性吸附在折叠成蛋白质的肽链四周。从这个角度来讲，蛋白质并非是自由自在地漂浮在人体的内环境中。相反，巨大的肽链是在众多水分子层层挤压之下才折叠成了有用的形状。这一幕不禁让人联想起了格列佛游记中的矮人国，只不过对于生命来说，被折叠，束缚的肽链才是有用的蛋白质。
电荷在水分子（H2O）中的散布使其带有极性
蛋白质是在多方力量拉扯下才能维持自身形态
这一现象在生活中的实例则是让人又爱又恨的醉虾醉蟹（生腌）。为了追求海鲜鲜嫩的口感和其原始的鲜甜，老饕们摈弃了安全的高温加热，而是使用酒精，醋或盐对生鲜食材直接浸泡，以一夕的腹泻换取极致的味觉刺激。虽然这三种物质浓度过高时所导致的蛋白质变性各有其特点，但它们都会在最后为海鲜原本透明的肉质上笼罩一层淡淡的白晕–作为生腌成熟的信号呼唤食指大动的人们。而这一现象对细胞的杀伤过程则大概出现在前两个现象之间：当液态水逐渐因为凝固而变少时，细胞内环境里的蛋白质就会因为溶质（酸/盐）浓度变化而失活–而在达到某个阈值之后，这种蛋白质失活将是不可逆的–这个细胞也就基本死透了。
鱼肉用醋生腌前（左）后（右）对比
醉虾经过腌制，虾肉已经变白
以上我们简述了几种在水凝结时生物细胞受到伤害的原理。那么面对这重重杀机，微生物们又是如何存活下来的呢？
鉴于笔者个人有限的的知识储备和时间精力，本文将讨论对象限制在细菌细胞在低温下的生存对策，欢迎读者们将问题拓展思考至其他生命（以及如病毒一类的非生命）形式。
首先要明确的是，低温–即使对于在分类学里比动物细胞更原始，结构更简单的的细菌细胞，也属于非常严苛的环境。即使是对于低温有耐受性的细菌，其细胞在低温下也必须转入低代谢模式，进入类似冬眠的状态。有些种类的细胞还会合力构建起生物膜，组成微型的“细菌城市”携手对抗极端环境。无论如何，低温对于生命活动都具是有抑制性的，这也就是为何冰箱可以作为一种有效的食品保鲜手段的原因。
作为原核生物(Prokaryotes)的一种，细菌细胞与真核(Eucaryotes)的动物细胞相比，不具有真正的细胞核和界限分明的细胞器–前者储存细胞的遗传物质，后者像微型脏器一样负责维持细胞生命代谢某一方面的日常运转。内部结构相对简单的细菌细胞则是粗枝大叶地选择将所有生命进程放在其细胞膜内的肉汤(细胞液)里一起进行。诚然，这样的粗旷管理在外部环境优渥的时候意味着相对低下的代谢效率，但是，细菌细胞更简单的结构也意味更高的容错率–即所谓的“简单到很难出错”。打一个不恰当的比喻，相比于一把做工精良的椅子，一个石墩子也许不是疲惫行者们最舒适的歇脚点，但是大自然的风吹日晒也更难摧毁后者对于旅人们的价值。接下来，让我们讲讲细菌细胞应对严寒的生存之策。
微生物求生对策一： 降低冰点
首先，面对低温，最好的生存法则是不让细胞内的水分结冰。在北方生活过的朋友们也许见过路政同志们在易结冰的道路上撒盐的举动。这能够降低道路上盐溶液的冰点–即尽可能让道路上的水分在冬天保持液态，改善道路行车环境。我对与这一过程的粗浅理解可以用五子棋来做比方。类似于五子棋当中的同色棋子，液态的水分子很乐于与同类联手，在低温下形成固态冰晶。但是当我们通过撒盐使得棋盘上充满了五颜六色的其它棋子，这些额外的添头就会阻碍四处乱逛的水分子和它的同类们接头，由此，盐水里的水分子结冰就相对更加困难了。
正如之前所说，细胞里的水分如果结冰，细胞也就基本无法存活。为了活命，需要耐寒的细胞就需要尽量降低自己细胞液的冰点。从这一点来说，细菌细胞内部混乱的细胞液反而因为溶质比较多而具有得天独厚的抗寒优势。另外，有特殊寒冷耐性的菌种还具有溶解了更多盐和多糖的细胞液，以及有些菌种会合成特殊的蛋白与冰晶结合，防止其进一步增大，造成损害。此外，某些细胞还可以通过调整其外膜的饱和脂肪占比来保证其细胞膜在低温下仍旧具有流动性（动物脂肪[如黄油，饱和脂肪占比高]凝固点高于植物油）。
美国冬季路政车撒盐除冰
纯水（左），鱼类防冻蛋白溶液（中）和昆虫防冻蛋白溶液（右）中的冰晶增长图示
微生物求生对策二： 启用低温酶
大家想必一定在头疼脑热时体会过食欲不振和精神萎靡的感觉。这些负面感受即是源于那仅仅几摄氏度的体温变化让体内负责代谢的酶蛋白表现不佳。可以想象，濒临冻结的温度下，细菌细胞内的常温酶蛋白一定也不好过。神奇的是，一些耐低温细菌可以在环境压力下制造能够帮助蛋白质维持稳定的多糖或者直接激活特定的，只在低温下具有活性的酶蛋白来接手必要的生理反应。打个日常的比喻，大概类似于在严冬来临时给爱车加注防冻级别比较高的机油，换上专用的雪地轮胎吧。
微生物求生对策三： 数量取胜
即使有着不少的保命计策，严寒对于细菌细胞依旧是巨大的环境压力。为了应对低温，细菌细胞必须减缓代谢速率，同时，制造新的抗冻蛋白以及一系列存活所必需的物质则需要额外的能量，更不必说细胞里因为温度变化而失活的蛋白也需要被及时清理。这代表着，一定会有一部分细菌细胞无法撑过低温。即使如此，凭借数量的暴力，总会有细菌细胞撑过严寒，熬到春暖花开，适宜繁衍的环境–此时，它们就会施展它们真正的威力，指数级的繁殖速率。如下面的动画所示，指数增长始于具有一定误导性的低速率但是一切会随时间而飞速加快。从这个角度讲，漫威动画里的大反派灭霸企图通过直接消灭宇宙当中一半的生命来缓解资源枯竭的方法在数学上就行不通–即使是只针对一小碟剩菜，如果不赶紧将其放进冰箱，灭霸通天的手段可能也只会给这碟剩菜多争取一个小时。
左下角以分钟数计时的细菌繁殖动图
不改变增长速率，灭霸也不能改变指数增长的恐怖威力
对吃货的叮嘱与对应用的拓展
综上所述，单从饮食卫生方面来讲，通过将食物彻底煮熟以及使用干净卫生的厨房用具来保证较少的初始菌落数并且尽早使用冰箱可以较好地控制致病微生物数量。至于食物解冻，自然是在食用前直接微波炉彻底加热最为稳妥 （虽然此方法很难保证口味）。
另一方面，科学界也在继续积极研究细菌细胞在低温下生存的原理机制，并尝试将其应用到食品保鲜，捐献器官保存以及人类冬眠的研究当中。让我们祝他们好运。