在1795年，法国政府为了改善士兵和水手在战争期间的伙食，悬赏寻找一种新的食物保存方法。当时，传统的保存方法如盐腌、干燥和熏制虽然能够延长食物的保质期，但这些方法不仅会改变食物的味道，还会损失大量的营养成分。

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早期的探索

食物变质常常导致粮食短缺和浪费，罗伯特·波义耳在1660年至1662年间进行的食物变质实验，实验的核心是设置严格的对照组，将相同的食物样本同时置于接收器内被抽成真空的环境、暴露在常压下的密封玻璃容器内以及完全开放于空气的环境中，并引入了一组接收器内空气被反复通入（每日充气1次)的条件，以观察并比较其变质速度的差异。

1662年3月的鲜肉实验中，波义耳使用了同日宰杀的小羊肉，切割成重量2盎司的立方块。结果显示，悬挂在真空环境中的肉块在14天内均未出现蛆虫，仅表面干缩；置于常压密封罩内的肉块在第3天开始出现绿斑，第5天便有蛆虫滋生；而每日被重新充入空气的肉块，变质速度与常压对照组完全一致。

在水果实验中，真空环境中的马斯喀特葡萄在3周内仅发生缓慢脱水，而常压对照组在7天左右即发生霉变腐烂；真空中的樱桃则能保持硬质状态达11天，与之对比，常压下的樱桃在4天内便软化并渗出汁液。面包霉变实验中同批次面包切片在真空环境需至少21天以上才出现微量霉点，而在常压环境下仅需3至5天即霉变显著。

（胡克给波义耳制造的抽气机）

波义耳极其重视实验的严谨性，采取了多项措施控制潜在干扰变量。所有对比实验均在相同室温范围（15至18摄氏度）下进行。尽管当时对微生物作用尚无认识，波义耳仍敏锐地尝试控制“变质种子”（他使用的术语）的影响。他使用沸水彻底清洗实验容器，并用酒精擦拭样本表面。1661年12月经过沸水处理器具后，常压下的样本变质时间可被延迟2天以上。光照与湿度因素也受到关注，接收器被放置于避光且通风位置一致的环境下，真空环境因减压导致的脱水效应最终使其相对湿度低于其他组别。

根据1660年代初至1662年间数十次重复实验的结果，波义耳在其文章中强调：“空气的剥夺显著延缓了有机物质的变质进程…….这表明空气对维持变质过程具有实质作用，而非简单旁观者。这一结论首次以受控实验证明，空气是食物变质发生的必要条件（而非充分条件），且变质速度与食物接触空气的程度呈正相关关系。此发现以无可辩驳的证据，彻底颠覆了变质源于物质内部“自发发生”的古老教条。

受波义耳启发，丹尼斯·帕潘在1675-1680年间将研究焦点转向结合真空密封与加热技术的食物保存方法。帕潘于1679年自己制作了一个实验装置——“蒸煮器”。该装置的核心创新在于采用厚壁玻璃瓶或锻造铸铁容器作为载体，配以螺旋加压金属盖和浸油皮革垫圈，容器顶部设置了安全阀，可以通过砝码调节内部压力，该结构被视为现代高压锅的技术雏形。在操作流程上，帕潘先将食物置于密闭的蒸煮器内用沸水蒸气加热至少30分钟，随后趁热将处理后的样本转移至预先抽成真空的接收瓶中密封保存。

（帕潘蒸煮器）

1681年帕潘在皇家学会周会上进行了一次公开演示，实验中选取同一只羊腿肉切成重量均为3盎司的肉块作为样本，分为三组进行差异处理，实验组将肉块置于蒸煮器中经受蒸汽加热30分钟，随后趁热移入真空玻璃瓶密封保存；第一对照组(将相同重量肉块直接放入相同真空度的玻璃瓶密封；第二对照组的肉块则置于敞口玻璃皿中不做任何封闭处理。所有样本均存放于皇家学会地下室的恒温环境（温度维持在12至15摄氏度），并定期记录观察结果。

根据发布的最终实验报告，实验组样本在182天储存期后，仅有小部分肉块出现轻微褐变或针尖状微小霉点；仅真空处理的对照组在储存至第70天（约10周）时，已出现明显霉斑或变质液化现象；而暴露于空气的对照组则在第3周即完全腐烂，具体表现为“渗出恶臭黏液并滋生大量蛆虫”。

帕潘在统计实验数据后发现在总计36次独立实验中，加热真空组中仍有三成出现变质，主要表现为储存超过90天后发生的变质，且变质多集中于样本内部区域。帕潘指出失败主因包括加热过程不均匀，“体积过大的样本或骨肉部位导热性差异导致核心温度不足，实测厚度超1.5英寸的肉块中心温度仅达82至94摄氏度"；密封系统存在缺陷，“玻璃瓶接缝处封堵油脂随使用干涸后，导致微量空气渗入”；以及“若容器未经彻底清洁，变质必然重生”，尽管当时尚未形成微生物概念。

然而该技术最终未能实现商业化推广，根本原因在于过高的制造成本——锻造铸铁蒸煮器单套售价达2英镑，相当于瓦工等手工劳动者40天工资），玻璃真空瓶另需15先令成本；安全风险同样不可忽视，1684年法兰克福演示中发生玻璃瓶爆炸事故，导致操作者受伤。尽管波义耳和帕潘的实验建立了空气在变质中的角色，但当时的科学界缺乏微生物认识，导致问题悬而未决。

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阿佩尔的突破

尼古拉斯·阿佩尔出生于法国香槟区沙隆，阿佩尔于1780年代在巴黎成为一名知名糖果师和糕点师，他在制作糖渍水果的过程中发现将草莓浸泡在75%浓度的糖浆中并密封后，可以保存18个月不会变质。这一观察促使他提出科学假说：通过隔绝空气并结合热处理的手段，可以推广到肉类、蔬菜等其他食品的保存。

阿佩尔在1786年进行的肉类测试中，将牛胫骨熬煮浓缩汤（持续沸煮2小时）趁热装入容量1升的双耳陶罐蜡封保存，1787年10月开启检验记录为“汤体凝固如冻状，复热后口感与新鲜骨汤无差异”；1788年的蔬菜测试则使用青豌豆经沸水煮5分钟后密封于广口瓶，储存18个月后开罐显示"色泽保持鲜绿，质地仅略软于新鲜产品”；1789年设计的对照实验进一步证实，未经密封的同批次样品在1至3周内全部霉变变质，而热处理不足的样品在2至4个月内相继变质。

1795年起，阿佩尔开展了系统性实验，他优先选用香槟酒瓶作为容器，因其玻璃厚度可承受内部压力，且瓶口直径小于2厘米，优于普通玻璃瓶。密封工艺采用软木塞加蜡封的双层技术，蜡层厚度要求达到3至4毫米，外部用铁丝加固。加热过程通过双层蒸锅精确控制，在沸水环境中不同食品所需加热时长有明确区分，蔬菜如豌豆需45分钟，肉类如小牛肉需2小时，鱼类则需1.5小时。

（阿佩尔和他的香槟酒瓶罐头）

1802年法兰西西印度舰队因长期食用缺乏维生素C的腌制食品导致船员出现坏血病，促使法国海军部于1803年正式启动对尼古拉·阿佩尔食物保存技术的实用性验证。1804年12月，海军部在布列斯特兵工厂实验室完成首轮测试，24种罐装食品（包括肉酱、浓缩肉汤、豌豆及乳制品）在恒温40摄氏度环境中储存90日后开封，变质率仅2%。

基于此结果，1805年10月海军部选定24门炮护卫舰“海角号”执行实船测试，该舰预定航线覆盖北大西洋与加勒比海高温高湿区域，计划航期5至7个月。阿佩尔本人在巴黎马恩河畔工厂制备全部测试样品，由其弟子杜蒙监督生产流程，使用白蜡密封玻璃罐。样品内容物包括每罐装1.5公斤的熟制牛肉、固形物含量50%的浓缩骨髓骨汤、灭菌全脂牛奶以及豌豆与胡萝卜混合蔬菜，总计3大箱312份样品，每箱均附铅封编号目录。对照实验设置传统盐渍牛肉与硬饼干，所有样品置于舰艏舱木架上避免阳光直射。

“海角号”于1806年1月18日自布雷斯特启航，经加勒比海巡航后于同年9月5日返回罗什福尔港，总航程230天。北大西洋航段舱温维持在4至10摄氏度，加勒比海区域（6月至8月）舱温达31至36摄氏度，航行期间严格执行每月开启4罐相同编号样品检测的规程。

1806年9月8日在海军部专员监督下开启所有剩余样品，熟制牛肉类94罐全部完好，肉质保持红润无酸败气味；浓缩骨汤78罐中有77罐完好，变质的1罐经检验因运输导致的1.2毫米玻璃裂缝所致；灭菌牛奶68罐中有67罐完好，变质的1罐确认为封蜡存在0.3毫米至0.5毫米气泡孔洞导致漏气；蔬菜类72罐全部完好，豌豆维持绿色且胡萝卜未软烂。综合312份样品中仅3罐变质，同期舰载的传统盐渍牛肉有超过三分之一出现变质，大量生蛆盐肉被迫抛弃入海。

1809年8月，拿破仑一世签署法令，授予阿佩尔12000法郎奖金，条件是阿佩尔要向法兰西研究院提交完整工艺手册、在巴黎设立公开作坊演示全套操作流程、允许法国政府向指定工厂授权该技术。

截至1814年1月，法国本土已建成18家授权工厂。其中巴黎总厂于1810年投产，年产能60万罐，主要生产浓缩汤、蔬菜及炼乳；南特工厂1811年投产，年产能25万罐，专注沙丁鱼与豆类制品；波尔多工厂1811年投产，年产能18万罐，生产鹅肝酱与果酱；其余13家工厂于1813至1814年间陆续投产，平均年产能9万罐，主要加工区域性农产品，其中大部分供应给陆军后勤署。

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技术传播与改进

伦敦食品批发商彼得·杜兰德于1811年6月获得阿佩尔的法文专著，同年10月杜兰德与阿佩尔签署正式委托协议。协议授予杜兰德在英国境内独家专利代理权，杜兰德需每年支付授权费500英镑，同时阿佩尔承诺提供技术咨询支持。

杜兰德于1812年2月向英国专利局提交专利申请并获得批复。该专利说明书的工艺原理部分直接援引阿佩尔法核心技术：“将食品装入洁净容器后密封，置于沸水浴中加热45分钟至4小时（时间依食物种类而定），热处理后无气泡溢出表明空气隔绝完全”，其革命性创新在于首次明确引入金属容器替代玻璃罐。

1812年10月，杜兰德将该专利以1000英镑价格转售给工程师布莱恩·唐金及其合伙人约翰·霍尔。1813年，他们在伦敦创立“唐金、霍尔与甘布尔公司”，建立了全球首家金属罐头工厂。该厂的核心技术改进体现为三方面：其一，使用0.2毫米厚镀锡层的马口铁罐替代玻璃容器，这一材料革新显著提升产品坚固性。其二，发明三重卷边密封工艺，在罐盖与罐体接合处使用0.5毫米厚橡胶垫圈，通过蒸汽加热实现永久压合。其三，研发半自动制罐系统。

该工厂在1813至1814年间实现了三项核心技术创新：第一项为材料革新，使用伯明翰约翰·罗伯逊钢厂特供的0.2毫米厚度镀锡马口铁全面替代玻璃容器；第二项为密封工艺革命性突破，三重卷边永久压合结构中罐盖内缘嵌入0.5毫米厚南美三叶橡胶树汁制成的垫圈，经120摄氏度蒸汽加热软化橡胶材质后，以压力机垂直压合罐盖与罐体；第三项为半自动化生产系统，包括采用12马力改良瓦特蒸汽机驱动的冲压成型线，每小时可生产罐体毛坯200片，自动封罐机单机日处理量达1500罐。1814年7月，工厂向皇家海军交付首批5000罐每罐净重1磅的炖牛肉与3000罐胡萝卜泥。

（马口铁罐头）

阿佩尔于1814年4月至7月亲赴伦敦进行权利交涉。5月12日他参观了唐金的金属罐生产线，6月3日通过律师向杜兰德提出正式分成要求，但仅支付阿佩尔200英镑技术咨询费。阿佩尔最终未能获得预期收益，于1814年7月离开英国。

金属罐头技术于1818年在英国首次应用于极地科学探险。当年约翰·罗斯船长指挥的“伊莎贝拉号"北极探险队携带了唐金公司生产的4000罐罐头食品，探险队120名成员食用该批次罐头后均未出现坏血病症状。1823年唐金公司年产量达21万罐，其中的八成供应英国海军。得益于自动锡焊生产线投产实现每分钟50罐的生产效率，至1828年该公司年产量提升至120万罐。

1835年全欧金属罐头年产量达850万罐，此时镀锡层延压技术已在欧洲普及，镀锡铁罐市场占有率达92%，造成这一格局的主因在于运输环节中玻璃罐破损率太高，且铁罐单罐成本仅1.2便士，而玻璃罐是3便士。

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近代的军用罐头

罐头食品全面融入军事后勤体系是在克里米亚战争（1853-1856）时期，1854年9月14日，英国首批4万登陆部队在卡拉米塔湾登陆时，随船补给携带了8万罐罐头食品，其中包括6万罐净重1磅的腌牛肉罐头，以及2万罐净重0.5磅的豌豆罐头。1854年9月至1855年3月期间，配备罐头补给师的士兵中坏血病发病率极少，而同期的传统补给师的士兵十个人中就有一个。根本差异在于罐头食品保存的维生素C含量，而传统腌肉则完全丧失该营养成分。

为满足战争部1854年12月提出的罐头保质期延长至5年的军需标准，伯明翰兵工厂技术主管威廉·戈登主导了技术革新，采用工作压力达15磅/平方英寸（约1标准大气压)的锻钢灭菌釜；制定精确温度控制标准，牛肉罐头需在120摄氏度蒸汽温度下处理45分钟，豌豆罐头则需115摄氏度处理30分钟；创建苯胺染料溶液加压检测法，成品罐在0.5大气压测试环境下无染料渗漏方合格。生产技术改进使月产量从1854年9月的15万罐提升至1855年3月的62万罐，新型灭菌工艺罐头经认证保质期达5年8个月。

战争结束时的1856年，英军罐头日均消耗量达12万罐，罐头占野战口粮比例从战前的35%提升至78%。此技术革新迅速向民用领域转化，1858年利物浦罐头厂采用蒸汽压力灭菌技术后，民用罐头出厂价降低四成。“罐头食品不仅显著降低坏血病发病率，其密封包装特性更使战地厨房交叉污染减少，士兵肠道感染率因此下降两成。

美国内战中，罐头成为北方联邦军战略优势要素。联邦政府于1861年建立中央采购体系，签约企业数量从1862年首批42家扩展至1864年的73家，主要采购品类包括净重1磅的盐渍牛肉罐头、豆类与胡萝卜压缩蔬菜罐头以及硬面包罐头。以费城先锋工厂为例，其1862年7月仅配备8台蒸汽灭菌釜与240名工人，月产能28万罐；至1864年11月引进博迪自动填装机后，灭菌釜增至32台，工人达510名，月产能突破158万罐。

（罐头食品）

1864年谢尔曼将军“向海洋进军”战役中，联邦军单兵标准配给为8罐牛肉罐头加6罐蔬菜罐头。携带该补给体系的部队在1864年11月15日至12月21日期间实现日均行军30.2公里，连续作战75天未发生食物短缺事件，罐装食品使北方部队在破坏铁路运输后仍保持战略机动能力。

相较之下，南方邦联全境仅3家作坊式罐头厂，仍采用沸水浴灭菌工艺，最高月产能仅8万罐。整场战争期间联邦军累计接收1.8亿个罐头，每千罐运输重量仅590千克，运输效能优势显著，至此罐头食品完成从辅助军粮到战略要素的历史性转变。