乳酸发酵的科学:泡菜，德国泡菜，泡菜，和更多

当发酵专家玛拉·简·金(Mara Jane King)和桑德尔·卡茨(Sandor Katz)前往四川研究该地区的工业和家庭发酵时，他们不知道哪里可以找到一个精通家庭发酵的当地人。他们在那里没有关系，没有向导，没有熟人。幸运的是，两人不用找太远。第一天，当他们在街上闲逛时，卡茨在前廊上发现了一些正在腌制的香肠。就在他拍照的时候，一个名叫丁太太的女人从家里走了出来。在简短的交谈之后，她彬彬有礼地邀请他们到她家做客．“她就在厨房里，”金说。“她有一个用辣椒发酵的罐子;她准备了一个锅，用枣和姜发酵;她还有一罐自制豆瓣酱在发酵。这对她来说没什么大不了的。这只是她生活的一部分。”

食物是什么样的泡菜，泡菜、酸梅酸奶，半酸的莳萝泡菜还有丁太太做的腌辣椒和枣诺玛的酸蓝莓有什么共同点?当然，它们都是酸的，但并不令人感到压抑;它们很怪异，很刺鼻，但显然很美味;它们的存在取决于细菌和周围环境之间的动态关系。这些食物是由乳酸菌(LAB)发酵的lacto-fermented．但LAB发酵是什么?它是如何工作的?为什么这对我们很重要?

乳发酵的历史

乳酸发酵——以及一般的发酵——并不是一种时尚。不管社交媒体会让你相信什么，发酵并不是什么新派的、转瞬即逝的厨师技术，专属于那些铺着白色桌布(或白人厨师)、有200美元晚餐账单或米其林星级的餐厅。发酵和人类文明一样古老，像我们呼吸的空气一样广阔。广义上来说，发酵是厌氧代谢在缺氧的情况下，营养物质转化为能量。这一过程的核心是真菌、酶和发酵细菌——它们都存在于地面、空气、植物、人类和我们体内——它们被认为是在地球初生年代的原始汤中出现的，远早于有大气层支持有氧生命。

理所当然，LAB发酵是最古老的保存方法之一。考古学家将腌制食物最早的实例追溯到公元前2400年的古美索不达米亚。如今，乳酸发酵已经融入到几乎所有的烹饪传统和文化中。其中包括泡菜、酸菜和莳萝泡菜等著名的腌制产品;多种辣酱和辣椒酱;培养乳制品，如酸奶、crème fraîche和奶酪;红茶菌，意大利腊肠，是的，甚至还有酸面包。Sandor Katz写道发酵的艺术他说:“我曾寻找不加入任何形式的乳酸发酵的培养物的例子，但没有成功。事实上，发酵是许多，甚至是大多数美食的核心特征。”

乳酸发酵是如何以及为什么起作用的?

”乳酸菌吃碳水化合物，排出乳酸。”克里斯蒂娜·沃德写道．事实上，她离我们不远了。更准确地说，一般来说，乳酸菌是耐酸和耐盐的(或晕这种细菌能够消化简单的碳水化合物产生乳酸，此外还能产生二氧化碳、乙醇，有时还能产生醋酸。实验室可以在分解的植物、乳制品、蔬菜和水果的表皮上找到，甚至在你自己的手上。所有这些微生物发酵都是在无氧的情况下进行的厌氧发酵。

简而言之，LAB发酵将甜(简单碳水化合物)转化为酸(酸)。取一些农产品，切碎，加盐或盐水，放在容器里，盖上盖子，等待一两个星期。在这段时间里，酸的含量会增加并降低食物的pH值，从而使腌制食物具有典型的皱褶;较低的pH值还可以抑制可能导致腐败的有害微生物，保存食物并延长其保质期。让我们来认识一下相关的参与者。

认识LAB大家庭

乳酸菌是按分类学顺序分类的Lactobacillales其中包括数十种细菌。这种多样性使得对这一过程的概括变得困难。例如，该目中的两个科与酸洗和保存有关:Leuconostocaceae而且乳杆菌科．与此同时，乳制品和奶酪生产涉及微生物链球菌科科，其中的细菌Lactococcus属代表初级发酵微生物。对于这篇文章，我们只关注腌制和保存——实验室发酵的乳制品，如酸奶和奶酪，需要几篇文章。在Leuconostocaceae而且乳杆菌科的家庭,明串珠菌属，片球菌属,乳酸菌是最常与LAB发酵相关的属。

在深入研究之前，我们需要了解这些细菌分为两类:homofermentative而且异型发酵菌株。

• 同发酵(或同乳酸)实验室只产生乳酸。它们喜欢86 - 95°F(30-35°C)之间的温度，尽管它们也能在较低的温度下生长。他们生产以乳制品、奶油或酸奶为特色的口味。
• 异发酵(或异乳酸)实验室生产乳酸，也生产醋酸、乙醇，甚至二氧化碳，视条件而定。这些细菌在59 - 72°F(15-22°C)的温度下茁壮成长，但也可以在更大的范围内生长。它们赋予食物一种更尖锐、更像醋的味道，可能是由于额外产生醋酸。

明串珠菌属

细菌在明串珠菌属属通常是球形的。它们是异质发酵细菌，能够产生乙醇、乳酸、乙酸和二氧化碳，以及其他代谢物。说到LAB发酵，l . mesenteroides是一种参与发酵的常见菌种。它比任何其他乳酸菌在更广泛的盐(和糖)浓度范围内茁壮成长;它可以忍受39°F(3.9°C)到86°F(30°C)的温度;它可以在很大的pH值范围内生长(4.5-7.0，但在5.5-6.5时生长旺盛)。最后,l . mesenteroides是一个兼性厌氧菌它能在有氧气的情况下存活，但只有在没有氧气的情况下才会发酵。

片球菌属

本属的细菌是球形和同发酵的。它们主要产生乳酸。它们可以忍受高达8%的盐浓度(在某些情况下更高)，可以在同样宽的pH值范围内生长(4.5-8.2，尽管它们的表现要好于明串珠菌属随着pH值的降低)，并在60°F到95°F的温度下存活。与乳酸发酵最相关的菌种是p .酵母．

乳酸菌

到目前为止，最著名的与发酵有关的属，乳酸菌一般为杆状，包括异质发酵和同质发酵两种。最相关的两个物种是l .短而且l .杆菌尽管酵母，l . delbrueckii,l . pentosus也很常见，这取决于发酵的产品。一般来说,乳酸菌是最耐酸的属Lactobacillales秩序。例如,l .杆菌在pH值3.3到8.8之间，温度范围为53.6°F(12°C)到104°F(40°C)。在某些情况下，它能耐受高达18%的盐浓度。

小茴香泡菜的生活

为了更好地理解这些微生物之间错综复杂的舞蹈，让我们来看看不起眼的莳萝泡菜。当你收获并切开黄瓜时，就会发生发酵。明串珠菌属，片球菌属,乳酸菌黄瓜表皮上的微生物平均不到植物微生物总数的1%。将切好的黄瓜浸泡在盐水中，你就有效地创造了一个厌氧无氧环境，非常适合耐盐厌氧微生物的生长。盐通过抑制许多微生物的生长渗透压休克它通过渗透作用将水分从微生物细胞中吸出，有效地杀死了这些微生物。

在开始阶段，l . mesenteroides开始发酵。*这些细菌代谢黄瓜中的糖和营养物质，产生乳酸、二氧化碳、乙醇和乙酸。pH值从7.0(中性，如水)降低到4.5(酸，如苏打水或咖啡)，这是这种特殊物种的理想范围。几天之内，混合物开始冒泡，这表明二氧化碳的形成。l . mesenteroides还会产生一种叫做细菌素的蛋白质，它能进一步抑制有害微生物的生长。

*在许多情况下，如生产酸菜，其他微生物，如克雷伯氏菌和肠杆菌，最初会降低pH值，为肠系膜乳杆菌提供更好的条件。

随着酸的积累，pH值进一步降低(降至4.5以下)，更多耐酸细菌接管。p .酵母，l .短,l .杆菌开始扩散，超越竞争l . mesenteroides．这三种物质进一步降低了pH值，直到系统低至3.3(大约是橙汁的pH值)。随着时间的推移，人口p .酵母可能会减少，这取决于pH值和盐浓度。例如，在8%的盐水中，p .酵母当pH值低于3.7时，活性就会停止。l .短而且l .杆菌被留下来完成最后的发酵阶段。最后，黄瓜变成了泡菜，酸味十足，口感酥脆诱人。最重要的是，这些腌菜可以保存，变质的风险最小。

值得注意的是，这些微生物的相互作用是黄瓜发酵所特有的。其他发酵，如橄榄，是由不同的微生物配对提供动力的(l .杆菌而且l . pentosus)．奶酪,l . lactis而且l . cremoris是发酵剂中的主要菌株(尽管如上所述，乳制品发酵是一个完全不同的乳酸发酵过程，值得单独讨论)。

发酵实践:关键概念

特定发酵所需的技术在文化和传统之间有很大差异。例如，传统的泡菜制作过程与印度酸橙泡菜相差甚远。但说到酸洗，某些核心概念是不变的。

去除空气

对于任何成功的LAB发酵，创造一个厌氧环境是至关重要的。几乎没有氧气意味着像酵母这样的微生物不能繁殖，这可能会破坏发酵的味道。当然，排出空气有几种方法，这取决于你的舒适程度和可用的设备。

最直接的方法是将产品浸泡在盐水中。盐水表面以下的任何东西都被剥夺了氧气。第二种方法是通过混合或碾碎产品(如辣椒泥)来制作糊状。除了大大扩大暴露于微生物的潜在表面积外，制作麦芽浆通常会释放液体。当麦芽浆被紧紧地包装在发酵容器中并覆盖上重物时，液体会填充任何空隙或空气袋，有效地创造出无氧环境。

最后，还有一些更高科技的方法，包括物理去除氧气，比如气闸。气闸是一种允许二氧化碳从容器中逸出的装置;同时，该装置防止任何氧气进入。随着发酵的进行，二氧化碳积累起来——取代了容器中的氧气——并逸出，确保了一个无氧的环境。

如果你真的热衷于厨房小玩意(看看你，真空技术爱好者)，或者在餐馆工作，真空封口机提供了一个理想的解决方案来去除氧气。(尽管它也创造了一种理想的解决方案来捕获发酵过程中产生的二氧化碳——请密切关注它，因为长时间的发酵最终会导致袋子像膨胀过度的气球一样爆裂。为了避免这种情况，打开任何过度膨胀的真空袋，把里面的东西转移到新的真空袋中。)

选择合适的食材开云体育波胆

发酵的成功取决于原料的质量以及如何处理这些原料。开云体育波胆“如果你在做辣酱，不要用屎辣椒，”警告说丰富的施他是马萨诸塞州的发酵专家。这意味着要选择那些没有经过表面杀虫剂处理、蜡涂层或辐照以延长保质期的产品;有机农产品往往符合这些条件，但有机标签并不能保证这一点。“我尽量使用质量非常好的食材开云体育波胆，”玛拉·简·金(Mara Jane King)表示同意。“它们不应该被蜡覆盖。你可能会发现一些辣椒被石油或其他东西包裹着。很多人可能会在不知情的情况下遇到问题。”所有这些表面处理都消耗了启动发酵所必需的可用微生物种群。

如果你用的是盐水，你用的水也很重要。轻度氯化，未经过滤的水可以抑制微生物活动，所以最好使用过滤或蒸馏水。至少，你应该让你的自来水在一个容器里放一晚上，不盖盖子，让氯在发酵之前蒸发掉。

加盐

盐是有益的，在大多数情况下，对LAB发酵是必不可少的。它能抑制不良微生物的生长，并为耐盐微生物的生长提供条件。但是理想的盐浓度是多少呢?对于许多应用，盐浓度在2%左右就足够了。但在工业环境中，浓度高达10%(要么是卤水浓度，要么是产品重量的百分比);你经常会在辣椒发酵制作辣酱时看到如此高的盐浓度，这些辣椒可以放置数月或数年，然后最终与醋、香料和其他调味料混合，以稀释最终的盐浓度，使其更美味。以下是一些一般性的观察结果。

低盐浓度:

• 不会抑制整体微生物活性，从而促进更快的发酵。
• 更适合较低的温度，微生物活动较慢，并受益于较少的抑制。
• 增加腐败的机会，因为有害微生物没有被抑制。
• 可以损害果胶细胞壁的强度，导致发酵可以糊状，特别是如果发酵温。

盐浓度高:

• 显著抑制整体微生物活动，但最大限度地减少腐败的风险。
• 节流发酵，这可以帮助在温暖的条件下。
• 由于果胶细胞壁的微生物降解较温和，可以确保产品更牢固，更脆。

最终，含盐量取决于个人偏好——高度依赖于你所食用的蔬菜或水果。但在一定浓度下，某些有益微生物如p .酵母只是不能发酵。另外，盐浓度为10%的泡菜尝起来可能很咸。

含盐量有下限吗?也许不是。大多数发酵罐会认为，一些盐是成功的必要条件。但在中国西南山区的旅行中，玛拉·简·金(Mara Jane King)亲眼目睹了一种只用淘米废水发酵的泡菜。“他们用米水腌制辣椒和其他蔬菜。它不含盐。这让整个事情有点冒险和奇怪，”她说。但她也认为，米水中添加了淀粉和微生物，可以启动发酵;她尝过的酸菜就是技术高超的证据。

控制温度

温度对LAB发酵的速率和质量有重要影响。一般来说，较高的温度有利于更快的发酵，而较低的温度则会减慢这一过程。与此同时，不同的温度有利于不同的微生物种群。

在我曾经工作过的库克科学网站(Cook’s Science)进行的一项泡菜实验中(文章链接已不复存在)，四个相同的样品在四种不同的温度下发酵(39°F, 50°F, 65°F和70°F)，分析了微生物组成。39度的样本几乎包含了全部明串珠菌属而50度的样本是两者的混合体明串珠菌属物种和乳酸菌安妮·沃尔夫写道。“65度和70度的批次几乎全部由乳酸菌在它们被分析的时候。”

那么理想的发酵温度是多少呢?对于大多数人——包括大多数的爷爷奶奶们——来说，这是室温——在华氏50度到70度之间。在这个范围内，一种微生物的混合物蓬勃发展，向乳酸菌在高端。由于醋酸的产生增加，低温更倾向于产生更尖锐、更像醋的味道;更高的温度会带来更温和的酸度和几乎类似乳制品的味道。但是，温度的选择在很大程度上取决于你发酵的东西，你希望发酵进行得多快，以及你希望最终产物分解和软化的程度。

定时和监控

你已经进入最后阶段了。你已经准备好了装满李子、辣椒、黄瓜和卷心菜的罐子——这些都注定是泡菜——它们正在冒泡。如何确保发酵成功?Rich Shih说:“发酵的关键在于维护和监控。”“你在这个漫长的过程中投入了时间、精力和金钱。你不应该忽视它。你应该关心它。”对于Shih来说，这意味着每天检查你的发酵，并观察每天的差异。在某些情况下，这甚至意味着在产品成熟时闻一闻和品尝。玛拉·简·金建议写发酵日志。 “It’s a really simple thing to do, but it’s a really useful thing to have,” she says. “We would do it in the business to track every batch. But when things go wrong, or things go right, it’s nice to refer to the conditions, because conditions are always changing.”

发酵什么时候完成?从食品安全的角度来看，酸化食品的pH值必须低于4.6，尽管许多商业生产商要求pH值为4.2或更低。从技术上讲，大部分乳酸发酵在一到三周内完成。在这一阶段，微生物代谢掉了发酵过程中的大部分糖分。那么，为什么像塔巴斯科这样的公司要在加工和装瓶之前发酵辣椒泥长达三年呢?答案在于老化，在这个过程中，更复杂的味道会在更长的时间内由酸生成酯和其他副产品。如果你曾经喝过桶陈年威士忌，它是酯赋予水果，辛辣，或甜的味道。

最后，时机取决于你。如果你更喜欢软的、分解的酸菜，那就发酵更长时间。如果你喜欢酸菜的酥脆和强烈的味道，那就早点停止发酵。

泡菜故障排除

发酵过程中总会出现问题。到目前为止最常见的问题是kahm酵母这是一种需氧酵母，只要表面暴露在氧气中，它就会生长。卡姆酵母呈现为发酵液表面一层薄薄的，乳白色，不透明的层。它倾向于在露天发酵时形成，或者在发酵胡萝卜、甜菜和辣椒等更甜的蔬菜时形成;它在温暖的温度和低盐浓度下也更容易形成。

幸运的是，卡姆酵母基本上是无害的。在大多数小卡姆生长的情况下，你可以直接把酵母混合到发酵中，然后继续。在其他情况下，这一层可能会变得很厚，这会影响发酵的味道，所以刮掉或去掉这一层是更好的选择。

为了减缓卡姆酵母的生长，最好尽可能地限制暴露在空气中。选择一个狭窄的容器，这样可以减少暴露在氧气中的表面积。如果可以的话，使用气闸;如果你不能，试着用塑料覆盖表面，并把它压下来。最后，一些发酵罐提倡在顶部撒上一层盐，这会严重抑制暴露表面上所有微生物的活动。

仅次于卡姆酵母，第二个最常见的问题是霉菌生长。霉菌是一种模糊的真菌，可以生长在发酵食品的表面，可以是绿色、蓝色、黑色，甚至橙色;它由空气中的霉菌孢子生长，在有水、营养物质和氧气的情况下增殖。除了它令人不安的外表，如果食用霉菌也会有害。有些人对霉菌过敏，有些霉菌产生真菌毒素，可对健康产生严重的急性和慢性影响。

如果你看到发酵液表面有霉菌，你不必总是把它扔掉。你仍然可以挽救你的产品。Sandor Katz建议刮掉最上面的一层霉菌，只要霉菌生长不是很广泛。根据这篇文章在这种情况下，生长在霉菌下方的菌丝(或菌丝)似乎并没有延伸到盐水或麦芽浆的上表面以下，所以刮掉它就足够了。不过，最好的做法是从一开始就降低霉菌生长的风险。你可以通过确保无氧环境，使用更新鲜的蔬菜(可能有较低浓度的霉菌孢子)，使用适当的盐浓度，或在稍低的温度下发酵(不超过70°F)。但如果你有疑问，最好不要拿自己的健康冒险。重新开始没什么可耻的。

放慢脚步的理由

制作一罐乳酸发酵的酸菜，可以进入一个看不见的微生物世界;它需要我们周围和我们内心不断发生的过程。就像酸面团烘焙一样，发酵也存在一定程度的缺陷。你可以尽最大努力为成功提供最佳条件，但你仍然受机会的支配——在特定的时间和空间的特定时刻，生活在特定黄瓜表面的特定微生物群，条件会波动。概率，机会，混乱——这些想法使发酵变得疯狂。每种发酵在风味和质地上都是独一无二的，直到其最终的微生物种群。我们应该拥抱这种独特性。

对于近年来发酵在大众食品媒体和餐饮中的复苏，玛拉·简·金充满希望。“我觉得我们又开始意识到这一点了，”她说。“我们意识到慢食是真正的食物，是人类的食物。这是代代相传的文化知识。这是奶奶的食物。人们只是知道如何[发酵]食物，因为这是我们生存的方式，是人类和生活在我们的文化表达中的方式。发酵是我们与祖先交流的一种神奇方式。从人们犯过的所有错误和做过的所有实验中，我们获得了这些不同技术的天赋。”

King认为，对于发酵罐来说，这次大流行首次提供了一个独特的机会。“听到所有这些在新冠疫情封锁期间第一次学习酵母或第一次尝试发酵辣椒的人，真的很令人兴奋。我觉得很多时候我们都觉得自己不重要，因为我们现在生活的世界。但如果我们能与我们的过程联系起来，与我们的实践联系起来，与我们的错误联系起来，然后我们找到一种方式来分享我们的成功——那就把我们放在人类历史的长河中。这让我们再次变得重要起来。”