作者：转载至环球科学 审核：阮丽红 编发：张耀磊
最近，一项新的研究揭示了为什么一些泡菜制作者仍然坚持使用传统技术：陶制泡菜坛能为乳酸菌的生长提供优质环境，而正是这些微生物赋予了泡菜标志性的酸味。
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美国佐治亚理工学院流体力学和生物物理学专业的机械工程博士生金秀焕（Soohwan Kim，音译）说道：“促使乳酸菌增殖不仅会使泡菜更有营养，而且还能产生发酵食品的‘独特风味’。”在上个月发表在《英国皇家学会界面杂志》（Journal of the Royal Society Interface）上的一项研究中，金秀焕和同事比较了陶罐和玻璃罐的产菌量，他们发现在相同的发酵时间内，陶制容器中的泡菜会产生更多的乳酸菌。金秀焕说：“人们一致认为，使用陶罐来发酵食物会更美味，但始终没有很好的科学依据来解释这一现象。”而他的工作就是想探究这其中的机理。
制作美味的泡菜需要综合工艺、科学和烹饪等多方面的努力，其中极为关键的一步是发酵。美国加利福尼亚大学戴维斯分校的食品微生物学家玛丽亚·L·马可（Maria L. Marco，未参与这项新研究）指出，多种不同因素都可能影响这一过程，导致泡菜等发酵食品的制作过程很难捉摸。马可说：“即使在使用相同的原料和配方制作某种特定的食物时，也可能发酵出有不同的味道。这是一个很复杂的问题，我们至今还没有完全理解。”
为了研究发酵过程，金秀焕和他的博士生导师、佐治亚理工学院的流体力学专家戴维·胡（David Hu）在分析实验数据之外，还结合使用了数学建模。他们最终得出的结论是，与在密封玻璃罐中生产泡菜相比，在陶罐中生产泡菜有益于细菌增值。更重要的是，研究人员发现了陶罐作为发酵的理想容器的奥秘。
马可说：“我认为这是一个有趣的方法，它可以解释制作发酵食品的不同方式是如何影响食物风味的。”
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容器之间的差异与它们的渗透性有关，也就是说，与液体和气体在容器中的渗透率有关。金秀焕说，生产优质泡菜的一个重要前提就是：发酵容器必须是半渗透性的，渗透性太强或太弱都不行。
渗透性很重要，因为它影响着二氧化碳和乳酸菌之间的微妙反应。这些微生物能自发地从土壤迁移到生长在土壤中的蔬菜中，比如常用于制作泡菜的卷心菜。在泡菜发酵的过程中，乳酸菌和其他类型的细菌不断增殖并排出二氧化碳，于是二氧化碳开始在容器中累积。金秀焕表示，他们分析结果表明，乳酸菌“会在适度的二氧化碳水平下增殖”。而高浓度的二氧化碳将阻碍所有重要细菌的生长过程，因此容器需要及时排出过量的二氧化碳。相反，如果容器的透气性太好，二氧化碳就会迅速逸出，这又会抑制细菌的增殖。
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金秀焕从他的家乡韩国济州岛购买了一个无釉的陶罐，他和戴维·胡测量了泡菜在陶罐和密封玻璃罐中发酵时的二氧化碳水平。他们对每个罐子进行了三次实验，且在每次实验前都对容器进行了高压灭菌的消毒处理。为了准确地测量，研究人员用一个定制的盖子盖住了陶罐，它能检测气压、二氧化碳和氧气的含量。然后，他们用一层薄薄的塑料薄膜盖好罐子，确保传感器和盖子之间的缝隙是完全封闭的。金秀焕和戴维·胡在研究中指出，玻璃罐子有一点漏水的情况，但漏水量比陶罐要少。
每次实验的两天时间里，装满卷心菜的陶罐和玻璃罐会被放置在25℃的烤箱中。金秀焕说：“我用了比常用发酵方式更高的温度来加速发酵过程。”虽然泡菜可以在更低的温度下（如5℃）发酵，但金秀焕指出，他和戴维·胡认为更高的温度带来的唯一影响“是发酵过程的速度”。
研究人员还使用电子显微镜和计算机断层扫描法来探测陶罐的多孔结构，并计算其“气体渗透系数”，也就是气体通过该孔隙的难易程度。他们发现，陶罐的气体渗透系数是玻璃罐的两倍多，这说明二氧化碳在陶罐中可以更快地逸出，乳酸菌也就能更快地增殖。而二氧化碳在玻璃罐中释放得比较慢，气体阻碍了细菌的生长。研究人员在论文中写道：“陶罐的多孔结构模仿了乳酸菌在自然土壤中的松散结构。”这有助于确保微生物在容器发酵食物时的自然增殖。
受韩国传统文化的启发，研究人员进一步证明了陶罐的渗透性：他们将容器的一半放入盐水中，并在8个小时后发现盐的沉积物开始覆盖容器的外表面。金秀焕说：“在韩国，这种现象被称为‘盐花’。”这种现象通常在韩国厨师用陶罐发酵酱油（又称ganjang）时观察到。当这些咸花出现在陶罐的外部时，就说明这个陶罐具有足够的渗透性来生产高品质的酱油。
金秀焕说：“即使在过去，泡菜制作者也会使用调节气体水平的方式来优化发酵过程。”虽然大规模的泡菜生产商将玻璃、塑料或金属罐子与气体调节系统结合起来，但金秀焕和戴维·胡的工作表明，利用陶罐的优异结构就能达到同样的目标。
也许是这种优异的气体渗透性，陶罐这种传统器皿在今天仍备受青睐：工匠们将继续制造陶罐，让泡菜爱好者能利用它们实现高质量的发酵，做出更美味的泡菜。
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论文链接：https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsif.2023.0034