泡菜，韩国料理的古老主食，传统上是在称为onggi的手工陶罐中发酵的。但是，在批量生产方面，公司使用玻璃和其他材料制成的罐子来大量发酵泡菜。现在，一项新研究表明，为什么一些泡菜制造商仍然信赖传统技术：onggi为乳酸菌的生长提供了良好的环境，这些“好”微生物赋予了泡菜标志性的酸味。
“拥有更高的细菌增殖在营养上有益，并产生发酵食品独特的味道，”佐治亚理工学院机械工程博士生，流体力学和生物物理学专家金秀焕（Soohwan Kim）说。在上个月发表在《英国皇家学会界面杂志》上的一项研究中，金和他的同事将onggi与玻璃罐进行了比较，发现陶瓷容器在相同的发酵时间内生产的泡菜具有更高水平的乳酸菌。“有一种文化信仰认为，发酵食品中使用的onggi使食物更好，但没有好的科学依据，”金说。他的工作旨在改变这种状况。
制作美味的泡菜是一项艺术、科学和烹饪的努力，其中发酵过程是关键。加州大学戴维斯分校的食品微生物学家玛丽亚·L·马可（Maria L. Marco）指出，由于许多不同的因素影响发酵过程，泡菜和其他发酵食品都很挑剔。“即使在使用相同成分和相同配方制作的特定食物中，发酵的结果也可能存在不同的风味和结果？这是一个我们目前还没有全部答案的大问题，” 马可说，她没有参与这项新研究。
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为了研究发酵过程，金和他的博士生导师，佐治亚理工学院流体动力学家大卫·胡（David Hu）结合了实验和数学建模。他们得出结论，与在密封的玻璃罐中生产泡菜相比，在onggi中生产泡菜可以促进更多的细菌生长。更重要的是，研究人员揭示了是什么使onggi成为此过程的理想容器。
“我认为尝试开始理清以不同方式制作发酵食品如何影响所制作的食物，这是一种有趣的方法，” 马可说。
容器之间的区别与它们的渗透性有关，即液体和气体通过它们的速度。金说，生产出色的泡菜需要一种恰到好处的情况：发酵容器需要是半渗透性的，而不是过度渗透性或不渗透性的。
渗透性很重要，因为它会影响二氧化碳和乳酸菌之间微妙的平衡。这些微生物自然地从土壤迁移到其中生长的蔬菜，包括构成泡菜基础的卷心菜和其他成分。在含盐发酵过程中，乳酸菌和其他类型的细菌会大量繁殖并排出二氧化碳，二氧化碳开始在容器中积聚。研究人员的结果表明，乳酸菌“在适度的二氧化碳水平下增殖，”金说。但是过量的二氧化碳需要有地方排出；否则它将增长到高浓度，最终会阻碍至关重要的细菌生长。相反，如果容器太渗透，二氧化碳会逸出得太快，从而减少细菌生长。
在金从韩国济州岛家乡购买了一个未上釉的onggi后，他和胡测量了盐渍卷心菜在onggi和密封玻璃罐中发酵时的二氧化碳水平。他们每个罐子进行了三次试验，每次试验前都用高压灭菌器对容器进行消毒。为了准确测量，研究人员用定制的盖子盖住onggi，该盖子可以容纳压力、二氧化碳和氧气传感器。然后，他们使用一层薄塑料薄膜密封传感器和盖子之间的任何剩余缝隙。金和胡在研究中指出，玻璃罐略有泄漏，但比onggi少。
在每次试验的头两天，装满卷心菜的onggi和玻璃罐都放在设置为25摄氏度的烤箱中。“我将温度设置得高于正常水平，以加速发酵过程，”金说。虽然泡菜可以在较低的温度下发酵，例如5摄氏度，但金指出，他和胡假设高温造成的唯一变化“是过程的速度”。
研究人员还使用了电子显微镜和计算机断层扫描来探测onggi的多孔结构，并计算其“气体渗透系数”，即气体通过它的容易程度。他们发现该值是玻璃罐的两倍多。由于onggi允许二氧化碳比玻璃罐更快地逸出，因此乳酸菌得以茁壮成长。在玻璃罐中，二氧化碳释放速度较慢，气体抑制了细菌的生长。“onggi的多孔结构模仿了乳酸菌自然存在的疏松土壤，”研究人员在他们的论文中写道。这有助于确保在容器中发酵的食物富含微生物。
研究人员还通过一个源于韩国文化的实验证明了onggi的渗透性：他们将容器装满一半的盐水，并表明在八小时内，盐分开始覆盖其外表面。“韩国文化称之为‘盐花’，”金说。当韩国厨师在onggi中发酵酱油（或ganjang）时，通常会观察到这种现象。当这些盐花出现在onggi外部时，它们被认为表明该特定容器具有足够的渗透性，可以生产出顶级的酱汁。
“即使在古代文化中，[泡菜制作商也使用]气体水平调节来优化发酵过程，”金说。尽管大型泡菜生产商将玻璃、塑料或金属罐与气体调节系统结合使用，但金和胡的工作表明，onggi可以自行完成相同的目标。
也许是由于这种能力，传统容器在今天仍然有需求：工匠们继续制作onggi，泡菜爱好者可以使用它们来实现高质量的发酵。