泡菜，韓國料理的古老主食，傳統上是在稱為onggi的手工陶罐中發酵的。但是，在批次生產方面，公司使用玻璃和其他材料製成的罐子來大量發酵泡菜。現在，一項新研究表明，為什麼一些泡菜製造商仍然信賴傳統技術：onggi為乳酸菌的生長提供了良好的環境，這些“好”微生物賦予了泡菜標誌性的酸味。
“擁有更高的細菌增殖在營養上有益，併產生髮酵食品獨特的味道，”佐治亞理工學院機械工程博士生，流體力學和生物物理學專家金秀煥（Soohwan Kim）說。在上個月發表在《英國皇家學會介面雜誌》上的一項研究中，金和他的同事將onggi與玻璃罐進行了比較，發現陶瓷容器在相同的發酵時間內生產的泡菜具有更高水平的乳酸菌。“有一種文化信仰認為，發酵食品中使用的onggi使食物更好，但沒有好的科學依據，”金說。他的工作旨在改變這種狀況。
製作美味的泡菜是一項藝術、科學和烹飪的努力，其中發酵過程是關鍵。加州大學戴維斯分校的食品微生物學家瑪麗亞·L·馬可（Maria L. Marco）指出，由於許多不同的因素影響發酵過程，泡菜和其他發酵食品都很挑剔。“即使在使用相同成分和相同配方製作的特定食物中，發酵的結果也可能存在不同的風味和結果？這是一個我們目前還沒有全部答案的大問題，” 馬可說，她沒有參與這項新研究。
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為了研究發酵過程，金和他的博士生導師，佐治亞理工學院流體動力學家大衛·胡（David Hu）結合了實驗和數學建模。他們得出結論，與在密封的玻璃罐中生產泡菜相比，在onggi中生產泡菜可以促進更多的細菌生長。更重要的是，研究人員揭示了是什麼使onggi成為此過程的理想容器。
“我認為嘗試開始理清以不同方式製作發酵食品如何影響所製作的食物，這是一種有趣的方法，” 馬可說。
容器之間的區別與它們的滲透性有關，即液體和氣體透過它們的速度。金說，生產出色的泡菜需要一種恰到好處的情況：發酵容器需要是半滲透性的，而不是過度滲透性或不滲透性的。
滲透性很重要，因為它會影響二氧化碳和乳酸菌之間微妙的平衡。這些微生物自然地從土壤遷移到其中生長的蔬菜，包括構成泡菜基礎的捲心菜和其他成分。在含鹽發酵過程中，乳酸菌和其他型別的細菌會大量繁殖並排出二氧化碳，二氧化碳開始在容器中積聚。研究人員的結果表明，乳酸菌“在適度的二氧化碳水平下增殖，”金說。但是過量的二氧化碳需要有地方排出；否則它將增長到高濃度，最終會阻礙至關重要的細菌生長。相反，如果容器太滲透，二氧化碳會逸出得太快，從而減少細菌生長。
在金從韓國濟州島家鄉購買了一個未上釉的onggi後，他和胡測量了鹽漬捲心菜在onggi和密封玻璃罐中發酵時的二氧化碳水平。他們每個罐子進行了三次試驗，每次試驗前都用高壓滅菌器對容器進行消毒。為了準確測量，研究人員用定製的蓋子蓋住onggi，該蓋子可以容納壓力、二氧化碳和氧氣感測器。然後，他們使用一層薄塑膠薄膜密封感測器和蓋子之間的任何剩餘縫隙。金和胡在研究中指出，玻璃罐略有洩漏，但比onggi少。
在每次試驗的頭兩天，裝滿捲心菜的onggi和玻璃罐都放在設定為25攝氏度的烤箱中。“我將溫度設定得高於正常水平，以加速發酵過程，”金說。雖然泡菜可以在較低的溫度下發酵，例如5攝氏度，但金指出，他和胡假設高溫造成的唯一變化“是過程的速度”。
研究人員還使用了電子顯微鏡和計算機斷層掃描來探測onggi的多孔結構，並計算其“氣體滲透係數”，即氣體透過它的容易程度。他們發現該值是玻璃罐的兩倍多。由於onggi允許二氧化碳比玻璃罐更快地逸出，因此乳酸菌得以茁壯成長。在玻璃罐中，二氧化碳釋放速度較慢，氣體抑制了細菌的生長。“onggi的多孔結構模仿了乳酸菌自然存在的疏鬆土壤，”研究人員在他們的論文中寫道。這有助於確保在容器中發酵的食物富含微生物。
研究人員還透過一個源於韓國文化的實驗證明了onggi的滲透性：他們將容器裝滿一半的鹽水，並表明在八小時內，鹽分開始覆蓋其外表面。“韓國文化稱之為‘鹽花’，”金說。當韓國廚師在onggi中發酵醬油（或ganjang）時，通常會觀察到這種現象。當這些鹽花出現在onggi外部時，它們被認為表明該特定容器具有足夠的滲透性，可以生產出頂級的醬汁。
“即使在古代文化中，[泡菜製作商也使用]氣體水平調節來最佳化發酵過程，”金說。儘管大型泡菜生產商將玻璃、塑膠或金屬罐與氣體調節系統結合使用，但金和胡的工作表明，onggi可以自行完成相同的目標。
也許是由於這種能力，傳統容器在今天仍然有需求：工匠們繼續製作onggi，泡菜愛好者可以使用它們來實現高質量的發酵。