本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
距離我上次發帖已經有一段時間了——我沒有完全預料到教 3 門課、做研究和籌備婚禮會有多忙。但是，婚禮已經結束了！這個學期也快結束了！我的研究充滿了寫部落格的可能性……此外，我還有一個新的痴迷，它將我對微生物學、免疫學、食物、健康和啤酒的熱愛聯絡在一起：發酵。
實際上，這並不是一個全新的興趣；我對啤酒釀造的微生物學感興趣的時間，幾乎和我開始喝啤酒的時間一樣長（順便說一句，這和我開始讀研究生的時候差不多），但我的新痴迷始於這本書——桑多·卡茨的《發酵的藝術》。我可能會在以後的文章中對這本書進行全面評論，但簡而言之：太棒了。它詳細介紹了從文化（在社會學意義上）到菌種（在微生物學意義上）的發酵，幷包括歷史、觀察和一些非常準確的科學。在閱讀這本書的過程中，有很多次我擔心它會像其他關於食物和健康的書籍一樣，偏離到偽科學或誇大結論，但在每一種情況下，卡茨都引用了真實的科學，並得出了細緻入微、有充分依據的結論。
同時，這本書捕捉到了使用看不見的微生物將食物轉化為美味又健康的食物的興奮和奇蹟。因此，我幾乎立刻買了幾個梅森罐子，開始製作酸菜。那是大約 5 周前的事了——我已經做了第 3 批了，而且剛剛開始做我的第一份蜂蜜酒。
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發酵基礎
定義發酵的方式有幾種。在生物化學意義上，它是在沒有氧氣的情況下糖的代謝。一些通俗的定義指的是微生物代謝對物質的任何作用。我主要堅持生物化學的定義，既因為我接受過生物化學的培訓，也因為在發酵食品的生產中，很多神奇的事情都發生在那裡。
從細菌到人類細胞，所有生物都會分解糖中的化學鍵，並將其轉化為能量。這個過程的第一步叫做“糖酵解”（字面意思是：分解葡萄糖），其中一個糖分子被分解成較小的分子，化學鍵中包含的能量被收集起來以產生細胞燃料。糖酵解不會產生大量的能量，但在氧氣存在的情況下*，糖酵解的產物可以進一步分解，提取更多的能量。動物無法僅靠糖酵解產生的微薄能量生存（你可能需要呼吸已經告訴你這一點），但許多微生物很高興在沒有氧氣的情況下過著厭氧生活。但是他們需要解決一個生物化學問題。
葡萄糖分子在糖酵解過程中分解會產生 2 個丙酮酸分子、少量 ATP 形式的細胞能量，並將另一個稱為 NAD+ 的分子還原為 NADH。最後一步是問題所在：NADH 是能量的儲存形式，在需氧（使用氧氣）代謝下，NADH 會在能量被回收時轉化為 NAD+，使其可以再次用於另一輪糖酵解。在沒有氧氣的情況下，NADH 會積累，而 NAD+ 會變得稀缺。發酵反應會補充 NAD+，並導致丙酮酸轉化為使食物變得美妙和/或美味的特徵性產物：乳酸或乙醇。
乳酸發酵：酸菜和泡菜
大多數人都熟悉啤酒、葡萄酒和其他酒精飲料是微生物發酵的結果，主要是由釀酒酵母進行的。但是在這裡，我想開始談論酸菜和乳酸發酵。生物化學原理與酒精發酵完全相同——細胞需要釋放 NAD+ 用於糖酵解——但負責酸菜中酸味的乳酸桿菌不是產生乙醇 (CH3CH2OH) 作為副產物，而是產生乳酸 (CH3CH(OH)COOH)。
發酵酸菜中的乳酸有兩個重要作用。首先，它使環境不適合許多致病微生物。千百年來，人們一直在沒有冷藏的情況下使用發酵來儲存食物——一罐發酵的酸菜可以在你的廚房櫃檯上放幾個月而不會變質。其次，酸是美味（對某些人來說）酸味的原因。
製作酸菜
網上有很多食譜，但這裡是基本步驟：1) 切碎捲心菜。2) 加入一些鹽。3) 壓出水，並將捲心菜浸沒。4) 等待。
不需要新增任何細菌——只要你使用的捲心菜沒有被輻照，它就會含有大量的乳酸桿菌。鹽會從植物細胞中吸出水分，並抑制你想要避免的細菌的生長。將捲心菜浸泡在液體中會促進厭氧生長，並導致乳酸的產生和酸味。其他微生物（如黴菌）無法在酸性、厭氧的環境中生長。
對於我的第一批，我開始時規模較小，但我加入了辣椒、胡蘿蔔和洋蔥以及紅捲心菜（這可能更接近泡菜而不是酸菜）。我只讓它發酵了大約 4 天，所以不是很酸，但辣椒給了它一種很好的味道。我的第二批更有野心——兩個大梅森罐子和兩個小梅森罐子裝滿了相當大的捲心菜、大蒜、胡蘿蔔、甜菜、青蔥和洋蔥——所有這些都來自我們當地的農場份額。我讓這批在櫃檯上發酵了大約 12 天，每隔幾天就壓出形成的 CO2 氣泡——由此產生的酸菜具有美味的酸味，我和我的妻子已經享用了幾周。
即將推出
卡茨的書充滿了令人興奮的食譜和嘗試的東西。我已經開始製作蜂蜜酒（更多內容將在以後的文章中介紹），並計劃製作康普茶、薑汁啤酒、泡菜，當然還有更多的酸菜/泡菜。我確信我很快就會用完空間、金錢和時間，但這一切似乎都是值得的。我的計劃——將我從寫部落格中賺到的錢投入到發酵中，然後寫下關於科學（以及美味的結果）。
如果您有任何嘗試的想法，或者您也是發酵愛好者並有食譜可以嘗試，請告訴我！
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* 一些生物體可以使用其他分子代替氧氣作為“末端電子受體”，但這很罕見。