发酵食品的科学：一次全球探索

几千年来，发酵食品一直是世界各地饮食中的主食。从德国酸菜的浓郁酸爽到日本味噌的复杂鲜味，发酵是一种历史悠久的食品保鲜方法，能增强其风味和营养价值。但除了烹饪上的吸引力外，发酵食品还让我们得以一窥微生物学的奇妙世界及其对人类健康的深远影响。这篇博文深入探讨了发酵食品背后的科学，探索了其中的微生物过程、它们的健康益处以及在全球范围内的多样文化意义。

什么是发酵？

从本质上讲，发酵是一个代谢过程，其中细菌、酵母和霉菌等微生物将碳水化合物（糖和淀粉）转化为酒精、气体和有机酸。这个过程在无氧条件下（厌氧条件）发生，尽管某些发酵过程可能涉及有限的氧气接触。负责发酵的微生物通常被称为“发酵剂”。这些培养物可以天然存在于食物或环境中，也可以被有意添加以启动和控制发酵过程。

发酵有几种类型，每种类型都会产生不同的最终产品，并赋予各种发酵食品独特的特性：

• 乳酸发酵： 这可能是最常见的发酵类型，其中细菌将糖转化为乳酸。乳酸通过抑制腐败微生物的生长起到防腐作用。例子包括酸奶、德国酸菜、泡菜和许多腌制蔬菜。
• 酒精发酵： 在这个过程中，酵母将糖转化为乙醇（酒精）和二氧化碳。这是啤酒、葡萄酒等酒精饮料以及发酵面包的基础。
• 醋酸发酵： 这种类型的发酵涉及醋酸菌将乙醇转化为醋酸。其产物是醋，一种多功能的调味品和防腐剂。
• 碱性发酵： 与其他类型相比不太常见，碱性发酵涉及氨的产生，从而提高食物的pH值。这个过程用于生产日本的纳豆（发酵大豆）和西非的达瓦达瓦（发酵刺槐豆）等食品。

发酵食品的微生物学

发酵食品种类的多样性反映了可以参与发酵过程的微生物的巨大多样性。不同的微生物产生不同的酶，这些酶将复杂的碳水化合物和蛋白质分解成更简单的化合物，从而形成了发酵食品独特的风味、质地和营养成分。

乳酸菌 (LAB)

乳酸菌是一组多样化的细菌，在许多发酵食品中扮演着至关重要的角色。常见的属包括乳杆菌属 (Lactobacillus)、双歧杆菌属 (Bifidobacterium)、链球菌属 (Streptococcus)和明串珠菌属 (Leuconostoc)。这些细菌不仅产生乳酸，从而保存食物并赋予其特有的酸味，还能合成维生素、产生抗菌化合物，并将复杂的碳水化合物分解成更简单的糖，使其更易于消化。

示例：保加利亚乳杆菌 (Lactobacillus bulgaricus) 和 嗜热链球菌 (Streptococcus thermophilus) 是用于生产酸奶的两种主要细菌。

酵母

酵母，特别是酿酒酵母 (Saccharomyces cerevisiae)（也称为面包酵母或啤酒酵母），对酒精发酵至关重要。它们将糖转化为乙醇和二氧化碳，促成了面包、啤酒和葡萄酒的特有风味和质地。其他酵母，如酒香酵母 (Brettanomyces)，可以为某些发酵饮料增添复杂的风味。

示例：酿酒酵母 (Saccharomyces cerevisiae) 用于将葡萄发酵成葡萄酒。

霉菌

虽然通常与腐败联系在一起，但某些霉菌在一些食品的发酵中起着至关重要的作用。例如，米曲霉 (Aspergillus oryzae) 用于生产酱油、味噌和清酒。这些霉菌产生的酶可以分解淀粉和蛋白质，从而赋予这些食品复杂的鲜味。其他霉菌，如青霉属 (Penicillium)，则用于生产某些奶酪。

示例：米曲霉 (Aspergillus oryzae) 用于将大豆和米发酵成味噌。

发酵食品的健康益处

发酵食品提供广泛的健康益处，这主要归功于益生菌的存在。益生菌是活的微生物，当摄入足够量时，能为宿主带来健康益处。这些益处超越了肠道健康，可以影响整体福祉。

改善肠道健康

发酵食品是益生菌的丰富来源，可以帮助多样化和平衡肠道微生物组——即居住在消化道中的复杂微生物群落。健康的肠道微生物组对消化、营养吸收、免疫功能和整体健康至关重要。益生菌可以通过以下方式帮助改善肠道健康：

• 增加肠道细菌的多样性： 多样化的肠道微生物组更能抵抗干扰，并能更好地执行其各种功能。
• 抑制有害细菌的生长： 益生菌可以产生抗菌化合物，抑制病原菌的生长，有助于预防感染并维持肠道细菌的健康平衡。
• 改善消化和营养吸收： 一些益生菌产生的酶有助于分解复杂的碳水化合物和蛋白质，使其更易于消化和吸收。
• 加强肠道屏障： 益生菌可以帮助加强肠道屏障，防止有害物质泄漏到血液中。

增强免疫功能

肠道微生物组在免疫功能中起着至关重要的作用，益生菌可以通过以下方式帮助增强免疫系统：

• 刺激免疫细胞的产生： 益生菌可以刺激T细胞和B细胞等免疫细胞的产生，这些细胞对于抵抗感染至关重要。
• 调节炎症反应： 益生菌可以帮助调节炎症反应，防止可能损害组织并导致慢性疾病的过度炎症。
• 改善肠道相关淋巴组织 (GALT)： GALT是位于肠道的主要免疫系统组成部分。益生菌可以帮助改善GALT的功能，增强其保护身体免受病原体侵害的能力。

改善心理健康

新兴研究表明，肠道微生物组与大脑健康之间存在密切联系，即所谓的“肠-脑轴”。益生菌可能通过以下方式影响心理健康：

• 产生神经递质： 一些肠道细菌可以产生血清素和多巴胺等神经递质，这些物质在情绪调节中起着至关重要的作用。
• 减少炎症： 慢性炎症与抑郁和焦虑有关。益生菌可以帮助减少炎症，从而可能改善心理健康。
• 调节应激反应： 益生菌可能有助于调节应激反应，减少皮质醇等应激激素的产生。

提高营养物质的生物利用度

发酵过程可以增加某些营养物质的生物利用度，使身体更容易吸收它们。例如，发酵可以分解植酸盐，这是一种存在于谷物和豆类中的化合物，会抑制铁和锌等矿物质的吸收。发酵还可以增加某些维生素的含量，如B族维生素和维生素K。

示例：将大豆发酵成天贝可以降低植酸盐水平，使大豆中的铁和锌更具生物利用度。

世界各地的发酵食品：一次美食之旅

发酵食品是世界各地美食不可或缺的一部分，反映了不同地区的多样文化和传统。以下是来自不同国家的一些发酵食品示例：

• 酸奶（各地）： 作为许多文化中的主食，酸奶是通过用乳酸菌发酵牛奶制成的。它是一种多功能食品，可以单独享用或用于各种菜肴中。品种从希腊酸奶到印度酸 दही (Dahi) 不等。
• 德国酸菜（德国）： 发酵的卷心菜，德国酸菜是德国的传统食品，富含益生菌和维生素C。
• 泡菜（韩国）： 作为韩国料理的主食，泡菜是通过用香料和乳酸菌发酵蔬菜（通常是卷心菜和萝卜）制成的。泡菜有数百种，每种都有其独特的风味。
• 味噌（日本）： 一种发酵的大豆酱，味噌是日本料理的关键成分。它用于制作味噌汤、酱汁和腌料。不同类型的味噌，如白味噌、红味噌和麦味噌，提供不同的风味和质地。
• 天贝（印度尼西亚）： 由发酵大豆制成，天贝是印度尼西亚菜肴中一种受欢迎的肉类替代品。它质地紧实，带有坚果味。
• 康普茶（中国/全球）： 一种发酵茶饮料，康普茶是通过用SCOBY（细菌和酵母的共生培养物）发酵甜茶制成的。它以其微酸和气泡的口感而闻名。
• 开菲尔（东欧）： 一种发酵奶饮料，开菲尔类似于酸奶，但质地更稀，味道更酸。它是通过用开菲尔粒（一种复杂的细菌和酵母培养物）发酵牛奶制成的。
• 酸面包（各地）： 酸面包是使用野生酵母和细菌的“酵头”培养物制成的。它赋予面包特有的酸味和耐嚼的质地。
• 印度蒸米浆糕 (Idli) 和多萨 (Dosa)（印度）： 发酵的米和扁豆糊，用于制作蒸糕（Idli）或薄饼（Dosa），在南印度菜肴中很常见。
• 纳豆（日本）： 发酵的大豆，具有非常强烈、刺激性的味道和粘性质地。
• 达瓦达瓦 (Dawadawa)（西非）： 用作调味成分的发酵刺槐豆。

在家制作发酵食品

许多发酵食品可以在家轻松制作，让您可以控制成分和发酵过程。以下是一些安全成功地制作发酵食品的技巧：

• 使用优质原料： 从新鲜、优质的原料开始，以确保最佳风味并防止腐败。
• 保持清洁环境： 清洁对于防止有害细菌的生长至关重要。使用前对所有设备进行消毒。
• 控制温度： 保持发酵的最佳温度，因为不同的微生物在不同的温度下茁壮成长。
• 监测pH值： 监测发酵食品的pH值，以确保其酸度足以抑制有害细菌的生长。
• 仔细遵循食谱： 仔细遵循可靠的食谱，以确保发酵过程正确进行。
• 观察腐败迹象： 注意腐败的迹象，如霉菌生长、异味或异常质地。丢弃任何有腐败迹象的发酵食品。

安全注意事项

虽然发酵食品通常可以安全食用，但了解潜在的安全问题也很重要：

• 组胺不耐受： 一些发酵食品富含组胺，可能会引发组胺不耐受者的症状。
• 酪胺含量： 陈年奶酪和其他发酵食品可能含有高水平的酪胺，它可能与某些药物（如MAO抑制剂）发生相互作用。
• 钠含量： 一些发酵食品，如德国酸菜和泡菜，可能钠含量较高。
• 肉毒杆菌中毒： 发酵不当的食品可能存在肉毒杆菌中毒的风险，这是一种严重的食物中毒。遵循安全的发酵实践以将此风险降至最低至关重要。

结论

发酵食品融合了烹饪的乐趣、健康益处和文化意义，令人着迷。从古老的食品保鲜技术到对肠道微生物组的现代理解，发酵在人类健康和营养中继续扮演着至关重要的角色。通过了解发酵食品背后的科学，我们可以欣赏它们的独特性质，并以安全有益的方式将它们融入我们的饮食中。无论您是在享用一碗酸奶，品尝一块泡菜，还是啜饮一杯康普茶，您都在参与一个已经滋养了社区数百年的全球传统。

发酵食品的世界广阔而多样。尝试不同类型的发酵食品，找到您喜欢的那些。您的肠道（和您的味蕾）会感谢您的！