乳酸発酵の科学：ピクルス、ザワークラウト、キムチなど

発酵の専門家であるマラ・ジェーン・キングとサンダー・カッツが、四川省の産業用および家庭的な発酵を研究するために四川省を訪れた時、家庭での発酵に精通した地元の人をどこで見つければいいのか全く分かりませんでした。彼らには現地にコネもガイドも個人的な知り合いもいませんでした。幸い、二人は遠くまで探す必要はありませんでした。初日に街を歩き回っていると、カッツは玄関ポーチでソーセージが熟成されているのを見つけました。写真を撮っていると、ディン夫人という女性が家から出てきました。少し話をした後、彼女は彼らを優しく家に招き入れた「そして、彼女はキッチンにいたのです」とキングは言う。「鍋一つで唐辛子を発酵させ、鍋一つでナツメとショウガを発酵させ、さらにもう一つの鍋で自家製の豆板醤を発酵させていました。彼女にとってそれは大したことではありませんでした。それは彼女の生活の一部だったのです。」

食べ物は何が好きですか、, umeboshi,、、ディン夫人の唐辛子とナツメの漬物、あるいはノーマの酸っぱいブルーベリー共通点は？確かに酸っぱいが、それほど強烈ではない。独特の匂いと刺激があるが、ただただ美味しい。そして、その存在は細菌と周囲の環境とのダイナミックな関係にかかっている。これらの食品は乳酸菌（LAB）によって発酵される。乳酸発酵しかし、LAB発酵とは何でしょうか？どのように機能するのでしょうか？そして、なぜ私たちにとって重要なのでしょうか？

乳酸発酵の歴史

乳酸発酵、そして発酵全般は一時的な流行ではありません。ソーシャルメディアが信じ込ませようとしていることにもかかわらず、発酵は、白いテーブルクロス（または白人のシェフ）や200ドルのディナー代、ミシュランの星のあるレストランでのみ利用できる、新しい、一時的なシェフのテクニックではありません。発酵は文明と同じくらい古く、私たちが呼吸する空気と同じくらい広大です。広義では、発酵とは嫌気性代謝: 酸素がない状態で栄養素をエネルギーに変換するプロセス。このプロセスの中心となるのは、菌類、酵素、発酵細菌です。これらはすべて、地中、空気中、植物、人間の体、体内に存在し、好気性生命を支える大気が存在するずっと以前、地球が誕生したばかりの頃の原始スープから生まれたと考えられています。

乳酸発酵は、最も古い保存方法の 1 つであることは当然です。考古学者は、漬物食品の最も古い例を、古代メソポタミアの紀元前 2400 年まで遡ります。今日、乳酸発酵は、ほぼすべての料理の伝統と文化に織り込まれています。そのリストには、キムチ、ザワークラウト、ディル ピクルスなどのよく知られた漬物、さまざまなスタイルのホット ソースとチリ ペースト、ヨーグルト、クレーム フレッシュ、チーズなどの発酵乳製品、紅茶キノコ、サラミ、そしてもちろんサワードウ ブレッドまで含まれています。Sandor Katz が次のように書いています。発酵の芸術「私は、いかなる形の乳酸発酵も取り入れていない文化の例を探しましたが、見つかりませんでした。実際、発酵は多くの、おそらくほとんどの料理の中心的な特徴です。」

乳酸発酵はどのように、そしてなぜ機能するのでしょうか?

「乳酸菌炭水化物を食べて乳酸を排泄します」実のところ、彼女の言うことは間違っていません。より正確に、一般的に言えば、乳酸菌は酸と塩に耐性があります（またはハロー乳酸菌は、単純な炭水化物を消化して乳酸を生成する細菌で、二酸化炭素、エタノール、場合によっては酢酸も生成します。乳酸菌は、分解中の植物、乳製品、野菜や果物の皮、さらには自分の手にも付着しています。この微生物発酵はすべて嫌気性で、酸素がない状態で起こります。

簡単に言うと、LAB 発酵は甘味 (単純炭水化物) を酸味 (酸) に変えます。農産物を少し切り刻み、塩または塩水を加え、容器に入れて蓋をし、1 ～ 2 週間待ちます。その間に酸のレベルが上昇して食品の pH が低下し、漬物に特徴的な酸味が生まれます。また、pH が低下すると腐敗の原因となる望ましくない微生物が抑制され、食品が保存され、保存期間が長くなります。このプロセスに関係する人々を紹介します。

LABファミリーに会う

乳酸菌は分類学上の目に分類される乳酸菌には数十種の細菌が含まれます。このような多様性により、プロセスに関する一般化が困難になります。たとえば、この目の中で 2 つの科が漬物や保存食に関係しています。レウコノスト科そして乳酸菌科一方、乳製品やチーズの生産には、連鎖球菌科細菌科に属する乳酸菌属は主要な発酵微生物を代表する。この記事では、漬物と保存に焦点を絞る。ヨーグルトやチーズなどのLAB発酵乳製品については、それぞれ別の記事が必要になる。レウコノスト科そして乳酸菌科家族、レウコノストック、ペディオコッカス、 そして乳酸菌LAB発酵に最も頻繁に関連する属です。

詳細に入る前に、これらの細菌が 2 つのグループに分類されることを理解しておくと役立ちます。ホモ発酵そしてヘテロ発酵株。

• ホモ発酵性（またはホモ乳酸）乳酸菌乳酸のみを生成します。86～95°F (30～35°C) の温度を好みますが、より低い温度でも成長します。乳製品、クリーム、ヨーグルトの香りが特徴的な風味を生成します。
• ヘテロ発酵性（またはヘテロ乳酸）乳酸菌乳酸だけでなく、条件によっては酢酸、エタノール、さらには二酸化炭素も生成します。これらの細菌は 59 ～ 72°F (15 ～ 22°C) の温度で繁殖しますが、それよりずっと広い範囲でも増殖できます。酢酸が余分に生成されるため、食品に酢のような鋭い風味を与えます。

レウコノストック

細菌はレウコノストック属は通常球形です。ヘテロ発酵細菌であり、エタノール、乳酸、酢酸、二酸化炭素などの代謝産物を生産することができます。LAB発酵に関しては、L.メセンテロイデス発酵の開始に関与する一般的な種です。他の乳酸菌よりも広い範囲の塩分（および糖分）濃度で繁殖します。39°F（3.9°C）から86°F（30°C）の温度に耐えることができ、広いpH範囲（4.5〜7.0、5.5〜6.5で繁殖します）で成長できます。最後に、L.メセンテロイデスは通性嫌気性菌酸素がある状態でも生存できますが、酸素がない状態でのみ発酵します。

ペディオコッカス

この属の細菌は球形でホモ発酵性である。主に乳酸を生成する。塩分濃度は8%まで（場合によってはそれ以上）耐え、同様に広いpH範囲（4.5～8.2、ただし、レウコノストックpHが下がるにつれて、60°Fから95°Fの温度で生き残ることができます。乳酸発酵に最も関連のある種はP.セレビシエ。

乳酸菌

発酵に関わる最もよく知られた属は、乳酸菌一般的に棒状で、ヘテロ発酵種とホモ発酵種の両方が含まれます。最も関連性の高い2つの種はL.ブレビスそしてL.植物-けれどL.イースト、L.デルブルッキ、 そしてL.ペントーサス発酵食品によっては、乳酸菌最も酸に強い属である。乳酸菌順序。例えば、L.植物pH 3.3 ～ 8.8、温度範囲 53.6°F (12°C) ～ 104°F (40°C) で生育することがわかっています。場合によっては、18 パーセントもの塩分濃度にも耐えます。

ディルピクルスの人生

これらの微生物の複雑な関係を最もよく理解するために、まずはありふれたディルピクルスを見てみましょう。キュウリを収穫して切り開くとすぐに発酵が始まります。レウコノストック、ペディオコッカス、 そして乳酸菌キュウリの皮には多くの微生物が生息しており、平均すると植物全体の微生物数の1％未満です。切ったキュウリを塩水に浸すと、塩分に耐性のある嫌気性微生物が増殖するのに最適な嫌気性無酸素環境が効果的に作られます。塩は多くの微生物の増殖を阻害します。浸透圧ショック浸透圧によって微生物細胞から水分を引き出し、効果的に微生物を殺します。

最初の段階では、L.メセンテロイデス発酵が始まります。*これらのバクテリアはキュウリの糖分と栄養素を代謝して、乳酸、二酸化炭素、エタノール、酢酸を生成します。pH は 7.0 (中性、水のような) から 4.5 (酸味、ソーダ水やコーヒーのような) に低下しますが、これはこの特定の種にとって理想的な範囲です。数日以内に混合物が泡立ち始め、二酸化炭素が生成されていることを示します。L.メセンテロイデスまた、バクテリオシンと呼ばれるタンパク質も生成し、不要な微生物の増殖をさらに抑制します。

*ザワークラウトの製造など、多くの場合、クレブシエラやエンテロバクターなどの他の微生物が最初に pH を下げ、L. mesenteroides が定着するのに適した条件を提供します。

酸が蓄積し、pH がさらに低下する（4.5 未満に低下する）と、より多くの耐酸性細菌が優位になります。P.セレビシエ、L.ブレビス、 そしてL.植物増殖し、競争に勝ち始めるL.メセンテロイデスこれら3つの種はpHをさらに下げ、システムのpHが3.3（オレンジジュースのpHとほぼ同じ）まで低下します。時間の経過とともに、P.セレビシエpHと塩分濃度に応じて減少する可能性がある。例えば、8%の塩水では、P.セレビシエpH が 3.7 を下回ると活動は停止します。L.ブレビスそしてL.植物発酵の最終段階が完了するまで放置します。最終的に、きゅうりは酸味が効いていて、魅力的なサクサクした食感のピクルスに変身します。最も重要なのは、これらのピクルスは常温保存が可能で、腐敗のリスクが最小限であることです。

これらの微生物の相互作用はキュウリの発酵に特有のものであることに注意すべきである。オリーブなどの他の発酵は、異なる微生物の組み合わせによって駆動される（L.植物そしてL.ペントーサスチーズの場合、牛乳 L.そしてL.クレモリスこれらはスターター培養物の主な菌株です（ただし、前述のように、乳製品の発酵は乳酸発酵とはまったく異なるプロセスであり、これについては別途説明する価値があります）。

発酵の実践：重要な概念

特定の発酵食品に必要な技術は、文化や伝統によって大きく異なります。たとえば、キムチを作る伝統的な方法は、インドのライムのピクルスの作り方とはまったく異なります。しかし、ピクルス作りに関しては、一定の基本概念は変わりません。

空気を取り除く

LAB 発酵を成功させるには、嫌気性環境を作り出すことが不可欠です。酸素がほとんどまたはまったくないと、酵母などの微生物が増殖できず、発酵の風味を損なう可能性があります。もちろん、快適さのレベルと利用可能な機器に応じて、空気を除去する方法はいくつかあります。

最も簡単な方法は、製品を塩水に浸すことです。塩水の表面より下にあるものはすべて酸素がなくなります。2 つ目の方法は、製品をブレンドまたは粉砕してマッシュを作ることです (唐辛子のマッシュなど)。マッシュを作ると、微生物にさらされる可能性のある表面積が大幅に拡大するだけでなく、通常は液体が放出されます。マッシュを発酵容器にしっかりと詰めて重しで覆うと、液体が隙間や空気の塊を埋め、酸素のない環境が効果的に作られます。

最後に、エアロックのように物理的に酸素を除去するハイテクな方法があります。エアロックとは、容器から二酸化炭素を逃がすと同時に、酸素が入らないようにする装置です。発酵が進むにつれて、容器内の酸素と入れ替わって二酸化炭素が蓄積し、そこから抜け出すため、酸素のない環境が確保されます。

キッチン用品にとても興味がある方（真空調理器の愛好家の皆さん）やレストランで働いている方にとって、真空シーラーは酸素を除去する理想的なソリューションです。（ただし、発酵中に発生する二酸化炭素を閉じ込める理想的なソリューションにもなります。発酵が長引くと、袋が膨らみすぎた風船のように破裂する可能性があるため、注意してください。これを避けるには、膨らみすぎた真空袋を開けて、中身を新しいものに移してください。）

適切な材料を選ぶ

発酵食品の成功は、原料の品質とそれらの原料の扱い方にかかっています。「辛いソースを作るなら、質の悪い唐辛子は使わないようにしましょう」と警告しています。、マサチューセッツ州に拠点を置く発酵の専門家。つまり、農薬で表面処理されていない、ワックスでコーティングされていない、または保存期間を延ばすために放射線照射されていない農産物を選択することを意味します。オーガニック農産物はこれらの条件を満たしている傾向がありますが、オーガニックラベルがそれを保証するものではありません。「私は非常に高品質の材料を使用するようにしています」とマラ・ジェーン・キングは同意します。「ワックスで覆われているべきではありません。唐辛子の中には、保存のために石油か何かで覆われているものがあります。多くの人がそれに問題に遭遇している可能性があり、それに気付いていないかもしれません。」これらの表面処理はすべて、発酵を開始するために不可欠な利用可能な微生物の個体数を減少させます。

塩水を使用する場合は、使用する水も重要です。弱塩素処理された未濾過の水は微生物の活動を阻害する可能性があるため、濾過水または蒸留水を使用することをお勧めします。少なくとも、水道水を一晩放置する必要があります。発酵に使用する前に、蓋をせずに塩素を蒸発させます。

塩を加える

塩は乳酸菌発酵に役立ち、ほとんどの場合不可欠です。塩は望ましくない微生物の増殖を抑制し、耐塩性微生物が繁殖する条件を整えます。しかし、理想的な塩濃度はどれくらいでしょうか。多くの用途では、塩濃度は約 2 パーセントで十分です。しかし、工業的な環境では、濃度は 10 パーセントまで上昇します (塩水濃度として、または製品の重量に対する割合として)。ホット ソース用の唐辛子発酵では、このような高い塩濃度がよく見られます。ホット ソースは数か月または数年間熟成され、最終的に酢、スパイス、その他の調味料とブレンドされて、最終的な塩分濃度がより口当たりの良いものに薄められます。以下に、一般的な観察事項をいくつか示します。

塩分濃度が低い：

• 全体的な微生物の活動をそれほど抑制しないため、発酵が速くなります。
• 微生物の活動が遅く、抑制が少ないため、より低温に適しています。
• 有害な微生物が抑制されないため、腐敗の可能性が高まります。
• ペクチン細胞壁の強度が損なわれ、特に温かい状態で発酵させた場合、発酵物がどろどろになる可能性があります。

塩分濃度が高い場合：

• 全体的な微生物活動を大幅に抑制しますが、腐敗のリスクを最小限に抑えます。
• 発酵を抑制します。暖かい条件で役立ちます。
• ペクチン細胞壁の微生物分解が穏やかであるため、より硬く、よりサクサクした製品を実現できます。

結局のところ、塩分濃度は好みの問題であり、使用する野菜や果物に大きく依存します。しかし、特定の濃度では、P.セレビシエ発酵できないのです。さらに、塩分濃度が 10 パーセントのピクルスは非常に塩辛くなる可能性があります。

塩分には下限があるのだろうか？おそらくないだろう。ほとんどの発酵食品製造者は、ある程度の塩分は成功の鍵だと主張するだろう。しかし、中国南西部の山岳地帯を旅したマラ・ジェーン・キングは、米のとぎ汁だけで発酵させた漬物を目にした。「彼らは唐辛子やその他の野菜を米のとぎ汁に漬ける。塩分は含まれていない。全体的に少し危険で奇妙な感じがする」と彼女は言う。しかし、彼女はまた、米のとぎ汁には発酵を活発にするためのデンプン質や微生物が加えられているとも主張している。彼女が味わった漬物は、確かな技術の証拠だ。

温度をコントロールする

温度は LAB 発酵の速度と品質に大きな影響を与えます。一般的に、温度が高いほど発酵が速くなり、温度が低いほど発酵が遅くなります。同時に、温度によって好まれる微生物の集団も異なります。

私が以前働いていたウェブサイト「Cook's Science」（記事のリンクは利用できなくなっています）が実施したキムチに関するある実験では、4つの異なる温度（39°F、50°F、65°F、70°F）で発酵させた4つの同一のサンプルの微生物組成を分析しました。「39度のサンプルには、レウコノストック50度のサンプルは両方の種の混合物であったが、レウコノストック種と乳酸菌アン・ウルフは次のように書いている。「65度と70度のバッチは、ほぼ完全に乳酸菌分析された時点では、種は存在していなかった。」

では、発酵に最適な温度はどれくらいでしょうか？ほとんどの人にとって、そしてほとんどのおじいちゃんおばあちゃんにとって、それは室温、つまり50°Fから70°Fの範囲です。この範囲では、微生物の混合物が繁殖し、乳酸菌高温では、低温では酢酸の生成が増加するため、よりシャープで酢のような風味になり、高温では酸味が弱まり、ほぼ乳製品のような風味になります。ただし、温度の選択は、主に発酵するもの、発酵をどのくらい速く進めたいか、最終製品をどのくらい分解して柔らかくしたいかによって決まります。

タイミングと監視

いよいよ最終段階です。梅、ピーマン、キュウリ、キャベツの瓶詰めを済ませ、ピクルスに仕立て、煮立っています。発酵を成功させるにはどうすればよいでしょうか。「発酵は維持と監視がすべてです」とリッチ・シーは言います。「この長いプロセスに時間、エネルギー、お金を費やしています。怠ってはいけません。大切にすべきです。」シーにとって、それは発酵物を毎日チェックし、日々の違いを観察することを意味します。場合によっては、熟成するにつれて製品の匂いや味を嗅ぐことも意味します。マラ・ジェーン・キングは発酵日誌をつけることを勧めています。「本当に簡単なことですが、あるととても便利です」と彼女は言います。「私たちはビジネスですべてのバッチを追跡するために日誌をつけます。しかし、物事がうまくいかなかったり、うまくいったりしたときは、状況を参照すると便利です。状況は常に変化しているからです。」

発酵はいつ行われるのでしょうか? 食品安全の観点から、酸性食品の pH は 4.6 未満である必要がありますが、多くの商業生産者は pH 4.2 以下を求めています。技術的には、乳酸発酵の大部分は 1 ～ 3 週間で完了します。この段階で、微生物は発酵物に含まれる糖のほとんどを代謝しています。では、タバスコなどの企業はなぜ加工して瓶詰めする前に最大 3 年間もペッパーマッシュを発酵させるのでしょうか? その答えは熟成にあります。熟成とは、酸からエステルやその他の副産物がはるかに長い時間スケールで生成されるため、より複雑な風味が生まれるプロセスです。樽熟成ウイスキーを飲んだことがあるなら、フルーティー、スパイシー、または甘い香りを与えるのはエステルであることがわかるでしょう。

結局のところ、タイミングはあなた次第です。柔らかく崩れたザワークラウトがお好みなら、発酵時間を長くしてください。ザワークラウトをサクサクして強烈な酸味がお好みなら、発酵を早く止めてください。

ピクルスのトラブルシューティング

発酵中に必ず問題が起こります。最も一般的な問題はカム酵母は、表面が酸素にさらされるといつでも増殖する好気性酵母です。カム酵母は、発酵物の表面に薄く乳白色の不透明な層として現れます。外気にさらされた発酵物や、ニンジン、ビート、ピーマンなどの甘い野菜を発酵させるときに形成される傾向があります。また、気温が高く、塩分濃度が低い場合にも、より頻繁に形成されます。

幸いなことに、カム酵母はほとんど無害です。カム酵母がわずかに増殖した場合は、ほとんどの場合、酵母をそのまま発酵物に混ぜてそのまま作業を進めることができます。他の場合には、層が非常に厚くなり、発酵物の風味に影響を与える可能性があるため、層を削り取るか除去する方がよいでしょう。

カム酵母の増殖を抑えるには、空気への露出をできるだけ抑えるのが一番です。酸素にさらされる表面積を最小限にする狭い容器を選びましょう。できればエアロックを使いましょう。それができない場合は、表面をプラスチックで覆い、重しをしましょう。最後に、発酵者の中には、表面に塩をまぶすことを推奨する人もいます。これは、露出した表面の微生物活動をすべて大幅に抑制します。

カビの繁殖は、カム酵母に次いで 2 番目に多い問題です。カビは、発酵食品の表面に生える毛羽立った菌類で、緑、青、黒、さらにはオレンジ色になることもあります。カビは空気中のカビ胞子から発生し、水、栄養素、酸素があると増殖します。カビは見た目が不快なだけでなく、摂取すると有害になることがあります。カビにアレルギーがある人もいますし、カビの中にはマイコトキシンを生成するものもあり、急性および慢性の健康に深刻な影響を及ぼすことがあります。

発酵食品の表面にカビが生えているのに気付いたとしても、必ずしも捨てる必要はありません。まだ製品を救うことができます。サンダー・カッツは、カビが広範囲に生えていない限り、カビの表層を削り取ることを推奨しています。この記事カビの下で成長する糸状体（または菌糸）は、塩水またはマッシュの表面より下にはあまり伸びていないように見えるため、削り取るだけで除去できる場合が多いです。それでも、カビが生えるリスクを最初から軽減することが最善策です。嫌気性環境を確保する、より新鮮な野菜を使用する（カビ胞子の濃度が低い可能性があります）、適切な塩濃度を使用する、または少し低い温度（70°Fを超えない）で発酵させることによって、リスクを軽減できます。しかし、疑問がある場合は、健康を危険にさらさない方がよいでしょう。最初からやり直すことは恥ではありません。

減速の必要性

瓶詰めの乳酸発酵ピクルスを作ることは、目に見えない微生物の世界とつながり、私たちの周囲と体内で絶えず起こっているプロセスを呼び起こす。そしてサワードウパンを焼くのと同じように、発酵にはある程度の不完全さが伴う。成功するための最適な条件を整えようと最善を尽くしても、偶然に左右される。つまり、特定のキュウリの表面に生息する特定の微生物の集団、特定の時間と空間、条件が変動する特定の瞬間に左右されるのだ。確率、偶然、混沌、これらが発酵をワイルドにするアイデアだ。発酵はそれぞれ、最終的な微生物の集団に至るまで、味や食感が独特になる可能性がある。そして私たちはその独特さを受け入れるべきだ。

近年、人気の食品メディアや食生活で発酵が復活していることについて、マラ・ジェーン・キングは希望を抱いています。「私たちは再びそれに目覚めつつあるように感じます」と彼女は言います。「スローフードは本物の食べ物、つまり人間の食べ物だと気づき始めています。それは世代から世代へと受け継がれてきた文化的知識です。これはおばあちゃんの食べ物です。人々が食べ物を発酵させる方法を知っているのは、それが私たちが生き残り、人間らしくあり、文化的表現の中で生きる方法だからです。発酵は、私たちが先祖とコミュニケーションをとる素晴らしい方法です。人々が犯したすべての間違いや人々が行ったすべての実験を通して、私たちはこれらのさまざまな技術という贈り物を受け取っています。」

キング氏は、初めて発酵に携わる人にとって、COVID-19 パンデミックはユニークな機会を提供していると考えています。「ロックダウン中に、初めてサワードウについて学んだり、初めてピーマンの発酵に挑戦したりする人々の話を聞くと、本当にワクワクします。私たちは、現代の世界では、自分が重要でないと感じさせられることが多いように感じます。しかし、私たちが自分のプロセスとつながり、自分の実践とつながり、自分の失敗とつながり、そして成功を共有する方法を見つけることができれば、それは私たちを人類の歴史に残すことになります。そして、それが私たちを再び重要な存在にしてくれるのです。」

2020年10月

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