افت ۱.۰ تا ۱.۵ درجه‌ای پی‌اچ: باکتری‌های اسید لاکتیک چگونه با تبدیل قند به اسید، بافت و سلامت کلم‌ترش و کیمچی را می‌سازند

اینفلوئنسرهای حوزه سلامت و وبلاگ‌های سبک زندگی اغلب کیمچی و کلم‌ترش (ساورکراوت) را در یک کفه ترازو قرار می‌دهند و ادعا می‌کنند که این دو کاملاً یکسان هستند؛ یعنی فقط کلم نمک‌سود شده‌ای که پر از «پروبیوتیک‌های» مشابه برای التیام روده شماست. آن‌ها به مواد اولیه مشترک اشاره می‌کنند و فرض را بر این می‌گذارند که زیست‌شناسی این دو، یک کپی‌پیست ساده و قابل جایگزینی است.[6]

اما میکروبیولوژی داستان کاملاً متفاوتی را روایت می‌کند. وقتی کلم‌های خردشده را درون یک شیشه می‌چپانید، فقط در حال درست کردن سبزیجات ترش نیستید؛ بلکه دارید یک توالی میکروبی بسیار دقیق را آغاز می‌کنید. سینتیک شیمیایی، جوامع باکتریایی و منطق طعم‌سازی این دو نوع تخمیر از اساس با هم تفاوت دارند.[3][6]

جادوی هر دو غذا به یک افت شدید در اسیدیته بستگی دارد؛ معمولاً یک سقوط ۱.۰ تا ۱.۵ درجه‌ای در مقیاس پی‌اچ. کلم تازه به طور معمول پی‌اچی حدود ۵.۵ تا ۶.۰ دارد. برای حفظ این محصول و ایجاد آن طعم تند و تیز و دلچسب، محیط باید به اندازه‌ای اسیدی شود که پاتوژن‌های مضر را از بین ببرد.[4][5]

همه‌چیز با نمک شروع می‌شود. وقتی نمک را روی کلم ماساژ می‌دهید، از طریق فرآیند اسمز آب آن کشیده می‌شود و آب‌نمکی به وجود می‌آید که سبزیجات را در خود غرق می‌کند. این محیط بدون اکسیژن یا بی‌هوازی، دقیقاً همان شرایطی است که باکتری‌های اسید لاکتیک در آن شکوفا می‌شوند و به آن‌ها برتری رقابتی نسبت به کپک‌ها و ارگانیسم‌های فاسدکننده می‌دهد.[4][5]

در کلم‌ترش، سفر به سوی یک محیط امن و اسیدی، شبیه به یک مسابقه دوی امدادی کُند و حساب‌شده است. اولین دونده «لوکونوستوک مزنتروئیدس» است؛ یک باکتری هتروفرمنتاتیو که به طور طبیعی روی برگ‌های کلم وجود دارد. این باکتری قندهای طبیعی را مصرف کرده و اسید لاکتیک، اسید استیک و دی‌اکسید کربن پس می‌دهد.[5]

این مرحله اولیه یک تا سه روز طول می‌کشد و پی‌اچ را به حدود ۴.۳ کاهش می‌دهد. در این نقطه، محیط برای زنده ماندن لوکونوستوک بیش از حد اسیدی می‌شود. او با وقار از صحنه کنار می‌رود و چوب امداد را به وزنه‌بردار سنگین‌وزن دنیای کلم‌ترش می‌سپارد: «لاکتی‌پلانتيباسيلوس پلانتاروم».[5]

باکتری ال. پلانتاروم هوموفرمنتاتیو است، به این معنی که قند را تقریباً به طور انحصاری به اسید لاکتیک خالص تبدیل می‌کند. این باکتری طی ۱۰ تا ۳۰ روز آینده به شکلی کُند و پیوسته کار می‌کند و پی‌اچ را به عدد تند و تیز ۳.۵ تا ۴.۰ می‌رساند. کیت اچ. استین‌کراوس در یک مقاله مروری در مؤسسه ملی بهداشت درباره تخمیرهای اسید لاکتیک می‌نویسد: «ال. پلانتاروم مسئول این اسیدیته بالا است.»[5]

از سوی دیگر، کیمچی یک دوی سرعت است. اگرچه کیمچی برخی از بازیگران باکتریایی مشابه را در خود دارد، اما جامعه میکروبی آن بسیار متفاوت است. یک مطالعه سوئدی در سال ۲۰۲۳ که در نشریه MicrobiologyFoods منتشر شد، تأیید کرد که نوع غذای تخمیرشده قوی‌ترین پیش‌بینی‌کننده ساختار جامعه باکتریایی است، نه فقط سبزیجات پایه‌ای که استفاده می‌شود.[3]

کیمچی سرشار از قندهای اضافه‌ای است که از موادی مانند ترب دایکون، سیب یا آرد برنج به دست می‌آید، به علاوه یک میکروبیوم پیچیده که توسط سیر، زنجبیل و گوچوگارو (پرک فلفل قرمز کره‌ای) معرفی می‌شود. این ترکیب، سوخت لازم برای رشد انفجاری و زودهنگام باکتری‌های هتروفرمنتاتیو، عمدتاً گونه‌های لوکونوستوک و ویسلا را فراهم می‌کند.[2][4]

این باکتری‌ها قندهای فراوان را به سرعت متابولیزه می‌کنند. مطالعه‌ای در سال ۲۰۱۳ در نشریه Journal of Food Science که تخمیر کیمچی را ردیابی می‌کرد، نشان داد که پی‌اچ تنها در عرض سه تا پنج روز به شدت افت کرده و در حدود ۴.۲ تا ۴.۴ تثبیت می‌شود. محیط پیش از آنکه ال. پلانتاروم حتی فرصت تسلط پیدا کند، به شدت اسیدی می‌شود.[1][4]

این تفاوت در سرعت و تسلط باکتریایی، طعمی را که سر میز شام تجربه می‌کنید، دیکته می‌کند. پنجره تخمیر طولانی‌تر کلم‌ترش اجازه می‌دهد تا طعم‌های پیچیده‌ای از طریق متابولیت‌های ثانویه ایجاد شود که نتیجه آن یک پروفایل طعمی تند، تمیز و عمیقاً ترش است. ساختن چنین شخصیتی هفته‌ها زمان می‌برد.[5][6]

فرآیند سریع هتروفرمنتاتیو کیمچی نه تنها اسید لاکتیک، بلکه مقادیر قابل توجهی دی‌اکسید کربن، اتانول و مانیتول تولید می‌کند. این امر همان طعم گازدار، کمی شیرین و پیچیده‌ای را خلق می‌کند که مشخصه یک شیشه کیمچی تازه است. این یک امضای شیمیایی کاملاً متفاوت است.[2][4]

برای هر دو نوع تخمیر، آستانه بحرانی ایمنی، پی‌اچ ۴.۶ است. پایین‌تر از این خط، پاتوژن‌های خطرناک ناشی از غذا مانند «کلوستریدیوم بوتولینوم» نمی‌توانند زنده بمانند. باکتری‌های اسید لاکتیک به طور مؤثری اسید را به سلاحی برای محافظت از منبع غذایی خود - و البته غذای ما - تبدیل می‌کنند.[5]

اسید کاری بیش از حفظ و نگهداری انجام می‌دهد؛ اسید بافت را تعریف می‌کند. افت سریع پی‌اچ، پکتین موجود در دیواره سلولی کلم را سفت می‌کند. اگر تخمیر خیلی کند باشد، یا غلظت نمک خیلی پایین باشد، آنزیم‌ها پکتین را تجزیه می‌کنند و به جای یک تردی دلچسب زیر دندان، با یک خمیر نرم و غیرقابل اشتها روبرو می‌شوید.[5]

دما به عنوان پیچ تنظیم اصلی برای کل این فرآیند عمل می‌کند. در دمای خنک ۶۵ درجه فارنهایت (۱۸ درجه سانتی‌گراد)، توالی باکتریایی در ترتیبی بی‌نقص رخ می‌دهد. اگر دما را به بالای ۷۲ درجه فارنهایت (۲۲ درجه سانتی‌گراد) ببرید، باکتری‌های ظریف مرحله اولیه در رقابت شکست می‌خورند و پروفایل طعمی و به طور بالقوه ایمنی کل ظرف شما از بین می‌رود.[5]

باکتری‌های خاصی که در این جنگِ قلمروی میکروسکوپی پیروز می‌شوند و سرعت دقیق افت پی‌اچ توسط آن‌ها، محصول نهایی را تعیین می‌کند. یک ماراتن ۳۰ روزه هوموفرمنتاتیو، طعم تند و تیز کلم‌ترش را به ارمغان می‌آورد، در حالی که یک دوی سرعت پنج روزه هتروفرمنتاتیو، طعم گازدار و پرجنب‌وجوش کیمچی را به شما هدیه می‌دهد.[6]