发酵是用来生产葡萄酒、啤酒、酸奶和其他产品的过程。下面是发酵过程中发生的化学过程。

关键收获：发酵

• 发酵是一种从碳水化合物中提取能量而不需要氧气的生化反应。
• 生物利用发酵来生存，加上它有许多商业应用。
• 可能的发酵产物包括乙醇、氢气和乳酸。

发酵定义

发酵是生物体将碳水化合物（如淀粉或糖）转化为酒精或酸的代谢过程。例如，酵母通过将糖转化为酒精进行发酵以获得能量。细菌进行发酵，将碳水化合物转化为乳酸。对发酵的研究称为酶学。

发酵史

“发酵”一词来自拉丁语单词fervere，意思是“煮沸”。发酵是由14世纪晚期的炼金术士描述的，但不是现代意义上的。大约在1600年，发酵的化学过程成为科学研究的主题。

发酵是一个自然过程。早在生物化学过程被了解之前，人们就应用发酵来生产葡萄酒、蜂蜜酒、奶酪和啤酒等产品。19世纪50年代和19世纪60年代，路易斯·巴斯德（Louis Pasteur）证明发酵是由活细胞引起的，从而成为第一位研究发酵的发酵学家或科学家。然而，巴斯德试图从酵母细胞中提取负责发酵的酶却没有成功。1897年，德国化学家Eduard Buechner研磨酵母，从中提取液体，发现这种液体可以发酵糖溶液。布埃纳的实验被认为是生物化学科学的开端，为他赢得了1907年诺贝尔化学奖。

发酵形成的产品示例

大多数人都知道食品和饮料是发酵产物，但可能没有意识到许多重要的工业产品都是发酵产物。

• 啤酒
• 葡萄酒
• 酸奶
• 奶酪
• 某些含乳酸的酸性食物，包括酸菜、泡菜和意大利香肠
• 酵母发酵面包
• 污水处理
• 一些工业酒精生产，如用于生物燃料
• 氢气

乙醇发酵

酵母和某些细菌进行乙醇发酵，丙酮酸（来自葡萄糖代谢）被分解成乙醇和二氧化碳。葡萄糖生产乙醇的净化学方程式为：

C6H12O6（葡萄糖）→ 2个C2H5OH（乙醇）+2个CO2（二氧化碳）

乙醇发酵已用于生产啤酒、葡萄酒和面包。值得注意的是，在高浓度果胶存在的情况下发酵会产生少量甲醇，而甲醇在食用时是有毒的。

乳酸发酵

葡萄糖代谢（糖酵解）产生的丙酮酸分子可发酵成乳酸。乳酸发酵用于在酸奶生产中将乳糖转化为乳酸。当组织需要能量的速度快于氧气供应的速度时，它也发生在动物肌肉中。葡萄糖产生乳酸的下一个方程式为：

C6H12O6（葡萄糖）→ 2 CH3CHOHCOOH（乳酸）

从乳糖和水生产乳酸可总结为：

C12H22O11（乳糖）+H2O（水）→ 4 CH3CHOHCOOH（乳酸）

氢气和甲烷气体生产

发酵过程可能产生氢气和甲烷气体。

产甲烷古菌经历歧化反应，其中一个电子从羧酸的羰基转移到乙酸的甲基，生成甲烷和二氧化碳气体。

许多类型的发酵产生氢气。该产品可用于生物体从NADH再生NAD+。氢气可用作硫酸盐还原剂和产甲烷菌的底物。人类经历了肠道细菌产生氢气的过程，产生肠胃胀气。

发酵事实

• 发酵是一个厌氧过程，这意味着它不需要氧气才能发生。然而，即使在氧气充足的情况下，只要有足够的糖供应，酵母细胞也更喜欢发酵而不是有氧呼吸。
• 发酵发生在人类和其他动物的消化系统中。
• 在一种称为肠道发酵综合征或自动酿酒综合征的罕见疾病中，人类消化道中的发酵会导致乙醇生产中毒。
• 发酵发生在人类肌肉细胞中。肌肉消耗ATP的速度比供氧的速度快。在这种情况下，ATP由糖酵解产生，糖酵解不使用氧气。
• 虽然发酵是一种常见的途径，但它并不是生物体厌氧获取能量的唯一方法。一些系统使用硫酸盐作为电子传递链中的最终电子受体。

其他参考资料

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• 克莱恩，唐纳德W。；兰辛M。；哈雷，约翰（2006）。微生物学（第6版）。纽约：麦格劳·希尔。ISBN 978-0-07-255678-0。
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• 斯坦克罗斯，基思（2018年）。本土发酵食品手册（第二版）。华润出版社。ISBN 9781351442510。