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路易·巴斯德的传奇发现：为什么啤酒和葡萄酒的发酵如此不同？
在生物化学领域，发酵理论指的是对自然发酵过程的历史研究，尤其是酒精和乳酸发酵。路易·巴斯德是一位重要的贡献者，他制定了一个纯微生物基础的发酵过程理论，并且他的实验结果为发酵科学奠定了基础。巴斯德的发现不仅影响了发酵理论，还推动了病原微生物理论的发展，令自发生成的理论成为过去。在巴斯德的研究之前，虽然人类已使用发酵技术数千年，但其底层的生物与化学过程却未得到全面了解。
发酵的概述
发酵是一种厌氧代谢过程，它将糖类转化为酸、气体或酒精，尤其是在缺氧的环境中。酵母及许多其他微生物通常利用发酵来进行必要的厌氧呼吸。甚至人类的身体在长时间运动的情况下也会发生发酵，像是在马拉松跑步时，乳酸会在肌肉中积累。虽然发酵产生的ATP少于有氧呼吸，但其速度要快得多。
发酵自公元前5000年以来就已经被人类有意识地使用，早在伊朗扎格罗斯山地带发掘的罐子中，就发现了与酿酒过程相似的微生物残留物。
历史背景
在巴斯德的研究之前，对于发酵有一些初步的竞争性概念。尤斯图斯·冯·李比希是一位对发酵理论有重大影响的科学家，他认为发酵主要是一种分解过程，因酵母暴露于空气和水中所造成。相较之下，查尔斯·卡尼亚德·德·拉·图尔及细胞理论家泰奥多尔·施旺则认为，酒精发酵依赖于酿酒酵母的生物过程。
巴斯德注意到一些非凡的性质，如地(amyl alcohol)—乳酸和酒精发酵的副产品，它能「旋转偏振光的平面」和「不对称原子排列的能力」。这些特征是有机化合物的特征，却成了他研究的障碍。
巴斯德于1856年以里尔大学的科学教授身份通过显微镜观察到了负责酒精发酵的微生物。传说巴斯德的化学学生向他请教，要求他帮助克服在酿酒时的失败，他在酒厂进行实验时，注意到乳酸生成后酵母泡沫变长，而在酒精生成时则圆润且充满。在不同的观察中，他在葡萄藤上检查到的颗粒揭示了活细胞的存在，当这些细胞浸泡在葡萄汁中时，造成了活跃的酒精发酵过程。这些观察为他未来的实验提供了一个初步的假设。
巴斯德的自发生成论
在1860年代和1870年代，巴斯德批评了普切的理论，并进行了自己的实验。他的第一个实验是将煮沸的糖酵母水密封于空气不透的装置中，结果发现喂入高温、灭菌的空气后，混合物保持不变，而引入大气尘埃则显示出了微生物和霉菌的出现。这使他得出结论，空气中的尘埃携带着微生物，这些微生物造成了他所观察到的「自发生成」。
巴斯德的实验证实了营养液中细菌的增长是有生物生成过程的支持，这挑战了自发生成的理论。
当前的应用
如今，发酵过程在日常生活中的各种应用中占有重要地位，包括药物、生产饮料及食品。目前，许多公司如Genencor International在发酵过程中参与酶的生产，年收入超过4亿美元。此外，抗生素等多种药物也是通过发酵过程来制作的。例如，类固醇药物可通过发酵一种植物类固醇diosgenin来制备，所用的酶由黑霉（Rhizopus nigricans）提供。
酵母被广泛应用在各种酒类的生产中，经过蒸馏的酒类例子，包括经典的私酒，食物如酸奶也是发酵的产物，这是一种含有乳酸菌Lactobacillus bulgaricus和Streptococcus thermophilus的发酵奶制品。
随着科学的进步，巴斯德的研究给我们带来了啤酒和葡萄酒发酵背后的不同微生物机制的理解，然而，人类对于这些酵母和微生物的潜在能力仍知之甚少，未来我们还能在这些古老技术中发现什么呢?
