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路易·巴斯德的傳奇發現：為什麼啤酒和葡萄酒的發酵如此不同？
在生物化學領域，發酵理論指的是對自然發酵過程的歷史研究，尤其是酒精和乳酸發酵。路易·巴斯德是一位重要的貢獻者，他制定了一個純微生物基礎的發酵過程理論，並且他的實驗結果為發酵科學奠定了基礎。巴斯德的發現不僅影響了發酵理論，還推動了病原微生物理論的發展，令自發生成的理論成為過去。在巴斯德的研究之前，雖然人類已使用發酵技術數千年，但其底層的生物與化學過程卻未得到全面了解。
發酵的概述
發酵是一種厭氧代謝過程，它將糖類轉化為酸、氣體或酒精，尤其是在缺氧的環境中。酵母及許多其他微生物通常利用發酵來進行必要的厭氧呼吸。甚至人類的身體在長時間運動的情況下也會發生發酵，像是在馬拉松跑步時，乳酸會在肌肉中積累。雖然發酵產生的ATP少於有氧呼吸，但其速度要快得多。
發酵自公元前5000年以來就已經被人類有意識地使用，早在伊朗扎格羅斯山地帶發掘的罐子中，就發現了與釀酒過程相似的微生物殘留物。
歷史背景
在巴斯德的研究之前，對於發酵有一些初步的競爭性概念。尤斯圖斯·冯·李比希是一位對發酵理論有重大影響的科學家，他認為發酵主要是一種分解過程，因酵母暴露於空氣和水中所造成。相較之下，查爾斯·卡尼亞德·德·拉·圖爾及細胞理論家泰奧多爾·施旺則認為，酒精發酵依賴於釀酒酵母的生物過程。
巴斯德注意到一些非凡的性質，如地(amyl alcohol)—乳酸和酒精發酵的副產品，它能「旋轉偏振光的平面」和「不對稱原子排列的能力」。這些特徵是有機化合物的特徵，卻成了他研究的障礙。
巴斯德於1856年以里爾大學的科學教授身份通過顯微鏡觀察到了負責酒精發酵的微生物。傳說巴斯德的化學學生向他請教，要求他幫助克服在釀酒時的失敗，他在酒廠進行實驗時，注意到乳酸生成後酵母泡沫變長，而在酒精生成時則圓潤且充滿。在不同的觀察中，他在葡萄藤上檢查到的顆粒揭示了活細胞的存在，當這些細胞浸泡在葡萄汁中時，造成了活躍的酒精發酵過程。這些觀察為他未來的實驗提供了一個初步的假設。
巴斯德的自發生成論
在1860年代和1870年代，巴斯德批評了普切的理論，並進行了自己的實驗。他的第一個實驗是將煮沸的糖酵母水密封於空氣不透的裝置中，結果發現餵入高溫、滅菌的空氣後，混合物保持不變，而引入大氣塵埃則顯示出了微生物和霉菌的出現。這使他得出結論，空氣中的塵埃攜帶著微生物，這些微生物造成了他所觀察到的「自發生成」。
巴斯德的實驗證實了營養液中細菌的增長是有生物生成過程的支持，這挑戰了自發生成的理論。
當前的應用
如今，發酵過程在日常生活中的各種應用中佔有重要地位，包括藥物、生產飲料及食品。目前，許多公司如Genencor International在發酵過程中參與酶的生產，年收入超過4億美元。此外，抗生素等多種藥物也是通過發酵過程來製作的。例如，類固醇藥物可通過發酵一種植物類固醇diosgenin來製備，所用的酶由黑霉（Rhizopus nigricans）提供。
酵母被廣泛應用在各種酒類的生產中，經過蒸餾的酒類例子，包括經典的私酒，食物如酸奶也是發酵的產物，這是一種含有乳酸菌Lactobacillus bulgaricus和Streptococcus thermophilus的發酵奶製品。
隨著科學的進步，巴斯德的研究給我們帶來了啤酒和葡萄酒發酵背後的不同微生物機制的理解，然而，人類對於這些酵母和微生物的潛在能力仍知之甚少，未來我們還能在這些古老技術中發現什麼呢?
