发酵

发酵是一种代谢过程，通过酶的作用使有机底物发生化学变化。 在生物化学中，它被狭义地定义为在没有氧气的情况下从碳水化合物中提取能量。 在食品生产中，它可以更广泛地指微生物活动给食品或饮料带来理想变化的任何过程。 发酵科学被称为酶学。

在微生物中，发酵是通过厌氧降解有机营养物产生三磷酸腺苷（ATP）的主要方式。 自新石器时代以来，人类就使用发酵来生产食品和饮料。 例如，在腌制黄瓜、康普茶、泡菜和酸奶等酸味食品中产生乳酸的过程中，以及用于生产葡萄酒和啤酒等酒精饮料时，发酵被用于保存。 发酵也发生在所有动物的胃肠道内，包括人类。

工业发酵是一个更广泛的术语，用于将微生物用于大规模生产化学品、生物燃料、酶、蛋白质和药物的过程。

以下是发酵的一些定义，从非正式的一般用法到更科学的定义。

• 通过微生物保存食品的方法（一般用途）。
• 在有或没有空气的情况下发生的任何大规模微生物过程（工业中使用的通用定义，也称为工业发酵）。
• 任何生产酒精饮料或酸性乳制品（一般用途）的过程。
• 任何仅在厌氧条件下发生的能量释放代谢过程（有点科学）。
• 任何从糖或其他有机分子释放能量、不需要氧气或电子传输系统并使用有机分子作为最终电子受体（最科学）的代谢过程。

与有氧呼吸一起，发酵是一种从分子中提取能量的方法。 这种方法是所有细菌和真核生物xxx共有的方法。 因此，它被认为是最古老的代谢途径，适用于原始环境——早于地球上的植物生命，也就是说，早于大气中的氧气。

酵母是一种真菌，几乎存在于任何能够支持微生物生长的环境中，从水果的皮肤到昆虫和哺乳动物的内脏，再到深海。 酵母转化（分解）富含糖分的分子以产生乙醇和二氧化碳。

发酵的基本机制仍然存在于高等生物的所有细胞中。 哺乳动物肌肉在剧烈运动期间进行发酵，氧气供应变得有限，从而产生乳酸。 在无脊椎动物中，发酵也会产生琥珀酸和丙氨酸。

从牛的瘤胃到污水消化池和淡水沉积物，发酵细菌在甲烷生产中起着至关重要的作用。 它们产生氢气、二氧化碳、甲酸盐、乙酸盐和羧酸。 然后微生物群将二氧化碳和乙酸盐转化为甲烷。 产乙酸菌氧化酸，获得更多的乙酸盐和氢气或甲酸盐。 最后，产甲烷菌（在 Archea 域中）将乙酸盐转化为甲烷。

发酵使 NADH 与内源性有机电子受体发生反应。 通常这是糖通过糖酵解形成的丙酮酸。 该反应产生 NAD+ 和有机产物，典型的例子是乙醇、乳酸和氢气 (H2)，通常还有二氧化碳。 然而，更多奇异的化合物可以通过发酵产生，例如丁酸和丙酮。 发酵产品被认为是废物，因为如果不使用氧气，它们就无法进一步代谢。

发酵通常发生在厌氧环境中。 在 O2 存在的情况下，NADH 和丙酮酸用于在呼吸中产生 ATP。 这称为氧化磷酸化。 这比单独的糖酵解产生更多的 ATP。 因此，在有氧气的情况下很少使用发酵。 然而，即使在氧气充足的情况下，只要有足够的糖分供应，某些酵母菌株（例如酿酒酵母）也更喜欢发酵而不是有氧呼吸（这种现象称为 Crabtree 效应）。 一些发酵过程涉及专性厌氧菌，它们不能耐受氧气。