Fermantasyon

Fermantasyon sonucu karbon dioksit salan bir sıvı kültürün yüzeyi

Fermantasyon ya da mayalanma, bir maddenin bakteriler, mantarlar ve diğer mikroorganizmalar aracılığıyla, genellikle ısı vererek ve köpürerek kimyasal olarak çürümesi olayıdır. Fermantasyon anaerobik şartlarda, yani oksidatif fosforilasyon olamadığı durumlarda, glikoliz yoluyla ATP üretimini sağlayan önemli bir biyokimyasal süreçtir. Biyokimyanın fermantasyonla ilgilenen dalı zimolojidir. ⓘ

Fermantasyonda glikoz (veya başka bir bileşik) hidrojenlerini teker teker kaybederek enerji üretimini sağlar. Oksijen olmadığı için bu parçalanma sonucunda ortaya çıkan basit organik bileşikler hücrenin kullanabileceği nihai elektron alıcısı ve hidrojen alıcıları olurlar. ⓘ

Fermantasyonun son adımı (pirüvatın fermantasyon ürünlerine dönüşmesi) enerji üretmese dahi, bu süreç anaerobik bir hücre için önemlidir çünkü glikozun pirüvata dönüşmesi sırasında harcanan nikotinamit adenin dinükleotit'in (NAD⁺) yenilenmesini sağlar; glikolizin devamı için bu gereklidir. Örneğin alkol fermantasyonunda pirüvattan oluşan asetaldehit, NADH + H⁺ tarafından etanola dönüşür, bu da hücreden dışarı atılır. ⓘ

Glikozun fermantasyonunda genelde en sık üretilen basit bileşik pirüvat veya ondan türemiş bir veya birkaç bileşiktir: bunlar arasında etanol, laktik asit, hidrojen, bütirik asit ve aseton sayılabilir. Şeker ve amino asitlerin fermantasyonu çeşitli canlılarda görülmekle beraber, bazı ender organizmalar alkanoik asitler, pürinler, pirimidinler ve başka bileşikler de fermente edebilir. Çeşitli fermantasyon tipleri ürettikleri ürünlere göre adlandırılırlar. ⓘ

Fermantasyon terimi biyokimyada oksijen yokluğunda enerji üreten reaksiyonlar için kullanılmasına karşın, gıda sanayisinde daha genel bir anlam taşır, mikroorganizmaların oksijen varlığında yaptığı parçalama reaksiyonlarını da kapsar (sirke fermantasyonu gibi). Biyoteknolojide bu terim daha da genel kullanılır ve büyük tanklarda büyütülen mikroorganizmalara yaptırılan her türlü üretime (proteinler dahil) fermantasyon denir. ⓘ

Fermantasyon devam ediyor: CO₂ kabarcıkları fermantasyon karışımının üstünde bir köpük oluşturur. ⓘ

Fermantasyon, enzimlerin etkisiyle organik substratlarda kimyasal değişiklikler üreten metabolik bir süreçtir. Biyokimyada dar anlamda oksijen yokluğunda karbonhidratlardan enerji elde edilmesi olarak tanımlanır. Gıda üretiminde, mikroorganizmaların faaliyetinin bir gıda maddesi veya içecekte arzu edilen bir değişiklik meydana getirdiği herhangi bir süreci daha geniş bir şekilde ifade edebilir. Fermantasyon bilimi zimoloji olarak bilinir. ⓘ

Mikroorganizmalarda fermantasyon, organik besinlerin anaerobik olarak parçalanması yoluyla adenozin trifosfat (ATP) üretmenin birincil yoludur. İnsanlar fermantasyonu Neolitik çağdan beri gıda maddeleri ve içecekler üretmek için kullanmaktadır. Örneğin, fermantasyon salatalık turşusu, kombucha, kimchi ve yoğurt gibi ekşi gıdalarda bulunan laktik asidi üreten bir süreçte muhafaza etmek için ve ayrıca şarap ve bira gibi alkollü içecekler üretmek için kullanılır. Endüstriyel fermantasyon, kimyasalların, biyoyakıtların, enzimlerin, proteinlerin ve ilaçların büyük ölçekli üretimi için mikropların kullanılması sürecidir. Fermantasyon, insanlar da dahil olmak üzere tüm hayvanların gastrointestinal sistemlerinde de gerçekleşir. ⓘ

Tanımlar ve etimoloji

Aşağıda, gayri resmi, genel kullanımlardan daha bilimsel tanımlara kadar değişen bazı fermantasyon tanımları bulunmaktadır.

Mikroorganizmalar aracılığıyla gıda muhafaza yöntemleri (genel kullanım).
Hava ile veya havasız olarak gerçekleşen herhangi bir büyük ölçekli mikrobiyal süreç (endüstride kullanılan yaygın tanım, endüstriyel fermantasyon olarak da bilinir).
Alkollü içecekler veya asidik süt ürünleri üreten herhangi bir işlem (genel kullanım).
Sadece anaerobik koşullar altında gerçekleşen enerji açığa çıkaran herhangi bir metabolik süreç (biraz bilimsel).
Bir şekerden veya başka bir organik molekülden enerji açığa çıkaran, oksijen veya elektron taşıma sistemi gerektirmeyen ve son elektron alıcısı olarak organik bir molekül kullanan herhangi bir metabolik süreç (en bilimsel). ⓘ

"Ferment" kelimesi Latince kaynatmak anlamına gelen fervere fiilinden türetilmiştir. İlk olarak 14. yüzyılın sonlarında simyada, ancak sadece geniş anlamda kullanıldığı düşünülmektedir. Yaklaşık 1600 yılına kadar modern bilimsel anlamda kullanılmamıştır. ⓘ

Biyolojik rolü

Aerobik solunum ile birlikte fermantasyon, moleküllerden enerji elde etmek için kullanılan bir yöntemdir. Bu yöntem tüm bakteri ve ökaryotlarda ortak olan tek yöntemdir. Bu nedenle, ilkel ortamlar için uygun olan en eski metabolik yol olarak kabul edilir - Dünya'daki bitki yaşamından önce, yani atmosferdeki oksijenden önce. ⓘ

Bir mantar türü olan maya, meyvelerin kabuklarından böceklerin ve memelilerin bağırsaklarına ve derin okyanuslara kadar mikropları destekleyebilen hemen hemen her ortamda bulunur. Mayalar şeker bakımından zengin molekülleri dönüştürerek (parçalayarak) etanol ve karbondioksit üretirler. ⓘ

Fermantasyon için temel mekanizmalar yüksek organizmaların tüm hücrelerinde mevcuttur. Memeli kası, oksijen kaynağının sınırlı hale geldiği yoğun egzersiz dönemlerinde fermantasyon gerçekleştirerek laktik asit oluşumuna neden olur. Omurgasızlarda fermantasyon ayrıca süksinat ve alanin üretir. ⓘ

Fermentatif bakteriler, sığırların işkembelerinden kanalizasyon çürütücülerine ve tatlı su çökeltilerine kadar değişen habitatlarda metan üretiminde önemli bir rol oynar. Hidrojen, karbondioksit, format ve asetat ve karboksilik asitler üretirler. Daha sonra mikrop konsorsiyumları karbondioksit ve asetatı metana dönüştürür. Asetojenik bakteriler asitleri oksitleyerek daha fazla asetat ve hidrojen ya da format elde eder. Son olarak, metanojenler (Archea alanında) asetatı metana dönüştürür. ⓘ

Biyokimyasal genel bakış

Ökaryotik hücrede aerobik solunum ve en bilinen fermantasyon türlerinin karşılaştırılması. Dairelerdeki sayılar moleküllerdeki karbon atomu sayılarını göstermektedir, C6 glikoz C₆H₁₂O₆, C1 karbondioksit CO₂'dir. Mitokondriyal dış membran atlanmıştır.

Fermantasyon, NADH'yi endojen, organik bir elektron alıcısı ile reaksiyona sokar. Bu genellikle glikoliz yoluyla şekerden oluşan piruvattır. Reaksiyon NAD⁺ ve organik bir ürün üretir, tipik örnekler etanol, laktik asit ve hidrojen gazı (H₂) ve genellikle de karbondioksittir. Ancak fermantasyon yoluyla bütirik asit ve aseton gibi daha egzotik bileşikler de üretilebilir. Fermantasyon ürünleri, oksijen kullanılmadan daha fazla metabolize edilemedikleri için atık ürünler olarak kabul edilir. ⓘ

Fermantasyon normalde anaerobik bir ortamda gerçekleşir. O₂ varlığında, NADH ve piruvat solunumda ATP üretmek için kullanılır. Buna oksidatif fosforilasyon denir. Bu, tek başına glikolizden çok daha fazla ATP üretir. Bu nedenle, oksijen mevcut olduğunda fermantasyon nadiren kullanılır. Bununla birlikte, bol oksijen varlığında bile, Saccharomyces cerevisiae gibi bazı maya türleri, yeterli şeker kaynağı olduğu sürece fermantasyonu aerobik solunuma tercih eder (Crabtree etkisi olarak bilinen bir fenomen). Bazı fermantasyon süreçleri oksijeni tolere edemeyen zorunlu anaerobları içerir. ⓘ

Biralarda, şaraplarda ve diğer alkollü içeceklerde etanol üretiminde fermantasyonu maya gerçekleştirse de, tek olası etken bu değildir: ksantan sakızı üretiminde fermantasyonu bakteriler gerçekleştirir. ⓘ

Fermantasyon ürünleri

Etanol

Etanol fermantasyonunda bir glikoz molekülü iki etanol molekülüne ve iki karbondioksit molekülüne dönüşür. Ekmek hamurunun kabarmasını sağlamak için kullanılır: karbondioksit kabarcıklar oluşturarak hamuru köpüğe dönüştürür. Etanol, şarap, bira ve likör gibi alkollü içeceklerde sarhoş edici maddedir. Şeker kamışı, mısır ve şeker pancarı gibi hammaddelerin fermantasyonu, benzine eklenen etanolü üretir. Japon balığı ve sazan dahil bazı balık türlerinde, oksijen az olduğunda (laktik asit fermantasyonu ile birlikte) enerji sağlar. ⓘ

Fermantasyondan önce, bir glikoz molekülü iki piruvat molekülüne ayrılır (Glikoliz). Bu ekzotermik reaksiyondan elde edilen enerji, inorganik fosfatları ATP'ye dönüştüren ADP'ye bağlamak ve NAD ⁺ 'yı NADH'ye dönüştürmek için kullanılır. Piruvatlar iki asetaldehit molekülüne ayrılır ve atık ürün olarak iki karbondioksit molekülü verir. Asetaldehit, NADH'den gelen enerji ve hidrojen kullanılarak etanole indirgenir ve NADH, döngünün tekrarlanabilmesi için NAD⁺'ya oksitlenir. Reaksiyon piruvat dekarboksilaz ve alkol dehidrojenaz enzimleri tarafından katalize edilir. ⓘ

Laktik asit

Homolaktik fermantasyon (sadece laktik asit üreten) en basit fermantasyon türüdür. Glikolizden gelen piruvat basit bir redoks reaksiyonuna girerek laktik asit oluşturur. Genel olarak, bir molekül glikoz (veya herhangi bir altı karbonlu şeker) iki molekül laktik aside dönüştürülür:

C₆H₁₂O₆ → 2 CH₃CHOHCOOH

Hayvanların kaslarında, kanın oksijen sağlayabileceğinden daha hızlı enerjiye ihtiyaç duyduklarında ortaya çıkar. Ayrıca bazı bakteri türlerinde (laktobasil gibi) ve bazı mantarlarda da görülür. Yoğurtta laktozu laktik aside dönüştürerek yoğurda ekşi tadını veren bakteri türüdür. Bu laktik asit bakterileri, son ürünün çoğunlukla laktik asit olduğu homolaktik fermantasyon veya bir miktar laktatın daha sonra etanol ve karbondioksite (fosfoketolaz yolu ile), asetata veya diğer metabolik ürünlere metabolize olduğu heterolaktik fermantasyon gerçekleştirebilir, örn:

C₆H₁₂O₆ → CH₃CHOHCOOH + C₂H₅OH + CO₂

Laktoz fermente edilirse (yoğurt ve peynirlerde olduğu gibi), önce glikoz ve galaktoza (her ikisi de aynı atom formülüne sahip altı karbonlu şekerler) dönüştürülür:

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O → 2 C₆H₁₂O₆

Heterolaktik fermantasyon bir anlamda laktik asit fermantasyonu ile alkolik fermantasyon gibi diğer türler arasında yer alır. Daha ileri gitmek ve laktik asidi başka bir şeye dönüştürmek için nedenler şunlardır:

Laktik asidin asitliği biyolojik süreçleri engeller. Bu, asitliğe adapte olmayan rakipleri dışarı attığı için fermente organizma için faydalı olabilir. Sonuç olarak, gıda daha uzun bir raf ömrüne sahip olacaktır (gıdaların ilk etapta bilerek fermente edilmesinin bir nedeni); ancak, belirli bir noktadan sonra, asitlik onu üreten organizmayı etkilemeye başlar.
Yüksek laktik asit konsantrasyonu (fermantasyonun son ürünü) dengeyi tersine çevirerek (Le Chatelier prensibi) fermantasyonun gerçekleşme hızını azaltır ve büyümeyi yavaşlatır.
Laktik asidin kolayca dönüştürülebildiği etanol uçucudur ve kolayca kaçarak reaksiyonun kolayca ilerlemesini sağlar. CO₂ de üretilir, ancak bu sadece zayıf asidiktir ve etanolden daha da uçucudur.
Asetik asit (başka bir dönüşüm ürünü) asidiktir ve etanol kadar uçucu değildir; ancak sınırlı oksijen varlığında laktik asitten oluşması ek enerji açığa çıkarır. Laktik asitten daha hafif bir moleküldür, çevresiyle daha az hidrojen bağı oluşturur (bu tür bağları oluşturabilecek daha az gruba sahip olması nedeniyle), bu nedenle daha uçucudur ve reaksiyonun daha hızlı ilerlemesini sağlar.
Propiyonik asit, bütirik asit ve daha uzun monokarboksilik asitler üretilirse (bkz. karışık asit fermantasyonu), etanolde olduğu gibi tüketilen glikoz başına üretilen asit miktarı azalacak ve daha hızlı büyümeye izin verecektir. ⓘ

Hidrojen gazı

Hidrojen gazı birçok fermantasyon türünde NADH'den NAD⁺'yi yeniden üretmenin bir yolu olarak üretilir. Elektronlar ferredoksine aktarılır, bu da hidrojenaz tarafından oksitlenerek H₂ üretir. Hidrojen gazı, hidrojen konsantrasyonunu düşük tutan ve bu tür enerji açısından zengin bir bileşiğin üretimini destekleyen metanojenler ve sülfat indirgeyiciler için bir substrattır, ancak yine de flatusta olduğu gibi oldukça yüksek bir konsantrasyonda hidrojen gazı oluşabilir. ⓘ

Örneğin, Clostridium pasteurianum glikozu bütirat, asetat, karbondioksit ve hidrojen gazına fermente eder: Asetata yol açan reaksiyon şöyledir:

C₆H₁₂O₆ + 4 H₂O → 2 CH₃COO- + 2 HCO₃- + 4 H⁺ + 4 H_{2 ⓘ}

Alternatif protein

Fermantasyon, Impossible Burger'de bulunan heme proteinini üretmek için kullanılır. ⓘ

Fermantasyon alternatif protein kaynakları üretmek için de kullanılabilir. Örneğin, tempeh gibi bitki bazlı proteinli gıdalar fermantasyon kullanılarak üretilmektedir. Fermantasyon, canlı olmayan materyalden in vitro kültürlenmiş et ürünleri yapmak için de kullanılabilir. Yumurta, bal, peynir, dondurma ve süt, fermantasyon kullanılarak üretilebilen protein içeren çeşitli gıda ürünlerine örnektir. Süte benzemek için fermantasyon kullanılarak yapılan maddelere süt ikamesi denir. Peynire benzeyen maddelere peynir analogları, yumurtaya benzeyenlere ise yumurta ikameleri denir. ⓘ

Heme, ete karakteristik dokusunu, lezzetini, rengini ve aromasını veren bir proteindir. Impossible Foods, soya fasulyesi köklerinden elde edilen ve soya leghemoglobin olarak adlandırılan özel bir heme ipliği üretmek için fermantasyon kullanmaktadır ve bu protein Impossible Burger'in üretiminde et tadı ve görünümünü taklit etmek için kullanılmıştır. ⓘ

Enzimler

Endüstriyel fermantasyon, katalitik aktiviteye sahip proteinlerin mikroorganizmalar tarafından üretildiği ve salgılandığı enzim üretimi için kullanılabilir. Fermantasyon süreçlerinin, mikrobiyal suş mühendisliğinin ve rekombinant gen teknolojilerinin geliştirilmesi, çok çeşitli enzimlerin ticarileştirilmesini sağlamıştır. Enzimler gıda (laktoz giderme, peynir aroması), içecek (meyve suyu işleme), fırıncılık (ekmek yumuşaklığı, hamur şartlandırma), hayvan yemi, deterjanlar (protein, nişasta ve lipid lekesi giderme), tekstil, kişisel bakım ve kağıt hamuru ve kağıt endüstrileri gibi her türlü endüstriyel segmentte kullanılmaktadır. ⓘ

Diğer

Diğer fermantasyon türleri arasında karışık asit fermantasyonu, bütandiol fermantasyonu, bütirat fermantasyonu, kaproat fermantasyonu, aseton-bütanol-etanol fermantasyonu ve glioksilat fermantasyonu yer alır. ⓘ

Endüstriyel çalışma şekilleri

Çoğu endüstriyel fermantasyonda kesikli veya beslemeli kesikli prosedürler kullanılır, ancak sürekli fermantasyon, özellikle steriliteyi korumanın zorluğu gibi çeşitli zorlukların üstesinden gelinebilirse daha ekonomik olabilir. ⓘ

Kesikli

Kesikli bir süreçte, tüm bileşenler birleştirilir ve reaksiyonlar başka bir girdi olmadan devam eder. Kesikli fermantasyon binlerce yıldır ekmek ve alkollü içecek yapımında kullanılmaktadır ve özellikle süreç iyi anlaşılmadığında hala yaygın bir yöntemdir. Bununla birlikte, fermantörün partiler arasında yüksek basınçlı buhar kullanılarak sterilize edilmesi gerektiğinden pahalı olabilir. Kesin konuşmak gerekirse, pH'ı kontrol etmek veya köpüklenmeyi bastırmak için genellikle küçük miktarlarda kimyasal madde eklenir. ⓘ

Kesikli fermantasyon bir dizi aşamadan geçer. Hücrelerin çevrelerine uyum sağladığı bir gecikme aşaması vardır; ardından üstel büyümenin gerçekleştiği bir aşama gelir. Besin maddelerinin çoğu tüketildikten sonra büyüme yavaşlar ve üstel olmayan bir hal alır, ancak ikincil metabolitlerin (ticari açıdan önemli antibiyotikler ve enzimler dahil) üretimi hızlanır. Bu durum, besin maddelerinin çoğu tüketildikten sonra durağan bir faz boyunca devam eder ve ardından hücreler ölür. ⓘ

Beslemeli parti

Beslemeli parti fermantasyonu, bazı bileşenlerin fermantasyon sırasında eklendiği parti fermantasyonunun bir çeşididir. Bu, sürecin aşamaları üzerinde daha fazla kontrol sağlar. Özellikle, ikincil metabolitlerin üretimi, eksponansiyel olmayan büyüme aşamasında sınırlı miktarda besin eklenerek artırılabilir. Beslemeli parti işlemleri genellikle parti işlemleri arasına sıkıştırılır. ⓘ

Açık

Partiler arasında fermentörü sterilize etmenin yüksek maliyeti, kontaminasyona karşı koyabilen çeşitli açık fermantasyon yaklaşımları kullanılarak önlenebilir. Bunlardan biri doğal olarak evrimleşmiş karma kültür kullanmaktır. Karışık popülasyonlar çok çeşitli atıklara uyum sağlayabildiğinden, bu özellikle atık su arıtımında tercih edilmektedir. Termofilik bakteriler, mikrobiyal kontaminasyonu engellemek için yeterli olan yaklaşık 50 °Celsius sıcaklıkta laktik asit üretebilir; ve etanol 70 °C sıcaklıkta üretilmiştir. Bu, kaynama noktasının (78 °C) hemen altındadır ve ekstrakte edilmesini kolaylaştırır. Halofilik bakteriler hipersalin koşullarda biyoplastik üretebilir. Katı hal fermantasyonu katı bir substrata az miktarda su ekler; gıda endüstrisinde aromalar, enzimler ve organik asitler üretmek için yaygın olarak kullanılır. ⓘ

Sürekli

Sürekli fermantasyonda, substratlar sürekli olarak eklenir ve nihai ürünler sürekli olarak çıkarılır. Üç çeşit vardır: besin seviyelerini sabit tutan kemostatlar; hücre kütlesini sabit tutan türbidostatlar; ve hücreler çıkıştan girişe geri dönüştürülürken kültür ortamının bir tüpten sürekli olarak aktığı tıkaç akış reaktörleri. Süreç iyi çalışırsa, sabit bir besleme ve atık akışı olur ve tekrar tekrar bir parti kurma maliyetlerinden kaçınılır. Ayrıca, üstel büyüme aşamasını uzatabilir ve reaksiyonları engelleyen yan ürünleri sürekli olarak uzaklaştırarak önleyebilir. Bununla birlikte, sabit bir durumu korumak ve kontaminasyonu önlemek zordur ve tasarım karmaşık olma eğilimindedir. Kesikli işlemcilerden daha ekonomik olması için tipik olarak fermentörün 500 saatten fazla çalışması gerekir. ⓘ

Fermantasyon kullanımının tarihçesi

Fermantasyonun özellikle içecekler için kullanımı Neolitik Çağ'dan beri mevcuttur ve M.Ö. 7000 ila 6600 yılları arasında Çin'in Jiahu kentinde, M.Ö. 5000 yıllarında Hindistan'da, Ayurveda'da birçok İlaçlı Şaraptan, M.Ö. 6000 yıllarında Gürcistan'da, M.Ö. 3150 yıllarında Eski Mısır'da, M.Ö. 3000 yıllarında Babil'de, M.Ö. 2000 yıllarında İspanyol öncesi Meksika'da ve M.Ö. 1500 yıllarında Sudan'da belgelenmiştir. Fermente gıdalar Yahudilik ve Hıristiyanlıkta dini bir öneme sahiptir. Baltık tanrısı Rugutis'e fermantasyonun temsilcisi olarak tapılmıştır. ⓘ

Louis Pasteur laboratuvarında ⓘ

1837 yılında Charles Cagniard de la Tour, Theodor Schwann ve Friedrich Traugott Kützing, mikroskobik incelemeler sonucunda mayanın tomurcuklanma yoluyla üreyen canlı bir organizma olduğu sonucuna varan makaleleri bağımsız olarak yayınladılar. Schwann, mayayı öldürmek için üzüm suyunu kaynatmış ve yeni maya eklenene kadar fermantasyonun gerçekleşmeyeceğini bulmuştur. Ancak, Antoine Lavoisier de dahil olmak üzere pek çok kimyager fermantasyonu basit bir kimyasal reaksiyon olarak görmeye devam etti ve canlı organizmaların işin içinde olabileceği fikrini reddetti. Bu, vitalizme geri dönüş olarak görüldü ve Justus von Liebig ve Friedrich Wöhler tarafından anonim bir yayında alaya alındı. ⓘ

Dönüm noktası, Louis Pasteur'ün (1822-1895) 1850'ler ve 1860'lar boyunca Schwann'ın deneylerini tekrarlaması ve bir dizi araştırmada fermantasyonun canlı organizmalar tarafından başlatıldığını göstermesiyle geldi. Pasteur 1857'de laktik asit fermantasyonuna canlı organizmaların neden olduğunu gösterdi. 1860'ta, daha önce sadece kimyasal bir değişim olduğu düşünülen süt ekşimesine bakterilerin nasıl neden olduğunu gösterdi. Mikroorganizmaların gıda bozulmasındaki rolünü belirlemeye yönelik çalışmaları pastörizasyon sürecine yol açtı. ⓘ

1877 yılında Fransız bira endüstrisini geliştirmek için çalışan Pasteur, 1879 yılında İngilizceye "Studies on fermentation" olarak çevrilen "Etudes sur la Bière" adlı ünlü fermantasyon makalesini yayınladı. Fermantasyonu (yanlış bir şekilde) "Havasız Yaşam" olarak tanımladı, ancak belirli mikroorganizma türlerinin belirli fermantasyon türlerine ve belirli son ürünlere nasıl neden olduğunu doğru bir şekilde gösterdi. ⓘ

Fermantasyonun canlı mikroorganizmaların etkisinden kaynaklandığını göstermek bir atılım olsa da, fermantasyonun temel doğasını açıklamadı; ya da her zaman mevcut gibi görünen mikroorganizmalardan kaynaklandığını kanıtlamadı. Pasteur dahil pek çok bilim insanı mayadan fermantasyon enzimi elde etme girişiminde başarısız olmuştu. ⓘ

Başarı 1897'de Alman kimyager Eduard Buechner'in mayayı öğütüp suyunu çıkardıktan sonra bu "ölü" sıvının bir şeker çözeltisini fermente ederek tıpkı canlı mayalar gibi karbondioksit ve alkol oluşturduğunu hayretle fark etmesiyle geldi. ⓘ

Buechner'in sonuçları biyokimyanın doğuşu olarak kabul edilir. "Organize olmayan mayalar" tıpkı organize olanlar gibi davranıyordu. O zamandan itibaren enzim terimi tüm fermentlere uygulanmaya başlandı. Daha sonra fermantasyona mikroorganizmalar tarafından üretilen enzimlerin neden olduğu anlaşıldı. Buechner 1907 yılında çalışmalarından dolayı Nobel Kimya Ödülü'nü kazandı. ⓘ

Mikrobiyoloji ve fermantasyon teknolojisindeki gelişmeler günümüze kadar istikrarlı bir şekilde devam etmiştir. Örneğin, 1930'larda mikroorganizmaların fiziksel ve kimyasal işlemlerle daha yüksek verimli, daha hızlı büyüyen, daha az oksijene toleranslı ve daha konsantre bir ortam kullanabilecek şekilde mutasyona uğratılabileceği keşfedilmiştir. Suş seçimi ve hibridizasyon da gelişerek modern gıda fermantasyonlarının çoğunu etkilemiştir. ⓘ

Fransız kimyageri Louis Pasteur 1857'de fermantasyon etmeninin canlı maya hücreleri olduğunu bulmuştur. 1907 Nobel Kimya Ödülünü kazanan Eduard Buchner, fermantasyonun canlı hücrelere has bir olay olmadığını, maya hücrelerinin parçalanması sonucu elde edilen öz suyun da fermantasyon gücüne sahip olduğunu göstermiştir ⓘ

Buchner'in bu sıvıda fermantasyon kuvvetine sahip etmene "zimaz" adını vermişti. Zimaz'ın aslında tek bir etmen olmadığı, izleyen yıllarda keşfedilen alkol dehidrojenaz, pirüvat dekarboksilaz, heksokinaz, glikoz fosfat izomeraz, pirüvat kinaz, enolaz, fosfofrüktokinaz ve aldolaz gibi enzimleri ortaya çıktı. Danimarka'daki Carlsberg araştırmacılarının bira mayalanması üzerindeki çalışmaları sayesinde hem maya hem de fermantasyon hakkında pek çok bilgi edinildi. ⓘ

Türleri

Amino asit fermantasyonu (Stickland Fermantasyonu)

Bu fermantasyon türü çürüme sırasında olur ve karbonhidrat yokluğunda, proteinden beslenen Clostridium cinsi bakteriler tarafından yapılır. Bazı amino asitler elektron alıcısı, bazıları da elektron vericisi olarak işler ve reaksiyon sonunda çeşitli kötü kokulu ürünler oluşur. Amino asit başına 3 ATP molekülü üretilir.... ⓘ