Bij micro-organismen die inzuurstofarme omstandigheden leven, is fermentatie de meestvoorkomende manier omadenosinetrifosfaat (ATP) te produceren, een stof die de universele drager vanchemische energie in alle levendecellen is. Tegenwoordig wordt de term fermentatie echter ook in ruimere zin gebruikt, en rekent men ookaerobe processen ertoe (waarbij zuurstof wel een rol speelt). Fermentatie met behulp van bacteriën of schimmels wordt in de voedingsindustrie veel toegepast, bijvoorbeeld voor de conservering van melkproducten, evenals de productie van alcoholische dranken zoalswijn enbier.
In de 19e eeuw werden ontdekkingen gedaan doorTheodor Schwann,Justus von Liebig enLouis Pasteur op het gebied van fermentatie. Pasteur verschilde van mening met Von Liebig over de aard van het fermentatieproces. Liebig was van mening dat fermentatie het gevolg was van een chemisch proces, en dat de aanwezigheid van gist niet per se nodig was. Pasteur daarentegen ging ervan uit dat de aanwezigheid vanmicro-organismen essentieel is voor het fermentatieproces.
In 1891 kreeg de Japanse chemicus Jokichi Takamine het octrooi op een fermentatiemethode waarbij uitAspergillus oryzaeamylase werd geïsoleerd. Deze fermentatiemethode wordt tot op de dag van vandaag toegepast bij de bereiding van bepaalde enzymen.
In 1985 lanceerde het merkQuorn een vleesvervanger. De productie hiervan gebeurt door middel van fermentatie vanschimmels.
In 2023 startte het Nederlandse bedrijf Farmless met elektrische fermentatie om eiwitten voor vleesvervangers te produceren.[1] Hierbij wordenCO2,waterstof enhernieuwbare energie gebruikt ommicro-organisme door middel van fermentatieeiwitten voor menselijke voeding te laten produceren.[2]
Het toevoegen vanenzymen zonder het enzymproducerende micro-organisme wordt gezien als eenhydrolyse, niet als fermentatie. Beide processen worden tegenwoordig veel gebruikt in de biochemie waarbij een substraat zeer selectief kan worden omgezet tot eindproduct. Deze biologische methode is energetisch veel interessanter dan chemische synthese en heeft de mogelijkheid om veel complexere biologische moleculen te maken, bijvoorbeeld menselijkeinsuline,antibiotica,enzymen,vitamines,steroïden,citroenzuur,melkzuur.
Tijdens aerobe fermentatie is het van belang een goede verdeling van de zuurstofconcentratie in hetkweekmedium te handhaven voor de groei van aerobe micro-organismen. Dit wordt verkregen door (steriele) beluchting (aëratie) en roeren (agitatie) van het kweekmedium. Een teveel aan zuurstof leidt totoxidatieve processen die meestal ook het substraat omzetten naar een ander eindproduct en dus negatieve concurrentie opleveren voor de fermentatie.
Er bestaan drie verschillende manieren waarop een fermentatie(cel)cultuur gevoed wordt. Dit zijn debatch-,fedbatch- en continucultuur.
Precisiefermentatie is een biotechnisch productieproces dat micro-organismen gebruikt om specifieke functionele ingrediënten te produceren. Het omvat degenetische modificatie en fermentatie van micro-organismen om organische moleculen te creëren. De micro-organismen worden geprogrammeerd om kleine productiefabrieken te zijn en die kunnen worden gebruikt om hoogwaardige eiwitverbindingen te produceren zonder traditionele veeteelt. Precisiefermentatie wordt gebruikt om insuline te produceren voor diabetici en stremsel voor kaas.[3] Met precisiefermentatie kan men aanpasbare, complexe organische moleculen maken uit eenvoudige micro-organismen of microben. Hierbij programmeren wetenschappers microben om specifieke, aangepaste moleculen te maken, inclusief het maken van vleesvervangers die hetzelfde smaken, maar minder belastend zijn voor het milieu.[4]
Fermentatieprocessen met behulp van bacteriën en schimmels (inclusief gisten) worden in de voedingsindustrie veel toegepast bij de productie en de conservering van voedingsmiddelen zoalssalami enzuurkool. Het fermentatieproces wordt gebruikt om levensmiddelen houdbaar te houden en om geur, kleur en smaak te veranderen.
Bij het bakken van gistbrood wordt het deeg tot rijzen gebracht door middel van het koolzuurgas dat door gist wordt geproduceerd. Daarbij worden de aanwezigesuikers in het deeg vergist tot CO2 enalcohol.
Bijzuurdesembrood daarentegen wordt de voor het rijzen noodzakelijke CO2 niet door gist geproduceerd, maar door heterofermentatievemelkzuurbacteriën, die uit de aanwezige suikers naastmelkzuur ook alcohol (ethanol) en koolzuurgas (CO2) maken. Homofermentatieve melkzuurbacteriën produceren bij de fermentatie van suikers alleen melkzuur, geen CO2 en ethanol. Zuurdesembrood kan worden gemaakt met een mengsel van homofermentatieve melkzuurbacteriën en gist, maar ook met enkel heterofermentatieve melkzuurbacteriën. Omdat in het laatste geval geen omzetting door gist plaatsvindt, is deze fermentatie geen vorm van vergisting.
Een andere toepassing van fermentatie vinden we bij de productie vanalcoholische dranken. Het proces vindt daarbij plaats in twee stappen. Eerst is er in een aerobe (zuurstofhoudende) atmosfeer een vermeerdering van de aanwezige gistcellen. Vervolgens wordt in een anaerobe atmosfeer deethanol geproduceerd.
Fermentatie wordt gebruikt om alternatieve voor dierlijkeeiwitten te maken. Het fermentatieproces wordt bijvoorbeeld gebruikt omsoja om te zetten naar een yoghurt alternatief. Maar ook bij de productie van vervangingen van kaas, melk en eieren wordt fermentatie gebruikt om gelijkwaardige proteïnes te produceren.[5]
Hemoproteïne een ijzerhoudend eiwit in bloed, wordt met behulp van precisiefermentatie gemaakt. Voorbeelden zijnmyoglobine enhemoglobine, die geven vlees de karakteristieke textuur, smaak, kleur en aroma. De ingrediënten myoglobine en leghemoglobine kunnen worden gebruikt om deze vlees eigenschap na te maken voor bijvoorbeeld vegetarische burgers.[6]
Herkauwers maken gebruik van micro-organismen (eensymbiose) bij fermentatieprocessen in depens. De producten van een fermentatieproces zijn een aantal (vluchtige) vetzuren. Onder andere onderstaande zuren (hier weergegeven als de onder biologische omstandigheden optredendeanionen) worden gevormd:
Broei is het verschijnsel waarbijkoolhydraten worden verbrand totkoolzuurgas enwater onder afgifte van warmte. Dit kan worden veroorzaakt door de activiteit vanmicro-organismen zoals bacteriën. Broei komt voornamelijk voor in vochtige hopen organisch materiaal, zoalshooi.
Sommige dieren zoeken hopen plantaardig materiaal op die broei vertonen om de eieren in af te zetten, om zo te profiteren van de warmte in de broedhoop. Een voorbeeld hiervan is deringslang. Andere dieren maken zelf een nest waarin broei plaatsvindt, zoals veelkrokodilachtigen en dekoningscobra.
