19世纪前，人们对发酵的本质并不了解，但已经在利用自然发酵现象制成各种发酵产品，如酱油、米酒、面包、奶酪、啤酒、白酒等。菌种是天然的，而非纯种培养，凭经验传授技术，产品质量不稳定，常常受到杂菌的污染而使人们感到困惑。1676年，荷兰博物学家安东·列文虎发明显微镜（放大倍数270倍），人类历史上第一次看到了大量活的微生物。此后，这些微生物来自何处成了们关心的问题。有些人认为是从没有生命的物质“自然发生”的，这就是古已有之的观点，叫做自然发生论。
  1861年，法国科学家路易·巴斯德（Paster，1812～1895年）以著名的曲颈瓶试验证明发酵原理，指出发酵现象是微小生命体进行的化学反应，彻底推翻生命的自然发生说并建立胚种学说（germtheory），从此结束了绵延100多年的争论。
  巴斯德这个简单但是具有说服力的著名实验，证实了微生物只能从微生物产生而不能自然地从没有生命的物质发生。这个科学诊断的确立，为研究微生物奠定了基础。巴斯德认为，酿酒是发酵，是微生物在起作用；酒变质也是发酵，是另一类微生物在作祟，论证了酒和醋的酿造以及一些物质的腐败都是由一定种类的微生物引起的发酵过程，并不是发酵或腐败产生微生物。巴斯德关于发酵作用的研究，从1857年到1876年前后持续了20年，连续对当时的乳酸发酵、酒精发酵、葡萄酒酿造、食醋制造等各种发酵现象进行研究，明确了这些不同类型的发酵，是由形态上可以区别的各种特定的微生物所引起的。提出了防止酒变质的加热灭菌法，后被人称为巴斯德灭菌法。使用这一方法可使新生产的葡萄酒和啤酒长期保存。巴斯德的发现不仅对以前的发酵食品加工过程给以科学的解释，也为以后新的发酵过程的发现提供了理论基础，促进了生物学和工程学的结合。巴斯德也因此被人们誉之为“发酵之父”。
  1897年德国的毕希纳（Eduard Buchner，1860～1917）用磨碎的酵母细胞制成酵母液，并过滤使其滤液不带细胞，加入蔗糖后，又发现有CO2和乙醇形成，从而证明酒精的发酵过程是由酶催化的一系列化学反应，并将这种具有发酵能力的物质称为酒化酶（zymase）。从此，发酵的真相才开始被人们了解，从而将微生物生命活动与酶化学结合起来。20世纪以来，生物化学和生物物理学向微生物学渗透，再加上电子显微镜的发明和同位素示踪原子的应用，推动了微生物学向生物化学阶段的发展。
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