19世紀前，人們對發酵的本質并不了解，但已經在利用自然發酵現象制成各種發酵產品，如醬油、米酒、面包、奶酪、啤酒、白酒等。菌種是天然的，而非純種培養，憑經驗傳授技術，產品質量不穩定，常常受到雜菌的污染而使人們感到困惑。1676年，荷蘭博物學家安東·列文虎發明顯微鏡（放大倍數270倍），人類歷史上第一次看到了大量活的微生物。此后，這些微生物來自何處成了們關心的問題。有些人認為是從沒有生命的物質“自然發生”的，這就是古已有之的觀點，叫做自然發生論。
  1861年，法國科學家路易·巴斯德（Paster，1812～1895年）以著名的曲頸瓶試驗證明發酵原理，指出發酵現象是微小生命體進行的化學反應，徹底推翻生命的自然發生說并建立胚種學說（germtheory），從此結束了綿延100多年的爭論。
  巴斯德這個簡單但是具有說服力的著名實驗，證實了微生物只能從微生物產生而不能自然地從沒有生命的物質發生。這個科學診斷的確立，為研究微生物奠定了基礎。巴斯德認為，釀酒是發酵，是微生物在起作用；酒變質也是發酵，是另一類微生物在作祟，論證了酒和醋的釀造以及一些物質的腐敗都是由一定種類的微生物引起的發酵過程，并不是發酵或腐敗產生微生物。巴斯德關于發酵作用的研究，從1857年到1876年前后持續了20年，連續對當時的乳酸發酵、酒精發酵、葡萄酒釀造、食醋制造等各種發酵現象進行研究，明確了這些不同類型的發酵，是由形態上可以區別的各種特定的微生物所引起的。提出了防止酒變質的加熱滅菌法，后被人稱為巴斯德滅菌法。使用這一方法可使新生產的葡萄酒和啤酒長期保存。巴斯德的發現不僅對以前的發酵食品加工過程給以科學的解釋，也為以后新的發酵過程的發現提供了理論基礎，促進了生物學和工程學的結合。巴斯德也因此被人們譽之為“發酵之父”。
  1897年德國的畢希納（Eduard Buchner，1860～1917）用磨碎的酵母細胞制成酵母液，并過濾使其濾液不帶細胞，加入蔗糖后，又發現有CO2和乙醇形成，從而證明酒精的發酵過程是由酶催化的一系列化學反應，并將這種具有發酵能力的物質稱為酒化酶（zymase）。從此，發酵的真相才開始被人們了解，從而將微生物生命活動與酶化學結合起來。20世紀以來，生物化學和生物物理學向微生物學滲透，再加上電子顯微鏡的發明和同位素示蹤原子的應用，推動了微生物學向生物化學階段的發展。
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