Từ năm 1803 L.J. Thernard đã chứng minh rằng, nấm men là tác nhân trực tiếp của quá trình lên men cồn. Đến năm 1810, Gay-Lussac nghiên cứu và thấy rằng, cứ 45 phần glucose sẽ tạo ra 23 phần cồn ethylic và 22 phần khí carbon dioxide. Trên cơ sở đó ông viết thành phương trình sau:
C6H12O6 = 2C2H5OH + 2CO2
L. Pasteur (1857) nhà bác học người Pháp cũng kết luận rằng ”Sự phân giải đường thành cồn và CO2 là sự hô hấp của nấm men trong điều kiện yếm khí”.
Hiện nay, quá trình lên men cồn đã hiểu rõ ràng hơn và có thể tóm gọn lại trong khái niệm sau: sự lên men cồn (ethanol) là một quá trình sinh hóa phức tạp, có
26
sự tham gia của nấm men Saccharomyces, trải qua hàng loạt phản ứng và hoạt động của nhiều men xúc tác khác nhau.
Phương trình tổng quát của sự lên men là:
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 27 kcal
Để có được hai sản phẩm chính là ethanol và khí carbon dioxide thì sự lên men phải lần lượt trải qua ba giai đoạn: đường phân, decacboxyl hóa, cồn hóa.
Theo Pasteur, nếu coi lượng đường có trong dịch lên men là 100% thì sau lên men sẽ cho 44,4% ethanol; 46,6% CO2; 3,3% glyceryl và 0,6% acid succinic.
Như vậy, trong điều kiện lên men bình thường (pH 4-5, nhiệt độ 28-300C, cùng một số điều kiện thích hợp khác) thì cứ 1000 kg đường lên men sẽ cho khoảng 466 kg CO2, một con số đáng để quan tâm cả về lợi ích và tác hại của nó nhất là trong những năm gần đây, khi mà khí nhà kính đang trở thành mối lo ngại hàng đầu của môi trường Trái Đất.
CO2 là một thành phần chính và có tác động mạnh mẽ nhất trong hỗn hợp khí nhà kính, nếu như được thải ra ngoài khí quyển mà không có kiểm soát.
Ngược lại, carbon dioxide cũng có những ứng dụng mang lại giá trị kinh tế. Theo phương trình lên men thì lượng khí carbon dioxide chiếm gần như 100% khí sản phẩm tạo ra, do vậy đây là một nguồn cung cấp CO2 khá tinh sạch cho những hoạt động cần nguồn khí này làm nguyên liệu như đông lạnh, khí trơ hoặc cho những loài sinh vật quang hợp.