Lên men theo nghĩa hẹp là thuật ngữ dùng để chỉ các quá trình phân giải các chất để thu năng lượng, trong đó hydro được tách ra từ một cơ chất (thường là glucocid), được chuyển đến chất nhận cuối cùng là hợp chất hữu cơ. Oxy phân tử không tham gia vào quá trình lên men (sự phân giải yếm khí). Theo định nghĩa của Pasteur thì “sự lên men là sự sống không có oxi phân tử”. Ví dụ trong lên men rượu, hydro được tách ra trong quá trình phân hủy, gluco kị khí được chuyển đến axetaldehyd (CH3CHO) hình thành trong quá trình đường phân để tạo etanol. Đối với tế bào thì ý nghĩa của sự lên men ở chỗ chúng thu được năng lượng ở dạng ATP, dự trữ cho cơ thể sinh vật.
Một chất hữu cơ có thể lên men kị khí có khả năng được oxy hóa từng phần nhờ quá trình phân giải nội phân tử kèm theo quá trình giải phóng năng lượng. Các chất có thể lên men được chủ yếu là glucid dạng đơn giản như monose, disaccarit... các loại acid amin (trừ acid amin có nhân thơm), các base burin, pirimidin. Các acid béo từ 50C trở lên chỉ trong điều kiện hiếu khí mới bị phân giải và oxi hóa.
Ở vi sinh vật trong quá trình tiến hóa đã hình thành nhiều kiểu lên men khác nhau. Dựa vào bản chất của sản phẩm chính cuối cùng cùng của quá trình lên men cũng như các con đường trao đổi chất đặc trưng cho từng loại vi sinh vật mà người
ta phân loại các quá trình lên men như: lên men rượu, lên men lactic, lên men do nấm men, do nấm mốc.
Ngày nay trong lĩnh vực công nghiệp cũng như trong thực tiễn đời sống người ta có quan điểm quá trình lên men theo nghĩa rộng hơn. Quá trình lên men là quá trình trao đổi chất, qua đó các chất hữu cơ mà chủ yếu là đường bị biến đổi dưới tác dụng của enzyme vi sinh vật. Sự hình thành các chất khác nhau xảy ra trong điều kiện kị khí hoặc hiếu khí (không có oxi hoặc có oxi tham gia).
Từ khái niệm mở rộng trên đây, dựa vào cơ chế phản ứng, người ta đã chia sự lên men thành 2 loại:
a) Lên men yếm khí (kị khí):
Lên men yếm khí là sự biến đổi đường hay các hợp chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản, dưới tác dụng của enzyme vi sinh vật, trong điều kiện không có sự tham gia của oxi phân tử. Đây chính là sự lên men theo đúng định nghĩa lên men của Pasteur đã nói trên. Thuộc loại lên men này có lên men rượu, lactic, aceton butylic... (Vũ Công Hậu, 2005).
b) Lên men hiếu khí:
Lên men hiếu khí là dạng lên men theo nghĩa mở rộng hơn, là quá trình phân giải đường hay các chất hữu cơ khác thành sản phẩm đơn giản, dưới tác dụng của enzyme vi sinh vật trong điều kiện có oxi tham gia. Thuộc loại lên men này có lên men acid acetic, lên men citric, acid glutamic...
Trong công nghiệp lên men, người ta thường sử dụng các vi sinh vật khác nhau làm nguồn cung cấp enzyme và chuyển hóa các chất như nấm mốc, nấm men, vi khuẩn.
Dựa vào đối tượng cung cấp hệ enzyme, người ta cũng có thể chia lên men ra ba nhóm chính:
- Lên men nhờ nấm men như: lên men rượu, glyxerin, bia, rượu vang, bánh mì, men gia súc.
- Lên men nhờ nấm mốc như: lên men acid citric, acid gluconic... - Lên men nhờ vi khuẩn như: lên men acetic...
Do những đặc điểm khác nhau về nguồn enzyme từ các chủng loại vi sinh vật khác nhau, cơ chế của sự lên men rất đa dạng... mà ta thu được các sản phẩm lên men rất đa dạng, phong phú, nhiều loại, đáp ứng nhu cầu về đời sống của con người.