定義
酸素が少ない環境で、酵母や乳酸菌などの微生物がブドウ糖を分解して生きるためのエネルギーを作り出す代謝プロセスです。この過程で、人間に有用なアルコール、乳酸、二酸化炭素といったさまざまな副産物が生まれます。
酸素がないときに起動する非常用発電機
息を吸うとき、私たちの体の細胞は酸素を使ってご飯から得たエネルギーを無駄なく取り出しています。しかし、漬物の樽の底深くや密閉された酒樽の中のように、空気がまったく通らない真っ暗な隙間もあります。こうした場所に生きる微生物たちは、酸素がなくても飢え死にせずに生き残る非常手段を備えています。
それこそが、酸素の助けを借りずにブドウ糖を細かく分解してエネルギーを作り出す仕組みです。酸素を使うときに比べて得られるエネルギーの量ははるかに少ないですが、息が詰まるような極限の環境でもしぶとく命をつなぐための大切な生存技術なのです。ただし、すべての微生物にとって非常手段というわけではありません。乳酸菌のように酸素の有無にかかわらず普段から発酵で生きている微生物もいれば、酵母のように糖分が多ければ酸素があっても発酵を行うものもいます。
微生物がこのようにエネルギーを絞り出した後に残す残りかすこそが、食卓を豊かにしてくれるアルコールや爽やかな酸味成分です。微生物にとっては単なる生存の副産物にすぎませんが、人間にとっては料理の風味を引き立て、保存期間を延ばしてくれる素晴らしい食の贈り物となっているのです。
「腐敗」と「発酵」の紙一重な違い
食パンを常温で放置してカビが生え、嫌な臭いが漂えば腐敗したと言い、牛乳がとろりとして爽やかなヨーグルトになれば発酵したと言います。どちらの現象も、微生物が有機物を分解しているという点では同じです。
日常会話では、人間に有益なら発酵、有害なら腐敗と区別されます。私たちの体に無害で独特のうま味をもたらしたり栄養を高めたりしてくれれば発酵と認められ、お腹を壊したり致命的な毒素を出したりすれば腐敗に分類されるわけです。ただし、これは人間目線の区分にすぎません。生化学において発酵は酸素なしで糖を分解する特定の代謝を指し、腐敗は主にタンパク質が分解されて悪臭物質が生じる過程であるため、基質（分解される物質）や反応経路が異なる場合が多いのです。
食品の世界で使われる発酵は、生化学的な発酵よりも広い意味を持っています。味噌やチーズのように長い歴史を持つ発酵食品は、人々が微生物の存在を知らなかった時代から作られてきました。塩分濃度や温度、密閉具合といった条件を経験則で調整し、有用な微生物を優勢に育て、有害な雑菌を繁殖させないようにしてきた先人の知恵の結晶なのです。
もう少し専門的に見ると
生物学的に、発酵とは酸素を使う呼吸プロセス（ミトコンドリアの電子伝達系など）を通さず、解糖系だけでエネルギーを得る仕組みを指します。酸素が十分にあれば、ブドウ糖1分子から約30〜32個の生体エネルギー通貨（ATP）を取り出せますが、発酵の経路ではわずか2個のエネルギー（ATP）しか得られません。
酵母はブドウ糖を分解してエタノールと二酸化炭素を残すアルコール発酵を行い、乳酸菌は爽やかな酸味を持つ乳酸を作る乳酸発酵を行います。パン生地がふっくらと膨らむのは酵母が出した二酸化炭素の気泡のおかげであり、お酒のアルコールや炭酸もまた、酵母が懸命に働いた証拠です。
驚くべきことに、私たちの筋肉細胞も、短距離走のように激しい運動をして酸素の供給がエネルギー需要に追いつかなくなると、乳酸発酵によってATPを緊急補充します。このとき生じる乳酸は、よく疲労の原因物質と誤解されがちですが、実際には後で再びエネルギー源として再利用されているのです。
よくある誤解
発酵と腐敗は「人間に有益かどうか」というひとつの科学的基準によって厳密に区別される。
有益なら発酵、有害なら腐敗というのは、日常生活における人間中心の区分です。生化学的には、分解される物質（糖かタンパク質か）や代謝経路そのものが異なる場合が多いのです。
日常で出会う場面
パン生地に酵母を加えて発酵させると、二酸化炭素が発生して生地がふっくらと膨らみます。
牛乳に乳酸菌を加えて適温に保つと、乳酸が作られてタンパク質が固まり、ヨーグルトになります。
白菜を塩漬けにして有害な雑菌を防ぐことで乳酸菌が育ち、深いうま味と酸味のあるキムチが仕上がります。
つまり ひとことで
発酵とは微生物が酸素を使わずに糖を分解してエネルギーを得る代謝のことで、日常生活ではその結果が人間に有益である場合を特に発酵と呼んでいます。