Mayalanmalar, karbohidrat parçalanma ürünlerinden çık indirgeme ekivalentlerinin (elektronlar veya ind. koenzimler) bir bat organik moleküle transfer olduğu anaerobik ve enerji ver proseslerdir. Anaerobik koşullarda solunum zinciri devrede olduğundan ATP sentezi substrat zinciri fosforilasyonu sayesin gerçekleşir. Tüm mayalanma olayları ortak bir şemada gösterilebilir.
Mayalanma proseslerinde oluşan indirgenmiş koenzimlerin enerjisinden yararlanılamaz. Hücrelerin endergonik reaksiyonlarında yalnız ATP formundaki enerji kullanılır. ATP enerjisinin bir kısmı hegsozların fosfatlanması için harcanır.
Prosesin problemsiz yürüyebilmesi İçin ADP, NAD+ veya NADP+ nin rejenerasyonu zorunludur. ATP hegsozların fosfatlanması, endergonik reaksiyonlar ve ATP az enzimi ile parçalanma sonucu ADP ve dönüşürken, piruvik asit ve bundan oluşan ürünlerin NADH ile indirgenmesi sonucu NAD+ rejenere olur.
Anaerobik solunumda organik bir substrattan kazanılan edüksiyon ekivalentleri anorganik bileşikleri indirger. Örneğin; nitrat olunumunda NO-3, NH+4 veya N2 dönüşürken, sülfat solunumunda SO2 -4, H2S e dönüşür.
Sentetik olarak etilenden etanol üretimi mümkün ve bazı ülkeler İn daha ekonomik olmasına rağmen özellikle gıda ve ilaç sanayiinde ermentasyon ürünü alkol kullanılma zorunluğu vardır. Çünkü sentetik alkol için İnsan sağlığına zararlı yan ürünler ve reaksiyona girmemiş çıkış maddesi ve içerdiği safsızlıklar bulunabilir.
Şeker pancarı veya şeker kamışı tarımı yapan ülkelerde bol miktarda bulunan melastan fermentasyon İle alkol üretimi oldukça ekonomiktir ve özellikle Brezilya akaryakıt yerine etanol kullanımını aşarı ile sürdürmektedir.
Alkol mayalanması çok eskiden beri bilinmektedir. İnsanlar daha c çağlarda şarap yapmayı öğrenmişlerdir. Nişasta, daha iyisi glukoz eren hammaddeler Saccaromyces türleri ile mayalanırsa seyreltik kol çözeltisi elde edilir. Etanolun su ile oluşturduğu azeotropik irişimin kaynama noktası 78,15°C dir ki bu karışımın kütlesel ırak %96 sı etanoldur. Mutlak alkol elde edebilmek için karışımdaki suyun uzaklaştırılması için ya CaO gibi su çekici maddeler kullanılır ya benzen ve slklohegzan gibi maddeler varlığında azeotropik stilasyon yapılır.
Mikroorganizma olarak genelde Saccharomyces cerevisiae maya hücreleri kullanılır. Fakat alternatif olarak şekeri Entner-Douderoff metabolik yolu üzerinden parçalayan, dolayısıyla yüksek alkol verimliliği beklenen Zymomonas mobiLts ve 65°C de çalışabilen termofll bakteriler de kullanılabilir. Fakat bunlar heterofermentatif olup ürün olarak etanol yanında laktik asit ve asetik asit mayalanması da gerçekleşir
Alkol mayalanması anaerobik koşullarda olur fakat maya hücrelerinin bir miktar üremesi için oksijene ihtiyaç vardır. Bu sebeple kesikli üretim proseslerinde fermentasyon ortamı önce biraz havalandırılır.
5 ton melas önce 500 litre su ile seyreltilir. pH H2SO4 ile 4,5 a ayarlanıp 80°C ye ısıtılır. Karışım 32 m3 su, 2 kg NH4H2PO4 ve bir önceki fermentasyondan alınıp asit ile yıkanmış maya ile birlikte fermentöre doldurulur. Daha sonra bir saat yaklaşık 35 m3 hava ile 38°C de havalandırılır. Altı saat sonra yeniden substrat ilavesine başlanır ve izleyen 6-7 saat içerisinde 8 ton daha yukarıda açıklanan şekilde hazırlanmış melas fermentöre ilave edilir.
36 saat sonra fermentasyon bitirilir. Kültür ortamının etanol içeriği(v/v) %8,8 dolayındadır. Alkol konsantrasyonu %5 in üzerine çıktığında yarışmasız inhibisyonu sebebiyle maya üremesi frenlenir ve alkol konsantrasyonu 85 g/litrenin üzerine çıktığında ise çoğu mayalarda tamamen durur. Bu sebeple kesikli çalışan sistemlerde başlangıç şeker konsantrasyonu %16 dan fazla olmamalıdır.
Mayalanma substratı olarak şekerli hammaddeler, nişasta ve selüloz içeren hammaddeler kullanılabilir. Polisakkarid bazlı substratların ön işlemlerden geçirilerek amilaz ve selülaz enzimleri veya bu enzimleri yüksek aktivitede bulunduran mikrooganizmalar ile hidrolizlenmeleri gerekir. Hidroliz asit ile de yapılabilir.
Klasik etanol mayalanmasında ön işlemden geçirilmiş steril melas ve üretim mayası ana fermentöre alınır. Şekil 3.11 de görüldüğü gibi mayalanma ortamında etanol destillendikten sonra maya fermentör çamurunda kalmaktadır. Fakat berrak kültür ortamlarında önce filtrasyon ile maya hücreleri ayrılır ve daha sonra alkol desüllenir.
Hazırlık fazı(12-24 saat): Hızlı bir maya üremesi olur.
Ana mayalanma fazı (12-48 saat): alkol oluşur, oligosakkaridler parçalanır, maya üremesi çok düşüktür.
Mayalanma sonrası faz(48-72 saat): alkol oluşumu hızla düşer, maya üremesi çok önemsizdir.
Ana mayalanma fazında ısı açığa çıktığından fermentörün soğutulması gerekir. Ayrıca mayalanma sırasında açığa çıkan CO2 in sürüklediği alkol özel bir yıkama işlemi ile yakalanır.
Enfeksiyon ve mayanın dejenerasyonu sebebiyle kemostez durumunda mayalanma prosesi henüz gerçekleştirilememiştir. Yalnız mandra atıkları gibi özel durumlarda uygulama mümkündür
Son yıllarda melasın da kesiksiz üretim proseslerinde substrat olarak kullanılması çalışmalarından olumlu sonuçlar alınmaya başlanmıştır.
Nişasta içeren hammaddelerin tamamen sıvılaştırılması başarılamadığı sürece mayanın sisteme tekrar döndürülmesi mümkün değildir.
Misselhorn(1979) melasın kesiksiz mayalandırılması için iki basamaklı bir sistem önermiştir. Sistem iki ön-fermentör ve kuleden ibarettir. Kuleden ön fermentörlere maya gönderilir ve bu fermentörlerde litrede 30-40 g maya kuru kütlesi olacak şekilde üremeden sonra maya kuleye aşılanır. Mayanın sistemde ortalama alıkonma süresi 50-100 saattir ki bu 7-8 defa sirkülasyona karşılıktır. Teorinin %80 i verimle alkol üretilebilir.
Aynı yıllarda Faust ve çalışma grubu tarafından tek basamaklı kesiksiz şeker içeren hammaddelerin mayalandırma sistemi de geliştirilmiştir.
Fermentasyon tamamlandıktan sonra ortamdan etanolun kazanılması destilasyon ile başarılır. Etanol ile su azeotropik bir karışım oluşturduğundan 78,15°C de kaynayan fraksiyonun yoğunlaştırılması ile ele geçen ürün %96 oranında alkol içermektedir. Saf alkol elde edebilmek için özel işlemlere başvurulur
Mayanın ve etanolun ayrılmasından sonra geri. kalan atıkta protein, yağ, mineraller vb. maddeler bulunur ki çok değerli hayvan yemi niteliğine sahiptir. Eğer kültür ortamından yalnız etanol uzaklaştırıldı ve maya hücreleri de atık içinde ise bu atık biyomas üretiminde kullanılır. Ayrıca atık sudan biyogaz üretimi de mümkündür.
Süt asidi Lactobacillus türleri ile homofermentatif olarak üretilir. Hammadde seyreltik melas veya en iyisi şeker çözeltileridir. Organizma türü ve fermentasyon koşulları ayarlanarak D(-) veya L(+) süt asidinden istenilenin üretimi mümkündür. Gıda sanayii için L(+) formu uygundur çünkü insan organizması bu formu değerlendirir. Fermentasyon anaerobik derin kültür tekniği ile 50-52°C de 8 günde gerçekleştirilir.
Kullanılan mikroorganizmaların termofil olmasıfermentasyon süresini kısalttığı gibi yabancı sporların baskı altında tutulmasına da olanak sağlar. Süt asidi bakterileri aside duyarlıolduğundan daha fermentasyonun başlangıcından itibaren oluşan asit nötralleştirilmelidir ki bu ortama katılan CaCO3 veya MgCO3 ile başarılır.

Metal iyonları ile oluşturduğu tuzlar bu metal iyonlarının resorpsiyonunu kolaylaştırır bu sebeple tuzları terapötik amaçla kullanılır. Tekstil sanayiinde boyama ve basma işlemlerinde yardımcı maddedir. Konserve edici özelliği ve hoş asidik tadı sebebiyle gıda sanayiinde çok yaygın kullanım alanı vardır.
Butirik asit mayalanması ve ona dayalı tüm prosesler spor oluşturan Clostridium türleri tarafından gerçekleştirilir. Clostridium butyricum butirik asit, Clostridium butyllcum izopropanol, Clostrtdiı acctobutylicum ise butanol ve aseton mayalanmasını sağlar.
Üretimde hammadde olarak mısır veya melas kullanılabilirse de melas kullanımının birçok avantajları vardır. Yaklaşık %6 şeker içerecek şekilde seyreltilen melas buhar enjeksiyonu ile steril hale getirilir ve fermentöre pompalanır. Fermentasyonda üç faz bir arada gerçekleşir ve zaman zaman taze substrat(melas çözeltisi) ilave edilir.Ortam pH sının kontrol altında tutulması çok önemlidir ve fermentör ilave edilen az miktar CaCO3 tampon görevi yapar.

Fermentasyon için optimum sıcaklık 30-37°C arasıdır ve 48-50 saat sonra %29-33 verimle butanol elde edilir. Klasik proseslerde mayalanma karışımında Butanol: Aseton: Alkol oranı 6:3:1 şeklinde iken son yıllarda bu oranın butanol ve aseton lehine değiştirip prosesler geliştirilmiştir. Normal olarak 100 kg melastan 4,9 kg aseton, 11,5 kg butanol, 0,5 kg etanol, 32,1 kg CO2, 0,8 kg H2 ve 28,6 kg kuru atık ele geçmektedir.
Sentetik kauçuğun preparasyonunda çıkış maddesi olan butadien butanolden sentezlenmektedir. Bu sebeple rnikrobiyal yoldan butanol üretimi çok önemlidir. Butanol üretiminin yan ürünü olan aseton Cordit adı verilen patlayıcı için hammadde olduğundan I. Dünya Savaşında yalnız bu amaç için bile butanol fermentasyonu yapılmıştır. Ancak daha sonra nitroselüloz için çözgen olan butilasetatın hazırlanmasında butanole aşırı ölçüde gereksinim duyulduğundan butanol tekrar ön plana çıkmıştır. Bugün ise butanol lak çözgeni olarak yaygın kullanım alanı bulmaktadır
Clostridium butylicum ile gerçekleştirilen mayalanmada ana ürün yine butanol olmakla birlikte butanolun 1/5'i oranında izopropanol oluşur. Ayrıca Lactobadllus brevis asetonun doğrudan izopropanole dönüşümünü gerçekleştirmektedir
Butirik asit bakterileri spor oluşturarak termal sterilizasyona karşı direnç gösterdikleri gibi yüksek aktivitede amilaz içerdiklerinden nişastalı maddeleri direk mayalandırabilirler. Ortama ilave edilen CaCO3 nötralizasyonu, borik asit ise asetik asit oranının düşmesini sağlar. Mayalanma 35-40°C de 6-8 gün sürer. Fermentasyon başlangıcında butirik asit oluşumu sonucu pH 4,5 a kadar düşer Eğer ortam nötralleştirilmezse butirik asit yerine butanol oluşur.
Kültür ortamındaki kalsiyum butirat, sülfirik asit ile butirik aside çevrilir ve ürün vakum altında fraksiyonlu destilasyon ile saflaştınlır.
Mayalanma ürünü olan butirik asit ve asetik asidin kalsiyum tuzlan "Ketol" adı altında motorda vurmayı önleyici olarak kullanılır Aynca butirik asit esterleri polimer ve kosmetik sanayiinde uygulama alanı bulmuştur