การหมัก (fermentation) เป็นการถนอมอาหาร (food preservation) ที่ใช้จุลินทรีย์ต่างๆ เช่น แบคทีเรีย (bacteria) ยีสต์ (yeast) หรือ รา (mold) ซึ่งเป็นเชื้อเริ่มต้น (starter) ซึ่งอาจเป็นเชื้อบริสุทธิ์ เชื้อผสม เช่น ลูกแป้งโคจิ หรือเชื้อที่ปนเปื้อนจากธรรมชาติเปลี่ยนแปลงสารอินทรีย์ในอาหารเกิดเป็นสารต่างๆ เช่น กลิ่น เอทิลแอลกอฮอล์ (ethyl alocohol) กรดอินทรีย์ (organic acid) คาร์บอนไดออกไซด์ การหมักสามารถเกิดได้ทั้งในสภาวะที่มีอากาศ (areobic fermentation) หรือไม่มีอากาศ (anaerobic fermentation)

วัตถุประสงค์ของการหมักอาหาร

1. เพื่อการถนอมอาหาร ยืดอายุการเก็บรักษา และทำให้อาหารปลอดภัยต่อการนำไปบริโภค เพราะผลิตผลที่จุลินทรีย์สร้างขึ้น เช่น กรดอินทรีย์ เอทิลแอลกอฮอล์ แบคทีริโอซิน (bacteriocin) ซึ่งสามารถยับยั้งหรือชะลอการเจริญของจุลินทรีย์ที่ทำให้อาหารเสื่อมเสีย (microbial spoilage) และจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรค (pathogen) ทำให้อาหารปลอดภัย ยืดอายุการเก็บรักษา สามารถเก็บรักษาอาหารเพื่อบริโภคนอกฤดูกาล กระจายสินค้าได้กว้างขวางมากขึ้น เช่น ผักดอง กิมจิ ซาวเคราท์ ผลไม้ดอง แหนม และซาลามิ เป็นต้น

นัตโตะ	เนยแข็ง Sainte-Maure de Touraine	กิมจิ

2. การหมักเพื่อลอกเปลือกหุ้มเมล็ด เช่น การหมักโกโก้ กาแฟ พริกไทย เพื่อลอกเยื่อหุ้มเมล็ดออก โดยใช้จุลินทรีย์ตามธรรมชาติ ย่อยสลายให้เนื้อหุ้มเมล็ดเปื่อยยุ่ย ลอกออกได้ง่าย นอกจากนี้การหมักโกโก้ ยังมีผลสำคัญมากต่อ สี กลิ่นรสของโกโก้ และช๊อกโกแลตโดยทั่วไปจะใช้เวลาการหมักประมาณ 5-8 วัน การหมักจะทำแบบง่ายๆ ในลังไม้ ใบตอง ในตะกร้า การหมักโกโก้จะใช้จุลินทรีย์จากธรรมชาติ เช่น แบคทีเรีย ในกลุ่ม lactic acid bacteria, acetic acid bacteria และยีสต์ใช้สารอาหารในเนื้อโกโก้ คือน้ำตาล และกรดซิตริก ในการเจริญและย่อยสลายให้เนื้อหุ้มเมล็ดเปื่อยแยกออกมา และยังเกิดเป็นสารต่างๆ ที่มีโมเลกุลเล็กลง เช่นเอทานอล กรดแล็กทิก กรดแอซีติก สารที่ระเหยได้ ซึ่งมีบทบาทต่อกลิ่นและรส นอกจากนี้ ระหว่างการหมักยังเกิด ปฏิกิริยาการเกิดสีน้ำตาลที่เกี่ยวข้องกับเอนไซม์ (enzymatic browning reaction) เป็นการพัฒนาสารเริ่มต้นที่ทำให้เกิดสีและกลิ่นรสของโกโก้ในขั้นตอนต่อไปของการแปรรูป

3. เพิ่มคุณค่าทางโภชนาการ การหมักด้วยจุลินทรีย์โพรไบโอติก (probiotic) เช่น lactic acid bacteria ในผลิตภัณฑ์ เช่น นมเปรี้ยว โยเกิร์ต แหนม กิมจิ มีสรรพคุณที่ดีต่อสุขภาพ เช่น ลดคอเลสเตอรอล ช่วยการทำงานของระบบย่อยอาหารสร้างสารอาหาร เช่น กรดแอมิโนที่จำเป็น วิตามิน กรดไขมันที่จำเป็นซึ่งมีประโยชน์ต่อสุขภาพ การหมักยังทำให้อาหารย่อยได้ง่ายขึ้นด้วย

4. ทำให้เกิดผลิตภัณฑ์ใหม่และเพิ่มมูลค่าให้กับผลิตภัณฑ์ จุลินทรีย์สร้างเอนไซม์ได้หลากหลายชนิดระหว่างการหมัก เพื่อย่อยสลายสารตั้งต้น เช่น คาร์โบไฮเดรต โปรตีน ลิพิด ซึ่งมีโมเลกุลใหญ่ เกิดเป็นสารใหม่ที่มีโมเลกุลเล็กลง ระเหยได้ง่ายขึ้น ทำให้อาหารหมักมีคุณภาพทางประสาทสัมผัส เช่น สี กลิ่น และรสชาติที่แตกต่างจากวัตถุดิบและไม่สามารถเลียนแบบได้จากการแปรรูปอาหารด้วยวิธีอื่น เช่น

• การหมัก นัตโตะ ถั่วเน่า ด้วยเชื้อแบคทีเรียในสกุล Bacillus ทำใหเกิดเนื้อสัมผัส เป็นเส้นใย เหนียวยืด
• วุ้นมะพร้าว (Nata De coco) เป็นเซลลูโลส (cellulose) ที่ผลิตโดยแบคทีเรียสายพันธุ์ Acetobacter xylinum
• สีแดงในเต้าหู้ยี้ ได้จากการหมัก ข้าว ด้วยเชื้อรา Monascus purpureus ใช้เป็นสารให้สี (coloring agent)
• การหมักและการบ่ม ซีอิ้ว มิโซ ไวน์ วิสกี้ บรั่นดี เนยแข็ง ทำให้ผลิตภัณฑ์ มีกลิ่นหอม จากสารให้กลิ่นรสหลายชนิดผสมกัน รสชาติกลมกล่อมยิ่งขึ้น เป็นการเพิ่มมูลค่าผลิตภัณฑ์ให้สูงกว่าวัตถุดิบหลายเท่าตัว

จุลินทรีย์ที่ใช้ในการหมัก

จุลินทรีย์ที่ใช้ในการหมักอาหาร ใช้ได้ทั้งเชื้อที่มาจากธรรมชาติ หรืออยู่ในรูปของกล้าเชื้อ (starter) จุลินทรีย์ท่ีนำมาใช้ เช่น รา แบคทีเรีย ยีสต์ ที่เพาะขึ้นเพื่อใช้เป็นเชื้อเริ่มต้นในการหมัก (fermentation) อาจมีการผสมของเชื้อหลายสายพันธุ์ หรือเป็นเชื้อบริสุทธฺิ์ ซึ่งอยู่ในรูปของเหลวหรือในรูปผง หรือเป็นก้อนที่สะดวกกับการใช้งาน ผสมกับสารอื่นเพื่อป้องกันการจับตัวเป็นก้อน (anticaking agent)

การผลิตตัวอย่างของ starter เช่น ลูกแป้งโคจิ (koji)

คุณลักษณะของจุลินทรีย์ที่ใช้เป็นกล้าเชื้อ

• ลักษณะที่ต้องการของกล้าเชื้อคือ แข็งแรง ขยายพันธุ์ต่อได้รวดเร็ว และอยู่ในระยะที่กำลังเจริญอย่างรวดเร็ว (log phase) สามารถให้ผลผลิตที่ต้องการได้ในปริมาณมาก
• ไม่เป็นจุลินทรีย์ก่อโรค (pathogen) ไม่สร้างสารพิษ เช่น เชื้อราต้องไม่ใช่สายพันธุ์ที่สร้าง mycotoxin เช่น อะฟลาทอกซิน (aflatoxin) หรือสารพิษอื่นที่อาจเป็นอันตรายในอาหาร (food hazard)

ประเภทของการหมักอาหาร

1. การหมักให้เกิดแอลกอฮอล์ (alcoholic fermentation) โดยใช้จุลินทรีย์ เช่น ยีสต์ (yeast) เช่น Saccharomyces cerevisae เป็นการหมักน้ำตาลกลูโคสเพื่อให้ได้เอทิลแอลกอฮอล์ และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ในสภาวะที่ไม่มีออกซิเจน ในอุตสาหกรรมอาหารใช้เพื่อผลิตเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ (alcoholic beverage) ได้แก่ เบียร์ (beer) ไวน์ (wine) วอดก้า (vodka) วีสกี้ (whiskey) บรั่นดี (brandy) และใช้ในการหมักขนมปัง (bread) เพื่อให้ขึ้นฟู

2. การหมักให้เกิดกรดแล็กทิก (lactic acid fermentation) โดยใช้แบคทีเรียที่ผลิตกรดแล็กทิก (lactic acid bacteria) ได้แก่ Lactobacillus, Streptococcus,L actococcus, Leuconostoc ที่สามารถหมัก (fermentation) ให้เกิดกรดแล็กทิก (lactic acid) โดยมีวัตถุดิบเป็นน้ำตาล
แล็กโทส (lactose)  ในภาวะที่ไม่มีออกซิเจน หรือมีออกซิเจนเล็กน้อย ในอุตสหกรรมอาหารการหมักประเภทนี้ เพื่อผลิตอาหาร เช่น

ตัวอย่างผลิตภัณฑ์อาหารหมักจาก lactic acid bacteria

• ผลิตภัณฑ์อาหารหมักจากน้ำนม เช่น โยเกิร์ต (yogurt) นมเปรี้ยว (fermented milk) เนยแข็ง (cheese)
• ผลิตภัณฑ์หมักจากเนื้อสัตว์ เช่น แหนม ไส้กรอกเปรี้ยว ซาลามี (salami)
• ผลิตภัณฑ์หมักจากผักและผลไม้ เช่น ผักดอง กิมจิ (kimchi) ซาวเคราท์ (Sauerkraut) ผลไม้ดอง
• ผลิตภัณฑ์หมักจากถั่วเหลือง (soybean) เช่น ซีอิ้ว (fermented soy sauce) เต้าเจี้ยว มิโซ (miso)

3. การหมักให้เกิดกรดแอซีติก (acetic acid fermentation) โดยใช้แบคทีเรียในกลุ่ม acetic acid bacteria เช่น Acetobacter ซึ่งสามารถ
ออกซิไดส์เอทิลแอลกอฮอล์ ห้เป็นกรดแอซีติก (acetic acid) ในสภาวะที่มีอากาศ ในอุตสาหกรรมอาหารใช้เพื่อการผลิตน้ำส้มสายชู (vinegar)