Fermentation ist der anaerobe, energieliefernde Abbau organischer Stoffe durch Bakterien, Hefen oder andere Mikroorganismen. Milchzucker, besser bekannt als Laktose, verleiht Milchprodukten eine charakteristische Süße. Es ist chemisch ein Disaccharid, das aus den beiden chemisch verbundenen Monosacchariden Glucose und Galactose besteht. Die Lactose-Fermentation kann je nach beteiligtem Mikroorganismus verschiedene Produkte produzieren, aber am häufigsten ist Milchsäure, eine viskose Säure mit der chemischen Formel CH3CH(OH)COOH. Fermentation kann verwendet werden, um Laktose aus Lebensmitteln zu entfernen, was für Personen mit Laktoseintoleranz von Vorteil ist; Die Milchsäuregärung sollte nicht mit der Milchsäuregärung verwechselt werden.
Die Mechanismen der Laktosefermentation sind weniger bekannt als man annehmen könnte. Dies mag zum Teil auf eine Annahme und Theorie des hoch angesehenen Biochemikers Emil Fischer zurückzuführen sein, dass die Laktose-Hefefermentation zuerst mit der Spaltung des Disaccharids in seine Substituentenzucker beginnt; diese Annahme blieb jahrzehntelang weitgehend unangefochten. Es gibt jetzt Beweise dafür, dass diese Annahme möglicherweise nicht wahr ist. Tatsächlich variiert im Fall der bakteriellen Laktosefermentation im Darm der mechanistische Weg zusammen mit der Wahl des Bakteriums. Die meisten dieser Stoffwechselwege sind mehrstufig und komplex: siehe die zitierten Referenzen für weitere Details.
Laktoseintoleranz resultiert aus einem Mangel des Enzyms Laktase, das normalerweise im Zwölffingerdarm oder im ersten Teil des Dünndarms vorkommt. Da sie nicht direkt über den Dünndarm aufgenommen werden kann, gelangt die gesamte verbleibende Laktose in den Dickdarm, wo sie von einem Teil der Bakterien fermentiert wird. Die Folge sind voluminöse Gasmengen, die beim Betroffenen zu schmerzhaften Krämpfen, Blähungen und Durchfall führen. Eine Möglichkeit, mit der Schwierigkeit umzugehen, besteht darin, Lebensmittel zu essen, die von Natur aus wenig Laktose enthalten oder aus denen Laktose entfernt wurde. Eine andere Möglichkeit, damit umzugehen, besteht darin, der Nahrung Nahrungsergänzungsmittel des Enzyms β-Galactosidase – hergestellt aus dem Pilz Aspergillus – zuzusetzen.
Milchprodukte sind sowohl reich an Milchsäure als auch an dem Protein Casein. Die Fermentation von Laktose zu Milchsäure erhöht den Säuregehalt der Nahrung; die Säure verbindet sich mit dem Kasein, und die beiden koagulieren und fallen aus. Der Niederschlag wird dann aus der Milch entfernt und das daraus gewonnene Milchprodukt ist laktosearm oder frei von Laktose. Alternativ gibt es milchähnliche, pflanzliche Soja-, Reis-, Mandel- und andere Nahrungsersatzstoffe. Zu den milchfreien Lebensmitteln, die Laktose enthalten, gehören verarbeitetes Fleisch, einige Soßen, Chips und Saucen. Intoleranz ist normalerweise nicht absolut; Betroffene können in der Regel zumindest etwas Laktose zu sich nehmen, sodass ihre Ernährung zumindest einige laktosehaltige Lebensmittel umfassen kann, ohne dass Nahrungsergänzungsmittel erforderlich sind.