Пастер пришёл к вину окольным путём. Его первые крупные исследования начала 1850-х годов были связаны не с брожением, а с кристаллографией и оптикой винной кислоты и её солей — той самой, чьи кристаллы виноградари и купцы столетиями находили в бутылках выдержанных вин и на пробках. В 1850–1855 годах, изучая виннокислый натрий-аммоний и паратартраты, он показал, что существуют две оптически активные формы винной кислоты — правовращающая и левовращающая, а также рацемическая смесь, которые имеют одинаковую химическую формулу, но по-разному отклоняют плоскость поляризованного света. Тем самым Пастер впервые продемонстрировал, что молекулы, идентичные по составу, могут принципиально различаться по своим физическим и химическим свойствам из-за пространственного, хирального строения, фактически заложив основы стереохимии и поставив вопрос о том, почему живые организмы "предпочитают" одну из изомерных форм вещества.

Этот на первый взгляд кабинетный интерес неожиданно вывел его к живой природе. В экспериментах с растворами аммонийной соли винной кислоты Пастер заметил, что плесневый гриб Penicillium glaucum активно развивается на растворе одной оптической формы и почти не растёт на растворе другой, причём по мере роста плесени одна из форм кислоты исчезает из раствора. В докладах Академии наук он подчёркивал, что микроорганизмы способны "выбирать" одну из форм как источник питания, и делал принципиальный вывод: ферментативные процессы основаны на органической жизни и зависят от тонкого пространственного строения вещества. Так оптика и кристаллография привели Пастера к мысли, что химические превращения в органических средах неразрывно связаны с жизнью микроорганизмов и что почти все процессы брожения, вероятно, вызываются не абстрактными "ферментами", а конкретными живыми существами, которые он тогда называл "микрорастениями". Сам Пастер писал об этом так: "Вовлеченный, даже, вернее сказать, вынужденный логическим развитием моих исследований, я перешел от кристаллографии и молекулярной химии к изучению возбудителей брожения".

Переход от этих наблюдений к исследованию брожения оказался логичным и в то же время революционным. В эпоху Пастера сохранялись влиятельные теории, прежде всего теория Берцелиуса, согласно которым алкогольное брожение рассматривалось как чисто химический процесс, вызванный неким веществом-"ферментом", а присутствие дрожжей считалось вторичным или вовсе несущественным. В 1857 году Пастер публикует работу о молочнокислом брожении, а затем в серии исследований 1857–1860 годов, завершившихся трактатом "Mémoire sur la fermentation alcoolique", шаг за шагом показывает, что без живых клеток никакого нормального брожения не происходит. Его знаменитые опыты с герметичными стеклянными баллонами объёмом около четверти литра, в которые он наливал порядка 100 кубических сантиметров сахарного раствора с добавлением азотистых веществ, стерилизовал его кипячением, удаляя воздух, а затем вносил небольшое количество свежих пивных дрожжей, убедительно доказали: только там, где присутствуют дрожжевые клетки, сахар начинает бродить, тогда как в стерильных сосудах без дрожжей брожение не возникает.

Для вина это означало переломный момент. Впервые стало ясно, что винодел имеет дело не с мистическим превращением и не с неуправляемой химической реакцией, а с жизнедеятельностью конкретных организмов, существующих по своим биологическим законам роста и размножения. Пастер показал, что дрожжи способны жить и работать без свободного кислорода, то есть осуществлять брожение в анаэробных условиях, сами производя необходимые для жизни вещества и превращая сахар в спирт и углекислый газ. Его опыты с пастеризованным виноградным соком и воздухом, очищенным от пыли, продемонстрировали, что в сосудах, куда не попадают микроскопические "зародыши" дрожжей и бактерий, сок не бродит, тем самым опровергнув идеи самопроизвольного зарождения и "воздушной" природы брожения.

Особое значение эти выводы приобрели, когда Пастер обратился к проблеме болезней вина. В начале 1860-х годов, по инициативе Наполеон III, обеспокоенного массовой порчей вин и угрозой французскому экспорту, он приступает к систематическому изучению вин различных регионов и связанных с ними дефектов. В 1864–1866 годах Пастер описывает широкий круг пороков вина — от уксусного и молочнокислого скисания до заплесневения и различных помутнений — и связывает каждый из них с деятельностью определённых типов микроорганизмов, наблюдаемых под микроскопом. В монографии "Études sur le vin: ses maladies, causes qui les provoquent, procédés nouveaux pour le conserver et pour le vieillir" (опубликована в 1866) он формулирует принцип, ставший краеугольным камнем научной энологии: болезни вина обусловлены не абстрактной "порчей", а жизнью конкретных дрожжей и бактерий, которые можно выявить, описать и подавить.

При этом взгляд Пастера на вино был строго функциональным и технологическим. Он не занимался органолептической оценкой и рассматривал процессы с точки зрения их "нормальности" или "патологичности", считая алкогольное брожение правильным и естественным, а все остальные виды микробиологической активности — болезнями или дефектами. В этот же ряд он включал и яблочно-молочное брожение, которое воспринимал как нежелательное, поскольку видел в нём отклонение от чисто спиртового брожения и потенциальный источник нестабильности. Эта позиция закрепилась в виноделии почти на столетие, прежде чем в середине XX века стало ясно, что контролируемое яблочно-молочное брожение может служить инструментом смягчения кислотности, повышения стабильности и формирования стиля вина.

Одним из самых принципиальных вкладов Пастера, кроме микробиологического, стало понимание роли кислотности. Сравнивая в 1858 году вино и пиво, он пришёл к выводу, что именно природная кислотность виноградного сусла, связанная с винной и яблочной кислотами и наличием кислого виннокислого калия, создаёт среду, благоприятную для дрожжей и одновременно подавляющую развитие множества вредных микроорганизмов. Он прямо писал, что вследствие кислотности и содержания сахара в виноградном сусле по преимуществу развивается чистое спиртовое брожение, а болезни вина на ранних стадиях остаются "в скрытом состоянии". Из этого он делал далеко идущее заключение: без кислотности дрожжи уступили бы место уксуснокислым бактериям, и человечество на протяжении тысячелетий получало бы не вино, а уксус.

Практическим итогом этих исследований стала разработка метода мягкого нагревания вина для подавления нежелательной микрофлоры. В 1860-е годы Пастер предложил прогревать вино до температур порядка 50–60 °C с кратковременной выдержкой, показывая, что при таком режиме удаётся уничтожить или резко ослабить микроорганизмы, ответственные за болезни вина, при минимальном ущербе для самого напитка. В 1865 году он оформляет патент на метод сохранения вина с помощью контролируемого нагревания, а затем распространяет этот подход на пиво и другие напитки, превратив пастеризацию в универсальный инструмент пищевой промышленности. В виноделии XIX века этот метод применялся ограниченно, однако сама идея управления микробиологической средой стала символом перехода от эмпирики к управляемой технологии.

В более широкой биографии Пастера винные и пивные исследования стали частью масштабной научной карьеры. Между 1857 и 1862 годами он на несколько лет отходит от брожения, занимаясь болезнями тутового шелкопряда по заказу шёлковой промышленности юга Франции, а затем возвращается к исследованиям вина и завершает цикл работ к середине 1860-х годов. В 1874 году государство назначает ему пожизненную пенсию в размере 12 000 франков в год, а в 1883 году увеличивает её до 26 000 франков, что отражает масштаб признания его вклада во французскую науку и экономику. Он становится членом Французской академии наук, а после его смерти его дом и лаборатория сохраняются как музей, где до сих пор хранятся микроскопы и приборы, с помощью которых были сделаны эти открытия.

Роль Пастера в истории вина заключается не в том, что он "изобрёл" брожение или научил людей делать вино, а в том, что он впервые перевёл виноделие из области традиции и догадки в область строгого научного знания. Он показал, что за превращением виноградного сока в вино стоят живые организмы, что их можно наблюдать, описывать, подавлять или стимулировать, и что успех вина определяется балансом между сахарами, кислотностью и микробиологической жизнью. После Пастера стало возможным современное понимание вина как результата сложного взаимодействия биологии, химии и технологии — от выбора чистых культур дрожжей до управляемого яблочно-молочного брожения и микробиологической стабилизации.