Бактерии – причина процессов брожения

План

1. Первые работы по изучению дрожжей.

2. Изучение процессов брожения Луи Пастером.

3. Исследования Феликса Гоппе-Зейлера.

4. Метанообразующие бактерии.

5. Применение технологий брожения.

 

Первые работы по изучению дрожжей

 

Способы изготовления вина, сакэ, пива, а также молочных продуктов человечество узнало значительно раньше, чем были открыты организмы, вызывающие процесс брожения. Хотя стехиометрическое превращение сахара в этанол и углекислоту бьшо установлено уже А. Лавуазье и Л. Ж. Гей-Люссаком (1778-1850) и в 1810 и 1815 годах полностью сформулировано, открытие каталитической роли дрожжей в этом процессе принадлежит альгологу Фридриху Кюцингу (1807-1893) из Нордхаузена, французскому физику Шарлю Каньяру де Латуру (1777-1859) и берлинскому физиологу Теодору Шванну (1810-1882). Они разрешили вопрос о причине спиртового брожения (образования углекислоты) в пользу виталистической теории.

Публикация Кюцинга «Микроскопическое изучение дрожжей и образование уксусной кислоты наряду со многими другими явлениями в растительном мире» появилась в 1837 году. В этой работе он описал и зарисовал дрожжи. «Само собой понятно, что химия вычеркивает из своих объектов дрожжи, так как они не являются химическими соединениями, но представляют собой органическое тело, живой организм

В 1837 году появилась публикация Т. Шванна, носящая название «Предварительные сообщения относительно опытов по брожению вина и гнили». Большая часть этой публикации была посвящена экспериментам по самозарождению жизни. Шванн рассматривал в микроскоп пивные дрожжи, называя их зернышками, многие из которых, по его мнению, были похожи на сегментированные гифы грибов. Он наблюдал их рост, образование почек и отделение их от дрожжевых клеток. Им было обнаружено также, что образование продуктов брожения и рост дрожжей коррелируют между собой. Шванн назвал дрожжи сахарными грибами (Saccharomyces).

В 1837 году Ш. КаньярдеЛатур описал дрожжи как массу, состоящую из округлых телец, отмечал, что эти шарики неравно делятся, и признал, что образование углекислоты и спирта обусловлено разложением сахара, благодаря жизнедеятельности дрожжей. Однако после 1838 года Латур оставил изучение микроорганизмов и посвятил себя окончательно изучению физических проблем, в частности, акустике.

Тем не менее дрожжевая теория спиртового брожения из-за возраже­ний таких авторитетов в области химии, как Фридрих Вёлер (1800-1882), Джонс Якоб фон Берцелиус (1779-1848) и Юстус Либих (1803-1873), рассматривавших ферментацию как химический процесс, сначала не была признана. Анонимная статья Либиха «О разгаданной тайне винного брожения» в «Анналах фармакологии» за 1839 год, написанная приверженцем механистической теории брожения и высмеявшая представление виталистов, принадлежит к примечательным документам истории науки.

Сравнение этой анонимной статьи с описанием Monas okenii в пу­бликации «Инфузории, как полноценные организмы» (Эренберг, 1838) позволяет сделать предположение о том, что Вёлер, Берцелиус и Либих использовали Эренберга, что проявляется в сходстве стиля изложения в его статье, содержащей описание свойств вида Monas okenii, и в статье Либиха. Анонимная статья, с одной стороны, остроумна и в некоторой степени могла позабавить научное общество, но с другой стороны, показала, с каким высокомерием и заносчивостью и с какими грубыми аргументами выступали тогда ученые против своих противников, не разделявших их точку зрения и имевших иное мнение по тому или иному вопросу. Не каждый выдающийся ученый был достаточно «толстокожим», чтобы выдержать такие насмешки. Например, Шванн, находившийся тогда в Льеже, после появления этой статьи отказался от приглашения вернуться в Германию в Вюрцбург или Мюнхен.

Воинственно отрицательная позиция крупных ученых-химиков вызвала неприятное удивление у известных естествоиспытателей. Такой разносторонний ученый, как Герман Гельмгольц (1821-1894), высказался критически в своей работе 1843 года: «Многими нашими выдающимися химиками, однако, игнорируются существенные факты, которые рассматриваются как философская фантазия». Гельмгольц был убежден в правоте результатов Шванна, кроме того, он повторил некоторые его опыты. Он рассматривал в микроскоп дрожжи, сбраживающие сахар, и обнаружил в сброженной жидкости «существование зародышей организмов». Он убедился в том, что питательный раствор оставался стерильным, если через него был пропущен раскаленный воздух и потом он был полностью закрыт. Для Гельмгольца, таким образом, с гипотезой о самозарождении было покончено.

 

Изучение процессов брожения Луи Пастером

 

Позиция знаменитых химиков, высказывавшихся в пользу механистической теории брожения, поддерживала представление о самозарождении жизни до тех пор, пока Пастер (начиная с 1857 года и до 1863) не повторил эксперименты Шванна и не сделал вывод о том, что брожение осуществляется живыми дрожжами: «Брожение - это жизнь без воздуха». Пастер установил, что различные брожения, такие как молочнокислое, маслянокислое, а также образование уксусной кислоты, обусловлены определенными организмами и что возбудители брожения различаются между собой не только осуществляемыми ими процессами, но также строением клеток и физиологическими свойствами. Опыты по сбраживанию сахара в молочную кислоту опубликованы им в 1857 году, в винную кислоту - в 1858 году и в масляную - 1861. Он установил, однако, что наряду с бактериями, зависящими от кислорода (аэробными), имеются анаэробные бактерии. Эти организмы принимают участие также в процессах гниения, связанных с образованием зловонных продуктов и идущих с разложением азотсодержащих веществ (1863). Проходившие почти в это же время исследования по образованию уксусной кислоты представляют собой контраст (1862). Mycoderma aceti, присутствующая в бочках для брожения, превращает спирт в уксусную кислоту, из которой образуется Н2О и CO2. Однако эта стадия проходит только при наличии воздуха. Работы Пастера по вышеперечисленным брожениям, выявление специфических возбудителей и их специфических физиологических свойств произвели большое впечатление в научном мире и оказали влияние на все направления в развитии микробиологии.

Исследования брожений во времена Шванна и Пастера были лишь частью общих рассуждений о причинах аэробного и анаэробного разложения. В то время как приверженцы виталистической теории рассматривали эти процессы как обусловленные живыми организмами, механисты считали, что речь идет о химическом катализе. Пастер описывал этих живых возбудителей брожения как живые клетки или ферменты; он использовал понятия клетки и ферменты как тождественные. В представлении Пастера клетка - это и был фермент.

Среди дальновидных ученых того времени особо заслуживающим внимания был Мориц Траубе (1826-1894). Хотя он и был учеником Либиха, он не отрицал роли микроорганизмов в процессах гниения и брожения, а причиной процессов разложения считал содержащиеся в организме белки-ферменты. Он уже делал различия между гнилостными ферментами, к которым причислял восстановительные ферменты, и ферментами разложения - переносчиками кислорода. Он также установил, что в разложении всегда участвуют ферменты брожения. Траубе обратил внимание также на образование селитры: он еще не употреблял термин «энзим». Этот термин впервые был введен Вилли Ф. Кюне в Гейдельберге (1878). За это Кюне подвергался критике: «Новое слово энзим принадлежит большому числу новых терминов, которые ввел Кюне, они все являются обозначением объектов, которые еще неизвестны» (Гоппе-Зейлер, 1878). Тем не менее, этот термин не был отклонен, но, напротив, скоро стал широко использоваться.

Первые представления о процессах, протекающих при гниении и брожении, были получены благодаря опытам с природными субстратами: продуктами гниения или почвой, не только богатой минеральными веществами, но и содержащей определенные органические вещества. Уже и 1868 году Бешамп, ученик Пастера, сообщил об образовании метана. Он перемешал простой минеральный раствор калия с сахаром или крахмалом и инкубировал его при полном исключении кислорода. Дальнейшее брожение с образованием метана и углекислоты он связывал с наличием калия. Затем он переносил одну пробу в раствор, содержащий этанол, и также получал метан.

 

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: