Пастер продолжал таким образом исследования Каньяр -Латура, Шванна и их последователей, прибавил ряд новых доказательств причинной связи между брожением и жизнедеятельностью микроорганизмов и сделал ряд тщательнейших исследований по вопросу о питании дрожжей и о природе продуктов, образующихся из сахара при брожении. Добытые им данные, имеющие фундаментальное научное значение, суть следующая:
Возбудитель спиртового брожения—дрожжи представляют, как это справедливо предполагали Каньяр -Латур, Шванн и Кютцинг (Friedrich Traugott Kützing), низшие растения. Средствами для питания дрожжей служат сахар, азотистые и минеральные вещества. Главнейшая из последних суть калиевым соли и фосфаты. Весьма простые азотистые соединения, как, например, аммиачные соли, могут служить для питания дрожжей, при чем дрожжи из них и углеродистых групп сахара вырабатывается белок. Распадение сахара под влиянием действия дрожжей — неполное. В самых благоприятных случаях только 94—95% его дают алкоголь и угольную кислоту; остальная часть сахара (6—5 %) разлагается с образованием янтарной кислоты (0—7 %) и глицерина (3—5 %), появляющееся постоянно и представляющее нормальные продукты брожения. Около 1 % сахара расходуется на построение клеток дрожжей. При доступе кислорода дрожжи сильнее размножаются, но их энергия сбраживания при этом понижается. Без доступа кислорода дрожжи, напротив, размножаются медленнее, выигрывая зато в сахар-разлагающей силе. По мнению Пастера, возбуждать брожение могут лишь растущие и размножающаяся дрожжи (мнение это было однако впоследствии опровергнуто Брефельдом). Если для брожения не имеется сахара, то при недостатке кислорода возникает самоброжение дрожжей, происходящее за счет их клеточной ткани, при чем продуктами такого брожения являются также углекислота и алкоголь. (Перебраживают в этом случае не главные, существенные составные части дрожжевой клетки, а находящаяся в ней запасные вещества, как гликоген). Все прочие процессы брожения, как-то: молочнокислое, уксуснокислое, маслянокислое, аммиачное и слизистое брожения, были также изучены Пастором, при чем им установлено, что каждый из этих видов брожения вызывается особыми специальными микроорганизмами, которые при данном виде брожения возникают всегда в одной и той же форме.
Уксусные бактерии, как возбудители уксуснокислого брожения, были открыты германским естествоиспытателем Кютцингом. Пастер же, по-видимому, приписывал это открытие себе.
Исследования Пастера дали толчок целому ряду разнообразнейших работ того же характера, продолжавшихся вплоть до новейшего времени. Так Адольф Майер изучал потребность дрожжей в питании и нашел вполне правильно, что белковые вещества мало пригодны для удовлетворения потребности дрожжевых растений в азоте. Более способны для этого легко диффундирующие пептоны, еще более — амидные соединения: гуанин, аллантоин и мочевая кислоты, преимущественно же между всеми другими веществами — аспаранин, который еще и в настоящее время при опытах над брожением нередко применяется в качестве азотистого питательного вещества для дрожжей. Креатин и креатинин оказались менее пригодными для питания дрожжей. В особенности же непригодными для удовлетворены потребности дрожжей в азоте оказались азотнокислые соли.
Майер изучал также кругооборот азота в дрожжах и нашел, что при отсутствии наличных азотистых питательных веществ во время брожения дрожжи становятся беднее азотом. Факт этот наблюдаем был уже и ранее Митчерлихом, который нашел понижение содержания азота в сухом веществе дрожжей (в свободных от азота растворах) с 10 % до 5 %. Пастер определял величину этого понижения с 9,77 % до 5,50 %.
Майер нашел также, что дрожжи при брожении выделяют какое-то азотистое вещество и изучил подробно потребность дрожжевого растения в минеральных веществах. Он нашел (согласно с результатами наблюдений Пастера), что минеральными питательными веществами для дрожжей служат главным образом фосфорная кислота и калиевые соединения, отчасти также и магнезия; наряду с ними потребляются также и сернистые соединения. Оставалось под сомнением: требуют ли дрожжевые растения для их питания также и известковых соединен?
Вопрос этот исследован лишь в недавнее время Зейфертом, при чем оказалось достаточно вероятным, что для возбуждения нормального брожения дрожжи нуждаются и в солях кальция. Что касается натра и соединений железа, то, по данным Майера, дрожжи могут жить без этих веществ.
Весьма важные факты относительно природы и развития дрожжевого грибка добыты морфологическими исследованиями Максом Риссом (Maximilian Reeß). Он доказал, что хотя дрожжи обыкновенно размножаются почкованием, однако существует у них еще и другой способ размножения внутренним спорообразованием, или аскоспорами, открытый уже ранее для подобных им растений Жюлем де Сейном .
Рисс первый пытался установить классификацию дрожжей, доказав, что между винными и пивными дрожжами существует большая разница, и что имеется большое число разновидностей дрожжей.
Кроме того, Рисс произвел ряд новых работ над верховыми и низовыми дрожжами, решив этот вопрос в духе Митчерлиха, но в противоположном смысле со взглядами Пастера, именно, приняв, что верховые и низовые дрожжи действительно представляют два различных вида дрожжей, хотя происхождение их от одного общего вида не лишено вероятия. Уже в 1857 г. Байл и позднее Гофман доказали, что и другие организмы, не принадлежащее к виду грибов, размножающихся почкованием, будучи изолированы от доступа воздуха, могут также возбуждать брожение. Оба они открыли, что некоторые виды плесенных грибков, например, Mucor racemosus и другие, которые при доступе кислорода воздуха образуют типичную грибную плесень, будучи погружены в растворе сахара, возбуждают спиртовое брожение и воспринимают формы, сходные с дрожжевыми грибками.
Изменения, вызываемые различными микроорганизмами и представляющие огромный интерес для теории брожения, были исследованы вслед затем Риссом, Пастером, Брефельдом, главным же образом Фитцем, при чем установлена была аналогия этих бродильных процессов с брожением, вызываемым дрожжами.
Брефельд доказал, что брожение могут возбуждать не только лишь растущие и размножающаяся дрожжи, как это полагал Пастер, но также и дрожжи, уже совершенно развившаяся и находящаяся в покое. Во всяком случае, уже Фитц открыл, что в то время, как грибы, применяемые на практике и размножающиеся почкованием, могут образовать в бродящей жидкости до 20 весовых процентов алкоголя, большая часть плесенных грибков уже при накоплении значительно меньших количеств алкоголя перестают возбуждать брожение. Этими исследованиями установлен был весьма интересный физиологический факт, что способность возбуждать брожение принадлежит не одним лишь грибкам, размножающимся почкованием. В настоящее время нам уже известно, что спиртовое брожение может быть возбуждаемо не только грибками, размножающимися почкованием, и плесенными грибками, по и некоторыми видами дробящихся грибков. Факт, что первые из них обладать способностью возбуждать брожение в наивысшей степени, считается, во всяком случае, и ныне общепризнанными.
Вскоре затем сделался известным новый вид брожения – так называемое “самоброжение” сахаро – содержащих плодов и вообще всех частей растений, содержащих сахар. Если, изолировать такие части от доступа кислорода, предоставить их самим себе, то они без всякого соучастия микроорганизмов образуюсь также алкоголь и углекислоту. Это самоброжение плодов называется интрамолекулярным дыханием, при котором клеточки, содержащие сахар, добывают себе необходимую им энергию посредством разложения сахара. Зеленый солод, изолированный от доступа воздуха, также приходит в интрамолекулярное, спиртовое брожение. Нет оснований объяснять этот процесс иначе, чем он объясняется для дрожжей.
Наконец, последним научным трудом из числа характеризующих исторически ход развития учения о брожении, явился труд Либиха ” L’eber die Garung uud Quelle der Muskelkraft “, где этот ученый оспаривал виталистическую теории брожения Пастера в том однако лишь смысле, что выражение: “живые дрожжи возбуждают брожение” не решает вопроса: каким образом осуществляется распадение сахара? Либих считает брожение энзиматическим процессом. Этого же мнения держались до последнего времени Траубе и Гоппе -Зейлер, пока обстоятельство это не было окончательно выяснено Бухнером.
Переворот в практике технических производств, основанных на брожении, произвели новейшие исследования Пастера, который он опубликовал в своем классическом труде: “Etudes sur la biere” . Труд этот снова заставил обратить внимание на спиртовое брожение и дал твердую основу стремлению удалять по возможности вредные для брожения микроорганизмы, природу которых старались изучить основательнее. Дальнейшие исследования в области процесса брожения произвел Негели, опубликовавший результаты их в сочинении: “Die Theorie der Garung” (1879 г.). Негели оспаривал в этом сочинении взгляды Пастера и представил обширный материал для решения вопроса о брожении, высказав совершенно новые взгляды на причины явлений, происходящих при брожении; взгляды эти однако в общем оказались не состоятельными при новейших исследованиях.
Крупный прогресс в наших познаниях по столь важному для практики вопросу, как вопрос о дрожжах, внес Эмиль -Христиан Ганзен — гениальный руководитель Карлсбергской лаборатории в Копенгагене. Исследования его охватывают как биолого-физиологическую, так и морфологическую стороны вопроса о дрожжах, применяющихся в пивоваренном деле.
Ганзен первый привел доказательства, что некоторые из самых опасных болезней пива вызываются не только бактериями, как это полагал Пастер, но и некоторыми видами диких, болезнетворных дрожжей. Он изучил характер отдельных видов дрожжей, имея в своем распоряжении чистые культуры таковых. Разводя из одиночных клеток массовые культуры, он изучил физиологические и биологические качества дрожжей и установил на основании своих наблюдений систему анализа, в которой особо крупную роль играет вид и характер спор и пленок. Из исследований Ганзена выяснилось, что существуют не только различные виды дрожжей, но еще и различные расы между этими последними, обладающие различными качествами, которые они сохраняют, пока они культивируются при одинаковых условиях. Основываясь на этих исследованиях Ганзена, можно известные расы дрожжей, вызывающие при брожении образование совершенно определенных продуктов и сообщающие брожению совершенно определенный характер, изолировать и путем применения дрожжей чистой культуры (если только позаботиться о подходящих условиях брожения) получать всегда совершенно одинаковые продукты брожения. Берлинский институт брожения, находящийся под руководством автора, благодаря, главным образом, исследованиям Линднера, совершенно овладел вопросом чистой культуры дрожжей и этим обеспечил надежность винокуреннаго производства в такой степени, как это сделал Ганзен для пивоваренной промышленности.
После открытия Бухнера (в 1896 г.) установились наконец совершенно новые взгляды на брожение. По мнению этого исследователя, спиртовое брожение возбуждается особым энзимом — зимазою, находящимся в дрожжах. Подробности об этом можно найти в первой главе этой книги. Здесь необходимо лишь упомянуть, что оба вышеупомянутых взгляда имеют до известной степени свое основание. Живая дрожжевая клетка, несомненно, возбуждает брожение, но она лишь производить деятельный энзим. Дрожжи употребляют этот энзим, чтобы добыть энергию, необходимую им для поддержания жизни. Энзим же продолжает свое действие во вред дрожжам, вследствие чего ядовитый для них алкоголь скопляется все более и более, пока он не прекратить сначала рост дрожжей и затем и само образование энзима.
