> Энциклопедический словарь Гранат, страница 83 > Брожение

Брожение

Брожение, или ферментация, представляет собою один из наиболее знакомых всем химических процессов, особенно Б. жидкостей, содержащих сахар. Б. есть распад органических безазотистых веществ на более простия тела, сопровождающийся освобождением тепла (экзотермическая реакция) и образованием газов (С02), которые, выделяясь, придают жидкости вид кипящей, откуда и название ферментация (от лат. fer-веге—кипеть). Выделение газов, впрочем, не является обязательным, и в настоящее время мы знаем типичные Б., протекающия без него; пример—молочнокислое Б.—Человечество издавна пользовалось процессахии Б. для своих практических нужд; наа-

Большим распространением и известностью в этом отношении пользуются процессы алкогольного Б., получение опьяняющих напитков, открытие которых, как бы в знак признательности, обычно связывалось с именами богов, святых и тому подобное. (предания о Бахусе, об Озирисе, о Ное иг. д.). Но вековое практическое знакомство с брожениями до самого последнего времени шло рука об руку с полным неведением относительно сущности и причин этого процесса, хотя теоретический интерес к нему возник уже давно; уже алхимики много занимались этим вопросом, связывая его со столь их интересовавшим учением о превращениях вообще, а Парацельс (1493—1541) сверх того обратил внимание и на возможную связь между явлениями брожения и болезнями. Идея эта была затем развита Ван-Гельмонтом и особенно знаменитым Робертом Бойлем, который определенно высказался в том смысле, что тот, кто поймет природу ферментов и ферментаций, в состоянии будет также отдать себе отчет и в явлениях болезней лихорадочных и других. После этого, целый ряд ученых, писавших о Б., как например, Сталь и др., не внесли ничего существенного в разработку вопроса до Блэка (1728—1799), который выделил и определил газообразный продукт брожения—углекислоту. Окончательно на твердую почву становится Лавуазье: взвесивши флакон с водой, к которой было прибавлено определенное количество сахара и немного дрожжей, и измеривши затем потерю веса флакона, количество выделенной С02, количество алкоголя, отделенного путем возгонки, и так далее, он установил количественные отношения, наблюдаемия при брожении и показал, что сахар распадается на углекислоту и алкоголь. Изследования Лавуазье были потом расширены и дополнены Гэй-Люссаком, Тенаром и Соссюром; химическая сторона процесса была более или менее выяснена, но причина его и внутренний механизм оставались темными. Каньяр-Латур и Шванн указали затем на организованную живую природу дрожжей, находящихся в бродящих жидкостях, т. е. тех микроскопических образований, которые впервые были замечены еще Левенгуком (1689), но это еще не выяснило вопроса, и Либих, например, считал, что дрожжи, представляя собою органическое вещество в состоянии произвольного разложения, сообщают способным бродить телам, частицы которых слабо связаны между собою, свои колебания и тем вызывают их распад (механическая теория). И только гений Пастера разрешил вопрос о природе Б., а вместе с тем, согласно вышеприведенному предсказанию Бойля, и о природе заразных заболеваний. Пастер показал, что брожения (спиртовое, уксусное, молочное, масляное) представляют собою результат жизнедеятельности низших микроорганизмов при условии жизни последних в отсутствии свободного кислорода („Иа fermentation est la consequence de la vie sans air“ причем для каждого вида Б. существует свой определенный возбудитель, деятельность которого носит, так. обр., строго специфический характер. Торжество Пастеровских идей и громадное развитие созданной им новой науки микробиологии (смотрите бактерии) слишком хорошо известны, чтобы на них настаивать. В дальнейшем, эта область была широко разработана целым рядом ученых, среди которых особенно следует отметить Э. Хр. Ганзена, но честь важнейшого, с принципиальной точки зрения, открытия после Пастера принадлежит Э. Бухнеру, который обосновал (1897) теперь общепринятую энзимную теорию брожений, показавши, что бродильное начало мозсет быть отделено от живых дрожжевых клеток. Растирая дрожжевия клетки с кварцевым песком (для разрушения клеточных оболочек) и подвергая затем полученную массу очень высокому давлению, до 500 атмосфер, в особом приборе, т. н. Бухнеров-ском прессе, он получил сок, способный приводить сахарный раствор в Б.; предварительное умерщвление дрожжей, например, прибавкой ацетона, не уничтожает бродильныхспособностей экстракта. Бродило, заключающееся в дрожжах, Бухнер назвал зимазой (алкоголазой).—Впоследствии аналогичным образом были получены и другие энзимы. Согласно энзимной теории, всякое брожение вызывается специфическим энзимом, который может быть выделен из клетки и в таком свободном виде обладает тем же химическим действием. Специфичность энзимов, способность их действовать только на определенные вещества, даже часто лишь на определенные изомеры, надо объяснить, согласно с Фишером, тем, что энзимы действуют лишь при условии совпадения молекулярной конфигурации энзимов (они, как известно, оптически асимметричны) с таковою же данного вещества,—совпадения, которое легче всего себе представить при помощи сравнения с клюнем и замком: ключ отворяет лишь тот замок, к которому он подходит. Эта специфичность отличает реакции энзимные от обычных химических реакций, при которых один и тот же реактив оказывается способным изменять в определенном направлении (окислять, восстановлять и так далее) самия разнородные вещества. Другое существенное отличие заключается в черезвычайной чувствительности энзимов ко всякого рода внешним воздействиям (например, большинство из них уничтожается кратковременным нагреванием до 60°), в т. н. лабильности их. Брожение наблюдается и внутри высших организмов, определенные клетки которых заключают энзимы, напоминающие микробные, причем освобождающаяся при брожении энергия может так или иначе служить для жизненного процесса (смотрите дыхание растений).

Спиртовое Б. сахара есть разложение различных видов глюкозы под влиянием микроорганизмов, гл. обр., дрожжевых грибков (Saccharomyce-tes: s. cerevisiae, s. ellipsoides и др.). Продуктами этого разложения являются спирт и углекислота, согласно формуле С6Н1206 (глюкоза)=2С2Н50Н (этиловый спирт) -f- 2С02; кроме того, в качестве побочных продуктов получаются еще небольшия количества глицерина и янтарной кислоты, сигирты пропиловый и амиловый (сивушное масло), следы уксусной кислоты ш так далее В технике пользуются по преимуществу дрожжевыми грибками, из которых и была получена Бухнером зимаза или алкоголаза, так как они дают наибольший выход спирта. Но и другие грибки, например, плесневые (Mucor в т. наз. китайских дрожжах; Aspergillus в т. наз. така-диастазе), и бактерии, как например, пневмобациллы Фридлендера и др., тоже способны вызвать Б. с образованием небол. колич. этилового алкоголя.—Изучение различных видов дрожжевых грибков, в особенности Э. X. Ганзеном, показало, что вместе с расами микроорганизмов изменяются и качества продуктов (пива, вина и так далее), их вкус, букет. Сообразно с тем, в последнее время и введено во многих случаях в практику пользование чистыми культурами определенных видов дрожжей, поведшее к усовершенствованию и улучшению производства. Смотря по ходу брожения, различают дрожжи верхнего Б., которое идет при сравнительно высокой температуре (14°—18°) с обильным образованием газа и пены, и дрожжи нижнего Б., совершающагося при более низкой температуре (4°—8°), более спокойно, так что дрожжи но выносятся наверх, как в первом случае, а остаются на дне. Дрожжи, дающия мало спирта и образующия нежелательные побочные продукты, называются дикими, в противоположность вышеупомянутым культурным. Для правильного хода процесса Б. необходим целый ряд условий, и прежде всего раствор глюкозы не должен быть слишком концентрированным, никак не выше 30%; поэтому - то фрукты и ягоды, сохраняемые в густом сиропе (варенья и тому подобное.), обычно не бродят. Обильное-накопление продуктов брожения тоже неблагоприятно, и, если содержание спирта в бродящей жидкости достигло 15%, брожение останавливается. Отсюда следует, что вина с содержанием алкоголя выше 15% нельзя признать натуральными — они неизбежно заключают некоторое колитество прибавленного спирта. — Далее, существенное значение имеют реакция и особенно температура: ниже 0° и выше 56° Б. совершенно не происходит. Последняя температура убивает дрожжи и разрушает зимазу.