Брожение (хим. процесс)

представляет особый химический процесс, вызываемый так наз. ферментами. При процессе брожения сложная частица органического вещества распадается на более простые, т. е. заключающие меньшее число атомов. Среди громадного числа брожений, как самопроизвольно протекающих в природе, так и искусственно вызываемых человеком, то брожение, которое возникает в содержащих сахар жидкостях и носит название алкогольного, спиртового или винного, было раньше других замечено и изучено с наибольшей тщательностью. Наблюдая предоставленный самому себе сок винограда, человек уже в глубокой, почти доисторической древности заметил, что в течение известного промежутка времени с соком совершается и притом без всякой видимой причины удивительная метаморфоза. Он теряет свой сладковатый вкус и приобретает способность опьянять; в то же время выделяются пузырьки газа, приводящие жидкость, как бы в слабое кипение (от лат. fervere — кипеть — некоторые производят и самое слово "ферментация", синоним брожения); наконец в самой жидкости появляются муть и осадок, состоящие из особого вещества, так наз. дрожжей. Какова внутренняя связь только что поименованных явлений — долгое время оставалось полнейшей тайной. Лишь в нынешнем столетии работами Шванна, Гей-Люссака, Каньяра де Латура, Мейена, Митчерлиха, Пастера, Рееса, Брефельда, Ад. Майера, Ганзена и др. был разъяснен механизм спиртового брожения. Оказалось, что спиртовое брожение может происходить в самых разнообразных сахаристых жидкостях, как искусственно приготовляемых, так и естественно встречающихся в природе. Виновником, основной причиной брожения нужно считать тот осадок, те дрожжи, которые появляются в бродящей жидкости. Исследуя дрожжевой осадок под микроскопом, заметили, что он весь состоит из мельчайших одноклетных грибков. Грибок этот был назван Saccharomyces cerevisiae; по своему циклу развития, исследованному Реесом, он принадлежит к так назыв. аскомицетным грибам (см. Грибы). Под влиянием жизнедеятельности только что названного грибка сахар бродящей жидкости распадается на алкоголь (опьяняющее вещество) и на углекислоту (выделяющиеся пузырьки газа). Кроме этих двух главнейших продуктов распада существуют еще и второстепенные: глицерин и янтарная кислота.

Каким именно образом грибок разлагает сахар, в чем состоит внутренний механизм брожения, это до сих пор совершенно неизвестно. Служит ли ему сахар непосредственно пищей, а алкоголь и угольная кислота являются продуктами отброса (экскретами), или же гриб является производителем специфического, разлагающего сахар аморфного фермента, это должны решить будущие исследования (о молекулярно-физической теории Негели, химические и физиологические подробности — см. в ст. Ферменты и Дыхание растений). Одно только несомненно: Б. наступает лишь тогда, когда присутствуют живые дрожжевые клетки. Если жидкость, находящуюся в оживленном Б., нагреть до 60—70°С, то Б. сейчас же прекращается, так как при этой температуре дрожжевые грибки уже умирают. Разрушая дрожжевые клетки механическим путем, напр. растирая их в ступке с битым стеклом, мы тем самым уничтожаем навсегда их способность производить брожение. Много есть и химических деятелей, которые, действуя на Saccharomyces ядовито, останавливают тем самым и брожение. Итак, процесс брожения стоит в самой тесной интимной связи с жизненными процессами дрожжевого грибка; мертвая субстанция дрожжей никогда не в силах его вызвать. Благодаря чрезвычайно широкому, почтя повсеместному распространению дрожжевых клеток в природе, брожение легко наступает везде, где только имеются предоставленные самим себе сахаристые жидкости. В эти жидкости сахаромицеты обыкновенно падают прямо из воздуха; в виноградный сок они попадают с поверхности ягод винограда при раздавливании последних. Само собой понятно, что при таких условиях жидкость может заселиться различными породами дрожжей и брожение будет носить не чистый, а смешанный характер. Там, где Б. должно идти быстро и интенсивно и вместе с тем с строго определенным химическим характером, а это все именно и требуется при фабрикации пива и водки, там прибегают к особым разводкам или культурам дрожжевого грибка. Получив путем культуры чистый дрожжевой материал (определенный вид и порода), им засевают подлежащие брожению жидкости (сусло).

После того как природа дрожжей, как определенного грибного организма, выяснилась, естественно должен был возникнуть вопрос: принадлежит ли способность производить спиртовое брожение одному только Saccharomyces (S. cerevisiae и близкие к нему виды), или же этой способностью обладают и другие грибы. Произведенные в этом направлении исследования показали, что хотя ни один растительный организм не в состоянии производить такое интенсивное брожение, как Saccharomyces, но что существуют все-таки некоторые грибы, которые, при особых и притом ненормальных для их жизни условиях, в состоянии вызвать слабое брожение. К таким грибам относится, напр., Saccharomyces mycoderma, затем разные плесени: Mucor racemosus, M. circinelloï des и M. mucedo. Нормально эти грибы вегетируют на поверхности жидкости и никакого брожения не вызывают. Если же их погрузить в жидкость и заставить таким образом вести иной образ жизни, они приобретают способность производить спиртовое брожение (о спиртовом Б. у высших растений — см. Дыхание растений).

Что касается до материала, подлежащего ферментативному изменению под влиянием дрожжей, то таковым является, как уже сказано, сахар. Однако не всякий сахар одинаково легко подвергается процессу спиртового брожения. Напр., обыкновенный, тростниковый сахар, как таковой, не бродит, тогда как виноградный и плодовый сахар (декстроза и левулёза) и мальтоза бродят легко. Впрочем, если мы жидкость, заключающую тростниковый сахар, приведем в соприкосновение с дрожжами, то через известный промежуток времени брожение все-таки наступит. Объясняется это тем, что дрожжи выделяют особый, растворимый в воде фермент, так наз. инвертин, под влиянием которого тростниковый сахар распадается на виноградный и плодовый, а эти уже подвергаются процессу спиртового брожения. Кроме описанного спиртового брожения, существует много других брожений, вызываемых, главным образом, бактериями и рассмотренных поэтому в главе о бактериях (см.). Развиваясь в среде, предназначенной для спиртового брожения, напр. в пивном сусле, эти ферментативные бактериальные процессы причиняют подчас много хлопот и убытков (молочно-кислое, слизевое и др. брожения), так как под влиянием жизнедеятельности бактерий сахар распадается не на алкоголь и угольную кислоту, а на совершено иные продукты. К процессам брожения относят также и те своеобразные процессы распада, которые называются тлением и гниением (см. эти слова), равно как и те изменения органической субстанции, которые происходят под влиянием неорганизованных аморфных ферментов (см.) и играют столь выдающуюся роль при питании как животных, так и растений.

Подробнее о брожении см.: Де Бари, " Ü eber Schimmel und Hefe" (Берлин, 1873); Визнер, "Einleitung in die technische Microskopie" (Вена, 1867); Пастер, " É tudes sur le vin" (2 изд., Париж, 1873); Пастер, " Études sur la biè re" (Париж, 1876); Шютценбергер, "Les fermentations" (Париж, 1879); Ад. Майер, "Lehrbuch der G ä rungschemie" (Гейдельберг, 1879); Буркело, "Les Fermentations" (Париж, 1889); A. Jörgeusen, "Die Mikroorganismen der Gä rungsindustrie" (2 изд., Берлин, 1890).

Г. Н.