THÉORIE DES FERMENTATIONS DÉTERMINÉES PAR LES FERMENTS SOLUBLES

Berzelius pensait que les décompositions déterminées par les ferments en général devaient être rapportées à des actions de contact. 11 les comparaît à Faction bien connue de la mousse de platine sur l’eau oxygénée. Mais il s’agit dans ce dernier cas de Faction d’une substance insoluble sur une substance soluble, ce qui enlève de la valeur à la comparaison, car, dans les fermentations que nous considérons ici, le ferment et la matière fermentescible sont la plupart du temps tous deux en solution. Il resterait en tout cas à démontrer que les ferments solubles ne manifestent aucune affinité chimique durant l’acte fermentaire.

Liebig supposait que les ferments solubles sont des corps en voie de décomposition qui communiquent leur état de mouvement aux substances renfermées dans le milieu ambiant. Mais rien ne prouve que ces ferments sont réellement des corps en voie de décomposi-' tion ni qu’une telle propriété soit transmissible aux substances voisines. L’opinion de Liebig est au contraire en opposition avec ce fait, que les ferments solubles résistent aux causes les plus puissantes de décomposition, puisque dans des conditions dans lesquelles beaucoup de combinaisons organiques sont rapidement détruites, notamment dans la putréfaction, ces ferments n’éprouvent aucune modification.

Ni l’explication de Berzelius ni celle de Liebig ne peuvent donc plus être défendues aujourd’hui. Si l’on s’en rapporte aux seuls faits définitivement établis, il faut tenir compte en premier lieu de ce que les actions fermentaires les mieux connues, telles que cel-

les de l’invertine, de l’émulsine, de la diastase et de la pepsine cons-istent dans l’hydratation de la substance fermentescible. Le ferment étant la cause de cette hydratation, plusieurs chimistes se sont ralliés à une opinion, d’après laquelle il participerait transitoirement à la réaction^ absorbant de l’eau pour la céder immédiatement après à la substance fermentescible. Le phénomène se passerait en deux temps ; 1“ formation d’une combinaison du ferment soluble avec l’eau ; 2“ décomposition immédiate de cette combinaison et absorption de l’eau par la substance fermentescible qui se dédouble. Le ferment étant régénéré à chaque réaction, une quantité limitée de ce ferment pourrait, théoriquemenL amener le dédoublement d’une quantité illimitée de matière fermentescible. Le ferment soluble ne devrait donc pas être détruit durant la fermentation. C’est là un point que nous allons examiner.

Voyons d’abord si l’elfet produit par un ferment soluble est proportionnel à la quantité de ferment employé, et prenons comme exemples deux des fermentations les plus connues, celles que produisent l’invertine (A. Mayer, 29, p. 84) et la diastase (Kjeldabl, 05, p. 117).

Dans les recherches de Ad. Mayer, des solutions d’invertine renfermant des proportions dilFérentes de ferment étaient mélangées à dix fois leurs poids de solution de sucre de canne à 10 0/0.

Après 4 heures de contact, l’analyse a donné les résultats consignés dans le tableau suivant.

Sucre inlervorti pour lOÜ.

line par rappurl ””

En tolallté.

Par lieure.

Ces nombres ne représentent pas une proportionnalité complète. Toutefois, l’écart n’est pas considérable, et si l’on ne tient pas compte de l’essai n“ 1 dans lequel l’invertine ne trouve plus en dernier lieu que de petites quantités de sucre à intervertir, on peut bien affirmer que l’action de l’invertine est proportionnelle à la quantité de ferment employé.

Pour déterminer le rapport entre la quantité de diastase employée et celle du sucre formé, Kjeldabl traitait plusieurs portions

d’empois, contenant chacune 10 gr. d’amidon, par différentes quantités d’extrait de malt. Il opérait à la température de 57“, et arrêtait l’opération au bout de 10 minutes. Les résultats de ses expériences sont les suivants :

Ici encore nous retrouvons la proportionnalité pour les petites doses de diastase. Constatons cependant qu’elle n’existe plus dès l’essai n“ 3. Doit-on croire comme Ad. Mayer le suppose que la solution renferme alors un excès d’agent actif qui ne trouve plus matière à exercer son activité ? Gela paraît peu vraisemblable ; car la saccbarification est alors encore très éloignée de son terme. La réaction déterminée parla diastase est une de ces réactions complexes dont nous avons parlé, et l’on s’expliquerait parfaitement ce défaut de proportionnalité en admettant que les dernières phases de la réaction s’exécutent plus lentement que les premières.

Quoiqu’il en soit, les fermentations du genre de celles de l’amidon par la diastase paraissent être des phénomènes trop complexes pour pouvoir servir à l’édification d’une théorie des fermentations, et, comme parmi les fermentations plus simples, celle que l’invertine détermine est la mieux étudiée, nous insisterons plus spécialement sur cette dernière.

La proportionnalité de l’etfet à la quantité de ferment employé ne préjuge d’ailleurs en rien la question de savoir si le ferment est ou non détruit en exerçant son action. Mais s’il était démontré que l’elfet du ferment est proportionnel au temps, il serait démontré par Là que ce ferment ne s’use pas. On ne comprendrait pas un elTet proportionnel au temps produit par une cause qui s’use en produisant son effet.

Ad. Mayer a également étudié la question de la proportionnalité de l’action de l’invertine avec le temps. Il s’est servi pour cela d’une solution très étendue de ferment (2 cent, c.), qu’il a mélangée

à une solution de sucre de canne à 10 0/0 (20 c. c.)- L’expérience a été faite à la température ordinaire.

Sucre iuterveiii pour 100.

Immédiatement

1 heure

laoh.

■l'w h. fw.a

L’effet n’est à peu près proportionnel au temps que pendant les 2 premiers jours; ensuite la réaction se ralentit de plus en plus.

Duclaux a fait des recherches analogues et il est arrivé aux mêmes résultats.

Pour admettre la proportionnalité de l’effet au temps, il faut évidemment expliquer le retardement qui se manifeste à la fin de l’expérience.

On peut faire à cet égard trois hypothèses : ou bien le sucre, ei\ excès à l’origine, favorise l’interversion ; ou le sucre interverti à la fin la retarde ou enfin le ferment s’use en exerçant son action.

Si l’on met la même quantité d’invertine, 20 milligrammes, par exemple, dans 100 cent, cubes de solutions à 10,20 et 40 0/0 de sucre de canne (à on observe que pendant les premières heures de l’action, les quantités de sucre interverties dans l’unité de temps, senties mêmes dans les trois liqueurs (Duclaux). La première hypothèse se trouve ainsi écartée, puisque Pinvertine produit le même effet quelque soit la proportion du sucre qui l’entoure.

Mais si ou fait agir une môme quantité d’invertine d’une part sur une certaine proportion de sucre de canne, et d’autre part sur une égale proportion de sucre de canne additionnée de sucre interverti, on remarque que la diminution de l’effet est bien plus rapide dans le deuxième cas que dans le premier. Il s’en suit que l’accumulation des produits de la réaction doit être une cause du ralentissement de cette réaction. Ce résultat n’exclut pas d’ailleurs la troisième hypothèse; le ralentissement pourrait être dû càla fois à l’accumulation des produits de la réaction et à une destruction du

ferment. Il a donc fallu examiner cette hypothèse par des expériences directes.

Nous relaterons seulement l’une de celles que Ad. Mayer a publiées sur ce sujet.

20 cent, cubes de solution de sucre de canne à 10 0/0 furent additionnés de 2 cent, cubes de solution d’invertine et maintenus à la température de 30“ jusqu’à l’achèvement de l’interversion.

20 cent, cubes de la môme solution sucrée furent traités à l’ébullition par 2 cent, cubes d’acide sulfurique étendu, de façon à produire le même résultat. L’acide fut ensuite enlevé en suivant les procédés ordinaires et le volume ramené à 22 cent, cubes. La première solution fut additionnée de 10 0/0 d’eau et de 20 cent, cubes de solution sucrée.— La deuxième fut additionnée de 20 cent, cubes de solution sucrée et de 2 cent, cubes de solution d’invertine.

Il s’agit ici, comme on le voit, de savoir si l’invertine ayant déjà agi produira le môme effet que l’invertine fraîche. On s’est arrangé pour que la cause du ralentissement attribuable aux produits de la réaction fut la môme dans les deux cas.

L’expérience a duré trois heures. La première invertine avait interverti 5, 8 0/0 du sucre par heure et la deuxième 6 0/0. Il sembhi donc que l’invertine n’a pas éprouvé d’affaiblissement en exerçant son action.

Ce sont là malheureusement les seuls faits que l’on peut invoquer en faveur de la non destruction des ferments solubles durant la fermentation. Pour d’autres ferments solubles que l’invertine, pour la pepsine, pour la diastase, on a plutôt observé des limites nettes de leur activité (84 et 85). Il est vrai qu’on a invoqué comme cause de destruction des causes étrangères à la fermentation, par exemple des actions oxydantes qui amèneraient peu à peu la destruction totale des ferments ; mais ces assertions sont basées sur des probabilités et non sur des preuves positives. Tout ce qu’on peut dire de général sur ce sujet, c’est que l’effet que produisent les ferments solubles est extraordinairement grand par rapport à leur masse.

Ces résultats peu satisfaisants, il faut bien le dire, ne suffiraient cependant pas pour faire rejeter la théorie des fermentations que nous sommes en train d’examiner.

Dans cette théorie, l’invertine, si nous prenons encore l’inver-

tine pour exemple, absorberait de l’eau pour la céder ensuite au sucre de canne et celui-ci se dédoublerait aussitôt en glucose et en lévulose. L-’action de llnvertine pourrait être comparée à l’action du bioxyde d’azote dans la fabrication de l’acide sulfurique. On sait qu’en présence de l’air l’anhydride sulfureux ne s’oxyde pas, tandis que le bioxyde d’azote s’oxyde et se change en acide hypoazotique. Lorsque les deux gaz sont réunis, le premier s’oxyde tandis que le second reste intact.

Conformément à cette manière devoir, on a cherché à obtenir d’une façon définitive la combinaison d’invertine et d’eau qui se formerait transitoirement durant la fermentation. On a chauffé avec de l’eau de l’invertine préalablement désséchée à 100“ ; on l’a déssécbée à nouveau ; le poids n’avait pas augmenté.

Des recherches effectuées sur d’autres ferments solubles n’ont pas donné de meilleurs résultats. Seul, Würtz parait avoir transformé la papaïne en un produit plus hydraté, en maintenant une solution de ce ferment à 50“ pendant plusieurs semaines.

Si donc nous voulons résumer ce qui précède, nous sommes obligés de reconnaître qu’il n’est pas démontré : 1“ que les actions produites par les ferments solubles sont proportionnelles au temps ; 2“ que le ferment ne s’use pas en produisant son effet et 3“ que le ferment s’hydrate transitoirement durant la fermentation.

Assurément on peut se dire que ces insuccès ne sont pas définitifs et qu’un jour ou l’autre on arrivera à faire la preuve de ces propositions. Mais une théorie qui ne repose que sur des espérances de preuves, alors surtout que ceux qui ont voulu la défendre n’ont pas réussi à donner ces preuves, est une théorie sans valeur scientifique.

11 faut nous rappeler enfin que chaque ferment soluble exerce son action sur une ou plusieurs substances tout à fait déterminées. Voici par exemple l’invertine qui hydrate le sucre de canne et amène son dédoublement ; cette môme invertine n’a d’action ni sur le maltose (8C) ni sur le lactose (29, p. 111), et pourtant ces deux derniers sucres appartiennent au môme groupe chimique que le sucre de canne et ils sont comme lui hydratés et dédoublés par les acides étendus. G est là une circonstance qui doit paraître peu en harmonie avec la théorie que nous discutons, car lorsqu’on parle d’agents hydratants dans le domaine de la chimie, il s’agit d’agents dont l’action est de nature très générale.

Würtz a soutenu une théorie voisine de la précédente. Cette théorie repose sur les faits suivants (87).

Des matières albuminoïdes plongées dans une solution de papaïne fixent d’abord celle-ci et peuvent être lavées à grande eau sans céder le ferment. Mises à digérer ensuite à 40» G dans l’eau pure elles entrent en dissolution à l’état de peptone en même temps que la papaïne se trouve régénérée, et peut par conséquent agir sur une nouvelle quantité d’albuminoïde. — La pepsine se comporte d’une manière toute semblable.

Würtz en conclut que l’action du ferment s’explique par une fixation incessante de ce ferment sur la matière albuminoïde pour former une combinaison passagère que l’eau dédouble en donnant des peptones et en régénérant le ferment.

C’est une théorie semblable à celle de l’éthérification de l’alcool par l’acide sulfurique. L’éthérification a lieu en deux phases : dans la première, l’acide réagit sur l’alcool en donnant de l’acide éthylsulfuriqiie et de l’eau ; dans la seconde, l’alcool resté libre réagit sur l’acide ethylsulfurique, donne de l’éther et régénère l’acide sulfurique.

La théorie de Würtz serait acceptable s’il était réellement établi qu’en se fixant sur la matière albuminoïde, la pepsine ou la papaïne donnent naissance à une combinaison passagère comparable à l’acide éthylsulfurique dans l’éthérification. Mais la pepsine et la papaïne ne sont pas les seuls ferments qui possèdent la propriété de se fixer sur les albuminoïdes. Tous les autres ferments solubles sont également fixés par eux. Et cependant ils ne les digèrent pas. Cette propriété n’a donc rien à faire avec l’action fermentaire.

Gomme on le voit, aucune de ces théories n’explique d’une manière satisfaisante l’action des ferments solubles. Ad. Mayer (29, p. 115) a attiré l’attention sur un fait qu’on avait trop oublié dans les théories précédentes, nous voulons parler delà possibilité de produire les mêmes effets que ceux que nous obtenons avec les ferments, à l’aide de l’eau seule employée à haute température. Cette circonstance, pense-t-il, tendrait à faire supposer que les ferments solubles agissent en élevant la température moléculaire des corps fermentescibles.

Ad. Mayer a basé sur ce fait une théorie qui se confond à peu près avec celle que Naegeli a formulée sur le même sujet. Les ferments n’entreraient pas eux-mêmes en combinaison; mais ils agi-

raient, par suite des mouvements de leur molécule, sur des groupes déterminés d’atomes dont ils provoqueraient le déplacement et un groupement nouveau (88).

En réalité, les ferments exercent leur action, comme s’ils mettaient en œuvre une force accumulée dans une matière dont la composition chimique peut d’ailleurs être très variable — force qui doit déterminer une réaction tout-à-fait spécifique.

L’approvisionnement de cette force se ferait pendant la vie de l’être qui secrète le ferment, et celui-ci serait ainsi une sorte de reste de l’organisme qui lui a donné naissance.