NUTRITION MINÉRALE DE LA LEVURE

La levure est un végétal ordinaire, pouvant produire, dans certaines conditions déterminées d’existence, des phénomènes de fermentation. L’importance industrielle de ces phénomènes ne doit pas nous faire oublier qu’ils sont en quelque sorte un fait particulier de l’histoire physiologique du végétal levure, ni nous empêcher d’étudier cette plantule microscopique, comme nous l’avons fait de toutes celles que nous avons rencontrées jusqu’ici.

Nous allons donc rechercher quels sont ses besoins dénutrition. Il est facile de prévoir qu’elle exige trois sortes d’aliments : un aliment minéral, un aliment azoté et un aliment hydrocarboné. De ces trois aliments, le plus important, à cause de la part qu’il prend à la fermentation, à cause aussi de ses produits de transformation, est évidemment le dernier. Nous en rejetterons l’étude aux chapitres suivants, et nous allons, dans celui-ci, passer en revue ce que l’on sait sur l’alimentation minérale et azotée de la levure.

Je dis de la levure, en employant ce mot dans le sens le plus général. Nous savons pourtant qu’il existe un grand nombre de levures, et il est très certain que nous ne les connaissons pas toutes. Toutes ces levures si diverses ont probablement des besoins physiologiques et alimentaires différents. Nous avons déjà vu qu’elles ne s’accommodaient pas toutes de la même température, quelles donnaient aux liquides qu’elles produisaient des goûts spéciaux. Mais l’étude de leurs conditions de développement n’est pas faite. On ne la connaît un peu que pour les levures de bière, Jiaute ou basse; car beaucoup d’expérimentateurs, croyant, comme les brasseurs, qu’elles étaient identiques, n’ont pas toujours dit sur laquelle ils opéraient; et les résultats un peu différents, trouvés par quelques-uns d’entre eux sur le même sujet, tiennent peut-être a la différence des levures employées. Toutefois, les écarts que peuvent présenter ces deux levures sont toujours faibles, et ce que nous allons dire s’appliquera indif féremment à Tune ou à l’autre.

Aliment minéral. — M. Pasteur a le premier mis en évidence le caractère indispensable de l’aliment minéral pour la nutrition de la levure et l’accomplissement delà fermentation, lorsqu’il a montré que la transformation

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du sucre, qui se faisait régulièrement dans un milieu formé d’eau sucrée, d'un sel d’ammoniaque et de cendres de levure, devenait impossible lorsque dans ce milieu on supprimait seulement la matière minérale. Il a fait voir de plus que si on modifiait la nature des principes minéraux, si, par exemple, on enlevait les phosphates alcalins, la marche de la fermentation était très sensiblement modifiée et ralentie.

De même, le phosphate de magnésie employé seul ne donne pas les mêmes résultats que les cendres de levure brute. De même encore, des changements se manifestent lorsqu’on se sert de cendres de levure fondues au rouge blanc, ce qui a chassé en partie les alcalis, ou de cendres simplement frittées par une chaleur modérée, c’est-à-dire aussi voisines que possible de l’état dans lequel elles se trouvent dans les tissus de la levure.

M. Pasteur s’est borné à établir ces notions sans chercher ’a les approfondir. 11 serait plus facile aujourd’hui qu’il ne l’était alors de combler cette lacune, en appliquant à la levure la méthode que nous avons vu employer par M. Piaulin pour l’étude de Xas-pergillm niger. Rappelons brièvement, pour l’intelligence de ce qui va suivre, en quoi elle consiste.

Elle exige tout d’abord que l’on recherche, par tâtonnement, quel est, pour l’espèce étudiée, le milieu type, c’est-à-dire le milieu minéral donnant d’une façon régulière, lorsqu’il est placé dans des conditions de température favorables, le poids de végétal le plus élevé d’abord, le plus constant ensuite. Cette double condition de constance et de maximum du rendement est capitale. Nous avons insisté beaucoup sur elle, et un peu de réflexion en montre l’indispensable nécessité.

Possédant alors la composition de ce milieu type, on y supprime successivement chacun des éléments qui le composent, et on mesure l’importance de l’élément soustrait par la diminution de récolte provoquée par cette soustraction.

Cette marche est la seule logique et la seule sûre. On ne saurait par exemple opérer d’une manière inverse, c’est-à-dire mesurer l’importance d’un aliment minéral par l’augmentation de poids vivant qu’il amène, lorsqu’on l’introduit dans un liquide privé tout d’abord de matière minérale. Dans un pareil liquide, en effet, toute végétation est forcément chétive, soumise à mille hasards et à mille caprices apparents. L’être qu’on y ensemence a mille chances d’être refoulé et détruit par une espèce moins difficile, s’accommodant mieux que lui des conditions pénibles d’existence qu’on lui offre. En ajoutant à ce liquide un seul des éléments minéraux dont il aurait besoin pour devenir vraiment nutritif, on ne l’améliore guère, et on court presque les mêmes chances de voir dévier le phénomène qu’on veut étudier, sous l’influence du développement d’un parasite. De plus, les deux actions que l’on compare se traduisant toutes deux par des chiffres très faibles, la plus petite cause d’erreur, la plus petite difficulté expérimentale, et on devine si elles doivent être fréquentes avec ces infiniment petits dont la physiologie est si peu connue, influent dans une proportion énorme sur le résultat. Ceci nous ramène à la nécessité d’un milieu type, donnant le rendement maximum.

Avec la levure il y a une difficulté de plus : quel est le rendement que l’on doit chercher à évaluer? En songeant à l’importance du rôle de ce végétal comme

ferment, on pourrait être tenté de conclure qu'il faut songer au rendement en acide carbonique dans un temps donné, rendement qui est proportionnel à factivité de la fermentation ou de la levure. Mais nous savons que cette activité ^ est sous la dépendance presque exclusive d’un élément qui, bien que de nature minérale, n’est pourtant pas d’ordinaire compté au nombre des aliments miné- ' .'aux. Nous voulons parler de l’oxygène. Il faudrait alors, pour conclure, com- ■ mencer par éliminer cette influence prépondérante, en maintenant constantes les conditions d’aération du liquide d’ensemencement, et même, comme nous l’avons vu, celle de la semence. On rencontrerait certainement à cela de grandes difficultés.

A défaut de cette voie, on peut essayer de traiter la cellule de levure comme un végétal ordinaire, et de trouver le critérium de ces expériences dans l’augmentation du poids vivant. Mais il y a encore à cela une difficulté de sens inverse à la précédente. L’air joue aussi, dans la multiplication des globules de levure, un rôle important, et qu’on ne peut méconnaître. Il faudrait donc assurer, pendant tout le temps de la multiplication, aux globules anciens et nouveaux le libre contact de ce gaz, de façon à exalter autant que possible la puissance végétative, et à rabaisser le pouvoir ferment. Cela exigerait encore un dispositif compliqué; mais, malgré tout, l’expérience paraît plus facilement réalisable sous cette dernière forme que sous la première.

Si on abandonne le terrain de la théorie, et si on se pose seulement ce problème, plus pratique, de savoir quels sont les sels minéraux qui favorisent la marche d’une fermentation ordinaire, on peut simplifier son manuel opératoire, mettre en train deux fermentations aussi identiques que possible, surtout au point de vue de leur degré d’aération, l’une avec, l’autre sans l’élément envisagé, et comparer la rapidité de leur marche ; mais toujours on viendra se heurter ii la nécessité de la création préliminaire du milieu type, donnant la fermentation la plus complète dans le temps le plus court.

Travaux de M. Mayer. — Tous ces développements nous permettent d’apprécier le travail le plus important publié jusqu’ici, sur la nutrition minérale de la levure. Il est de M. A. Mayer, et date de 1869. M. Pasteur avait déjà, à cette époque, établi l’influence de l’air sur la multiplication et le pouvoir ferment de la levure, mais ses expériences n’avaient pas frappé l’attention comme elles l’ont fait depuis, et M. Mayer néglige cette influence de l’air. Première cause d’incertitude dans ses résultats.

Il ne suit pas la méthode de M. Raulin, et se contente d’apprécier les effets qui résultent de l’introduction dans un milieu, privé d’éléments minéraux, de quelques sels isolés ou mélangés. Aucun des milieux qu’il constitue ainsi n’étant propre à un bon développement de levure, il reste exposé aux développements latéraux de parasites qui viennent masquer les résultats, et enlever toute signification à la plupart de ses expériences. On aurait pu éviter une partie de ces inconvénients, et améliorer un peu la méthode, soit en employant de la levure pure, soit en faisant chaque expérience en double, en triple ou en quadruple, de façon à éliminer autant que possible l’influence des cas particuliers. M. Mayer a négligé cette dernière précaution. Quant 'a l’emploi de la levure pure, il n’a pu

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s’introduire dans les laboratoires qu’à la suite des travaux de M. Pasteur sur la bière, publiés en 1873.

Aussi, si on envisage chacun des résultats particuliers auxquels est arrivé M. Mayer, est-on exposé à trouver des faits un peu étranges. C’est ainsi, par exemple, que l’addition de phosphate de chaux à un milieu renfermant déjà du phosphate de potasse et du sulfate de magnésie paraît produire un effet nuisible sous une dose de 05',005 sur 20 centimètres cubes de liquide, un effet très favorable avec 0,010, et de nouveau un effet défavorable avec 0,030. Cela tient à ce que dans les deux cas où l’influence a été fâcheuse en apparence, il s’est développé du ferment lactique; mais on voit à quelles erreurs singulières est sujet ce mode d’investigation.

Pourtant, si on envisage, non pas le détail des expériences de M. Mayer, mais leur ensemble et comme le gros de ce travail, on peut en tirer certaines conclusions qui ne sont pas sans intérêt.

Ce qui en ressort tout d’abord, c’est l’influence prépondérante du phosphate de potasse. De tous les sels qui peuvent servir à la nutrition de la levure, c’est celui qui produit l’effet le plus marqué, soit qu’on l’ajoute seul à un liquide où il n’y a pas d’autre aliment minéral, soit qu’on l’ajoute à un mélange minéral incomplet, où manquent deux ou plusieurs éléments. On se rend facilement compte de cette prépondérance si on se rapporte à la composition des cendres de la levure donnée au chapitre précédent. On voit que le phosphate de potasse y est prédominant, et il est clair que la levure, en ayant pour ainsi dire flus besoin que de tout autre sel, doit accuser sa présence ou son absence par des phénomènes plus marqués.

Ainsi qu’on a le droit de s’y attendre, soit en vertu de ce que nous savons déjà, soit simplement en se rapportant à la composition des cendres de la levure, le phosphate de potasse ne peut être remplacé par du phosphate de soude ou du phosphate d’ammoniaque. La potasse joue un rôle individuel. Il est évident qu’il en est de même pour l’acide phosphorique.

Les sels de magnésie ne sont pas moins nécessaires. Viennent ensuite les sels de chaux. Ces deux bases ne peuvent pas se suppléer l’une l’autre. Toutefois, dans les essais de M. Mayer, la magnésie paraît être plus importante que la chaux, à tel point qu’on est amené à se demander si la chaux est bien nécessaire. Il faudrait, pour répondre à cette question, trouver un milieu duquel la chaux soit totalement absente, chose difficile; car soit par l’eau, soit par le sucre, elle s’introduit toujours quelque part à l’insu de l’observateur; et comme les cendres n’en contiennent que très peu, la moindre source alimentaire leur suffît.

Quoi qu’il en soit, le mélange salin qui a donné les meilleurs résultats, au point de vue de la fermentation, est formé de ;

05'', 1 de phosphate de potasse (KO, 2H0, PhO^*),

05^,1 de sulfate de magnésie (MgO, SO® -f- 7HO),

Os^Ot de phosphate de chaux (3CaO,PhO®).

le tout pour 20 centimètres cubes de solution sucrée avec 15 p. 100 de sucre candi.

Ce mélange salin contient les éléments minéraux principaux de la levure à

peu près dans lés mêmes proportions que celles qui résultent de la moyenne des analyses de Mitscherlich. On peut s’en convaincre, en comparant les deux colonnes du tableau qui suit, dont la première indique les quantités des divers éléments correspondant aux chiffres donnés plus haut pour le mélange nutritif, et dont la seconde donne les nombres moyens des analyses de Mitscherliph, rapportés à 100 de cendres,

Mélange Mayer. Mélange naturel.

Acide phosphori Potasse.

Magnésie.

Pans le mélange artifici

excès. Mais cela n’a aucune importance.

iel, on le voit, la magnésie et la chaux sont en léger

Rôle du Moufre, — L’analyse de Mitscherlich ne vise pas un élément important, bien qu’il ne soit jamais présent qu’en faibles quantités. Nous voulons parler du soufre. L’existence d’un végétal se passant de soufre pour ses besoins alimentaires impliquerait l’existence d’un protoplasma sans soufre aussi, et on n’en connaît point de pareil. Celui de la levure en particulier en renferme, et, dans des analyses plus soigneuses, on retrouve en effet, comme nous l’avons montré au chapitre précédent, le soufre au nombre des éléments minéraux de la levure.

A quoi l’emprunte-t-elle ? Dans le mélange de M. Mayer, il y a bien de l’acide sulfurique qui pourrait à la rigueur le lui fournir; mais la levure ne semble pas pouvoir décomposer les sulfates. De plus, ce qui lève tous les doutes au sujet du rôle de cet acide, on peut obtenir une fermentation dans un liquide qui ne renferme que du sucre candi, du phosphate de potasse et du phosphate ammoniaco-magnésien.

Ce mélange ne renferme pas de soufre en apparence, et on pourrait se croire autorisé à conclure que la levure n’a pas besoin de ce corps. Cependant la calcination de la levure et celle du résidu d’évaporation du liquide ont toujours permis à M. Mayer d’y reconnaître des traces de soufre, même lorsqu’il préparait son phosphate de potasse avec de la potasse tout à fait pure et du phosphore exempt de soufre, et qu’il prenait tous les soins possibles pour éliminer le soufre de la très petite quantité de semence de levure qu’il employait.

Après avoir longtemps cherché d’où pouvait provenir le soufre qu’il trouvait à la fin des fermentations, il a fini par en découvrir l’origine dans le sucre candi. Le sucre candi le plus blanc en renferme toujours. On le prouve facilement par le procédé suivant : on pulvérise finement le sucre avec 1/5 de son poids de salpêtre pur; on calcine le tout dans une capsule de platine. On obtient ainsi des cendres, encore charbonneuses, formées surtout de carbonate de potasse, qu’on pulvérise encore avec de nouveau sucre, qu’on calcine à nouveau, et ainsi de suite, jusqu’à ce qu’on ait brûlé une certaine quantité de sucre, et obtenu assez de cendres pour y rechercher l’acide sulfurique. Le salpêtre ajouté au commencement, et qui passe bientôt à l’état de carbonate de potasse.

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favorise la calcination et prévient toute perte de soufre. On sature à la fin par de l’acide chlorhydrique pur, et le liquide filtré donne toujours un louche avec le nitrate de baryte.

Dans un sucre très blanc, qui ne contenait que 0,06 p. 100 d’azote, proportion très inférieure à celle qu’on trouve d’ordinaire, M. Mayer a trouvé 0,006 p. 100 de soufre, La proportion est très faible et paraît au premier abord négligeable; niais si on songe qu’il ne se forme quelquefois pas plus de 1 gramme de levure dans la fermentation de 100 grammes de sucre, on voit que ce poids de levure a eu à sa disposition 6 milligrammes de soufre. C’est à peu près ce qu’il lui en faut, si on se rapporte aux analyses faites dans le laboratoire de Liebig,

Toutes les tentatives faites par M. Mayer pour préparer du sucre exempt de soufre ont échoué. Mais il ne semble pas douteux que si on arrivait à priver totalement de soufre une levure, elle ne se reproduirait pas.

On voit quelles difficultés on rencontre quand on veut étudier l’influence d’un élément minéral qui n’a besoin d’être présent qu’en proportions très faibles. Il en est pour la magnésie, et surtout la chaux, comme pour le soufre, bien qu’à un moindre degré, et les imperfections que nous avons dû relever dans le travail de M. Mayer s’expliquent aisément, si on songe combien était délicat le problème qu’il s’était proposé de résoudre.

BIBLIOGRAPHIE

Pasteur, — Mémoire sur la fermentation alcoolique. Ann, de ch. et de phys., t. LVITI, 1850. Ad. Mayer. — l/niersuchungen uber die alkoolisehe Gahrung, Heidelberg, 1869,