CHAPITRE XLVII

FERMENTATION BUTYRIQUE DU SUCRE. — FERMENT BUTYRIQUE

Le sucre n’a pas besoin de passer par l’état d’acide lactique pour devenir de l’acide butyrique. 11 peut subir en une seule fois cette transformation, sous l'influence d’un ferment découvert et étudié par M. A. FiU, et qui préside en outre à d’autres fermentations intéressantes que nous mettrons à la suite de celle du sucre.

Ferment butylitfue. — Ce ferment, tig. 87, est un bacillus assez large et assez trapu, ayant en moyenne 2F de large et o a 6F de longueur. Mais ces dimensions sont variables avec l’âge du microbe et la composition du liquide.

Fig. 87.

Le bâtonnet jeune est un peu plus mince que lorsqu’il est vieux. Il est aussi plus effilé et plus long dans les liquides albumineux. Il devient plus large dans les liqueurs riches en glycérine. Il arrive du reste souvent, lorsque la fermentation est bien en train, que les articles se renflent, rappelant ainsi les cellules mycéliennes du mucor racemosus qui se bombent en forme de tonneau, lorsqu’elles ont épuisé tout l’oxygène du liquide où elles vivent, et qu elles y produisent un commencement de fermentation.

bans des cas très rares, et de préférence lorsqu’on n’a pas entouré le microbe de ses conditions favorables de développement, on trouve des cellules en forme de boudin, ou même recourbées en forme de houe.

Ce bâtonnet est immobile lorsqu’il est jeune et qu’il se développe dans un liquide fortement aéré. Il ne donne pourtant jamais de pellicule à la surface. ^ l’intérieur du liquide privé d’oxygène et en fermentation, ses mouvements tacYCLOF. cma.

sont vifs et paraissent s’accompagner d’une rotation autour de l’axe. On ne le trouve jamais en masses zooglœiques.

Le contenu de la cellule est d’abord homogène et invisible, et reste longtemps tel dans les liquides albumineux, ou dans ceux qui renferment de fortes proportions de glycérine, d’alcool éthylique ou d’alcool butylique ; mais d’ordinaire, les spores apparaissent au bout d’un temps très court, quelquefois après deux ou trois jours de végétation seulement. Cette apparition est précédée d’un phénomène que nous étudierons de plus près dans le bacillus amylobacter^ mais qu’il est utile de signaler de suite. Le contenu de la cellule qui, dans l’état de jeunesse, se colore en jaune par l’iode, se colore en bleu ou même en noir quand la spore va se former. Quelquefois la coloration a lieu dans toute la masse, quelquefois par bandes réparties au nombre de deux a six sur la longueur de l’article, quelquefois sur un point seulement.

Les spores a sont ovales, comme le représente la figure, et ont la largeur du bâtonnet lui-même. On leur trouve pourtant quelquefois des formes irrégulières, allongées ou recourbées. Quand on les ensemence dans du liquide neuf et qu’elles se développent, elles perdent leurs contours accusés, leur éclat, et deviennent triangulaires. Le mode d’apparition de l’être nouveau n’a pas été examiné de plus près.

Aliments hydroeai-lionés. — Ce ferment que M. Fitz a nommé, nous allons voir bientôt pourquoi, bacillus buiylicus, peut vivre et se développer dans des solutions de lactate de chaux, de lactale d’ammoniaque, de glycérate de chaux, d’érythrite, de malate de chaux, de tartrate de chaux, de tartrate d’ammoniaque, de citrate de chaux, de sucre de lait, de quercite, de quinate de chaux. Mais il n’y détermine aucune fermentation. Il est là comme la levure de bière en présence du sucre de lait. Il fait au contraire fermenter très activement le sucre, la glycérine et la mannite.

Ceci est intéressant et mérite de nous arrêter un moment. Nous avons eu le droit d’expliquer l’inertie de la levure en présence du sucre de lait en disant qu’elle ne sécrétait pas de diastase pouvant rendre ce sucre assimilable. L’histoire des autres sucres, par exemple celle des rapports du sucre de canne avec le mucor circinelloides nous donnait ce droit. Mais ici nous n’avons rien de pareil à invoquer pour nous expliquer comment ce vibrion butylique ne fait pas fermenter par exemple le malate et le tartrate de chauxj ou encore le lactate de chaux, qui n’ont besoin d’aucune transformation diastasique pour devenir assir milableSj et peuvent, en effet, subir des fermentations très diverses. Il nous faut, pour répondre à cette question, nous adresser à la théorie générale de la fermentation que nous avons esquissée au chapitre XXXVlI, et dire que le ferment butylique, anaérobie, comme nous allons le voir, ne peut faire fermenter que les substances qui renferment assez d’énergie pour suffire à ses besoins vitaux particuliers, et laisse les autres, tout en pouvant vivre à leur contact, en utiliser même les matériaux, mais à la condition d’avoir toujours de l’oxygène à sa disposition, et d’y trouver l’excédant d’énergie que ne peut lui fournir la destruction à l’abri de l’air de ces matériaux, non fermentescibles pour lui. Nous sommes donc conduits à séparer, pour le ferment butylique, comme pour tousles

DÜCLA.UX, — CHIMIK BIOLüii] )Ui:.

autres microbes, la notion de la substance alimentaire de celle de la substance fermentescible, celle du composé dont ils peuvent utiliser les matériaux au contact de l’air, de celle du corps qu’ils peuvent détruire à l’abri de l’air. Toutes choses égales d’ailleurs, il est clair qu’il faut dans le second de l’énergie de plus que dans le premier.

A vrai dire, cette notion n’est pas nouvelle. Elle date du jour où M. Pasteur a réussi à faire vivre la levure dans un liquide où elle ne produisait pas de fermentation. Mais lii la notion est un peu moins claire. Dans sa première expérience faite sur le sucre de lait, M. Pasteur ne s’est pas assuré que ce corps avait été mis en œuvre par la levure. Il se peut que celle-ci se soit uniquement formée aux dépens des matériaux albuminoïdes de la liqueur, car nous savons, aussi par M. Pasteur, quelle peut vivre dans de l’eau de levure pure, sans aliment bydrocarboné. Dans cette eau de levure, d’un autre côté, il n’y a pas à s’étonner de ne voir apparaître aucune fermentation, puisqu’on n’y connaît guère aucune substance fermentescible, et que celle qui pourrait s’y trouver, la dextrane de Nægeli, y est dans un grand état de dilution. Voilà pourquoi il est intéressant de trouver un microbe faisant fermenter activement une dissolution de sucre et respectant une solution de lactate de chaux. S’il n’y a pas eu d’erreur dans l’observation de M. Fitz, elle donne l’exemple le plus clair de la différence qu’il peut y avoir, pour de certains microbes, entre consommer une substance au contact de l’air ou la faire fermenter a Tabri de l’air.

Perte rtu pouvoir fermeut. — A la notion que nous venons de développer se relient d’autres faits curieux. Le bacülus butylicus peut perdre sous diverses influences son pouvoir ferment, et se comporter vis-à-vis des substances dont il provoque si facilement à l’état ordinaire la fermentation, la transformation à l’abri de l’air, comme vis-à-vis de celles qu’il ne peut consommer qu’au contact de ce gaz.

La chaleur est une de ces influences. Des spores de bacülus butylicus ensemencées dans une solution de glycérine et d’extrait de viande, ont été chauffées à l’ébullition pendant 1, 3, 6, 10, 15 et 20 minutes. Les deux premiers flacons ont seuls donné un développement, et il n’y a eu fermentation que dans celui qui a été bouilli une minute.

Dans une autre série d’expériences identiques, faites avec du sucre de raisin et de l’extrait de viande, il y a eu développement dans les quatre premiers flacons. Il n’y a eu fermentation que dans ceux qui avaient été chauffés une et trois minutes, il n’y a eu que développement du bacülus, sans fermentation, dans ceux qui avaient été bouillis six et dix minutes.

11 n’est même pas nécessaire, comme nous allons le voir, de chauffer à l’ébullition pour détruire le caractère ferment. Deux flacons, ensemencés de spores, et contenant une solution de glycérine avec de l’extrait de viande, ont été laissés deux 1 1 six heures dans une étuve à 95°. Dans le premier, il y a eu développement du microbe, mais pas de fermentation. Dans le second, les spores étaient mortes.

D’autres flacons identiques aux précédents ont été laissés dans une étuve à 90“ pendantles nombres d’heures que voici : 2, 2 1/2, 3, 3 1/2, 4, 4 1/2, 5, 5 1/2, 6 et 11 heures. Le dernier seul n’a pas donné de développement. Dans les trois

premiers, il y a eu fermentation, avec une activité régulièrement décroissante. Dans les autres, il y a eu développement du bacillus sans fermentation.

A 80“, il y a encore développement des spores après sept heures de chauffe, mais pas de fermentation.

A 70°, le pouvoir ferment n’est pas supprimé après douze heures de chauffe.

Les détails dans lesquels nous venons d’entrer indiquent bien que la disparition de la propriété d’être ferment est un phénomène pathologique. Elle précède, comme on voit, de très peu la mort, qui est le dernier terme de la série de désordres produits par Faction de la chaleur. Voici une autre influence qui semble au premier abord différente.

Le pouvoir ferment peut aussi être aboli lorsque l’on fait vivre le bacillus en présence d’une quantité exagérée et suffisamment renouvelée d’oxygène. Sèmet-on par exemple, seulement quelques cellules dans une grande quantité de liquide nutritif, le pouvoir ferment est faible ou même disparaît totalement.

On arrive au même résultat en cultivant toute une série de générations du microbe au large contact de l’air, dans un liquide nutritif mais non fermentescible, par exemple dans une dissolution d’extrait de viande, étalée en couche mince au fond d’un matras à fond plat. En ensemençant le premier de ces malras, puis, quatre jours après, le second avec le premier, et ainsi de suite jusqu’au quatrième, rapportant ensuite de ce dernier la semence dans un liquide fermentescible, on a obtenu un développement, mais pas de fermentation. La môme expérience a été faite avec du lactate de chaux et a conduit au même résultat.

Dans leur ensemble, ces résultats nous rappellent ceux que nous avons constatés p. 112 de cet ouvrage sur Faction de l’oxygène sur les microbes producteurs de maladies contagieuses, tels que la bactéridie charbonneuse. Ceux qui sont relatifs à Faction de la chaleur rappellent les travaux de M. Toussaint et de M. Chauveau, sur la diminution de virulence des virus charbonneux; mais ils ont l’avantage sensible de se rapporter à des expériences faites in vitro, et de ne pas mettre en jeu, dans leur interprétation, des notions aussi délicates que celle de la réaction de l’organisme contre les microbes qui tentent de s'y implanter. Le n’est plus un être vivant qui cède ou ne cède pas à Faction d’un virus diversement atténué, c’est une même matière morte, la glycérine ou le sucre, qui fermente ou ne fermente pas sous Faction d’un microbe diversement soumis à Faction de la chaleur ou à celle de l’oxygène.

Comment interpréter ce fait, et d’abord comment comprendre que deux actions aussi différentes que celle de la chaleur et celle de l’oxygène conduisent au même résultat? Si dissemblables qu’elles soient, remarquons pourtant qu’elles ont des points communs, et que même on pourrait, par des hypothèses plausibles, les rattacher l’une à l’autre. On a le droit d’admettre que lorsqu’o.»! soumet un lot de spores à Faction de la chaleur, elles ne sont pas toutes tuées au bout du même temps, et qu’un instant avant qu’elles ne soient toutes mortes, il en reste quelques-unes qui, ensemencées dans un liquide nutritif, se trouvent dans le môme cas que lorsqu’à la suite de M. Fitz, on ensemence un petit nombre de spores non chauffées dans un volume exagéré de liquide. L’action de la chaleur reviendrait dans cette hypothèse à réduire la quantité de semence, et

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à faire intervenir cette influence des doses, que M. Chauveau a rencontrée dans ses études sur les virus.

D’un autre côté, on pourrait soutenir aussi que chez un être aussi certainement anaérobie, l’action de l’oxygène doit produire à la longue une influence débilitante analogue à celle que produit certainement la chaleur. Dans la fermentation, en effet, il y a une répercussion d’actions: le microbe a besoin de su commencer, pour trouver dans la chaleur rendue disponible par la des- ■Tuction de la proportion minime de matière embrassée dans sa première attaque, ce qu’il lui faut pour la continuer. Elle est, en quelque sorte, comme nous l’avons vu, assimilable à la destruction d’un corps explosif, qui a besoin d’être provoquée sur un point pour pouvoir continuer. On comprend facilement dès lors qu’il faut à l’être vivant qui la provoque une certaine intensité de vie, que le contact de la chaleur ou le séjour prolongé à l’oxygène peuvent lui faire perdre.

En somme, nous revenons toujours, ici comme lorsqu’il s’est agi d’expliquer la diminution dans la virulence de la bactéridie, à des variations survenant dans les propriétés physiologiques de l’être vivant. Ces variations ne l’empêchent pas de vivre et de se développer au moyen de ses substances nutritives. Elles pourraient même passer inaperçues dans des conditions de vie facile, ou ne se traduire que par des différences dans la rapidité ou la puissance de reproduction, si ces êtres n’étaient pas capables, dans certaines circonstances, de mener une vie différente, plus pénible certainement que la première, accomplie avec effort, et exigeant la victoire sur certaines résistances, celle qu’oppose la destruction à l’abri de l’air de la molécule d’une substance fermentescible, ou celle qui résulte de la concurrence vitale des cellules d’un organisme vis-à-vis des ferments qui pourraient tenter de s’y implanter.

ContlUions physiologiques de la fernaeiitation. — Revenons maintenant à l'étude des conditions dans lesquelles s’accomplit une fermentation régulière. Nous connaissons déjà trois substances hydrocarbonées qui peuvent la subir :1e sucre, la glycérine et la mannite. Les deux dernières n’ont besoin de l’action préparatoire d’aucune diastase. Il en est de même pour le sucre quand il est sous forme de glucose ou de sucre interverti. Le microbe s’en accommode encore quand on le lui présente à l’état de sucre candi, parce qu’il sécrète de la sucrase qui le transforme; comme il ne sécrète pas d’amylase, il ne peut transformer l’amidon. Comme aliment azoté, il peut se nourrir de diverses matières albuminoïdes. M. A. Fitz s’est en effet assuré qu’il sécrétait une ou plusieurs diastases capables de liquéfier la fibrine, la caséine, le gluten et l’albumine du sérum; mais son action sur ces substances s’accomplit sans dégagement de gaz et sans fermentation

Les meilleurs milieux sont des solutions à 3 p. 100 de sucre, de mannite ou de glycérine, additionnées de d’extrait de viande, et d’une quantité suffisante de carbonate de chaux destiné à maintenir la neutralité de la liqueur. Il est bon de ne pas opérer sur des liqueurs plus concentrées. Non pas que le l'acillus n'y puisse vivre, l’expérience a montré qu’il pouvait faire fermenter

des dissolutions à 20 p. 100 de glycérine, mais si la fermentation y commence, elle ne s’y termine pas, à cause de l’action nocive de ses produits sur l’être qui en est l’agent. Nous allons voir que ces produits sont de l’acide butyrique, de l’alcool butylique, et un peu d’alcool ordinaire. Or, l’expérience a montré que le bacillus ne se développait pas dans des liquides renfermant au-dessus de 0,05 ou 1 p. 100 d’acide butyrique, de 0,9 à 1,05 p. 100 d’alcool butylique, et de 2,7 à 3,3 p. 100 d’alcool. Ces limites ne sont pas absolues, et nous savons, par les détails donnés dans la première partie de cet ouvrage, que tout en représentant peut-être les conditions défavorables à la germination des spores, elles sont sans doute inférieures à celles de la reproduction des êtres adultes, mais elles sont évidemment très étroites, et c’est en partie pour supprimer l’influence nuisible de l’acide butyrique, qu’on ajoute du carbonate de chaux à la liqueur fermentescible.

Conditions de température. — La température la plus favorable est voisine de 40°. A 42°, la fermentation est encore rapide, mais son activité décroît à mesure que la température monte. Elle cesse de pouvoir se produire entre 45 et 45°,5. Cette limite est d’ailleurs peut-être variable avec la nature du milieu et l’état de la semence.

Le microbe adulte n’est pourtant pas tué à cette température. Après trois semaines d’inertie à la température de 46°: un flacon s’est mis à fermenter quand on l’a ramené à 37°. La mort n’a lieu que quelques degrés plus haut. Quand on opère sur des spores, les limites s’élèvent beaucoup, et, comme nous avions le droit de nous y attendre, M. Fitz les a trouvées variables avec l’âge et la qualité des spores, ainsi qu’avec la nature du milieu. Par exemple, avec des dissolutions de glycérine et d’extrait de viande, on a trouvé, pour les durées d’ébullition entraînant la mort des spores, les chiffres suivants dans trois séries d’expériences: pour la première: entre trois et cinq minutes; pour la seconde: entre six et dix minutes ; pour la dernière : entre quinze et vingt minutes.

Avec la mannite, les durées d’ébullition nécessaires pour stériliser la liqueur ont varié entre six et dix minutes, avec le glucose entre trois et six minutes dans un cas, entre dix et quinze minutes dans un autre.

On n’a pas besoin de recourir à l’ébullition pour tuer les spores, une température inférieure suffit, à la condition qu’on lui laisse le temps d’agir. Ainsi il faut entre deux et six heures pour amener la mort à 95°, entre six et onze heures à 90°, entre sept et onze heures à 80° ; à 70°, douze heures ne suffisent pas ’a stériliser la liqueur.

Tous ces nombres se rapportent à des liquides renfermant de la glycérine et de l’extrait de viande. La résistance est un peu moindre dans des solutions de sucre de raisin. Il ne faut que deux heures à 95°, ou six heures à 90°, pour tuer les spores,

La résistance est aussi plus faible dans des dissolutions de glycérine additionnées de sel ammoniac comme aliment azoté, que dans celles où on a mis de l’extrait de viande. La mort survient, dans les premières liqueurs, entre deux heures et demie et trois heures ’a 90°, au lieu de six heures au minimum qù’exigent les autres.

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Quand on a à stérilisef les liquides d’ensemencement, le plus sûr est de les chauffer à 110°.

Analyse des produits. — Le liquide de fermentation contient d'ordinaire un mélange complexe de produits que M. Fitz a séparés par les procédés suivants :

On le soumet d’abord à la distillation. Comme il est a peu près neutre, on sépare ainsi les alcools, qu’on concentre par des distillations successives et au besoin par le carbonate de potasse. L’étude de leurs températures d’ébullition à la distillation fractionnée, et au besoin celle de leurs produits d’oxydation par le chromate de potasse et l’acide sulfurique, renseigne sur leur nature et sur leurs proportions approximatives.

Comme on a pesé le carbonate de chaux introduit à l’origine dans le vase en fermentation et ce qui en reste à la fin, on sait la quantité de chaux entrée en solution. On ajoute la quantité d’acide chlorhydrique strictement nécessaire pour la saturer, et on distille à nouveau. Les mêmes procédés que ceux dont on vient de se servir à propos des alcools, renseignent sur la nature et les proportions approximatives des acides volatils. Le procédé ne permet pas de séparer ceux qui sont en trop petite quantité, et on ne peut être mis sur la trace de leur présence qu’en étudiant les sels de chaux ou d’argent obtenus en saturant séparément les produits de la distillation fractionnée. Le résidu de chaux ou d’argent laissé par la calcination d’un certain poids de ces sels varie assez de l’un à l’autre pour qu’on puisse savoir à peu près si l’on a affaire à un sel pur ou à un mélange. Dans le premier cas, il n’y a guère d’incertitudes; dans le second, il est toujours délicat de savoir quels sont les sels mélangés. L’emploi des procédés que j’ai indiqués dans mon travail sur les vins, et que j’ai déjà visés dans le courant de ce livre, ferait disparaître toutes les hésitations, et conduirait à découvrir des traces d’acides volatils que le procédé de M. Fitz laisse noyés et inaperçus dans la masse.

Le résidu laissé par la distillation des acides volatils peut maintenant renfermer des acides fixes. Son traitement par l’éther serait long et ennuyeux. 11 vaut mieux précipiter par de la soude toute la chaux, dont on connaît la quantité, concentrer le liquide filtré, l’évaporer à sec au bain-marie, et l’épuiser par l’alcool absolu, qui laisse le sel marin et dissout les acides fixes. On évapore le liquide alcoolique, on dissout le résidu dans l’eau, et on sépare par l’éther les acides solubles. Ces acides consistent surtout en acide lactique, qu’on caractérise par son sel de zinc.

Cela posé, nous pouvons entrer dans l’étude des produits que fournissent le sucre, la mannite et la glycérine.

Prodnitsi de la fernientatîoii. — Swcre. — Le liquide de fermentation est un peu acide. Il contient un peu d’alcool butylique normal, de l’acide butyrique normal, mélangé d’une trace d’un acide gras supérieur, sans doute d’acide caproïque, et comme acide fixe, une petite quantité d’acide lactique.

Mannite. — Le liquide de fermentation est aussi un peu acide. On y trouve

de l’akool butylique normal avec une trace d’alcool éthylique, et de l'acide butyrique pur, sans mélange d’autre acide. Dans le résidu, on trouve un peu d’acide lactique et d’acide succinique.

Glycérine. — Les produits de la première distillation sont de l’alcool buty- Kque mélangé d’une quantité minime d’alcool ordinaire. Les acides volatils "ont formés d’une petite quantité d’acides acétique et caproïque, avec un grand 'Acès d’acide butyrique. Dans le résidu fixe, on trouve de l’acide lactique. Quand on l’en a séparé par l’action de l’éther, on sature de nouveau par la soude, on concentre, on dessèche au bain-marie, et on reprend par l’alcool absolu. Celui-ci sépare un liquide sirupeux, bouillant entre 213 et 217°, et sans doute identique au triméthylenalcool de Freund.

On voit que les produits delà fermentation sont complexes et variables d’une substance à l’autre. Quant à leurs proportions, elles sont variables aussi, comme le montre le tableau suivant qui donne les chiffres approximatifs rapportés à 100 grammes des corps fermentescibles:

On obtient avee j

) sucre interverti. mannite. glycérine.

Alcool butylique . 0,5 10,2 8,1

Acide, butyrique . 12,5 35,4 ‘ 17,4

Acide lactique . 0,3 0,4 1,7

Acide succinique . traces 0,01 »

Triméthylenalcool . >> » 3,4

On voit qu’avec le sucre, l’alcool manque presque totalement, qu’il forme à peu près le tiers du poids des acides volatils avec la mannile, et la moitié avec la glycérine. Si les produits de l’action d’un même microbe sur diverses substances conservent un air de famille, on voit au moins qu’ils sont en proportions très diverses.

Mais il ne faudrait pas croire qu’ils sont beaucoup plus constants quand on opère avec la même substance fermentescible. Leurs variations dans des conditions en apparence tout à fait identiques sont même telles qu’il faut renoncer à voir dans le phénomène qui s’accomplit une fermentation simple. Comme a propos des fermentations butyriques étudiées dans notre dernier chapitre, il faut y voir une série de modes de décomposition survenant dans une même substance, commandés par la même loi physiologique, mais aboutissant à des états d’équilibre très divers. Plusieurs de ces fermentations différentes se superposent dans un même flacon, suivant sans doute l’état de la semence, la plus ou moins grande aération du liquide, peut-être la température. 11 y a là un problème intéressant à résoudre. Mais pour le moment nous n’avons qu’à montrer que tous les produits si divers dont nous venons de constater la formation résultent d’une combustion intérieure subie par la substance aux dépens de laquelle ils prennent naissance, et qu’ils s’accompagnent tous d’une perte d’énergie variable et de la formation d’acide carbonique et d’hydrogène. C’est ce que montrent les formules suivantes:

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Sucre. — Production d’alcool butylique