HISTORIQUE - DÉFINITION

Le mot fermentation qui dérive de fervere (bouillir) désignait à l'origine tous les phénomènes dans lesquels on voyait une masse liquide ou pâteuse se soulever, se boursoufler en dégageant des gaz sans cause apparente ou connue (1).

Le moût de raisin qui bouillonne dans la cuve de vendange, par suite du dégagement d'acide carbonique, la pâte de pain qui se soulève lorsqu'on l'a additionnée de levain sont les plus frappants parmi ces phénomènes.

En appelant fermentation des réactions de cette sorte, on avait cherché à les rapprocher et en même temps à les distinguer par un terme particulier d'autres réactions d'origine moins obscure; telles que l'ébullition de l'eau ou encore le bouillonnement qui se produit lorsqu'on verse un acide sur de la craie.

Plus tard, on observa des phénomènes d'un autre genre dans lesquels des corps se modifiaient aussi spontanément en apparence, mais sans dégagement de gaz, sans boursouflement. On leur donna également le nom de fermentations : telles sont la transformation du vin en vinaigre, la digestion des aliments, etc. La signification première de l'expression « fermentation > s'était donc trouvée ainsi modifiée puisque le caractère commun de tous les phénomènes auxquels on l'appliquait n'était plus le bouillonnement, ni le gonflement, mais uniquement la spontanéité.

Il est certain que ce dernier caractère devait prendre une grande importance aux yeux des observateurs. Ainsi, pour ne parler que de la fermentation alcoolique des matières sucrées, on savait bien, même avant Lavoisier, qu'on pouvait la déterminer à ?aide d'une sorte de dépôt qui se forme dans tous les jus sucrés fermentés

spontanément ; mais dans l'ignorance où l'on était de la nature de ce dépôt, ou lui attribuait une force mystérieuse capable d'amener une production d'alcool et d'acide carbonique.

Ce caractère de spontanéité lai-même perdit dans la suite toute sa valeur.

En 1835, Gagniard-Latour (2) découvrait la nature vivante de la levùre de bière et en 1837 (3) il émettait sur le rôle de cet organisme dans la transformation du sucre en alcool et acide carbonique une opinion qu'on doit considérer comme ayant conduit à la conception moderne des fermentations. «Les globules de levure, disait-il, semblent nagir sur une dissolution de sucre qu'autant qu'ils sont en état de vie, d'oîi V on peut conclure que c'est trèsprobablement par quelqiC effet de leur végétation quHls dégagent de Vacide carbonique de cette dissolution et la convertissent en une liqueur spiritueuse ».

Cette manière de voir, formulée presqu'en même temps et d'une façon indépendante par Scliwann (4) et par Kûtzing (5) a été définitivement établie parles travaux de Pasteur. L'intervention d'un organisme vivant dans la fermentation alcoolique est ainsi énoncée par ce dernier savant (6) : « L'acte chimique de^ la fermentation est essentiellement un pliénomène corrélatif d'un act^e vital, commençant et s' arrêtant avec ce dernier. Je pense qu'il n\j a jamais fermentation alcoolique sans quHl y ait simultanément organisation, développement, multiplication de globules ou vie continuée, poursuivie, des globules déjà formés ».

Et ce qui est vrai pour la fermentation alcoolique, l'est aussi comme l'a montré Pasteur, pour les fermentations lactique, butyrique, acétique. Il y a donc des fermentations dont l'apparition n a pas pour caractère la spontanéité, puisque nous connaissons et cultivons à notre fantaisie les organismes vivants qui peuvent les déterminer. Sont-elles toutes dans le même cas? G est^ ici que doit intervenir une distinction qui a été pour la première fois exposée avec précision en 1860 par Bertlielot (7).

Lorsqu'on ensemence une solution de sucre de canne avec de la levûre de bière, on remarque que ce sucre se transforme en glucose et lévulose. Ce phénomène que, pour des raisons qui seront exposées plus loin, on appelle interversion, précède to^^J^uij la leimentation alcoolique du sucre de canne. Ce sucre n est P^s ^ tement fermentescible; ae qui fermente en présence de la levuie,

ce sont les sucres, glucose et lévulose auxquels l'interversion donne naissance.

Dubrunfaut (8) et plusieurs autres savants avaient déjà insisté sur le pouvoir inversif de la levûre de bière : mais, comme on savait que l'interversion du sucre de canne est déterminée par les acides étendus, on pensait le plus généralement que, dans le cas de la levûre, l'interversion était le fait de l'acidité de la liqueur.

Berthelot, après avoir démontré que l'interversion du sucre de canne se fait par la levûre de bière dans une liqueur alcaline, réussit à séparer de l'extrait aqueux de levûre obtenu à froid une matière azotée particulière, soluhle dans ?eau, et dont la solution pouvait intervertir le sucre de canne. Il l'appela ferment glucosique. Cette matière que Béchamp séparait aussi quelques années plus tard (9) peut être précipitée par addition d'alcool de sa dissolution aqueuse. On peut ensuite la redissoudre dans l'eau et elle conserve ses propriétés. Elle n'est donc pas organisée.

On connaissait depuis longtemps des composés possédant des propriétés analogues, par exemple la diastase qui transforme l'empois d'amidon en sucre et que Payen et Persoz avaient retirée de l'orge germé en 1833 (10). Les réactions qu'ils déterminent avaient été rangées parmi les fermentations. Mais comme on ne savait pas que certaines de ces fermentations étaient produites par des êtres organisés, on ne les avait pas distingués particulièrement.

Dans le cas de l'interversion du sucre de canne, la distinction est saisissante, et Berthelot l'énonçait en ces termes : « On voit clairement ici, disait-il, que l'être vivant n'est pas le ferment ; mais c'est lui qui Veyigendre; aussi les ferments solubles une fois produits exercent-ils leur action indépendamment de tout acte vital ultérieur-, cette action ne présente de corrélation nécessaire à Végard d'aucun phénomène physiologique. »

A côté des fermentations produites par des êtres organisés, il y a donc des fermentations déterminées par des corps organiques solubles, mais inorganisés. Cette distinction constitue la première notion fondamentale à laquelle ont abouti tous les travaux effectués de 1835 à 1860 sur ce sujet.

Mais la découverte de Cagniard-Latour n'a pas seulement conduit a cette distinction. Lorsque la nature vivante de certains ferments fut bien établie, on songea à observer de plus près leur développement, à étudier les conditions de leur existence et l'on

dût bientôt reconnaître que ces organismes dans leurs manifestations et leurs besoins physiologiques se rapprochent des autres êtres vivants beaucoup plus qu'on ne l'avait pensé tout d'abord.

Examinons quelques-uns des faits qui justifient ce rapprochement.

Lorsqu'on met de la levûre de bière dans un liquide sucré, le sucre disparaît, et il se forme de l'alcool et de l'acide carbonique. C'était là la réaction caractéristique de la fermentation alcoolique ; elle n'est pourtant pas particulière à la levûre de bière. On peut la provoquer avec des fruits sucrés comme l'ont fait Lechartier etBellamy (11) ou encore avec des végétaux entiers comme l'a fait Mimtz (12). Il suffit pour cela de mettre ces fruits ou ces végétaux dans des conditions identiques à celles dans lesquelles se trouve la levûre qui fonctionne, c'est-à-dire à l'abri de l'air. On y arrive aisément en les maintenant dans une atmosphère d'acide carbonique ou d'azote : le sucre disparaît, de Tacide carbonique se dégage et l'on peut retirer de Palcool des fruits et des végétaux mis en expérience. Ainsi il se trouve démontré que toutes les cellules végétales peuvent manifester des phénomènes de fermentation lorsqu'on les fait vivre dans une atmosphère privée d'oxygène.

Inversement, la levûre de bière peut, ainsi que l'a démontré Pasteur en 1861 (13) se comporter comme une plante ordinaire. En effet, lorsque la levûre est ensemencée dans un liquide organique non sucré comme l'eau de levûre et qu'on lui fournit beaucoup d'air, elle se développe, augmente de poids sans déterminer de phénomène comparable à une fermentation.

Si au lieu de considérer les produits de la réaction fermentaire, ou de comparer dans leur développement la levûre et les autres êtres vivants, on envisage les substances fermentescibles ellesmêmes, on reconnaît qu'elles sont détruites d'après les mêmes lois et par la levûre et par les tissus animaux.

En 1884, nous avons constaté, M. Dastreet moi (14), que si l'on injecte dans le système veineux ou artériel un mélange à parties égales de glucose et de maltose, en quantité telle qu^il y ait excès de ces sucres par rapport à la consommation par l'économie, on retrouve bien dans l'urine une partie des deux sucres ; mais 1 égalité des proportions n'existe plus : l'un des sucres a été consomme plus rapidement que Vautre, il est plus assimilable. ,

Lalevûre n'agit pas autrement que les tissus. Lorsqu'elle se trouve clans un milieu sucré renfermant plusieurs sucres, elle les détruit avec des vitesses différentes (15). Il y a plus : si on dresse une liste des sucres fermentescibles en les rangeant d'après leur ordre de fermentescibilité et si on les dispose ensuite d'après leur ordre d'assimilabilité, on constate que pour tous ceux qui ont été étudiés jusqu'à présent, les deux ordres sont identiques.

Voici donc que la fermentation alcoolique qui était le type des réactions rangées parmi les fermentations effectuées par des êtres microscopiques organisés, rentre dans les phénomènes biologiques communs à tous les êtres vivants. Ce qui la caractérise, ce n'est plus la réaction elle-même qui peut être provoquée par d'autres êtres plus élevés en organisation ; ce ne sont plus les corps sur lesquels elle s'exerce qui ne sont pas nécessaires à la levûre pour qu'elle puisse vivre et se développer : ce sont les conditions extérieures dans lesquelles celle-ci se trouve placée.

Ces considérations n'ont évidemment de valeur absolue que pour l'organisme qui produit la fermentation alcoolique. Cependant elles s'appliquent encore dans leur signification générale à la plupart des autres organismes regardés actuellement comme des ferments. Ces derniers sont moins connus ; ils n'ont pas été jusqu'à présent étudiés avec autant de persévérance et surtout de succès que la levûre ; mais on sait qu'ils vivent dans des milieux très variés, que si dans certains de ces milieux, ils donnent naissance à la réaction qui les avait fait ranger parmi les ferments, dans d'autres ils se développent sans la produire.

Comme on l'a dit (16), les fermentations par ferments organisés sont des actes de nutrition et les composés qui fermentent sont des aliments. Aussi conçoit-on que ces phénomènes varient dans leur grandeur, comme dans leurs résultats avec les organismes d'une part, et avec les milieux d'autre part.

Pour être logique il faudrait donc ranger dans les fermentations tous les phénomènes chimiques produits dans les êtres vivants. Mais on va voir, qu'en s'appuyant sur certains faits dont la découverte est due à Pasteur et à son école, on est fondé à distinguer un certain nombre de ces phénomènes et à leur conserver le nom de fermentations.

Nous avons vu que tout tissu, et plus généralement que toute cellule, ayant d'ordinaire des besoins d'oxygène, et pouvant lors-

qu'on lui supprime ce gaz vivre encore aux dépens de la matière sucrée qu'elle a à sa disposition, devient dans ce cas un ferment alcoolique. Mais il y a une différence entre cette cellule et le globule de levure ; c'est que celui-ci est infiniment plus apte que la cellule à faire fermenter la matière sucrée. La réaction est faible et lente avec les fruits et les végétaux devenus ferments; elle est rapide et considérable avec la levure. On sent que pour la levûre, faire fermenter est un acte nutritif qui lui est habituel, tandis que pour les autres cellules c'est l'exception.

Ce n'est pas tout; comparons maintenant l'activité du ferment à celle que déploient les autres êtres vivants placés dans des conditions normales.

« Les grands végétaux sont des producteurs de matières; ils en consomment dans toute leur existence, mais en quantité inférieure à celle qu'ils produisent. Toutefois, il y a deux moments dans leur existence où la dépense dépasse le gain, c'est au moment de la germination et à celui de la floraison.

» C'est pendant la germination que la dépense est la plus forte. C'est aussi à ce moment qu'il est le plus facile de s'en faire une idée. Une graine qui germe est une plante réduite à sa forme la plus élémentaire, dans laquelle le jeune organisme vit aux dépens des matériaux nutritifs amassés dans les cotylédons. Il se produit de l'acide carbonique, il y a dégagement de chaleur, et il se forme des tissus nouveaux. L'analogie avec les fermentations est bien manifeste (17) ».

Or d'après M. Boussingault, des graines de trèfle ou de froment ne perdent, c'est-à-dire ne consomment par jour, pendant la période germinative que 2/100 de leur poids.

Si nous passons ensuite aux infiniment petits, nous trouvons des nombres notablement plus élevés. La levûre placée dans des conditions convenables transforme en alcool et en acide carbonique jusqu'à trois fois son poids de sucre par jour, et il s'en faut que ce soit l'organisme le plus actif. Le ferment du vinaigre peut transformer par jour en acide acétique cent fois son poids d'alcool.

La puissance de destruction des ferments organisés est donc toujours supérieure à celle des autres êtres vivants.

C'est cette disproportion énorme entre le poids de l'organisme ferment et celui de la substance sur laquelle il agit qui constitue actuellement le caractère des fermentations, C'est elle qui per-

met de les réunir en un groupe qui a sa place à part parmi les phénomènes biologiques.

Il convient pourtant de faire une restriction à cet égard. Pour être mieux compris, nous avons mis en opposition des cas extrêmes. Lorsque la physiologie des êtres vivants sera mieux connue on trouvera sans doute des cas intermédiaires. On sait déjà que les champignons et surtout ceux qu'on range parmi les moisissures possèdent une énergie destructive plus puissante que les autres végétaux et doivent être rapprochés pour cela des ferments. Il n'est donc pas impossible que la limite que nous venons d'établir entre les fermentations et les autres réactions chimico-biologiques devienne de plus en plus difficile à saisir.

En réalité il faut bien admettre que dans les sciences physiologiques, il n'y a pas de phénomènes isolés, pas plus que dans les sciences naturelles il n'y a de groupes d'êtres sans affinités avec d'autres groupes.

Les classements restent toujours provisoires. Ils n'ont de valeur qu'au moment où ils sont établis. Des découvertes successives, dont on ne peut prévoir le terme, les font perfectionner suivant les besoins de la science.

C'est en nous inspirant des considérations qui précèdent et en restant dans les limites qu'elles nous imposent que nous exposerons l'histoire des fermentations. Nous ne nous occuperons d'ailleurs que de ceux de ces phénomènes qui intéressent le chimiste et le pharmacien.

On voit que cette histoire se divise naturellement en deux parties d'après la nature du ferment. Dans la première, nous traiterons des fermentations déterminées par les ferments solubles et dans la seconde, des fermentations déterminées par les ferments organisés.