THÉORIE DES FERMENTATIONS DÉTERMINÉES PAR LES FERMENTS SOLUBLES

Berzélius pensait que les décompositions déterminées par les ferments en général devaient êlie rapportées à des actions de contact. Il les comparait à l’action bien connue de la mousse de platine sur l’eau oxygénée. Mais il s’agit dans ce dernier cas de l’action 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 décomposition, 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 où beaucoup de combinaisons organiques sont rapidement détruites, notamment dans la putréfaction, ces ferments n’éprouvent aucune modification.

Ni l’explication de Berzélius ni celle de Liebig ne peuvent donc plus être défendues aujourd’hui.

Dans l’étude de cette question, il faut envisager à part les ferments solubles oxydants et ceux qui sont hydratants. Voyons comment on peut comprendre l’action des premiers.

Schœnbein attribuait les oxydations déterminées par certains tissus organiques à l’ozone. Il admettait, au moins dans certains cas, que ces tissus renferment des substances capables de transformer l’oxygène de l’air en ozone, c’est-à-dire en oxygène actif, de céder cet oxygène à certains corps oxydables, de fabriquer de nouvel ozone et ainsi de

THÉORIE DES FERMENTATIONS

suite (1 ). 11 les comparait au bioxyde d’azote dans, la fabrication de l’acide sulfurique. Les porte-ozone de Schœnbein sont, en somme, ce que nous avons appelé des ferments oxydants, et l’on peut admettre, sinon comme un fait établi, du moins comme une hypothèse très soutenable, que les choses se

passent comme il le pensait.

Mais la plupart des ferments solubles connus sont des ferments hydratants. Nous avons vu, en particulier, que les actions feimentaiies de l’inverline, de l’émulsine, de la diastase et de la pepsine consistent dans 1 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 celle combinaison et absorption de l’eau par la substance fermentescible qui se dédouble. Le ferment étant régénéré à

~u~ LES FERMENTS SOLUBLES

chaque réaction, une quantité limitée de ce ferment pourrait, théoriquement, 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 1 effet 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 1 ’invertine (A. Mayer) et la diastase (Rjeidahl).

Dans les recherches de Ad. Mayer, des solutions d’inverline renfermant des proportions différentes (1 bis) 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 interverti pour 100.

Invertine par rapport à 1 00 de sucre

En totalité

Par heure

théorie des fermentations

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

Pour déterminer le rapport entre la quantité de diastase employée et celle du sucre formé, Kjeldalil (2) traitait plusieurs portions d’empois, contenant chacune 10 gr. d’amidon, par différentes quantités d’extrait de malt. 11 opérait à la température de 57°, et arrêtait l’opération au bout de 10 minutes. Les résultats de ses expériences sont les

suivants :

Extrait de malt

Sucre en centigr. après

Pouvoir réducte

(cent, cubes)

corrections pour l’extr. de malt

Ici encore nous retrouvons la proportionnalité

~U‘ LES FERMENTS solubles

pour les petites doses de diaslase. Constatons cependant qu’elle n’existe plus dès l’essai n° 3. Doiton croire, comme Ad. Mayer le suppose, que la solution renferme alors un excès d’agent actifqui ne trouve plus matière à exercer son activité? Cela paraît peu vraisemblable ; car la saccharification est alors encore très éloignée de son terme. La réaction déterminée par la diaslase 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.

Quoi qu’il en soit, les fermentations du genre de celles de l’amidon par la diaslase paraissent être des phénomènes trop complexes pour pouvoir servir à 1 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’effet à la quantité de ferment employé ne préjuge d’ailleurs en rien la

THÉORIE DES FERMENTATIONS

question de savoir si le ferment est ou non détiuit en exerçant son action. Mais s il était démontré que l’ effet du ferment est proportionnel au temps, il serait démontré parla que ce ferment ne s use pas. On ne comprendrait pas un effet 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. 11 s’est servi pour cela d'une solution très étendue de ferment (2 cent, c.), qu’il a mélangée à une solution do sucre de canne à 10 0/0 (20 c. c ). L’expérience a été faite à la température ordinaire.

Sucre interverti pour 100.

Temps.

En totalité.

Par heure.

Immédiatement

heure

L’effetn’est àpeuprèsproportionnelau lempsque

pendant les deux premiers jours; ensuite la réaction se ralentit de plus en plus. Duclaux a fait des recherches analogues sur le même ferment, et il est arrivé aux mêmes résultats.

Voici, d’autre part, une série d’essais effectués par Miquel (3) sur l’uréase : dans un malras de oOO centimètres cubes de capacité, on introduit 150 centimètres cubes d’une solution d’uréase filtrée et 150 grammes d’une solution d’urée pure à 12 p. 100. Le malras est alors immergé au sein d’un bain-marie de 10 litres d’eau, réglé à 48°-50°, température optimale de l’action de l’uréase ; puis, tous les quarts d heure, il est fait un dosage indi—

quant l’urée disparue.

Urée disparue par litre.

Temps.

Départ

En totalité.

0 gr. 0

Par quart d’heure.

Après 15 minutes

1 gr.

— 1 heure

THÉORIE DES FERMENTATIONS

Après 2 h. 30

39 gr. 8 41 6

' 2 gr. 3 1 8

En ne tenant pas compte des deux premiers quarts d’heure, pendant lesquels l’élévation graduelle de température de la solution immergée dans le bain devait amener un accroissement d’activité, on voit qu’ici encore, l’effet n’est à peu près proportionnel au temps que pendant les troisième, quatrième et cinquième quarts d’heure, la décomposition allant ensuite en déclinant jusqu’à s’arrêter complètement.

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

Laissons de côté la décomposition de l’urée par l’uréase, phénomène dont le ralentissement pourrait bien être dû, comme le pense Miquel, à l’action caustique du carbonate d’ammoniaque sur le ferment, et rie considérons que le ralentissement du dédoublement du sucre de canne à la tin de l’opération.

m LES WHMENT3 SOLUBLES

Oïl peut faire à cel égard trois hypothèses: ou uen le sucre, en 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 inet la même quantité d’inverline, 20 milligrammes par exemple, dans 100 cent, cubes de solutions à 10, 20 et 40 0/0 de sucre de canne (a 37"), on observe que pendant les premières heures de l’action, les quantités de sucre interverties dans l’unité de temps sont les mêmes dans les trois liqueurs (Duclaux). La première hypothèse se trouve ainsi écartée, puisque l’inverline produit le

meme effet quelle que soit la proportion du sucre qui l’entoure.

Mais si on fait agir une même quantité d’iuverllne d une part sur une certaine proportion de sucre de canne, et d’autre part sur une égale propoilion de sucre de canne additionnée de sucre inlervetfi, 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.

THÉORIE DES FERMENTATIONS 209

Ce résultat n’exclut pas d’ailleurs la troisième hypothèse; le ralentissement pourrait être dû à la 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 lurent additionnés de 2 cent, cubes de solution d ’invertine et maintenus à la température de 30 jusqu à 1 achèvement de l’interversion.

20 cent, cubes de la même 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 piemière 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’inverline.

Il s agit ici, comme on le voit, de savoir si l’inverline ayant déjà agi produira le même effet que

l’inverti ne fraîche. On s’est arrangé pour que la cause du ralentissement attribuable aux produits de la réaction fût la même dans les deux cas.

L’expérience a duré trois heures. La première inverline avait interverti 5,8 0/0 du sucre par heure et la deuxième 6 0/0. Il semble donc que l’inverline 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 (4 et 5). 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.

THÉORIE DES FERMENTATIONS

Ces résultats, peu satisfaisants, il faulbienledire, 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’invertine 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 l’inverline, comme celle des ferments oxydants, pourrait être comparée à l’action du bioxyde d’azote dans la fabrication de l’acide sulfurique. On sait que, dans cette fabrication, le bioxyde d’azote ne prend l’oxygène de l’air que pour le transporter sur l’acide sulfureux.

Conformément à cette manière de voir, 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 desséchée à 100° ; on l’a desséchée à nouveau ; le poids n’avait pas augmenté.

Des recherches effectuées sur d’autres ferments solubles n’ont pas donné de meilleurs résultats.

Seul, Würlz paraît 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.

Il faut nous rappeler enfin que chaque ferment soluble exerce son action sur une ou plusieurs substances tout à fait déterminées. Voici par exemple l’inverti ne qui hydrate le sucre de canne et amène son dédoublement; celte même invertine n’a d’action ni sur le maltose (6), ni sur le lactose (1 , p. 1 1 1), ni sur le tréhalose (7) et pourtant ces trois derniers sucres appartiennent au même groupe chimique que le sucre de canne et ils sont, comme lui, hydratés et dédoublés par les acides étendus. C’est là une circonstance qui doit paraître peu en harmonie avec la théorie que nous discu-

THÉORIE DES FERMENTATIONS 213

Ions, 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. Celle théorie repose sur les faits suivants (8).

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° C 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 éthylsulfurique et de l’eau ; dans la seconde, l’alcool resté libre réagit sur l’acide éthylsulfurique, donne de l’éther et régénère l’acide sulfurique.

La théorie de Wiirlz 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.

Enfin, Ad. Mayer (I, p. 115) a attiré l’attention sur un fait qu’on avait un peu oublié dans les théories précédentes ; nous voulons parler de la 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

théorie des fermentations ~1j

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 enfleraient pas eux-mêmes en combinaison ; mais ils agiraient, par suite des mouvements de leur molécule, sur des groupes déterminés d’atomes dont ils provoqueraient le déplacement et un groupement nouveau (9).

On peut objecter à cette dernière théorie qu’on ne voit pas très clairement la relation qui existe entre elle et l’action de l’eau à haute température. Dans ces conditions, elle n’a plus d’autre valeur que celle d’une conception ingénieuse à laquelle manque une base expérimentale.

En résumé, c’est encore la première des théories que nous avons examinées qui, malgré les arguments qu’on peut lui opposer, paraît actuellement la plus satisfaisante. Remarquons qu’elle se rapproche singulièrement delà théorie deSchœnbein que nous avons appliquée aux ferments oxydants ; ici le ferment fixerait de l’oxygène, le rendrait actif et le céderait au corps oxydable ; là le ferment

fixerait de l’eau pour le céder ensuite au corps hvdrolysable.

Resterait, à savoir d’où vient aux ferments cette aptitude a fixer ainsi transitoirement de l’oxygène ou de l’eau et à donner à ces corps une activité telle qu’ils peuvent se fixer ensuite sur d’autres composés. C’est là une question à laquelle il est difficile de répondre. Cependant, si l’on réfléchit que l’on peut, à l'aide de l’électricité, et même de la lumière, changer l’oxygène en ozone, c’est-à-dire en oxygène actif, on est tenté de rapporter les propriétés des ferments solubles à des causes purement physiques.

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 sécrète le ferment, et celui-ci serait ainsi une sorte de reste de l’organisme qui lui a donné naissance.

THÉORIE UES FERMENTATIONS

BIBLIOGRAPHIE

(1) Schœnbein, Ueber Ozon und Ozonwirkungen in Vilzen (d après un résumé paru clans J. f. prakt. Chemie, LXVII, 1856,

(I bis) Ad. Mayer, Die Lehre von den chemischen Fermenten (1882, p. 84).

(2) J. Kjeldahl, Recherches sur les firments producteurs de sucre (Medd. fra Carlsberg Laborat., I, 1879, p. 117. Résume français).

(3) P. Miquel, Elude sur la fermentation ammoniacale et sur les ferments de l'urée (Ann. de micrographie, V, 1893, p. 381).

(4) Paschutin (Reichert’s Archiv, 1871, p. 305).

(5) Grützner (Pflüger’s Archiv, XII, 1876, p. 301).

(6) Em. Bourquelot, Recherches relatives à la digestion chc~les mollusques céphalopodes (comptes rendus, 4 déc. 1882).

(7) Em. Bourquelot, Transformation du tréhalose en glucose dans les champignons par un ferment soluble : la irèhalase (Bull, de la Soc. myc. de France, IX, 1893, p. 192).

(8) Würtz, Sur le mode d'action des ferments solubles (Comptes rendus, XC1II, 1881, p. 1104).

(9) Naegeli, Théorie der Gührung (1879, p. 27).