EXPÉRIENCES ET VUES NOUVELLES SUR LA NATURE DES FERMENTATIONS
Dans les diverses communications que j'ai eu l’honneur d'adresser à l'Académie au sujet des fermentations proprement dites, encore bien que j'eusse appliqué tous mes efforts à démontrer qu’elles étaient corrélatives de la présence et de la multiplication d’êtres organisés, distincts pour chaque fermentation, je m'étais gardé de toute opinion sur la cause de ces mystérieux phénomènes. Mieux étudier qu’on ne l'avait fait les produits de ces fermentations, isoler Les ferments, découvrir des preuves expérimentales de leur organisation, tel a été jusqu'ici le but de mes recherches. En ce qui concerne l’idée principale que les ferments sont organisés, si des doutes pouvaient exister encore dans lesprit de quelques personnes, ils ont dû être levés par les résultats que j'ai eu l'honneur de faire connaître récemment à l’Académie au sujet de la fermentation butyrique (2). J'ai annoncé, en effet, que le ferment butyrique était un animalcule infusoire, ou, si l’on ne veut pas préjuger la question de la limite des deux règnes organiques, que le ferment butyrique était un être organisé, se mouvant et se reproduisant à la manière de ceux que les naturalistes appellent des vibrions. Mais ce que je veux faire remarquer en ce moment, c'est que ce ferment butyrique porte en lui-même dans ses mouvements et dans son mode de génération la preuve évidente de son Organisalion.
Il y a donc, à côté de la levüre de bière, des ferments organisés. Malgré l'opposition que cette idée rencontra au début, j'ose espérer qu'on peut la regarder aujourd’hui comme acquise à la science.
Il se présente maintenant une question non moins importante à résoudre : Comment agissent les êtres organisés dans la fermentation ?
Je viens de rappeler que le ferment butyrique est un étre organisé
1. Comptes rendus de l'Académie des sciences, séance du 17 juin 1861, LII, p. 1260-1264.
2. Pasreur. Animalcules infusoires vivant sans gaz oxygène libre et déterminant des fermentations. Comptes rendus de l'Académie des sciences, LIT, 1861, p. 344-347, et p. 126-138 du présent volume. (Note de l'Édition.)
PS
du genre vibrion. Si l’on étudie, comme je l’ai fait par des expériences directes, le mode de vie des vibrions décrits jusqu’à ce jour par les naturalistes, on reconnaît qu'ils enlèvent à l’air atmosphérique des quantités considérables de gaz oxygène et qu'ils dégagent de l'acide carbonique. Il en est exactement de même, d’après mes expériences, des mucédinées, des torulacées, des mucors. Ces petites plantes ne peuvent pas plus se passer de gaz oxygène que les animalcules infusoires. En outre, de même que les animalcules infusoires ordinaires, ces plantes n’ont pas le caractère ferment, c’est-à-dire que les phénomènes chimiques qu’elles déterminent dans leurs aliments sont de l’ordre des phénomènes de nutrition, où le poids de l'aliment assimilé correspond au poids des tissus transformés par son influence. Les choses se passent bien différemment pour le vibrion de la fermentation butyrique, car j'ai constaté que ce vibrion, d'une part, vivait sans gaz oxygène libre et, d'autre part, était ferment. Que le progrès de la science, en ce qui touche la limite des deux règnes, fasse de ce vibrion une plante ou un animal, peu importe présentement: vivre sans air et être ferment sont deux propriétés qui le séparent de tous les êtres inférieurs ordinaires des deux règnes. C’est un point essentiel qu’il faut bien comprendre.
Le rapprochement de ces faits conduit à se demander s’il n’existe pas une relation cachée entre la propriété d’être ferment et la faculté de vivre sans l'intervention de l'air atmosphérique, puisque nous voyons le caractère ferment exister chez le vibrion butyrique qui vit sans gaz oxygène, landis que ce même caractère est absent chez les vibrions et les mucorées ordinaires, où la vie n’est pas possible en l'absence de ce gaz.
Je viens d'exposer fidèlement la suite des faits qui m'ont suggéré les expériences et les vues nouvelles dont il me reste à parler.
Dans un ballon de verre de la capacité d’un quart de litre, je place environ 100 centimètres cubes d’une eau sucrée mêlée à des matières albuminoïdes. J’étire à la lampe le col du ballon, dont l’extrémité effilée ouverte est introduite sous le mercure; puis, je fais bouillir le liquide du ballon, de manière à chasser totalement l'air qu'il renferme et celui que dissout le liquide. Pendant le refroidissement, le mercure rentre dans le ballon. Alors, après avoir brisé par un choc au fond de la cuve à mercure la partie étirée du col, sans laisser rentrer la moindre parcelle d’air, je fais arriver dans le ballon une très petite quantité de levüre de bière fraiche. L'expérience montre que les globules semés se multiplient, quoique d’une maniere pénible, et
le sucre fermente. Dans ces conditions, 1 partie en poids de levûre
décompose 60, 80 et 100 parties de sucre. En conséquence, la levüre de bière peut se multiplier en l'absence absolue du gaz oxygène libre, et elle jouit alors à un haut degré du caractère ferment (1). Cela posé, reproduisons la même expérience, cette fois en présence de beaucoup d'air, comme source d'oxygène. À cet effet, dans une cuve de verre peu profonde et d’une grande surface, je place de l’eau sucrée albumineuse en couche d’une faible épaisseur, puis j'y sème une petite quantité de levüre de bière, la cuve étant à peu près découverte et librement exposée à l'air atmosphérique. Dans le cas où l’on veut analyser les gaz et étudier l’altération de l’air, il faut opérer dans une grande fiole à fond plat, dont on ferme le col à la lampe, en l’étirant, de manière à pouvoir briser ultérieurement la pointe sous le mercure et recueillir le gaz qui s'échappe pour y déterminer le rapport des volumes de l’oxygène et de l'azote.
On observe dans les expériences ainsi conduites que la levüre se multiplie avec une activité des plus remarquables, inconnue jusqu'à présent dans la vie de cette petite plante. L'expérience dans la fiole prouve, en outre, qu'en se multipliant les globules de levüre enlèvent à l'air une quantité considérable d'oxygène. Il n’y a aucune comparaison à établir entre la rapidité du développement des cellules de levûre dans ces conditions particulières: et dans les circonstances examinées en premier lieu où le gaz oxygène libre est absent. Il n'y aurait pas d’exagération à dire qu’elles se multiplient cent fois plus vite dans un cas que dans l’autre.
Il résulte de là que la levûre de bière a deux manières de vivre essentiellement distinctes. Le gaz oxygène libre peut être totalement absent, comme il peut ètre présent en volume quelconque. Dans le second cas, il est utilisé par la plante dont la vie est singulièrement exaltée. La petite plante vit donc alors à la façon des plantes inférieures; et, comme j'ai reconnu antérieurement que, sous le rapport de l'assimilation du carbone, des phosphates et de l'azote, la levüre de bière n’offrait pas de différences essentielles avec les mucédinées, il est bien établi que la levûre, placée dans les circonstances où elle respire le gaz oxygène libre, a un mode de vie de tout point comparable à celui des plantes et des animalcules inférieurs. Or l'expérience prouve que l’analogie va plus loin et qu’elle s'étend au caractère ferment. En
1. Foër Pasreur [Nouvelles observations sur la nature de la fermentation alcoolique]. Comptes rendus de l'Académie des sciences, LXXX, 18%, p. 452-457 ou mes « Etudes sur la bière », 1876, [tome V des Œuvres de Pasteur] un meilleur dispositif pour répéter cette expérience. [Note ajoutée par Pasteur en 1879 dans son « Examen critique d'un écrit posthume de Claude Bernard Sur la fermentation ».]
effet, si l’on détermine le pouvoir fermentant de la levüre, alors qu'elle assimile du gaz oxygène libre, on trouve que ce pouvoir fermentant de la levüre a presque complètement disparu.
Je ne doute pas que je n'arrive à le supprimer entièrement ; mais ce qui est certain, c'est que je l’ai déjà rendu près de vingt fois moindre qu'il n'est dans les conditions ordinaires, c’est-à-dire que, pour un développemeut de levûüre égal à 1 partie, il n’y a que 6 à 8 parties de sucre transformé. Remarquons, en outre, que la levüre de bière qui vient de se développer au contact de l'air en absorbant du gaz oxygène, et qui, sous cette influence et par ce modé de vie spécial, perd son caractère ferment, n'a pas pour autant changé de nature. Bien au contraire : car si on la transporte dans de l’eau sucrée, à l'abri de l'air, elle y provoque aussitôt la fermentation la plus énergique. Je n'ai jamais connu de levûre alcoolique plus active, sans doute parce que tous les globules sont bourgeonnés et turgescents. Il est impossible de voir une levüre plus homogène et plus remarquable de formes, et de santé, si je puis m'exprimer ainsi (!).
En résumé, la petite plante cellulaire, appelée vulgairement levûre de bière, peut se développer sans gaz oxygène libre, et elle est ferment : double propriété qui la sépare alors de tous les êtres inférieurs ; ou bien, elle peut se développer en assimilant du gaz oxygène libre, et avec une telle activité que l’on peut dire que c’est sa vie normale, et elle perd son caractère ferment : double propriété qui la rapproche au contraire alors de tous les êtres inférieurs. Mais n'oublions pas de remarquer que si la levüre perd son caractère ferment pendant qu'elle se multiplie sous l'influence de l'oxygène de l'air, elle se constitue néanmoins dans l’état le plus propre à agir comme ferment si l’on vient à supprimer le gaz oxygène libre.
Voilà les faits dans toute leur simplicité. Maintenant quelle est leur conséquence prochaine ? Faut-il admettre que la levûre, si avide d'oxygène qu’elle l’enlève à l’air atmosphérique avec une grande activité, n’en a plus besoin et s’en passe lorsqu'on lui refuse ce gaz à l’état libre, tandis qu'on le lui présente à profusion sous forme de combinaison dans la matière fermentescible ? Là, est tout le mystère de la fermentation. Car si l’on répond à la question que je viens de poser en disant : Puisque la levûre de bière assimile le gaz oxygène avec énergie lorsqu'il est libre, cela prouve qu’elle en a besoin pour vivre, et elle doit conséquemment en prendre à la matière fermentescible si
1. Dans cet état, la levûre est très propre à se multiplier à l'abri de l'air, en présence des matières azotées et du sucre, qu'elle fait alors fermenter avec énergie. [Note ajoutée par Pasteur en 1879.]
on lui refuse ce gaz à l’état de liberté ; aussitôt la plante nous apparaît comme un agent de décomposition du sucre. Lors de chaque mouvement de respiration de ses cellules, il y aura des molécules de sucre dont l'équilibre sera détruit par la soustraction d’une partie de leur oxygène. Un phénomène de décomposition s’ensuivra, et de là le caractere ferment, qui, au contraire, fera défaut lorsque la plante assimilera du gaz oxygène libre.
En résumé, à côté de tous les êtres connus jusqu'à ce jour, et qui, sans exceplion au moins on le croit), ne peuvent respirer et se nourrir qu'en assimilant du gaz oxygène libre, il y aurait une classe d’êtres dont la respiration serait assez active pour qu'ils puissent vivre hors de l'influence de l'air en s’emparant de l'oxygène de certaines combinaisons, d’où résulterait pour celles-ci une décomposition lente et progressive. Cette deuxième classe d’êtres organisés serait constituée par les ferments, de tout point semblables aux êtres de la première classe, vivant comme eux, assimilant à leur man'ère le carbone, l’azote et les phosphates, et comme eux ayant besoin d'oxygène, mais différant d'eux en ce qu'ils pourraient, à défaut de gaz oxygène libre, respirer avec du gaz oxygène enlevé à des combinaisons peu stables. ;
Tels sont les faits et la théorie qui paraît en être l'expression naturelle, que j'ai l'honneur de soumettre au jugement de l’Académie, avec l'espoir d’y joindre bientôt de nouvelles preuves expérimentales (1).
1. Dans des travaux récents sur la fermentation alcoolique et sur les propriétés de la levûre, je remarque une tendance à admettre que la levûre ne peut se passer de gaz oxygène libre pour vivre, surtout pour se multiplier, quoique, après une discussion contradictoire approfondie, j'aie déjà réfuté les objections qui ont été produites antérieurement sur ce point délicat de la vie de la levûre et de l'histoire de la fermentation. On paraît revenir à l'opinion que la fermentation peut se produire en dehors de la vie des cellules par la décomposition de la levüre, que le sucre pourrait même fermenter en ne faisant que traverser, pour ainsi dire, les cellules. Ces théories nous raméneraient aux opinions de Liebig. Liebig savait fort bien que la levüre est une production cellulaire vivante, mais il ne voulait pas que la propriété qu’elle possède de provoquer la fermentation fût liée à son organisation. Entre autres arguments, il invoquait la possibilité de la fermentation de l’eau sucrée pure. « Si la fermentation, disait Liebig [Nouvelles lettres sur la chimie, traduction Gerhardt. Paris, 1852, in-16. Lettre xxvur), était une conséquence du développement et de la multiplication des globules, ils n'exciteraient pas la fermentation dans l’eau sucrée pure, qui manque des conditions essentielles à la manifestation de l'activité vitale. Cette eau ne renferme pas la matière azotée nécessaire à la production de la partie azotée des globules. Dans ce cas les globules déterminent la fermentation, non parce qu'ils continuent de se développer, mais par suite de métamorphoses de leur partie interne azotée, qui se décompose en ammoniaque et en d’autres produits, c'est-à-dire par suite d’une décomposition chimique qui est tout l'opposé d'un acte organique. »
Dés l'année 1857 (Comptes rendus de l'Académie des sciences, XLV, p. 1032-1036), j'ai fait observer que Liebig se rendait un compte très inexact de ce qui se passe dans l'expérience précédente de la fermentation de l’eau sucrée pure par la levûre lavée. J'ai montré que la levûre augmentait de poids, qu'elle assimilait les éléments du sucre, que l'azote de la levüre
ne passe pas à l'état de sel ammoniacal, que les globules de la levre peuvent se multiplier el vivre à l’aide de leur propre matière azotée, à tel point qu'en provoquant l'organisation, en présence du sucre, de la partie soluble d'une certaine portion de levûre, on peut faire fermenter un poids de ce sucre qui approche du poids de sucre que peut faire fermenter une égale portion de cette levûre. Aujourd'hui j'interpréterais mieux encore ces résultats, en montrant la part que l'oxygène peut prendre dans ces phénomènes. Avec la levûre des brasseries et l'eau sucrée pure, l'oxygène n'intervient qu'au début et dans de faibles limites, et la levûre n'est pas assez jeune pour bourgeonner et se multiplier beaucoup. Dans ces conditions, la vie de la levûre consiste principalement en une vie poursuivie des globules, les plus jeunes, aux dépens de leurs propres matériaux ou des matériaux des globules plus épuisés. Dans le cas, au contraire, où l'on sème une trace de globules dans une eau sucrée tenant en solution la partie soluble de la levûre, comme dans l'une de mes expériences de 1857 que je rappelais tout à l'heure, l'oxygène dissous à l’origine dans la liqueur sucrée intervient puissamment dans l'organisation et la multiplication des nouveaux globules, dont le poids est notable, ainsi qu'on peut s'en assurer par les nombres que j'ai donnés, notamment dans mon Mémoire sur la fermentation alcoolique (Annales de chimie et de physique, % sér., LVIIT, 1860, p. 323-426). [Note ajoutée par Pasteur en 1879.]
INFLUENCE DE L'OXYGÈNE SUR LE DÉVELOPPEMENT DE LA LEVURE ET LA FERMENTATION ALCOOLIQUE (!)
M. Pasteur expose les résultats de ses recherches sur la fermentation du sucre et le développement des globules de levüre, suivant que cette fermentation s'opère à l'abri ou au contact du gaz oxygène libre. Ces expériences n'ont d’ailleurs rien de commun avec celle de Gay-Lussac sur le moût de raisin écrasé à l'abri de l'air, puis amené au contact de l'oxygène.
La levüre toute formée peut bourgeonner et se développer dans un liquide sucré et albumineux en l'absence complète d'oxygène ou d'air. Il se forme peu de levûre dans ce cas, et il disparait comparativement une grande quantité de sucre, 60 ou 80 parties pour 1 de levüre formée. La fermentation est très lente dans ces conditions.
Si l’expérience est faite au contact de l'air et sur une grande surface, la fermentation est rapide. Pour la même quantité de sucre disparu, il se fait beaucoup plus de levüre. L'air en contact cède de l'oxygène qui est absorbé par la levüre. Celle-ci se développe énergiquement, mais son caractère de ferment tend à disparaître dans ces conditions. On trouve en effet que, pour 1 partie de levüre formée, il n'y aura que 4 à 10 parties de sucre transformé. Le rôle de ferment de cette levüre subsiste néanmoins et se montre même fort exalté si l’on vient à la faire agir sur le sucre en dehors de l'influence du gaz oxygène libre.
Il parait dès lors naturel d'admettre que lorsque la levûre est ferment, agissant à l'abri de l'air, elle prend de l’oxygène au sucre, et que c’est là l’origine de son caractère de ferment.
M. Pasteur explique le fait d’une activité tumultueuse à l’origine des fermentations par l'influence de l'oxygène de l'air qui est en dissolution dans les liquides quand l’action commence. L'auteur a reconnu, en outre, que la levüre de bière, semée dans un liquide albumineux, tel que l’eau de levûre de bière, se multiplie encore lorsqu'il n’y a pas trace de sucre dans la liqueur, pourvu toutefois que l'oxygène de l'air soit présent en grande quantité. À l'abri de l'air et dans ces conditions, la levüre ne bourgeonne pas du tout. Les mêmes expériences peuvent être répétées avec un liquide albumineux mêlé à une dissolution de sucre non fermenteseible comme Île sucre de lait cristallisé ordinaire. Les résultats sont du même ordre.
La levüre formée ainsi en l’absence du sucre n’a pas changé de nature;
1. Bulletin de la Société chimique de Paris, séance du 98 juin 1861, p. 79-80. (Résumé.)
elle fait fermenter le sucre si on la fait agir sur ce corps à l’abri de l'air. Il faut remarquer toutefois que le développement de la levüre est très pénible lorsqu'elle n’a pas pour aliment une matière fermentescible.
En résumé la levüre de bière se comporte absolument comme une plante ordinaire, et l’analogie serait complète si les plantes ordinaires avaient pour l'oxygène une affinité qui leur permit de respirer à l'aide de cet élément enlevé à des composés peu stables, auquel cas, suivant M. Pasteur, on les verrait être ferments pour ces matières.
M. Pasteur annonce qu'il espère réaliser ce résultat, c'est-à-dire rencontrer des conditions dans lesquelles certaines plantes inférieures vivraient à l'abri de l’air en présence du sucre, en provoquant alors la fermentation de cette substance à la manière de la levüre de bière.
