CHAPITRE CINQUANTE-DEUXIÈME

Ce qu'on entend par fermentation. — Fermentation alcoolique, dédoublement du sucre en alcool et acide carbonique. — Cas où le ferment tout formé est mis en contact avec le sucre. — Cas où le ferment n'existe qu'en germe et se développe sous l'influence de l'air; fermentation du moût de raisin. — Cas de reproduction du ferment; fabrication delà bière. — Hypothèses sur les causes de la fermenta lion. — Fermentation lactique et butyrique.

§ 4093. On désigne sous le nom de fermentation une altération spontanée survenue dans une niasse de matière organique par la seule présence d'une substance à laquelle on donne le nom de fer ment, sans que celle-ci prenne ou cède la moindre chose au corps dont elle opère la décomposition. Le rôle de cet agent mystérieux, analogue à celui que nous a présenté dans quelques cas l'éponge de platine, paraît se borner à dédoubler des molécules complexes en molécules plus simples.

Dans les réactions chimiques ordinaires nous voyons deux corps s'unir en vertu d'une affinité plus ou moins énergique, ou bien encore une substance en expulser une autre d'une de ses combinaisons dont elle prend la place en vertu d'une affinité prépondérante. En outre, dans la production de ces différents phénomènes, nous avons vu sans cesse intervenir des agents tels que la chaleur, l'électricité, la lumière, dont il nous est impossible de méconnaître les effets, bien que nous en ignorions la nature.

Dans toute fermentation nous ne saurions au contraire appeler à notre aide ni les agents que nous venons de rappeler ni l'intervention de l'affinité.

Pour déterminer la fermentation, il faut seulement réunir certaines conditions, savoir :

ioo FERMENTATION ALCOOLIQUE.

i° Une température de 20 à a5 degrés; 20 de l'eau; 3° le contact de l'air; 4° une matière organisée azotée : c'est elle qui constitue le ferment; 5° une autre matière organique qui se décompose, c'est elle qui éprouve la fermentation.

Dans le cas particulier de la fermentation alcoolique, la seule que nous examinerons ici, les éléments du sucre se dissocient pour donner naissance à deux composés plus simples, l'acide carbonique et l'alcool qui forment presque exclusivement la masse des produits de la réaction.

En représentant la formule du sucre de raisin desséché à i3o degrés par .

on aura

C,JH,20,2=4(C05)-|-2(C<H<5Oî).

Glucose. Alcool.

Si Ton opère sur du sucre de raisin cristallisé, % molécules d'eau se séparent. Avec cette espèce de sucre, la fermentation marche d'une manière rapide, et, de plus, il faut employer peu de ferment pour opérer les transformations que nous venons d'indiquer.

Remplace-t-on ce produit par du sucre de canne, la fermentation est beaucoup plus lente, différence que vous comprendrez sans peine lorsque je vous aurai fait voir que ce sucre passe d'abord à l'état de glucose avant de fermenter.

La démonstration de ce fait est des plus simples, il suffit pour cela d'arrêter l'opération en ajoutant une forte dose d'alcool absolu dès que les premières bulles d'acide carbonique commencent à se manifester. Une portion de la liqueur filtrée versée dans la dissolution chaude de tartrate cupro-potassique détermine immédiatement la séparation de flocons d'oxyduje de cuivre hydraté, propriété dont est dépourvu, comme vous le savez, le sucre cristallisable de la canne ou de la betterave. Suivant des expériences toutes récentes de M. Rerthelot, c'est à la partie soluble de la levûre de bière que serait due cette modification du sucre, tandis que les globules opéreraient la transformation ultérieure du sucre modifié en acide carbonique et alcool.

Quoi qu'il en soit, l'expérience s'exécute dans les laboratoires

en introduisant les matières dans un flacon à deux tubulures (fig. 25o), au col duquel on adapte un tube propre à recueillir les

FIg. 250

gaz, tandis qu'on engage dans Vautre un tube droit qui peut servir de tube de sûreté. Le gaz, à mesure de sa production, vient se rendre dans un vase rempli de mercure ou d'eau dans lequel on dispose des éprouvettes remplies de ces liquides. L'examen du gaz dégagé démontre de la manière la plus nette que c'est de l'acide carbonique pur.

§ 1096. On peut distinguer, à l'égard du ferment dans son contact avec les matières sucrées, trois conditions bien différentes. Dans la première il n'existe pas encore, mais il tend à se produire avec la plus grande facilité sous l'influence de l'air : tel est le cas des fruits sucrés, et notamment du raisin. Dans la seconde, le ferment existe, mais se détruit à mesure qu'il exerce son action : tel est le cas fort simple de la levûre de bière à l'égard du glucose. Enfin, dans la troisième, le ferment naît, agit et se reproduit : tels sont les résultats fort intéressants que nous présente la fabrication de la bière.

Les phénomènes qui se produisent dans ce dernier cas sont des plus curieux; je vais essayer de vous les faire comprendre en quelques mots. Pour préparer ce liquide, on prend de l'orge qu'on pénètre d'eau, puis on l'abandonne à l'action d'une température de i5 à 20 degrés; la graine humide ne tarde pas alors à germer, et bientôt de la diastase se développe en quantité notable. A partir de

io2 FERMENTATION ALCOOLIQUE.

cette époque on arrête la germination par une dessiccation convenable, sans quoi la diastase se détruirait à son tour pour faire place à de nouveaux produits.

La germination et la dessiccation étant terminées, on mêle cette matière, broyée préalablement, avec de l'orge ordinaire moulue dans de grands cuviers renfermant de l'eau dont on élève graduellement la température jusqu'à 70 à j5 degrés. Dans ces conditions la diastase saccharine la fécule ; en ajoutant alors au liquide une certaine quantité de levûre, on voit bientôt apparaître des bulles d'acide carbonique qui,' se dégageant en abondance, forment une écume épaisse au-dessus du bain. Si, lorsque l'opération est terminée, on recueille la levûre, on trouve que son poids est beaucoup plus considérable que celui qu'on a primitivement employé. Le ferment paraît donc s'être développé dans cette circonstance aux dépens des matières albuminoïdes que contient l'orge.

La fabrication du vin est beaucoup plus simple, ce liquide résultant de l'action des matières albuminoïdes modifiées par le contact de l'air, et transformées en ferment, sur le sucre contenu dans le moût. Le raisin renferme-t-il une fortè proportion de glucose, le vin est très-chargé d'alcool; en renferme-t-il peu, ce dernier est pauvre en principes alcooliques.

Le glucose converti en alcool constitue la vinosité, la force du vin ; les autres substances contenues dans le grain de raisin ne sont qu'accessoires et servent à modifier sa saveur; c'est du nombre de ces matières, de leurs proportions et de leur état particulier que proviennent les variétés de vins qui sont si nombreuses et par suite les prix si divers qu'ils présentent. C'est en partant de ce principe qu'on a été amené dans les mauvaises années à améliorer les vins en ajoutant une certaine proportion de sucre de moût de raisin.

§ 1097. Lavoisier le premier établit la théorie de la fermentation. S'étant assuré que la somme des poids de l'alcool et de l'acide carbonique formés pendant cette opération était sensiblement égale au poids du sucre dont il faisait usage, il en conclut que ce phénomène se bornait à dédoubler cette substance en deux produits plus simples. C'est à cette occasion qu'il établit ce principe fondamental que dans la nature rien ne se perd ni ne se crée, que lorsqu'on

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met en présence des substances de nature différente, il n'y a ni déperdition ni augmentation de poids, et que les seuls changements qu'on observe consistent en de simples modifications dans la nature des produits primitifs, qui se sont transformés en d'autres composés plus stables dans les conditions où s'accomplit l'expérience.

MM. Gay-Lussac et Thenard, de Saussure, Dumas et Boullay reprirent successivement, à des époques postérieures, l'étude de ce curieux phénomène et, partant de la composition du sucre et de l'alcool, admirent que sous l'influence du ferment le sucre se dédouble uniquôment en alcool et acide carbonique si l'on part du glucose, le sucre de canne étant obligé de passer à cet état pour acquérir la propriété de fermenter. C'est ce qu'exprime l'équation que nous avons établie § 1095.

Lavoisier et plus tard Dubrunfaut avaient néanmoins observé, pendant la fermentation, la formation d'une petite quantité d'un acide que le premier crut reconnaître pour de l'acide acétique et que le second prit pour de l'acide lactique. Ces substances se forment-elles au moyen du sucre, la conclusion précédente devient évidemment impossible. Comment en effet expliquer le phénomène, à moins d'admettre que ces produits dérivent du ferment par des modifications qui sont survenues pendant l'opération ?

M. Pasteur, dans un travail important publié tout récemment sur cette matière, a démontré qu'il y avait, en effet, production d'un acide dans la fermentation, mais que, oien différent de celui qu'avaient admis ses devanciers, c'était de l'acide succihique. Non-seulement il a constaté la présence de cet acide dans toutes les fermentations exécutées avec du sucre pur, soit à l'état de glucose, soit sous forme de sucre cristallisante, mais il en a de plus reconnu l'existence dans tous lès échantillons de vins sur lesquels il a expérimenté. Cette substance, qui se forme en proportions sensiblement constantes, est toujours accompagnée d'une matière sucrée que l'évaporation laisse sous la forme d'un sirop et qui n'est autre que de la glycérine. Or, c'est bien aux dépens du sucre et non de la levure que se sont formés ces produits, ainsi qu'on peut le démontrer par une analyse attentive. Si l'on introduit, en effet, dans un flacon de l'eau, du sucre, un peu de matières albumineuses et des quantités excessivement faibles de

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levûre, on peut s'assurer, ainsi que l'a fait M. Pasteur, que les poids de l'acide succinique et de la glycérine sont chacun de beaucoup supérieurs au poids des matières organiques étrangères au sucre. De plus, le poids du dépôt de levûre qu'on recueille une fois l'opération terminée, diffère peu de celui qu'on avait fait intervenir au début. Ces faits établissent donc d'une manière incontestable que la levûre ne prend aucune part à la formation de ces produits.

L'acide succinique étant plus pauvre en hydrogène que le sucre, et la glycérine eh renfermant une proportion supérieure, il faudrait, pour que ces produits dérivassent uniquement du. sucre, que leurs poids fussent dans les rapports de i , 28 : i tandis, qu'ils se forment dans les rapports de 1 : 5. Il est donc de toute impossibilité que le sucre fournisse l'acide succinique et la glycérine dans les proportions indiquées par l'expérience, sans engendrer en même temps un produit beaucoup moins hydrogéné ou beaucoup plus oxygéné que le sucre lui-même. Or des analyses très-précises démontrent qu'il se forme toujours un léger excès d'acide carbonique, ce qui rend parfaitement compte de cette différence. M. Pasteur s'était, en outre, assuré que cet excédant d'acide carbonique ne pouvait être attribué à la fermentation des matières hydrocarbonées que contient la levûre postérieurement à la disparition du sucre.

En faisant varier la température, la pression, le poids et la nature des sucres, l'origine et la nature des levûres, l'état de neutralité ou d'acidité à*u milieu dans lequel s'accomplit le phénomène, M. Pasteur s'est assuré que la production d'acide* succinique et de glycérine était constante. Comme, outre la formation de ces produits qui paraissent liés d'une manière aussi étroite au phénomène de la fermentation alcoolique que l'acide carbonique et l'alcool, on observe encore, suivant M. Pasteur, la production d'autres substances, on conçoit qu'il est véritablement impossible d'établir une équation chimique en équivalents pour un phénomène aussi compliqué. Au moment où il se produit de l'alcool, il se forme en effet de l'acide carbonique, de l'acide succinique, de la glycérine, de la cellulose des matières grasses, et très-probablement encore bien d'autres composés que leurs proportions beaucoup trop minimes n'ont pas permis de reconnaître en opérant sur de trop faibles quantité de sucre.

FERMENTATION ALCOOLIQUE. io5

La proportion d'acide succinique et de glycérine étant très-Caible relativement à celle de l'alcool et de Pacide carbonique, la première pensée qui se présente à l'esprit est que ces substances sont des produits accessoires de la fermentation alcoolique, peutêtre corrélatifs d'une fermentation parallèle accomplie sous des influences particulières.

M. Pasteur, ayant étudié la levûre au microscope avec beaucoup d'attention pendant la durée du phénomène et n'ayant pas observé de modiûcations dans ce produit, pense que c'est uniquement à cette substance qu'il faut rapporter la formation de ces deux produits. Néanmoins, comme il a reconnu que la production de ces deux composés était uu peu plus considérable lorsqu'on substitue des levures anciennes à la levûre fraîche, il ne nous paraît pas suffisamment établi que la petite quantité de ces substances, bien que se produisant constamment, ne soit pas le résultat d'une modification opérée dans certains principes de la levûre.

Le ferment est un être organisé très-complexe constamment en voie d'altération et susceptible, par les modifications qu'il éprouve, de faire naître dans les corps avec lesquels on le met en contact des phénomènes très-différents. Je vous ferai voir en effet tout à l'heure que tandis que la caséine fraîche opère dans le glucose ou le sucre de lait une simple transformation polymérique, cette même substance, dans un certain état de décomposition, transforme ces mémos produits en un acide infect avec dégagement d'hydrogène et d'acide carbonique.

Chaque ferment est susceptible de produire des dédoublements qui lui sont propres en agissant sur des substances parfaitement définies. C'est ainsi que la pectase, qui détermine la transformation de la pectine en acides pectosique et pectique, n'exerce aucune raodiûcation sur le sucre cristallisable, et que la synaptase qui dédouble l'amygdaline en divers produits, au nombre desquels figure l'essence d'amandes amères, se comporte comme une matière inerte à l'égard de la pectine et du sucre.

§ 1098. Diverses hypothèses ont été proposées relativement au rôle que joue le ferment dans la production de ces curieux phénomènes. Leuwenhoeck, étudiant la levûre de bière au microscope, la trouva formée de petits globules ovoïdes ou sphériques, mais il en ignora la nature chimique. Un siècle après environ, Fabroni,

ioG FERMENTATION ALCOOLIQUE.

rapprochant ce produit des substances animales, l'identifia avec le gluten.

Thenard reconnut ensuite que tous les jus sucrés naturels étant abandonnés au contact de l'air s'altèrent rapidement en produisant de l'alcool et fournissant un dépôt globulaire susceptible d'exciter la fermentation dans une dissolution de sucre pur. Quelques années plus tard, Gay-Lussac, par sa curieuse expérience sur le moût de raisin qui n'éprouve aucune altération en absence de l'air, en conclut que la présence de l'oxygène était nécessaire pour commencer la fermentation.

M. Cagniard de Latour reconnut postérieurement, par une étude microscopique approfondie du ferment, que cette substance était formée d'un amas de globules susceptibles de se reproduire par bourgeonnement et non une matière simplement organique, comme on l'avait supposé précédemment. Il conclut de ses expériences fort intéressantes que c'était probablement par quelque effet de leur végétation que les globules de levûre dégagent de l'acide carbonique de la liqueur sucrée en la convertissant en un liquide alcoolique.

Pour M. Liebig, le phénomène de la fermentation présenterait une bien plus grande simplicité. Suivant lui, le ferment serait une matière éminemment altérable qui déterminerait la dislocation de la molécule du sucre par suite de l'altération qu'elle éprouve ellemême en ébranlant par communication et dédoublant le groupement moléculaire de la substance fermentescible. La cause de la fermentation, pour le savant chimiste allemand, n'est donc autre chose que le mouvement qu'un corps en décomposition communique à d'autres matières dans lesquelles les éléments sont retenus à l'aide d'affinités très-faibles.

Berzelius, rejetant les idées de Cagniard de Latour et ne voulant pas accepter celles de Liebig, considéra la fermentation comme une simple action de contact analogue à celle que nous observons entre la mousse de platine et le bioxyde d'hydrogène.

Enfin M. Berthelot, dans un travail publié tout récemment, considère l'action de la levûre sur le sucre, non comme le résultat d'un acte physiologique ainsi que l'avait admis d'abord M. Cagniard de Latour et plus tard M. Pasteur, mais comme le résultat d'une sécrétion produite par le végétal mycodermique qui cons-

FERMENTATION ALCOOLIQUE. iu7

iilue la levûre, cette substance ne formant pas un ferment unique et défini. Suivant lui, ce ne serait pas l'être vivant qui jouerait le rôle de ferment, il se bornerait à l'engendrer. Le ferment soluble, une fois produit, exercerait alors son action en dehors de tout acte vital ultérieur, cette action ne présentant de corrélation nécessaire à l'égard d'aucun phénomène physiologique.

Afin de se rendre un compte exact de ce phénomène, étudié si souvent sans avoir été jusqu'à présent complètement élucidé, M. Pasteur a soumis le ferment à un examen tout à la fois chimique et microscopique, en étudiant avec un soin minutieux les modifications qu'il éprouve pendant les différentes phases de l'opération.

Introduisant dans un flacon de l'eau distillée, du sucre pur et de très-petites quantités de levûre, il reconnut que, loin d'observer une formation d'ammoniaque, comme l'avait admis Dœbereiner, par suite de l'altération de la levûre, il y avait disparition d'une portion de celle qu'on ajoutait au liquide dans lequel on excite la fermentation toutes les fois qu'on emploie des quantités de levûre très-faibles, et que la liqueur ne contient pas, ou ne renferme que très-peu de principes albuminoïdes.

En introduisant dans une dissolution de sucre candi pur un sel ammoniacal, du tartrate par exemple, et d'autre part la matière minérale qui entre dans la composition du ferment, des cendres de levûre, et semant dans cette liqueur une proportion excessivement minime de levûre de bière, il vit les globules semés se développer, se multiplier et le sucre entrer en fermentalion, tandis que la matière minérale se dissolvait graduellement et que l'ammoniaque disparaissait. En un mot, l'ammoniaque, en fixant les éléments de la matière sucrée, se changerait en cette matière albuminoïde complexe qui entre dans la constitution do la levûre, en même temps que les phosphates donneraient aux globules naissants les principes minéraux qui sont nécessaires à leur développement.

Lorsqu'on examine les globules au microscope, à la lumière vive du gaz, on distingue facilement les globules semés de ceux qui se sont formés ultérieurement, en raison de leur enveloppe épaisse qui se détache en cercle plus noir. La fermentation, du reste, ne présente jamais autant d'activité lorsqu'on ajoute un sel amruonia-

io8 FERMENTATION ALCOOLIQUE.

cal au liquide qui fermente que lorsqu'on fait intervenir une matière albumineuse. Néanmoins il est nécessaire que cette dernière soit dans un état particulier pour pouvoir servir à la nourriture et au développement des globules. C'est ainsi que l'albumine du blanc d'œuf est entièrement impropre à la reproduction des globules de levure qu'on sème dans un liquide sucré, tandis qu'avec le sérum du sang ou les liquides exprimés des muscles la fermentation acquiert une très-grande activité.

Il en est de même relativement à la transformation du sucre en acide lactique : certaines substances azotées sont, en effet, beaucoup plus favorables que d'autres à cette espèce de fermentation.

Quoi qu'il en soit, suivant M. Pasteur, la levure, au lieu de se détruire en présence du sucre pour donner naissance à des sels ammoniacaux, comme on l'avait admis antérieurement, se développerait, au contraire, au contact de ces sels, l'ammoniaque qu'ils renferment servant à créer des composés protéiques nécessaires à sa reproduction. La présence de la matière minérale et surtout sa nature ne sont pas moins essentiels à la production du phénomène que les éléments organiques. La supprime-t-on, en effet, du milieu qui renferme la levûre, le sucre et le sel ammoniacal, les globules semés ne se multiplient pas et l'on n'observe aucun mouvement de fermentation. Enlève-t-on les phosphates, la marche de cette opération se trouve très-sensiblement ralentie et modifiée.

La proportion de la cellulose qu'on rencontre dans la levure après la fermentation étant supérieure à celle de la levûre normale, M. Pasteur en conclut qu'elle a pris naissance aux dépens des éléments du sucre.

La levûre, outre la cellulose, serait encore capable de créer de la matière grasse aux dépens du sucre. Cette espèce de graisse, qu'on rencontre dans la lie et qu'on considérait comme provenant des substances qui servent à la production de la levûre, parait, suivant M. Pasteur, n'avoir pas d'autre origine que la matière sucrée qui subit la fermentation. L'expérience suivante, rapportée par ce savant, semble en eflet démontrer que ce n'est pas une hypothèse purement gratuite. On mêle à de l'eau sucrée, préparée avec du candi très-pur, de l'extrait d'eau de levûre épuisé par l'alcool et l'éther, puis on ajoute à la solution quelques globules. La fermentation marche comme d'ordinaire, la levûre se reproduit, et

l'on obtient finalement une substance d'où l'éther extrait une proportion appréciable de matière grasse qui ne saurait provenir des substances employées, et dont il faut rapporter l'origine au sucre ou à la matière albuminoïdo. Celle-ci prend également naissance lorsqu'on remplace l'albumine par un sel ammoniacal.

§ 1099. Plusieurs causes tendent à favoriser la fermentation ; d'autres, au contraire, à s'y opposer et à l'arrêter souvent d'uno manière complète.

Ainsi, de petites quantités d'acide paraissent favoriser l'accomplissement du phénomène; une quantité plus considérable tend au contraire à l'arrêter. Les alcalis employés à faible dose retardent la fermentation, mais au bout d'un certain temps elle reparaît avec son activité ordinaire; l'acide oxalique, l'acide sulfhydrique, l'acide arsénieux, la strychnine, et en général toutes les substances qui exercent une action toxique plus ou moins énergique sur les êtres organisés, détruisent la fermentation.

§ 1100. On désigne sous le nom de graisse des vins une maladie particulière qui se manifeste principalement dans les vins blancs et sous l'influence de laquelle ils deviennent filants. Un phénomène tout semblable s'observe en été dans un grand nombre de potions contenant de l'eau, du sucre et des matières organiques.

On peut déterminer facilement et presque à coup sûr cette sorte de fermentation, à laquelle on donne le nom de fermentation visqueuse, en dissolvant du sucre dans une décoction de levûre préalablement filtrée. La partie soluble du gluten produit un effet tout semblable, il en est de même de l'eau de riz. Le liquide prend bientôt la consistance et l'aspect d'un mucilage épais de graine de lin.

M. Peligot a constaté que toutes les fois que ce phénomène se présente il y a production d'un ferment globulaire qui présente avec la levure une très-grande analogie. Une fois engendré, ce ferment développe à volonté la fermentation visqueuse dans une dissolution de sucre. D'après M. Favre, cette fermentation s'opère même à l'abri de l'air, et l'on n'observe aucun dégagement d'hy: drogène.

Le tannin, précipitant ce ferment d'une manière complète de ses dissolutions, s'oppose à son action. C'est à l'existence d'une certaine quantité de tannin dans la rafle avec laquelle on les laisse m. 10

uo FERMENTATION ALCOOLIQUE.

quelque temps en contact que les vins rouges doivent de n'être pas sujets à la graisse.

Il suffit donc do restituer aux vins blancs le tannin qui leur manque pour leur faire perdre cette fâcheuse propriété.

Dans beaucoup de circonstances on constate la présence de la mannite dans les produits sucrés qui éprouvent la fermentation visqueuse ; peut-être la formation de cette substance est-elle due à l'action d'un ferment spécial.

§1101. Lorsqu'on met du glucose en contact avec de la levure de bière, celle-ci se transforme, ainsi que nous venons de le voir, en alcool et en acide carbonique. En sera-t-il de môme si nous remplaçons cette levure par une autre matière azotée quelconque, par la caséine par exemple, qui n'est autre chose que le principe azoté du lait? Non; dans ce cas il ne' se dégage plus trace de produit gazeux, le liquide n'exhale pas d'odeur spiritueuse, il a acquis une saveur fortement acide, et si on le sature par de la craie, on en peut retirer une quantité considérable de lactate de chaux. Si maintenant nous comparons la composition de l'acide lactique à celle du glucose, nous ne tardons pas à reconnaître que ces deux corps renferment exactement le charbon, l'hydrogène et l'oxygène dans les mêmes proportions; la seule différence consiste en ce que i molécule de glucose s'est scindée de manière à former 2 molécules d'acide lactique.

Cette réaction s'explique au moyen de l'équation

C,2li,aO,2--«a(CfiH50&, HO),

Glucose. Acide lactique.

Il en est de même de la matière sucrée contenue dans le lait. Dans ce cas, on a