Etude quantitative des produits de la réaction

L'expérience peut toujours permettre de savoir ce qui se passe en réalité, à une condition qui, il est vrai, n'a pas souvent été réalisée jusqu'ici : c'est qu'on connaisse quantitativement tous les produits de la réaction, et qu'on ne se contente pas de reconnaître ou de doser l'un d'eux, comme nous le disions tout à Iheure.

Le dosage exact d'un seul des produits ne peut suffire que quand il y en a deux, parce que léquaiion de transformation donne l'autre. Ainsi, dans la dislocation théorique du sucre en alcool et en acide carbonique, quand on connaît la (puiutité de sucre disparu^ et la quantité d'alcool produit, on peut se dispenser de doser l'acide carbonique, parce qu'ici, il n'y a, comme nous l'avons vu plus haut, qu'une équation possible. Mais le dosage de l'acide butyrique ne serait pas suffisant dans l'étude d'une fermentation butyrique, alors même qu'il n'y aurait qu'une seule formule de dislocation possible, par exemple la formule (1). Quand on en a distrait l'acide l)utyrique, il reste un résidu ayant pour formule brute CH"-0", et qui n'est pas nécessairement un mélange d'acide carbonique et d'hydrogène. Il faut doser au moins un de ces gaz, et voir si sa proportion est celle que commande la formule. S'il en est ainsi, il est évidemment inutile de pousser la vérification plus loin. Mais comme il y a une autre formule possible, oii il n'y a pas de dégagement d'hydrogène, il faut voir si elle n'est pas intervenue pour tout modifier, et, dès lors, le dosage de tous les corps dosables s'impose. Il n'y a heureusement qu'un seul des produits de l'ensemble des réactions qui soit impossible à doser, c'est l'eau. Mais on la dose par différence, comme tout à l'heure l'acide carbonique dans le cas de la fermentation alcoolique.

GENERALITES 15

9. Synthèse de l'action totale. — En résumé, si complexe que soit l'action d'un microbe, c'est-à-dire si variés que soient les produits auxquels il donne naissance, on pourra toujours, en envisageant chacun de ces produits comme résultant d'une action spéciale, qu'on pourra considérer comme diastasique pour donner de l'unité, écrire, en partant des équations générales fournies plus haut, l'équation particulière de formation de ce corps, et calculer la quantité du corps fermentescible qui lui a donné naissance. L'équation générale de la fermentation s'obtiendra donc en écrivant les unes au-dessous des autres c.es équations particulières, chacune dans la proportion dans laquelle elle entre dans le résultat total, et en faisaut la somme. Nous avons, dans le volume précédent, donné, à propos de la fermentation alcoolique 004) un exemple de cette reconstitution.

Inversement, étant donnée une fermentation dont on connaît qualitativement et quantitativement tous les produits, en même temps que la quantité totale de matière fermentescible disparue, on peut établir une équation empirique qui représentera la superposition des équations correspondantes à la formation de chacun des produits. Cette équation, si elle est exacte, pourra dès lors être en quelque sorte démantelée, en en faisant sortir successivement les équations particulières dont elle se compose : de sorte que si, par exemple, nous avons trouvé dans le liquide m molécules d'alcool, 71 molécules d'acide acétique et p molécules d'acide butyrique, et si nous représentons abréviativement par a, S, y, les formules de la transformation du sucre en alcool, en acide acétique et en acide butyrique, la formule de l'action totale sera :

ma + n'^ -\- py

et on pourra hypothétiquement, il est vrai, mais avantageusement au point de vue de l'intelligence synthétique du phénomène, se représenter le microbe correspondant comme

K) CllAPITllK PllEMII^R

sécrétant trois diastases, alcoolique, acétique et butyrique, fonctionnant ensemble avec des activités proportionnelles à m, //, p.

J'ai déjà donné, dans le tome I de cet ouvrage ("SSE), des exemples de cette décortication d'une formule complexe, et nous en trouverons d'autres dans le courant de notre exposé, qui s'en trouvera beaucoup simplifié et abrégé.

Pour le simplifier et l'abréger encore, nous allons écrire ci-dessous, une fois pour toutes^ les réactions les plus souvent réalisées pour les sucres ou en général les hydrates de carbone qui ont été les plus étudiés. Ces réactions se rapportent à la série des alcools et des acides gras.

Série des alcools

1" Formation d'hvdrogène :

Alcool ordinaire, 3G'ir^X)« = 6C 'irM ) -- (îVjy

» propylique, aC^ir^'O" = GCTri J ' 12C0=' -\~ \m

» butylique, TCH' '()" = GCH'^O + ISCO'^ i- 24U

» amylique, OC'H'^'O*' ^ QC'W'O + 24CO^' -r 3GH

2" Formation deau

Alcool

ordinaire,

propylique,

butylique,

amylique,

2C/'ir^'0" = 4C'H'''0 + 4C0aCH'^O" := 4G'H*0 - 6C0- i 2H-0 4C*'H'*0'' = 4G'ir«0 ~r 8G0' + 4H 0 5r/H'-0« = 4G"H' 0 + lOGO' + 6li-0

Série des acides gras

1" Formation d'hydrogène :

Acide acétique, CU'^'O^-^SG-irM^-

« propiojiique, 2G«ir^'0'' = 3G'H"0^' -; 3G0^' -i- 611

» butyrique, SG"!!' 'C^^ = 3G^IP0' ^ 6G0^^ + 12H

» valérianique, 4G"ir^^0" = 3G'H'"0^' — 9G0^^ -f 18II

GENERALITES 47

2" Formation crcaii :

Acide acétique, 4Ciri)« = 12C'11M >'

propioiiique, 7C/H' '0' = 12041 0^' OCO ' + (illM >

» butyrique, 10C/II'^O« = 12C*IPU^' -- 12C0^' + ISll^'O

» valérianique, 13C«ir^'0^ = 12C/H'°0-^ - 18C0-' — ISH'O

Nous nous sommes bornés aux corps qui se rencontrent le plus fréquemment dans les produits de fermeutation des sucres. Pour les autres, nous écrirons en leur temps leurs équations spéciales. Comme les corps compris dans les séries précédentes se rencontrent souvent, nous pouvons introduire dans notre exposé une simplification nouvelle en disant comment on peut les doser. Cela nous dispensera d'entrer, à propos de ' chacune des fermentations que nous rencontrerons, dans l'étude de l'examen des produits, à moins de raisons spéciales. Ce sera l'objet du prochain chapitre.

Comme ce livre n'est pas un traité de chimie analyticjne, nous n'avons à nous occuper que du dosage des matériaux que nous sommes exposés à rencontrer le plus fréquemment dans les fermentations des matières ternaires. Ces matériaux sont encore assez nombreux et assez complexes pour que nous soyons obligés de mettre de la méthode dans leur étude. Nous commencerons par les sucres divers auxquels peut donner naissance l'action des ferments, ou (le leurs diastases, sur les amidons ou les celluloses. Puis viendront les alcools divers formés dans les fermentations. Les procédés de dosage des divers acides gras ont été étudiés dans le volume consacré à la fermentation alcoolique. Il en est de même pour la glycérine et l'acide suecinique. iSous n'avons alors à nous préoccuper que des acides fixes^ comme l'acide citrique et d'autres acides plus rarement observés ■ dans les milieux où ont vécu les ferments.

lO. Dosage des sucres. — Ce dosage est sujet à des incertitudes dont on comprendra l'origine lorsqu'on se souviendra qu'il repose presque uniquement sur des mesures de pouvoir rotatoire et de réduction par la liqueur de Fehling. Or, tous les savants ne sont pas d'accord sur la valeur du pouvoir rotatoire des divers sucres. Quant à ce que nous avons défini dans le tome II (270), sous le nom de pouvoir réducteur, il y a aussi de nombreuses incertitudes à ce sujet. Ainsi nous avons dit que le pouvoir réducteur du maltose était 62, c'est-à-dire qu'il fallait

seulement 63 milligTammes de maltose pour réduire autant de liqueur de Fehling- que 100 milligTammes de dextrose. Mais pour d'autres savants qui n'acceptent pas sur ce point les conclusions de Brown et Héron, ce pouvoir réducteur R est de 66. Même incertitude pour le lactose. Si on ajoute à cela que le mode opératoire intervient lui-même, que la concentration du sucre joue aussi un rôle, on voit qu'il y aura un tlottement dans les nombres obtenus, et on s'explique que des cbimistes travaillant également bien, et opérant sur le môme mélange de sucres, aient pu lui assigner des compositions différentes. On a réussi, par une convention, à éviter les dissentiments qui provenaient des différences entre les pouvoirs rotatoires et les pouvoirs réducteurs adoptés par divers savants. On a aussi cherché à unifier les méthodes, et voici celles qui, en ce moment, ^semblent le plus généralement adoptées.

11. Fouvoirs rotatoires. — Les sucres qu'on rencontre dans les liqueurs fermentées ont besoin d'une défécation qui rende leur solution transparente. On les traite d'ordinaire pour cela par le sous-acétate de plomlj qui a plusieurs inconvénients : il change le volume du liquide et oblige à une correction ; il est alcalin et la rotation de la liqueur qu'il a servi a déféquer n'est pas constante : le sucre semble en disparaître graduellement. Enfin, on en met d'ordinaire trop, et il reste en solution un peu d'acétate de plomb qui prend un peu de l'acide chlorhydrique qu'on ajoute ensuite pour l'interversion, et le remplace par l'acide acétique dont l'efifet sur le sucre n'est pas le même. Il vaut mieux, comme l'a montré M. Lindet, remplacer le sous-acétate de plomb par du sulfate de bioxyde de mercure, qu'on ajoute en poudre, qui se dissocie en acide sulfurique et en sous-sulfate, lequel est le corps déféquant. Le pouvoir rotatoire et le pouvoir réducteur du liquide déféqué restent fixes. Malheureusement, il y a des

20 GIlAPITUli II

liquides que le réactif ne réussit pas à décolorer et à rendre limpides.

C'est sur le liquide déféqué qu'on fait la détermination du pouvoir rotatoire, ce qui fournit une première donnée sur la nature du sucre ou des sucres présents. Pour en avoir une seconde, on fait une interversion. Cette hydrolysation se fait en général au moyen des acides, et les acides agissent inégalement, de même que les sucres se prêtent inégalement bien à leur action. Suivant qu'on fait varier la température, la nature de l'acide, sa dose, le tem[)s de l'opération, on peut atteindre tous les sucres ou bien seulement quelques-uns d'entre eux. Il y a donc à tenir compte du procédé opératoire. Deux sont surtout en bonneur et peuvent être employés à des opérations de mesure, c'est l'inversion Clerget et l'inversion Lindet.

L'inversion Clerget consiste à chauffer 40 ce. de liquide sucré, mélangé à 4 ce. d'acide chlorhydrique fumant, au bain-marie, dans une fiole jaugée, munie d'un thermomètre, en élevant peu à peu la température du bain de façon que le thermomètre de la fiole monte en 10 ou 12 minutes de la température ambiante à celle de 67-68". On laisse refroidir la fiole jusqu'à 40" environ : on la refroidit ensuite artificiellement. On sature l'acide par la soude et on ramène au trait de jauge. Cette inversiou, ainsi pratiquée, ne touche ni au lactose, ni au maltose, ni à la dextrine Elle laisse intacts le dextrose, le lévulose, le galactose, elle transforme le saccharose en dextrose et lévulose, le raffinose en dextrose, lévulose et galactose, elle permet donc une inversion partielle dans les mélanges de saccharose et de dextrose, comme les laits concentrés, ou dans les moûts de saccharification contenant dextrose, dextrine et maltose.

L'inversion Lindet consiste à ajouter, à 40 ce. du liquide sucré, 3 ce. d'acide chlorhydrique et à chauffer le tout pendant 5 minutes au bain-marie bouillant. Elle hydrolyse le maltose, qui est assez résistant. On peut, comme

l'a montré M. Grimbert, réduire le temps de l'ébullition en portant le matras à 120" au moyen d'un autoclave.

Le tableau suivant donne les pouvoirs rotatoires droits et gauches [d et g), des divers sucres avant et après interversion, pour la raie D. Ce sont les chiffres conventionnels dont nous avons parlé plus haut.

avant après

Saccharose 66, S d 21,0 ^

Raflinose 104,0 d S3,0 d

Dextrose 52,5 d 52,5 d

Lévulose 101,0 g 101,0 g

Lactose 52,5 d 66 d

Galactose 80,0 d 80 d

Maltose 138,5 d 52,5 d

Dextrine 193,0 d 52,5 d

IS. Pouvoirs réducteurs. — La quantité de cuivre réduit dans une solution alcaline de cuivre n'est pas exactement proportionnelle à la quantité de sucre présent. Elle est d'autant plus faible que la même quantité de sucre agit en solution plus concentrée. En outre, elle dépend de la composition de la liqueur, de la forme et de la durée de l'opération. Tout dosage de sucre par une liqueur cuprique quelconque est donc empirique. Il faut toujours aboutir à une comparaison^ et la pratique la plus usuelle est la suivante.

On titre une liqueur de Fehling avec une solution de saccharose à 1 0/0, intervertie à l'avance, en versant dans 10 ce. de la liqueur bouillante, goutte à goutte, la liqueur sucrée jusqu'à disparition de toute teinte bleue. Puis on opère dans les mêmes conditions avec la solution à étudier, en s'arrangeant pour que le volume à verser dans le second cas soit aussi voisin que possible du premier. Un essai préliminaire indique de combien il faut concentrer ou étendre la liqueur pour obtenir ce résultat.

En d'autres termes, la méthode n'est sûre que lorsque la solution sucrée à étudier et la liqueur de titrage ont à peu près la même concentration. On ne demande alors à la liqueur de Fehling aucun titrage. On ne lui demande que de se comporter de la même façon dans deux expérienc3s consécutives, faites avec des solutions sucrées de même concentration ou à peu près ; ce qu'elle peut toujours faire. Le volume de la liqueur à étudier qui en a décoloré 10 ce. contient la même quantité de sucre que celle qui existe dans le volume versé de la liqueur d'épreuve faite avec le même sucre.

Lorsque le sucre n'est pas le même, il faut faire intervenir les pouvoirs réducteurs, dont voici les valeurs conventionnelles, avant et après interversion. Leur signification est nette. Par exemple pour le lactose, dont le pouvoir réducteur est 70, le poids du sucre contenu dans le volume lu sur la burette représente les 70/100 de la quantité du dextrose qui réduit la même quantité de liqueur de Fehling. Ces pouvoirs réducteurs sont les suivants avant et après inversion par les acides.