発酵の生物学的理論。科学的発見の歴史と本質

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発酵の生物学的理論。科学的発見の歴史と本質

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1680年オランダ人アンソニー・ヴァン・レーウェンフック私は自家製の顕微鏡で初めてビール酵母を見ました。彼は王立協会への手紙でそれらを説明し、クラスターを形成する出芽中の丸い細胞を示す図面を提出しました. このようにして、酵母の形態学の研究が始まりました。これらの観察結果は、当時の科学の最先端をはるかに超えていました。フランスのカニャール・ド・ラトゥール、ドイツのシュヴァンとキュッツィングの報告が出たのは 1835 年のことでした。発酵。しかし、この発酵の原因解明に関する研究の生物学的方向性は、XNUMX 世紀前半には普遍的な認識を得ることができませんでした。

XNUMX 世紀半ばには、発酵の化学理論が広まりました。たとえば、スタールは、崩壊する物質は、現在崩壊していない別の物質にこの状態を伝えることができると主張しました. 腐敗には動きが伴い、腐敗を引き起こす能力は、静止している身体への動きの伝達に関連しています。酵素も動いており、その発酵能力は動きの伝達に関係しています。

当時の著名な化学者であるリービッヒとベルゼリウスはこの観点を発展させました。ベルゼリウスは、さまざまな種類の発酵と腐敗の間に根本的な違いがあるとは考えませんでした。これらはすべて同じプロセスの異なる段階です。発酵は XNUMX つの条件が満たされた場合にのみ可能です。培地にはグルテンなどの窒素有機物が含まれている必要があり、グルテンを含む発酵液は大気中の酸素にさらされている必要があります。この場合、容器の底に不溶性の沈殿物が形成され、新たな発酵を引き起こす可能性があります。リービッヒは、すべての発酵プロセスを有機物質の分解と腐敗と関連付けました。有機物質は腐敗を受けると酵素となり、すでに砂糖などの非腐敗物質の発酵を引き起こす可能性があります。

腐敗物質が発酵性物質と接触すると、後者は崩壊して粒子になります。リービッヒは、砂糖の発酵に酵母が必要であることを否定しませんでしたが、他の腐敗物質と同様に、発酵を引き起こすのは死んで腐敗している酵母であるため、必ずしも生きている必要はありません.

フランスの科学者パスツールが発酵の研究を始めるまでは、これらが発酵の化学理論の基礎でした。

ルイパスツール (1822-1895) は、フランスの町ドールで生まれました。ルイは友好的な大家族で育ちました。健康状態が悪く資金が不足していたにもかかわらず、パスツールは最初はアルボアの大学で、次にブザンソンで学業を無事に修了しました。ここで学士号を取得して卒業した後、1843 年に高等学校の教師を養成する高等師範学校に入学しました。

1847 年に学校を卒業した後、パスツールは物理科学の准教授の称号の試験に合格しました。 26年後、彼は博士論文の弁論を行った。当時、パスツールはまだXNUMX歳でしたが、すでに結晶構造の分野での研究で名声を博していました。この若い科学者は、多くの一流科学者の努力にもかかわらず、彼の前で未解決のままだった疑問に答えを出しました。彼は、有機物質の結晶に対する偏光ビームの不均等な影響の理由を発見しました。この傑出した発見は、その後、分子内の原子の空間的配置の科学である立体化学の出現につながりました。

また、1848 年に、パスツールはディジョン大学の物理学の准教授になりました。 1848 か月後、彼はストラスブールで化学の准教授として新しい役職に就きました。パスツールは XNUMX 年の革命に積極的に参加し、国家警備隊にも参加しました。

1854 年、パスツールはリール大学で新しく組織された物理学と数学の学部長に任命されました。フランスのこの地域は、砂糖と発酵産業で有名でした。地元の工場の所有者は、科学の最新の成果に導かれて、生産の合理化、改善を支援するよう要請して、パスツールに繰り返し頼りました。工場の仕事に精通したパスツールは、この分野における現代の科学的知識は控えめであるという結論に達せざるを得ず、これが彼に発酵の研究を開始するよう促しました。

彼はこの問題を研究し始めた。彼の研究の成果は単行本でした。最初に出版された回想録は乳酸発酵に関するものでした。これまでの研究はすべて主にアルコール発酵に関するものであったため、これは新しい発酵であり、科学の世界に特に大きな衝撃を与えました。

「パスツールは、彼自身の実験データが発酵の化学理論をどの程度確認または反駁できるかを調べるために、発酵に関するすべての研究を行った」と A.A. イムシェネツキーは科学者に関する著書の中で書いている。次のように。

1. 発酵の化学理論の支持者の意見に反して、発酵が起こるのに空気は必要ありません。乳酸発酵はアルコール発酵と同様に空気に触れずに進行します。これにより、「発酵は酸素のない生命である」という一般的な公式が得られます。この仮説を実証するために、酸素を必要としないだけでなく、酸素を必要としない完全な嫌気性細菌によって引き起こされる酪酸発酵のパスツールの発見は、非常に重要でした。この発見がなされるまでは、酸素のない生命は不可能であると考えられており、ゲイ＝リュサックがアペールの缶詰食品に含まれる製品の腐りにくさを缶内の酸素欠乏と関連付けたのは偶然ではありませんでした。嫌気性の発見はブレフェルトや他の科学者からの強い反対に遭いましたが、非常に説得力があることが判明したため、すぐに誰もがそれを受け入れました。

2. 各発酵は、特定の病原体によって引き起こされます。パスツールは、乳酸発酵が、酵母とは形態が異なる微生物の発生と関連していることを最初に確立しました。酪酸は、特殊な種類の微生物の生命活動の結果として形成されます。酢酸発酵、アルコール発酵、尿素発酵には病原菌がいます。パスツールが、下等植物生物の分類学の現在の状態に基づいて、彼が記述した生物に常に正しい名前を付けたわけではないという事実は驚くべきことではありません. それで、彼は酪酸菌を動物界の代表者に帰し、酢酸菌をMycodermaなどと指定しました。これらすべてが主な結論を変えませんでした-さまざまな発酵はさまざまな微生物によって引き起こされます.

3. 発酵は、発酵の化学理論の支持者が信じていたように、死や分解ではなく、微生物の生命とその繁殖に関連しています。発酵中の微生物の重量は常に増加しており、それらによって発酵された物質は、酵母によって体を構築するためにも使用されます.

4.発酵のために、培地中のタンパク質物質（グルテン）の粒子の存在は必要ありません。化学理論の支持者によれば、それは動き出し、それを他の粒子に移し、それによって発酵または崩壊を引き起こします。アルコールまたは乳酸の形成を伴う糖の発酵は、タンパク質をまったく含まないが、硫酸アンモニウムなどの唯一の窒素源として無機化合物を含む培地で発生する可能性があります。

パスツールの実験的研究の結果は、リービッヒの理論に決定的な打撃を与えました。その信奉者たちはもはや、粒子の動きの伝達によって発酵を説明することができず、それを死や腐敗物質の分解と関連付けることができませんでした。

しかし、すでに XNUMX 年代の初めに、ベルトロは、そのような限られた生物学的観点は生理学者、さらには化学者を満足させるべきではないという考えを直接表明しました。熱化学的データに基づいて、Berthelot は、酵母の生きた物質の合成には外部からのエネルギーの流入が必要ないため、酵母細胞の発酵と生命活動は互いに関連していないと主張しました。

生化学と酵素学の発展により、優れた科学者たちはベルテロの考えに立ち返るようになりました。徐々に、発見される「可溶性酵素」、すなわち酵素の数が増え、二糖類や多糖類の無細胞加水分解、タンパク質の分解、さまざまな酸化プロセスを実行できるようになりました。これらすべてが、K.A. という事実につながりました。ティミリャゼフは1895年の講演で次のように述べた。「…ベルトローは、パスツールと論争を巻き起こしながら、発酵をパスツールが観察した生理現象の根底にある化学プロセスとして見るという見方、つまりこの見方は必然的な歴史的発展過程からたどるものであると指摘した」すべての科学、特に生理学において、これによれば複雑な現象は単純なものに、したがって生理学的現象は物理的および化学的な現象に還元される。ベルテロ…」

パスツールは発酵における酵素の関与を決して否定しなかったと言わなければなりません. はい、それは非論理的です。なぜなら、化学者である彼は、細胞内で起こる一連の化学反応なしに分子がアルコールに変換されることを想像できなかったからです。醗酵における可溶性酵素が発見されたり、糖からアルコールへの変換が細胞の生命活動とは無関係に証明されたりしたら、私が当惑するだろうと彼らがどのような根拠で考えているのか、私には謎である.

無細胞発酵の研究、酵母ジュースやその他の調製物を使った研究が多くの価値を生み出したことは間違いありません. すべてのマニュアルに含まれ、現在一般的に認識されている発酵スキーム、特にアルコールを確立することを可能にしたのは彼らでした。「しかし、これらすべての研究は、このプロセスが「どのように」発生するかという質問に答えています」と A.A. Imshenetsky は述べています。または他の発酵プロセスが生じた. これは、パスツールが当時開発した主なアイデアの詳細にすぎず、発酵の化学理論と生物学的理論との対比ではありません.

パスツールは、優れた生物学者として初めて、なぜ発酵が起こったのかを徹底的に答えました。彼はこれらのプロセスの便宜性を説明し、それらが細胞の生命に必要であることを示しました。これは、化学研究では時々忘れられます。

パスツールは発酵のエネルギー的な重要性を指摘し、発酵には生態学的重要性があることを示しました。彼は研究の中で、微生物の発酵という生命活動の生成物が環境の変化において大きな役割を果たしていることに繰り返し言及しています。パスツールは、ある種類の微生物がその生命活動の生成物で別の種類の微生物を置き換えることを確立することで、最も興味深い環境問題の XNUMX つを解決します。ここで注目すべきは、当時のドイツの研究者とは異なり、彼はあらゆる種類の微生物が例外なく生育できる普遍的な栄養培地の探索を放棄し、生態学、つまり環境に基づいた培地を初めて使用したことである。微生物の存在について。したがって、私たちはパスツールを、微生物学のまだ発展途上にある若い分野、つまり微生物の生態学の創始者でもあると考える権利を持っています。」

発酵の現象を解明することは、「ワインの病気」によって多大な損失を被ったフランスのワイン製造にとって実用上非常に重要であっただけでなく、生物科学の発展、農業および産業の実践においても並外れた役割を果たしました。発酵の性質に関する深い知識は、そのプロセスを制御することを可能にします。これは、ベーキング、ワイン製造、および多くの食品物質の製造にとって非常に重要です.

著者: サミン D.K.

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