Od czasów
Starożytnych głównym przeświadczeniem o powstawaniu pewnych zjawisk w
przyrodzie była arystotelesowska teoria samorództwa - abiogeneza, według której
materia ożywiona miała powstawać z tej nieożywionej. Z czasem stopniowo zaczęto
ją obalać. Przykładowo stwierdzono, że muchy nie powstają z rozkładającego się
mięsa, lecz składają w nim jaja, z których wykluwają się ich larwy. Odkrycia
tego dokonał Włoch – Fransesco Redi (1626-1679). Nie inaczej postrzegano
drożdże, które pojawiały się w soku winogronowym i brzeczce nie wiadomo skąd i
powodowały przemianę tychże w napoje alkoholowe.
W 1697 roku
Georg Ernst Stahl (1659-1734) stwierdził, że fermentacja alkoholowa to efekt
działania powietrza (i zawartej w nim siły życiowej) na soki roślinne. W wyniku
tego procesu ulegają one degradacji, bowiem ich stabilność zostaje zaburzona
przez sam "ferment", będący z natury niestabilnym. Twierdził też, że
tym, co powoduje tę reakcję chemiczną nie jest żadna substancja chemiczna, ale jest
to pewien rodzaj aktywności. Drożdże według niego były rozkładającym się
ciałem, będącym bezpośrednim rezultatem zajścia procesu fermentacji.
Do rozwoju
badan nad drożdżami przyczyniło się przede wszystkim wynalezienie mikroskopu
przez Zachariasa Jansena (1580-1632). Soczewki powiększające były znane już w
czasach średniowiecznych, jednak to ten holenderski optyk wykorzystał dwie
soczewki w swoim urządzeniu, aby dawało ono jeszcze lepsze możliwości obserwacji
z uwagi na większą moc.
Pierwszym
człowiekiem, który miał okazję lepiej przyjrzeć się drożdżom był rodak Z.
Jansena – Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723), który
obserwował te mikroby pod mikroskopem powiększającym około 240-krotnie i opisał
je jako skupiska kulistych ciał o jednakowych rozmiarach. Dodatkowo, wykorzystywał do swoich obserwacji
światło, które przepuszczał przez badany obiekt, co czyniło jego badania
bardziej efektywnymi.
Francuski chemik Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794) odkrył, że w wyniku reakcji fermentacji alkoholowej cukry zawarte w cieczy zostają zamienione na alkohol etylowy oraz dwutlenek węgla. To on także w 1789 roku ogłosił, że cząstki cukrów składają się z: wodoru, tlenu i węgla. Nie wskazał w swych pracach na czynnik powodujący zachodzenie procesu przemiany cukrów w alkohol, ale podał dane ilościowe dotyczące samych przemian. Według niego z 100 części cukru wagowo w wyniku wyżej opisanej reakcji chemicznej 60,17% było zamieniane na alkohol, 36,81% na dwutlenek węgla, a 2,61% – kwas octowy.
W
1810 roku inny francuski chemik, Joseph Louis Gay-Lussac, wykonał eksperyment,
w którym sok winogronowy zamknął w szczelnych pojemnikach i umieścił je na
pewien czas we wrzącej wodzie. Otworzył je dopiero po roku i dopiero wtedy
nastąpiła fermentacja alkoholowa. Gay-Lussac stwierdził, że dostęp do powietrza
zainicjował tę reakcję i powstał w jej wyniku „ferment”, cechujący się dobrą
rozpuszczalnością w wodzie, który przemienił sok winogronowy w wino. Ponadto,
skorygował on założenie Lavoisiera, co do ilościowego rozkładu produktów
fermentacji alkoholowej. Według Gay-Lussaca ze 100 części cukru 51,34 miało być
zamieniane na alkohol, a 48,66 – dwutlenek węgla.
Coraz
większe możliwości wynikające ze stałego udoskonalania mikroskopów pozwoliły na
kolejne odkrycia trzem naukowcom, którzy prowadzili swoje badania nad drożdżami
niezależnie w latach 1836-1838. Pierwszym z nich był Charles Cagniard de la
Tour (1777-1854). Swoje obserwacje drożdży w piwie i w winie wykonywał za
pomocą mikroskopu o 500-krotnym powiększeniu. Stwierdził on, że drożdże
posiadają kulisty kształt i tworzą zorganizowane struktury. Uznał je za żywe
organizmy, które zaliczył do królestwa roślin. Zauważył, że w trakcie
fermentacji mikroby te namnażają się poprzez pączkowanie. W ramach obserwacji
odkrył także blizny w ścianach komórkowych, które połączył ze sposobem ich
rozmnażania się. Ocenił rozmiar ich komórek na 7 mikrometrów. Inną tezą, którą
sformułował był fakt, że komórki drożdży są zdolne do przeprowadzenia
fermentacji alkoholowej tylko wtedy, gdy są żywe. Badacz ten ogłosił swoje
wnioski w 1837 roku.
W
tym samym roku Friedrich Traugott Kützing
(1807-1893) opublikował rysunki komórek drożdżowych wraz z opisami. Według niego,
komórki drożdżowe posiadać miały rozmiar circa 6-9 mikrometrów. Przypuszczał,
że za konkretny rodzaj fermentacji odpowiadają inne drobnoustroje.
Najbardziej
znanym ze wszystkich trzech był Theodor Schwann (1810-1882). W jednym ze swoich
doświadczeń, dodał on drożdże do wodnego roztworu cukru i rozlał je do 4 naczyń,
które zakorkował i trzymał w gorącej wodzie przez 10 minut. Po schłodzeniu do 2
z nich dodał powietrze, które przepuścił przez rozgrzaną szklaną rurkę, po czym
ponownie je zakorkował. Dwa pozostałe naczynia napowietrzył powietrzem o
temperaturze pokojowej. Po 4-6 tygodniach przetrzymywania naczyń w temperaturze
w przedziale 13-18 st. C, okazało się, że proces fermentacji pojawił się w
dwóch próbkach napowietrzonych zimnym powietrzem. Stwierdził, że fermentacja
jest czymś w rodzaju zepsucia i reakcja ta nie jest wywoływana przez tlen
znajdujący się w powietrzu. Schwann zaobserwował pojedyncze komórki drożdżowe
oraz ich zorganizowane skupiska. Uznał, że cukry zawarte w soku winogronowym
stanowią dla drożdży źródło pożywienia, które pozwala się im namnażać. Odkrył
też, że oprócz cukru, drożdże potrzebują także związków chemicznych
zawierających azot. Odpowiednie warunki do rozwoju tych grzybów stanowią
przyczynek do rozpoczęcia się fermentacji alkoholowej. To on nazwał drożdże
„cukrowymi grzybami” (Zuckerpilz),
skąd ich dzisiejsza taksonomiczna nazwa
- Saccharomyces.
Teza
o tym, że fermentację alkoholową wywołuje czynnik biologiczny, a nie chemiczny,
odbiła się wielkim echem w kręgach akademickich ówczesnej Europy. Wielu badaczy
postanowiło zgłębić odkrycia powyższej trójki naukowców. Warto jednak wspomnieć
o tym, że owe epokowe odkrycie spotkało się także z głosami krytyki.
Do
najbardziej zagorzałych krytyków teorii głoszącej, że drożdże to żywe
organizmy, a nie substancja chemiczna należeli: Justus von Liebig (1803-1873),
Friedrich Wöhler
(1800-1882) oraz Jöns Jacob Berzelius (1779-1848). Deprecjonowali oni teorię, według której drożdże
miały być żywymi istotami. Optowali za tym, że fermentacja alkoholowa to efekt
oddziaływania powietrza na soki roślinne, które zawierają cukry. Wöhler i von Liebig
byli na tyle zażarci, że w jednym z naukowych periodyków opublikowali
(anonimowo) satyryczną rycinę mającą stanowić odpowiedź na wyniki badań
Schwanna, Kützinga i de la Toura.
Zatytułowano ją „Rozwiązanie zagadki fermentacji alkoholowej”, a przedstawiała
ona żyjątko widziane pod mikroskopem, które swym kształtem przypominało
aparaturę do destylacji alkoholu, żywiło się cukrem, a wydalało alkohol i kwas
węglowy. Z kolei J.J. Berzelius twierdził, że badania T. Schwanna są
bezwartościowe, a same drożdże mają tyle wspólnego ze światem ożywionym, co
osad aluminiowy. Sceptyczni
chemicy podtrzymywali tezy wygłoszone przez G. E. Stahla w 1697 roku. Berzelius
twierdził, że fermentacji nie przeprowadzają żywe organizmy, lecz siła
katalityczna przenoszona do słodkich napojów przez powietrze. J. von Liebig za
niestabilność soków roślinnych i powstawanie „fermentu” obwiniał zawarte w nich
związki azotu.
Trwający
rozłam w świecie nauki, który dotyczył istoty drożdży został ostatecznie zażegnany
dzięki badaniom Louisa Pasteura (1822-1895), który w sposób jednoznaczny
wyjaśnił czym są drożdże oraz rolę, jaką odgrywają w procesie przemiany cukrów
w alkohol etylowy.
Fot.: Masur
(CC)
Bibliografia:
Ian
S. Hornsey: „A History Of Beer And Brewing”, RSC, Cambridge, 2003,
Chris
White, Jamil Zainasheff: „Yeast: The Practical Guide To Beer Fermentation”,
Brewers Publications, Boulder, 2010,
James
A. Barnett: „A History Of Research On Yeast I: Work By Chemists And Biologists
1789-1850”, w: „Yeast”, Issue No. 14, 1998.
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz