гл. 3 БРОЖЕНИЕ
Явление брожения в сахарсодержащих жидкостях было известно в глубокой древности у народов, в доисторические времена населявших Малую Азию, Палестину, Египет и пр. Процесс брожения, сопровождавшийся видимым на глаз выделением углекислого газа, изменявший существенно свойства жидкости, в которой он происходил, не мог не обратить па себя внимание человека, утолявшего жажду отжатым соком различным плодов и в том числе винограда. Сок, оставленный недопитым, в условиях жаркого климата уже на следующее утро терял свою прозрачность, выделял пузырьки неведомого газа и приобретал через несколько дней свойства, которые на первых же норах сознательной жизни человека, поражали его и получили у него соответственную оценку. Сладкая, зачастую приторная, жидкость теряла эти присущие ей свойства и производила опьяняющее действие. В древней Греции и Риме уже существовал культ виноградного вина, которое являлось необходимой принадлежностью всяких пиршеств и праздничного веселья.
В латинском слове, определявшем понятие брожения (fervere — значит кипеть), подчеркивалось внешнее проявление процесса, превращавшего виноградный сок в вино.
И греки и римляне задолго до пашей эры знали, как обращаться с бродящей жидкостью, умели улавливать время окончания брожения, связанное с осветлением получавшегося напитка, хранили его в прохладном месте, в глиняных амфорах, и научились разбираться в тонких оттенках хиосских, самосских, фалернских и других вин, зачастую сдабривавшихся ароматическими веществами. Но если самое явление брожения таким образом было известно и использовалось для получения напитка, вошедшего в широкое употребление, то первопричина его была окутана тайной, которая оставалась долго необъявленной даже и в то время, когда достаточно точные методы исследования пролили свет на многие явления и процессы органической жизни. Так Лавуазье, установивший в конце XVIII столетия химизм явления брожения и давший приближенный количественный анализ образующихся при брожении спирта и углекислоты, не мог найти объяснения его причины. Апперт и за ним Гей- Люссак, применявшие метод хранения сахаристых жидкостей после нагревания до 70—80° Ц в запаянных сосудах, пришли к заключению, что причиной брожения является кислород воздуха. Эта теория господствовала до того времени, когда микроскоп открыл завесу, скрывавшую от взора ученых жизнь мельчайших существ, невидимых простым глазом.
В 1837 г. почти одновременно Каньяр-Латур, Шванн и Кютцинг установили в брожении жизненные процессы живой клетки. Они увидели ее в поле зрения микроскопа и установили, что дрожжи — это живые организмы, размножающиеся почкованием. Далее Каньяр- Латур, исследовавший пивные дрожжи, доказал, что дрожжи при своем размножении в сахаристых растворах дают алкоголь и угольную кислоту.
В 1842 г. немецкий ученый Либих выступил против биологического объяснения брожения. По его мнению дрожжевые клетки не принимают никакого решающего участия в процессе брожения пока они живут и размножаются; затем после их смерти происходит разложение их белкового вещества, которое вызывает расщепление молекул сахара на спирт и углекислоту. Таким образом эта теория как бы усматривает в дрожжах присутствие каталитического начала, переносящего свое воздействие от азотсодержащих молекул самих дрожжей на способные к сбраживанию молекулы сахара.
Большой сдвиг в понимании брожения дали работы гениального французского ученого Луи Пастера (1857—1875) в результате экспериментальных опытов, проведенных с большой научной точностью. Пастер установил, что без наличия жизнеспособных дрожжей никакого брожения быть не может, и что спиртовое брожение есть акт, связанный с жизнью дрожжей. Далее он указал, что не весь сахар бродящей жидкости идет на образование спирта и угольной кислоты, и что некоторая его часть идет на питание самих дрожжей; что при брожении образуются и другие побочные продукты — глицерин, янтарная кислота, альдегиды, уксусная кислота, сивушное масло (высшие спирты) и букетсодержащие вещества; что прибавление виннокислого аммония к бродящей жидкости увеличивает и возбуждает расщепляющее действие дрожжей и что кроме того другие продукты расщепления органического вещества — молочная, масляная кислота и уксусная кислота — точно так же, как гниение азотсодержащих соединений, обязаны действию специфических микроорганизмов. Пастер далее доказал возможность размножения дрожжей и их жизни в минеральной среде, содержащей сахар; с другой стороны, он же установил, что стерилизованные кипячением жидкости не подвергаются явлениям какого-либо разложения до тех пор, пока в них не проникнет воздух, содержащий дрожжи или иные специфические микроорганизмы, и что достаточной защитой от проникновения вместе с воздухом каких-либо бродильных начал в стерильные жидкости является стерилизованная вата.
Чрезвычайно интересны его опыты с виноградным суслом и другими подвергающимися брожению жидкостями, освобожденными предварительной стерилизацией в стеклянных баллонах от каких-либо жизнедеятельных микроорганизмов. Эти жидкости не забраживали при введении в них воздуха, искусственно лишенного зародышей, или воздуха, заведомо их не содержащего (горного), и, наоборот, в них немедленно появлялось брожение, как только в них вводился воздух жилых помещений или тот, который вообще содержал различные микроорганизмы, в том числе дрожжи.
Дальнейшие работы Пастера и его последователей установили, что явления гниения, разложения, брожения в различных средах вызываются жизнедеятельностью специфических определенных микроорганизмов. Пастер приписывал спиртовое брожение непосредственно жизнедеятельности дрожжей.
В 1897 г. Е. и Т. Бюхнер в сотрудничестве с М. Ганом установили путем экспериментальных исследований, что раздавленные под большим давлением дрожжевые клетки давали клеточный сок (Zellsaft или Pressaft), который обладал способностью разлагать сахар на угольную кислоту и алкоголь, и что в этом клеточном соке содержался разлагающий сахар энзим, названный ими зимазой, или алкоголязой. Самое получение зимазы производится по бюхнеровскому методу следующим образом: 1 кг дрожжей, отжатых при давлении в 50 атмосфер, смешивался с 1 кг чистого песка и 200 г инфузорной земли; смесь растиралась порциями по 100 г в механической ступке и отжималась давлением в 500 атмосфер в гидравлическом прессе. Этим путем получался дрожжевой сок в виде опалесцирующей жидкости удельного веса 1,04, который можно было сохранять некоторое время в ледяной воде. Он мог служить для возбуждения внеклеточного спиртового брожения, хотя потерял свойство живой клетки. Таким образом зимаза, природа которой и до сих пор остается неизвестной, своим каталитическим соприкосновением вызывает разложение молекул сахара. Это действие может быть достигнуто не только с помощью прессованного сока, где протоплазматическое содержание клетки может быть еще и не очень глубоко изменено, но даже и осадок, полученный путем обработки этого сока спиртом, вызывает такое же действие.
Для выделения зимазы помимо указанного выше способа (прессованием), применяемого теперь довольно редко, прибегают к более простому методу Лебедева, который производил подсушивание дрожжей для нарушения их наружных оболочек, затем настаивал их с водой при 25—30° и отфильтровывал для получения мацерированного сока, годного для сбраживания сахарсодержащих жидкостей.
Кроме того применяется способ убивания дрожжей эфиром или ацетоном. Полученный сухой препарат заключает в себе убитые дрожжевые клетки, ферменты же их остаются деятельными (они получили особые названия Зимина и гефанола.
Каким бы путем ни была выделена зимаза, она вызывает брожение в сахаристой жидкости; выход зимазы тем выше, чем активнее шло дрожжевое брожение до ее выделения, и, наоборот, он ничтожен из дрожжевых замирающих клеток.
Зимаза (рассматриваемая как комплекс различных энзимов) — по новейшим воззрениям очень чувствительный энзим; она бездействует в большинстве случаев в клетках, убитых высокой температурой (при температуре кипения); она активна в выделенном виде даже во льду только в течение нескольких дней. В сахарном растворе, содержащем хлороформ, действие зимазы приостанавливается. По мнению Геннеберга (1926) дрожжи в состоянии покоя вообще не содержат готовой, сформировавшейся зимазы. При диализе выделенного тем или иным способом клеточного дрожжевого сока он делится на две бездеятельные части: одну, содержащую зимазу, и другую, названную коэнзимой. Только обе, взятые вместе, дееспособны. Таким образом в коэнзиме нужно признать только активатора зимазы. Поэтому отсутствие дееспособности зимазы находит себе объяснение в разрушении той или другой ее части. Сохраняют дееспособность зимазы холод, добавка сахара, белковых веществ; она возбуждается кроме того другими веществами, играющими роль активаторов: фосфатами, марганцем, железом, хлористыми солями и пр.
Открытие Бюхнером активных свойств зимазы в брожении сахаристых веществ составляет эпоху в воззрениях на сущность брожения. Оно дало ключ к объяснению несоответствия в разложении больших количеств сахара сравнительно небольшой массой дрожжей.
Теория Бюхнера предусматривает продолжающийся ход брожения воздействием зимазы далее при угнетенной жизнедеятельности живых дрожжевых клеток или их замирании вследствие тех или иных причин. Она примиряет химическое и биологическое воззрение на сущность брожения.
Для практического виноделия ход брожения зависит от -работы жизнедеятельных дрожжевых клеток, так как с их энергичной работой связано накопление и бюхнеровской зимазы. Типичными организмами, вызывающими спиртовое брожение, служат скомицетные грибы из рода Saccharomyces, который по классификации Коля (F. Kohl) делится на 6 подгрупп, различно относящихся к сбраживанию различных сахаров, глюкозы, сахарозы, мальтозы и лактозы.
Другие виды по той же классификации из группы сахаромицетных здесь не приводятся, так как они не принимают участия в брожении виноградного сусла и попадают в него только механически.
Группа дрожжеподобных грибов включает рода Torula, Mycoderma, Monilia, Dematium и др. Ив плесеней назовем мукоровые, Penicillium, Aspergillus. Об их роли при брожении виноградного сусла, а также о том воздействии, которое выявляется со стороны различных бактерий, будет сказано в дальнейшем изложении.
