Введение

В биохимии теория ферментации относится к историческому изучению моделей природных процессов брожения, особенно спиртового и молочнокислого брожения. Выдающимися участниками разработки этой теории были Юстус фон Либих и Луи Пастер, последний из которых, основываясь на своих экспериментах, сформулировал чисто микробиологическую основу процесса брожения. Работа Пастера над брожением впоследствии привела к созданию микробной теории болезней, которая окончательно опровергла концепцию самозарождения. Хотя процесс брожения широко использовался на протяжении всей истории до появления преобладающих теорий Пастера, лежащие в его основе биологические и химические процессы оставались недостаточно изученными. В настоящее время брожение используется в производстве разнообразных алкогольных напитков, продуктов питания и лекарственных средств.

Обзор ферментации

Ферментация – это анаэробный метаболический процесс, при котором сахар преобразуется в кислоты, газы или спирты в условиях недостатка кислорода. Дрожжи и многие другие микроорганизмы обычно используют ферментацию для осуществления анаэробного дыхания, необходимого для выживания. Даже в человеческом организме время от времени происходят процессы ферментации, например, во время длительных пробежек; в мышцах накапливается молочная кислота при продолжительных физических нагрузках. В организме человека молочная кислота является побочным продуктом ферментации, производящей АТФ, которая обеспечивает энергией для продолжения физических упражнений в ситуациях, когда поступление кислорода не успевает за потребностью. Хотя ферментация дает меньше АТФ, чем аэробное дыхание, она может протекать значительно быстрее. Люди сознательно используют ферментацию примерно с 5000 года до нашей эры, что подтверждается обнаружением в районе Иранских гор Загрос сосудов с остатками микроорганизмов, схожих с теми, что используются в виноделии.

История

До исследований Пастера в области ферментации существовали некоторые предварительные конкурирующие представления о ней. Одним из ученых, оказавших существенное влияние на теорию брожения, был Юст фон Либих. Либих полагал, что ферментация в значительной степени является процессом разложения, вызванным воздействием дрожжей на воздух и воду. Эта теория подтверждалась наблюдением Либиха, что другие разлагающиеся вещества, такие как гниющие части растений и животных, взаимодействуют с сахаром аналогично дрожжам. То есть, разложение альбуминозных веществ (то есть водорастворимых белков) вызывало превращение сахара в спирт. Либих придерживался этой точки зрения до своей смерти в 1873 году. Пастер ранее пытался установить связь между химическим строением веществ и их внешней формой, и оптически активный амиловый спирт не соответствовал его ожиданиям, основанным на предложенном "законе". Эти наблюдения дали Пастеру рабочую гипотезу для будущих экспериментов. Затем Пастер культивировал микроорганизмы в культуре в своей лаборатории. После этого он смог ускорить процесс молочнокислого брожения в свежем молоке, добавив в него культивированный образец. Позже Феликс Пуше утверждал о существовании "пластических сил" в растительных и животных остатках, способных к спонтанному образованию яиц, из которых рождались новые организмы.