发酵的生物学理论。科学发现的历史和本质

发酵的生物学理论。科学发现的历史和本质

最重要的科学发现

1680年荷兰人安东尼·范·列文虎克我第一次在自制显微镜中看到了啤酒酵母。他在给皇家学会的一封信中描述了它们，并绘制了一张图，显示出芽的圆形细胞形成簇。于是开始了酵母形态学的研究。这些观察结果远远领先于当时的科学状况。直到1835年才出现法国的Cañard de Latour、德国的Schwann和Kützing等人的报道，证明酵母属于有细胞核的低等植物生物，在含糖的营养培养基上通过出芽繁殖，引起发酵。然而，这一与阐明发酵原因相关的生物学研究方向在 XNUMX 世纪上半叶并未得到普遍认可。

十九世纪中叶，发酵的化学理论广为流传。例如，斯塔尔认为，腐烂的物质可以将这种状态传递给另一种目前没有腐烂的物质。腐烂伴随着运动，导致腐烂的能力与运动转移到静止的身体有关。酶也在运动中，它们引起发酵的能力与运动的传递有关。

当时著名的化学家李比希和贝采利乌斯发展了这一观点。贝采利乌斯没有看到不同类型的发酵和腐败之间存在根本区别——所有这些都是同一过程的不同阶段。发酵只有在两个条件下才可能进行：培养基必须含有麸质或其他含氮有机物，并且含有麸质的发酵液必须暴露于大气中的氧气。在这种情况下，在容器底部形成不溶性沉淀物，能够引起新的发酵。李比希将所有发酵过程与有机物质的分解和腐烂联系起来，后者在腐烂过程中变成酶，并且已经可以引起不腐烂物质（例如糖）的发酵。

当腐烂物质与可发酵物接触时，后者分解成颗粒。李比希并不否认酵母是糖发酵所必需的，但不一定是活的酵母，因为它是导致发酵的垂死和腐烂的酵母，就像任何腐烂的物质一样。

在法国科学家巴斯德开始对发酵进行研究之前，这就是发酵化学理论的基础。

路易斯巴斯德 (1822-1895) 出生于法国小镇多尔。路易斯在一个友好的大家庭长大。尽管健康状况不佳且缺乏资金，巴斯德还是成功地完成了学业，先是在阿尔布瓦的一所大学，然后在贝桑松。在这里获得学士学位后，他于 1843 年进入高等师范学校，该学校为高中培养教师。

1847年从学校毕业后，巴斯德通过了物理科学助理教授职称的考试。一年后，他完成了博士论文答辩。当时巴斯德还不到26岁，但他已经因在晶体结构领域的研究而声名鹊起。这位年轻的科学家回答了一个在他面前仍然悬而未决的问题，尽管许多顶尖科学家都做出了努力。他发现了偏振光束对有机物质晶体影响不均等的原因。这一杰出的发现后来导致了立体化学的出现——分子中原子空间排列的科学。

同样在 1848 年，巴斯德成为第戎物理学副教授。三个月后，他在斯特拉斯堡担任化学副教授。巴斯德积极参与了 1848 年的革命，甚至加入了国民自卫队。

1854 年，巴斯德被任命为里尔大学新成立的物理与数学学院院长。法国的这个地区以其制糖和发酵工业而闻名。当地工厂的老板一再求助于巴斯德，要求以最新的科学成果为指导，帮助合理化生产、改进生产。熟悉了工厂的工作后，巴斯德不禁得出结论，这方面的现代科学知识并不多见，这促使他开始研究发酵。

他开始研究这个问题。他的研究成果是一本专着。第一本出版的回忆录专门讨论了乳酸发酵。它在科学界留下了特别深刻的印象，因为它是一种新的发酵——之前所有的研究都主要涉及酒精发酵。

“巴斯德对发酵进行了所有研究，以了解他自己的实验数据在多大程度上可以证实或反驳发酵的化学理论，”A.A. Imshenetsky 在他关于这位科学家的著作中写道。“他的实验结果可以总结为如下。

1. 与发酵化学理论支持者的观点相反，发酵的发生不需要空气。与酒精一样，乳酸发酵无需接触空气即可进行。这使我们能够给出一般公式“发酵是没有氧气的生命”。为了证实这一论点，巴斯德发现丁酸发酵是由严格厌氧细菌引起的，这种细菌不仅不需要氧气，而且氧气像毒药一样对它们起作用，这一发现具有特殊的重要性。在这一发现之前，人们相信没有氧气的生命是不可能的，盖-吕萨克将阿佩尔罐头食品中产品的耐腐烂性与罐头中缺氧联系起来并非巧合。厌氧的发现遭到了布雷菲尔德和其他科学家的强烈反对，但事实证明它是如此令人信服，很快就得到了大家的认可。

2. 每次发酵都是由特定的病原体引起的。巴斯德首先确定乳酸发酵与形态与酵母不同的微生物的发育有关。丁酸是一种特殊微生物的生命活动的结果。乙酸和酒精发酵，以及尿素发酵，都有其病原体。毫不奇怪，巴斯德根据低等植物生物分类学的现状，并不总是给他所描述的生物起正确的名字。于是，他将丁酸菌归于动物界的代表，将醋酸菌定为Mycoderma等。这一切并没有改变主要结论——各种发酵是由各种微生物引起的。

3. 发酵与微生物的生命及其繁殖有关，而不是像发酵化学理论的支持者所认为的那样与死亡和分解有关。发酵过程中微生物的重量不断增加，它们发酵的物质也被酵母用来建造它们的身体。

4. 对于发酵，培养基中不需要存在蛋白质物质（面筋）的颗粒，根据化学理论的拥护者，蛋白质物质（面筋）会启动并将其转移到其他颗粒上，从而引起发酵或腐烂。在完全不含蛋白质但以无机化合物作为唯一氮源（例如硫酸铵）的培养基中，可发生糖发酵并形成醇或乳酸。

巴斯德的实验研究结果对李比希的理论造成了决定性的打击。它的追随者再也无法通过粒子运动的传递来解释发酵，并将其与死亡、腐烂物质的分解联系起来。

但早在 XNUMX 年代初期，Berthelot 就直接表达了这样一个想法，即这种有限的生物学观点不应该满足生理学家，甚至化学家。基于热化学数据，Berthelot 认为酵母细胞的发酵和生命活动彼此无关，因为酵母活物质的合成不需要来自外部的能量流入。

生物化学和发酵学的发展越来越促使杰出的科学家回归贝特洛的思想。逐渐地，发现的“可溶性酶”（即酶）的数量增加，并且可以进行二糖和多糖的无细胞水解、蛋白质分解和各种氧化过程。这一切导致了 K.A. 蒂米里亚泽夫在 1895 年的一次演讲中指出：“……贝尔特洛在与巴斯德争论时指出，发酵是巴斯德观察到的生理现象背后的化学过程，这种观点源于所有生物发展的必然历史进程。科学，特别是生理学，根据它，复杂的现象被简化为简单的现象，因此，生理学被简化为物理和化学的现象。而且，正如我们所看到的，历史已经证明了贝特洛特对此引用的正确性。 .”

必须说，巴斯德从不否认酶参与发酵。是的，这是不合逻辑的，因为作为一名化学家，他无法想象如果没有细胞内发生的一系列化学反应，分子会转化为酒精：“......我要补充一点，它一直是对我来说是个谜，他们认为如果在发酵中发现可溶性酶，或者如果糖转化为酒精被证明独立于细胞的生命活动，我会感到尴尬。

毫无疑问，无细胞发酵的研究、酵母汁和其他制剂的研究已经产生了很大的价值。正是他们使建立发酵方案成为可能，特别是酒精，它被包含在所有手册中并且现在得到普遍认可。 “但所有这些研究都回答了这个过程‘如何’发生的问题，”A.A. Imshenetsky 指出，“但没有回答‘为什么’酵母细胞内这种和谐、极其复杂的酶功能成为可能以及‘为什么’那些或者其他发酵过程出现了。这只是巴斯德当时发展的主要思想的一个细节，而不是发酵的化学理论和生物学理论之间的对比。

作为杰出的生物学家，巴斯德第一次详尽地回答了为什么会出现发酵。他解释了这些过程的权宜之计，并表明它们是细胞生命所必需的，如果它们不具有适应性，它们就不可能在自然界中出现。这在化学研究中有时会被遗忘。

巴斯德指出了发酵的能量意义，并表明它们具有生态意义。他在研究中多次注意到发酵微生物自身生命活动的产物在改变环境方面所发挥的巨大作用。巴斯德确定一种微生物通过其自身生命活动的产物取代另一种微生物，解决了最有趣的生态问题之一。这里还应该指出的是，与当代德国研究人员不同，他放弃了寻找一种所有类型的微生物都可以毫无例外地生长的通用营养培养基，并首次应用了基于生态学的培养基，即微生物的条件。微生物的存在。因此，我们有权利认为巴斯德也是微生物学中仍在发展的年轻分支——微生物生态学的创始人。

揭开发酵现象不仅对因“酒病”而遭受巨大损失的法国酿酒业具有重大的现实意义，而且在生物科学的发展、农业和工业的实践中也发挥了非凡的作用。对发酵性质的深入了解使得控制其过程成为可能。这对于烘焙、酿酒和许多食品的制造非常重要。

作者：萨明 D.K.

我们推荐有趣的文章 部分最重要的科学发现:

▪ 动物的电

▪ 代数基本定理

▪ 比较解剖学

查看其他文章 部分最重要的科学发现.

读和写 有帮助对这篇文章的评论.

<< 返回

科技、新电子最新动态：

花园疏花机 02.05.2024

在现代农业中，技术进步的目的是提高植物护理过程的效率。创新的 Florix 疏花机在意大利推出，旨在优化采收阶段。该工具配备了移动臂，可以轻松适应花园的需求。操作员可以通过使用操纵杆从拖拉机驾驶室控制细线来调节细线的速度。这种方法显着提高了疏花过程的效率，提供了根据花园的具体条件以及花园中生长的水果的品种和类型进行个性化调整的可能性。经过两年对 Florix 机器在各种水果上的测试，结果非常令人鼓舞。 Filiberto Montanari 等农民使用 Florix 机器多年，他们表示疏花所需的时间和劳动力显着减少。 ... >>

先进的红外显微镜 02.05.2024

显微镜在科学研究中发挥着重要作用，使科学家能够深入研究肉眼看不见的结构和过程。然而，各种显微镜方法都有其局限性，其中之一是使用红外范围时分辨率的限制。但日本东京大学研究人员的最新成果为研究微观世界开辟了新的前景。东京大学的科学家推出了一种新型显微镜，它将彻底改变红外显微镜的功能。这种先进的仪器可以让您在纳米尺度上以惊人的清晰度观察活细菌的内部结构。通常，中红外显微镜受到分辨率低的限制，但日本研究人员的最新进展克服了这些限制。据科学家称，所开发的显微镜可以创建分辨率高达120纳米的图像，比传统显微镜的分辨率高30倍。 ... >>

昆虫空气捕捉器 01.05.2024

农业是经济的关键部门之一，害虫防治是这一过程中不可或缺的一部分。来自西姆拉印度农业研究委员会中央马铃薯研究所 (ICAR-CPRI) 的科学家团队针对这一问题提出了一种创新解决方案——风力昆虫空气捕捉器。该设备通过提供实时昆虫种群数据来解决传统害虫防治方法的缺点。该捕集器完全由风能提供动力，使其成为一种无需电力的环保解决方案。其独特的设计使您能够监测有害和有益昆虫，从而全面了解任何农业地区的昆虫数量。卡皮尔说：“通过在正确的时间评估目标害虫，我们可以采取必要的措施来控制害虫和疾病。” ... >>

来自档案馆的随机新闻

1 THz 的集成放大器 04.11.2014

诺斯罗普·格鲁曼公司（Northrop Grumman Corporation），其专业领域之一是先进微电子，宣布在微波集成电路的开发方面取得突破。

诺斯罗普·格鲁曼 (Northrop Grumman) 的专家创建了一个集成放大器，该放大器包括 10 个晶体管级，工作频率为 1012 GHz。这是历史新高。顺便说一句，之前在 2012 年创下的世界纪录，相当于 850 GHz，也属于诺斯罗普·格鲁曼公司。

太赫兹范围的电磁波因其高带宽而对通信系统具有吸引力，但由于缺乏能够在如此高频率下工作的元件基础，其发展受到阻碍。作为比较：现代无线网络以千兆赫数量级的频率运行，即少一千倍。

Northrop Grumman 芯片使用高电子迁移率晶体管，其栅极由磷化铟制成 25nm。在 1 THz 频率下，该晶体管的增益为 10 dB，在 1,03 THz 频率下，增益为 9 dB。

该开发是在美国国防高级研究计划局（DARPA）资助的项目下进行的。这是一个三阶段项目的高潮，该项目涉及创建工作在 670 GHz、850 GHz 和 1 THz 的晶体管电路。五年内，诺斯罗普·格鲁曼公司成功实现了所有三个里程碑。

据说诺斯罗普·格鲁曼公司的成就推动了监视、雷达、通信、大气扫描、射电天文学和医学领域的新技术。

其他有趣的新闻：

▪ CMOS图像传感器

▪ 可编程自毁材料

▪ 纽约自然历史博物馆将不再展出所有人类遗骸

▪ 水中看不见的塑料

▪ 最大的病毒

科技、新电子资讯

免费技术图书馆的有趣材料：

▪ 网站无线电电子和电气工程百科全书的部分。文章精选

▪ 文章走向自由——问心无愧。流行表达

▪ 文章什么是思维速度？详细解答

▪ 文章无泄漏发动机。个人交通

▪ 文章芯片上的红外接收器。无线电电子电气工程百科全书

▪ 文章《折断棍子》。焦点秘密

留下您对本文的评论：

本页所有语言

主页 | 图书馆 | 用品 | 网站地图 | 网站评论