Целлюлозное брожение или брожение клетчатки. — Под названием «целлюлоза» понимается группа тел, составляющих клеточную оболочку растений и соответствующих углеводам СnН2mОm; наиболее типичной клетчаткой, или целлюлозой, служит клетчатка волокон хлопчатой бумаги, льна и некоторых других растений, при этом чистым препаратом клетчатки является шведская бумага. Вопрос о тех изменениях, которым подвергается целлюлоза при гниении растительных тел, был предметом изучения многих ученых; так, Митчерлих в 1850 г. наблюдал, что в воде с течением времени клеточные оболочки картофеля совершенно разрушаются, это разрушение было приписано действию вибрионов, встречающихся в изобилии вокруг гниющего картофеля. Трекюль в 1865 г. описал под названием Amylobacter особые организмы, имеющие форму бацилл, встречающиеся при мацерации растительных оболочек. Ван-Тигем (в 1877—79 гг.) изучал этих бацилл и приписал им способность разлагать различные растительные ткани, считая их типичным «ферментом целлюлозы». Но так как его работы произведены не с чистыми культурами этого фермента и, кроме того, материал, взятый для брожения, отличался большим химическим разнообразием, то в настоящее время трудно даже приблизительно сказать, с каким из организмов маслянокислого брожения производил свои опыты Ван-Тигем. Последующая работа Попова касается тех продуктов, которые образуются при брожении целлюлозы. Из опытов Попова вытекает, что разложение шведской бумаги сопровождается образованием газов, состоящих из смеси СО2, СН4, и Н2. Характерным для типичного Ц. брожения Попов считает выделение СО2 и СН4, выделение же Н2 считается им за побочный процесс (маслянокислое брожение). В восьмидесятых годах Таппейнер нашел, что разложение целлюлозы сопровождается образованием кислот (уксусной и изомасляной) и выделением водорода и метана (СН4) вместе или порознь. В 1886 г. было произведено исследование Гоппе-Зейлера, который нашел, что при брожении шведской бумаги образуется только углекислота и метан и никаких других продуктов разложения. По Гоппе-Зейлеру, разложение клетчатки идет по следующим уравнениям:
C6H10О5 + Η2Ο = C6H12О6
C6H12О6 = 3CH4 + 3CO2.
Организм, вызывающий это разложение целлюлозы, по Гоппе-Зейлеру, совершенно тождествен с описанным Ван-Тигемом Amylobacter. В 1890 г. Ван-Сенус сделал попытку получить возбудителя брожения в чистых культурах. Начиная с 1894 г. Ц. брожение было подвергнуто обстоятельному изучению русским бактериологом В. Омелянским, и в настоящее время является полная возможность составить об этом брожении более ясное представление. Омелянский изучал процесс брожения целлюлозы над шведской фильтровальной бумагой, которая была помещена в питательный раствор из следующих солей:
Фосфорно-калиевой — 1 гр.
Серно-магниевой — 0,5 "
Серно-аммонийной — 1 "
Хлористого натрия — следы
Дистиллиров. воды — 1000 кб. см.
Этот раствор, нейтрализованный мелом и зараженный небольшим количеством невского ила, помещался при 30—35° Ц. Обыкновенно брожение наступало очень скоро, полоски бумаги постепенно утончались и даже совершенно исчезали. Микроорганизм, вызывающий это брожение, назван был Омелянским Bacillus fermentationis cellulosae. Этот бацилл имеет вид необычайно тонких, обыкновенно прямых палочек толщиной от 0,3 до 0,5 μ и длиной от 4 до 8 μ. По мере развития палочки удлиняются и могут достигнуть 10—15 μ. На одном из концов палочки появляется вздутие, которое удлиняется и принимает затем круглую форму; в этом вздутии образуется совершенно круглая спора, достигающая 1,5 μ. После разрушения вегетативного тела микроба — спора освобождается. Таким образом, по исследованиям Омелянского, оказалось, что этот возбудитель брожения не имеет почти ничего общего с В. amylobacter Ван-Тигема. После целого ряда пересевов Омелянскому, наконец, удалось получить В. fermentationis cellulosae в чистой культуре. Изучая далее газообразные продукты этого брожения, названному исследователю пришлось подметить, что брожение идет с выделением водорода и углекислоты, примесь же метана наблюдается только в первых пересевах, так что образование метана, казалось, можно было отнести на счет деятельности какого-то микроба, исчезнувшего впоследствии из культур при дальнейших пересевах. Высказав такой взгляд в 1899 г., Омелянский в новом своем исследовании блестяще подтвердил его и тем разъяснил те противоречия, которые существовали во взглядах на брожение клетчатки. Оказалось, что существуют собственно два брожения целлюлозы — водородное и метановое. Каждое из них является следствием деятельности особых специфических микроорганизмов. Оба эти микроорганизма морфологически весьма близки друг к другу, причем возбудитель метанового брожения отличается лишь более тонкими палочками и спорами меньшего размера (в 1 μ), так что можно даже предположить, что оба организма отличаются друг от друга лишь физиологически — способностью производить водород или метан. Разделить каждый вид Омелянскому удалось благодаря различной быстроте прорастания их спор: так как бацилл метанового брожения прорастает скорее, то, нагревая такую культуру, в которой споры бацилла метанового брожения уже проросли, до 75° в течение 15 минут, можно получить только споры бацилла водородного брожения. Производя же посевы в то время, когда споры бацилла водородного брожения еще не проросли, а метановое брожение уже шло, можно было легко получить возбудителя метанового брожения в чистой культуре. Продуктами метанового брожения оказались: метан, углекислота и жирные кислоты (уксусная и масляная), а водородного — водород, углекислота и те же жирные кислоты. Производят ли исключительно названные два вида микроорганизмов и в естественных условиях разложение целлюлозы, сказать, конечно, трудно, но несомненно, что на их долю приходится разложение целлюлозы, оставшейся нерастворенной после ряда предыдущих процессов. Брожение целлюлозы имеет также большое значение и в физиологии питания животных; так, Гаубнер показал, что не вся целлюлоза, принятая с пищей, выделяется с испражнениями; исследование Талпейнера выяснило даже, что эта не выделенная клетчатка в организме животных подвергается не пищеварению, но метановому брожению. Этот же процесс брожения целлюлозы играет роль при приготовлении так называемого бурого сена, сладких силосов (Sweet Ensilage) и кислого силосованного корма. Выделением бактериями метана и водорода объясняется также появление этих газов на сахарных заводах в диффузорах, иногда в столь значительном количестве, что если к диффузору поднести неожиданно огонь, можно вызвать сильный взрыв. Ср. Mitscherlich, «Monatsberichte d. Berliner, Academie» (1850); Van-Tieghem, «Comptes rendus» (т; LXXXVIII, LXXXIX) и «Bull. de la Société bot. de France» (т. XXIV, XXVI, XXVIII); Omelianski, «Compt. Rend.» (CXXI, CXXV); его же, «О водородном брожении клетчатки» («Архив биологических наук», VII) и «О метановом брожении клетчатки» (ib., IX).