نظرية التخمير
التاريخ

قبل بحث باستير حول التخمير كانت هناك بعض المفاهيم المتنافسة الأولية عنه، كان يوستوس فون ليبيغ أحد العلماء الذي كان له درجة كبيرة من التأثير على نظرية التخمير، يعتقد ليبيج أن التخمير كان إلى حد كبير عملية تحلل نتيجة تعرض الخميرة للهواء والماء. تم دعم هذه النظرية من خلال ملاحظة يوستوس فون ليبيغ أن المواد المتحللة الأخرى مثل أجزاء النبات والحيوان الفاسدة تتفاعل مع السكر بطريقة مماثلة مثل الخميرة، وهذا يعني أن تحلل المادة الزلالية (أي البروتينات القابلة للذوبان في الماء) تسبب في تحول السكر إلى كحول، اعتنق ليبيغ هذا الرأي حتى وفاته عام 1873، تم دعم نظرية مختلفة من قبل شارل كانيارد دي لا تور ومنظر الخلية ثيودور شوان الذي ادعى أن التخمير الكحولي يعتمد على العمليات البيولوجية التي تقوم بها خميرة البيرة.
بدأ اهتمام لويس باستور بالتخمير عندما لاحظ بعض الخصائص الرائعة للكحول الأميلي -وهو منتج ثانوي لحمض اللاكتيك وتخمير الكحول- خلال دراساته البيوكيميائية، على وجه الخصوص لاحظ باستير قدرته على «تدوير مستوى الضوء المستقطب» و «الترتيب غير المتماثل للذرات»، كانت هذه السلوكيات من سمات المركبات العضوية التي درسها باستير سابقًا ولكنها قدمت أيضًا عقبة أمام بحثه الخاص حول «قانون الارتباط النصف تامي»، كان باستير يحاول سابقًا استنباط روابط بين الهياكل الكيميائية للمواد والشكل الخارجي، ولم يتبع كحول الأميل النشط بصريًا توقعاته وفقًا لـ «القانون» المقترح، بحث باستير عن سبب حدوث هذا الاستثناء ولماذا تم إنشاء مثل هذا المركب الكيميائي أثناء عملية التخمير في المقام الأول، في سلسلة من المحاضرات في وقت لاحق في عام 1860 حاول باستير ربط النشاط البصري وعدم التناسق الجزيئي بالأصول العضوية للمواد، مؤكداً أنه لا توجد عمليات كيميائية قادرة على تحويل المواد المتماثلة (غير العضوية) إلى مواد غير متماثلة (عضوية)، ومن ثم فإن ملاحظة كحول الأميل قدمت بعض الدوافع الأولى ة لتفسير بيولوجي للتخمير.
في عام 1856 تمكن باستير من رصد الميكروبات المسؤولة عن التخمر الكحولي تحت المجهر كأستاذ للعلوم في جامعة ليلي، وفقًا لأسطورة نشأت في سيرة باستور التي صدرت عام 1900 طلب أحد طلاب الكيمياء التابع له - صاحب مصنع كحول الشمندر في ليلي- المساعدة منه بعد عام غير ناجح من التخمير، أجرى باستير تجارب في المصنع لمراقبة عملية التخمير ملاحظًا أن كريات الخميرة أصبحت ممدودة بعد تكوين حمض اللاكتيك ولكنها مستديرة وممتلئة عندما كان الكحول يتخمر بشكل صحيح.
في ملاحظة مختلفة قام باستير بفحص الجزيئات التي نشأت على كروم العنب تحت المجهر وكشف عن وجود خلايا حية، أدى ترك هذه الخلايا مغمورة في عصير العنب إلى تخمير كحولي نشط، قدمت هذه الملاحظة دليلاً على إنهاء التمييز بين التخمير «الاصطناعي» في النبيذ والتخمير «الحقيقي» في منتجات الخميرة. كان التمييز غير الصحيح السابق نابعًا جزئيًا من حقيقة أنه يجب إضافة الخميرة إلى نبتة البيرة من أجل إثارة التخمير الكحولي المرغوب، في حين أن محفزات التخمير للنبيذ تحدث بشكل طبيعي في كروم العنب كان يُنظر إلى تخمير النبيذ على أنه «مصطنع» لأنه لا يتطلب محفزًا إضافيًا ولكن المحفز الطبيعي كان موجودًا في الكرمة نفسها، زودت هذه الملاحظات باستير بفرضية عمل للتجارب المستقبلية.
إحدى العمليات الكيميائية التي درسها باستير كانت تخمير السكر إلى حمض اللاكتيك كما يحدث في تخمير الحليب، في تجربة أجريت عام 1857 تمكن باستير من عزل الكائنات الحية الدقيقة الموجودة في تخمير حمض اللاكتيك بعد حدوث العملية الكيميائية، ثم زرع باستير الكائنات الحية الدقيقة في مزرعة مع مختبره، ثم تمكن من تسريع عملية تخمير حمض اللاكتيك في الحليب الطازج عن طريق وضع العينة المزروعة فيه. كانت هذه خطوة مهمة في إثبات فرضيته القائلة بأن تخمير حمض اللاكتيك تم تحفيزه بواسطة الكائنات الحية الدقيقة.
جرب باستير أيضًا آليات خميرة البيرة في غياب النيتروجين العضوي من خلال إضافة خميرة البيرة النقية إلى محلول من قصب السكر وملح الأمونيوم ورماد الخميرة، تمكن باستير من مراقبة عملية التخمير الكحولي بجميع منتجاته الثانوية المعتادة: الجلسرين وحمض السكسينيك وكميات صغيرة من السليلوز والمسائل الدهنية، ومع ذلك إذا تمت إزالة أي من المكونات من المحلول فلن يحدث تخمي. بالنسبة إلى باستير كان هذا دليلًا على أن الخميرة تتطلب النيتروجين والمعادن والكربون من الوسط لعمليات التمثيل الغذائي مما يؤدي إلى إطلاق حمض الكربونيك والكحول الإيثيلي كمنتجات ثانوية، كان هذا أيضًا دحضًا لنظرية ليبيغ حيث لم يكن هناك مادة زلالية موجودة في الوسط، أي لم يكن تحلل الخميرة هو القوة الدافعة للتخمير المرصود.