סודות התסיסה: כיצד שמרים יצרו מהפכה במזון ובהיסטוריה
התסיסה ליוותה את האנושות אלפי שנים. בני אדם קדומים גילו שדגנים שהשאירו במים החלו לתסוס, ויצרו משקה שהיה שונה מכל דבר שטעמו קודם. הם לא ידעו מה גרם לתהליך המסתורי הזה, אבל התוצאה הייתה "משכרת" במובן המילולי. האלכוהול שנוצר סיפק קלוריות רבות ומנע מחיידקים מזיקים להתפתח על המזון.
אלפי שנים חלפו עד שמישהו החל לשאול: מה בעצם גורם לתסיסה? ב-1803 הציעה האקדמיה הצרפתית למדעים פרס של קילו זהב למי שיגלה את התשובה. אנטואן לבואזיה היה הראשון שהתקדם צעד קדימה כשגילה ב-1790 שמשקל הסוכר שנעלם בתסיסה שווה בדיוק למשקל האלכוהול והפחמן הדו-חמצני שנוצרים. אבל זה עדיין לא הסביר מה גורם לתהליך התסיסה.
כבר ב-1680 בחן אנטוני ואן ליוונהוק שמרים תחת מיקרוסקופ וגילה כדורים זעירים שנראו דוממים לחלוטין. המסקנה הייתה ברורה: שמרים הם עצמים דוממים, לא יצורים חיים. תפיסה זו הייתה מקובלת במדע 150 שנה שלמות.
ב-1837 הגיעה פריצת הדרך. שלושה חוקרים, צ'ארלס קאגניאר-לאטור , פרידריך קוצינג ותאודור שוואן, גילו כל אחד בנפרד ששמרים הם למעשה יצורים חיים. שוואן ביצע ניסוי מבריק: הוא הרתיח מיץ ענבים כדי להרוג את כל השמרים, והתוצאה? אף תסיסה לא התרחשה. מנגד, כשהוסיף שמרים למיץ הרתוח, התסיסה החלה מיד. תחת מיקרוסקופ גדול הוא ראה בליטות על השמרים שגדלו והתנתקו, הוכחה חד-משמעית להתרבות ולחיים.
לא כולם היו מוכנים לקבל את הממצא הזה. יוסטוס פון לייביג ופרידריך ווהלר, שני הכימאים הבכירים ביותר במאה ה-19, התנגדו מאוד. הם חששו שהקשר בין שמרים חיים לתסיסה יחזיר את תורת הויטליזם, האמונה ב"כוח חיים" מסתורי שלא מציית לחוקי הטבע. ווהלר אף פרסם מאמר סאטירי שתיאר שמרים כבעלי חיים זעירים בצורת בקבוק שמפניה.
לייביג לעומת זאת, הציע הסבר חלופי: תסיסה נגרמת כשחומר אורגני נרקב, והאנרגיה המשתחררת גורמת למולקולות הסוכר לרטוט ולהתפרק לאלכוהול. התסיסה, לטענתו, קשורה למוות ולא לחיים. הוויכוח היה עז, והמדע המתין לפסק דין.
פסטר ובוכנר: פתרון תעלומת האנזימים
ב-1856 פנה התעשיין ביגו ללואי פסטר עם בעיה מעשית: הבירה שלו מתקלקלת. פסטר בחן את הבירה התקינה ומצא שמרים עגולים ואלכוהול. בבירה המקולקלת הוא גילה גם חומצת חלב ובקטריות מאורכות כמו שרוכים. המסקנה הייתה פשוטה: הבקטריות מייצרות את חומצת החלב.
פסטר המשיך לחקור ומצא בבירה תרכובות מורכבות מאוד שאף תהליך כימי ידוע לא יכול היה לייצר. הוא הבין שהתהליכים הכימיים מתרחשים בתוך היצורים החיים, השמרים קולטים סוכר והופכים אותו לאלכוהול ופחמן דו-חמצני, והבקטריות מייצרות חומצת חלב. פסטר פרסם את מסקנותיו ב-1860 ותוך שנתיים פיתח את תהליך הפיסטור, חימום נוזלים על מנת להרוג מיקרואורגניזמים מזיקים. התובנה הזו הובילה לתורת החיידקים ולמהפכה ברפואה, כולל פיתוח אנטיביוטיקה. אבל הוויכוח עם לייביג עדיין לא הוכרע לחלוטין.
אדוארד בוכנר, כימאי גרמני, ניסה לחקור תסיסה אך נעצר על ידי מנהליו. ב-1896 הצטרף למכון המחקר של אחיו האנס, ושם התאפשר לו להמשיך. הוא השתמש בטכניקה חדשה: טחן שמרים בעלי ומכתש ודחס אותם דרך חול כדי למצות את תוכן התאים.
כשבוכנר הוסיף סוכר לשימור התמיסה, הוא הופתע לגלות תסיסה, למרות שכל השמרים היו מתים. הוא הצליח למצות את החומר הפעיל מהשמרים, שאותו כינה "זימאז". זו הייתה תערובת של זרזים שמאוחר יותר נקראו "אנזימים", חומרים שגורמים לתגובות כימיות מבלי להשתנות בעצמם.
תגליתו של בוכנר ב-1907 זיכתה אותו בפרס נובל ויישבה את הוויכוח: פסטר צדק שתסיסה מתרחשת בתאים חיים, אך לייביג צדק שאין צורך בתא חי לתסיסה.
כיום ידוע שאנזימים חיוניים לכמעט כל 5,000 התגובות הכימיות בתאים אנושיים. הקב"ה ברא אותם כך שהם פועלים כ"מנעול ומפתח", יש להם "אתר פעיל" שמולקולות בצורה מתאימה בדיוק יכולות להיכנס אליו. האנזים מעניק "דחיפה" ראשונית לתגובה מבלי להשתנות בעצמו, ולכן כמות זעירה יכולה לזרז תגובות רבות. אנזימים מאיצים תגובות עד פי מיליון ויותר.
טמפרטורה גבוהה מדי עלולה לעוות את צורתם ולהפסיק את פעולתם, זו הסיבה שחום גוף גבוה מסוכן. התסיסה עצמה היא דרך שהשמרים מפיקים אנרגיה ללא חמצן.
בתסיסה אלכוהולית, שמרים מפרקים פירובט (תוצר של פירוק גלוקוז) לאתנול ופחמן דו-חמצני. האתנול והפחמן הדו-חמצני הם פסולת עבור השמרים, אך אנחנו משתמשים בהם לבירה, יין ולחם מחמצת. אלכוהול רעיל לשמרים בריכוז מעל 10-15%, ולכן רוב הבירות מכילות ריכוז כזה.
מהתהליך הוויני להקמת מדינת ישראל
במחצית הראשונה של המאה ה-19, האופים של וינה היו תלויים באופן מוחלט בשמרי בירה שנאספו ממבשלות הבירה המקומיות. אבל עם התפתחות טכניקות בישול חדשות, החלה מהפכה במבשלות הבירה. המעבר לשמרי תסיסה תחתונה יצר בעיה לאופים, סוג השמרים החדש נאסף מתחתית כלי התסיסה והיה מלא בתרכובות כשות מרירות, מה שהפך אותו לבלתי מתאים לאפייה. הם ניסו לייבא שמרים טריים מחוץ לווינה, אך איכות השמרים הידרדרה מהר מדי. פתרון הגיע עם פיתוח שיטות לייצור שמרים באופן תעשייתי, תהליך שכלל ייצור מחית של שעורה מלוטשת ושיפון, צינון, תסיסה, ולבסוף קצירה, שטיפה ודחיסה של השמרים.
אבל לא רק בווינה השמרים שינו את ההיסטוריה. בתחילת המאה ה-20 חיפש פרופסור חיים ויצמן באוניברסיטת מנצ'סטר דרך לייצר בוטנול באמצעות תסיסה. הוא גילה את החיידק "קלוסטרידיום אצטובוטיליקום", שמפרק עמילן לבוטנול, אתנול ואצטון.
ב-1914, עם פרוץ מלחמת העולם הראשונה, הצבא הבריטי נזקק לאצטון לייצור קורדיט, חומר נפץ. ווינסטון צ'רצ'יל פנה לויצמן, שהתפטר מהאוניברסיטה ושכלל את התהליך לייצור תעשייתי של אצטון. ההצלחה הפכה את ויצמן לדמות ציבורית רבת השפעה.
כ"אבי התסיסה התעשייתית", ויצמן פתח דלתות לאצולה והפוליטיקה הבריטית. ב-1917 הוא השיג את הצהרת בלפור, נקודת מפנה קריטית בהקמת מדינת ישראל. מי היה מאמין שיצורים זעירים יכולים להוביל למהפכה פוליטית כזו?
תגובות
היו הראשונים להגיב!