В различных отраслях промышленности все большее значение приобретают мембранные процессы разделения и очистки: обратный осмос, микро- и ультрафильтрация, электродиализ. Эти процессы позволяют создавать замкнутые производственные циклы потребления воды.
Разделение и очистка веществ способствуют решению задач, связанных с необходимостью улучшения качества продуктов химической промышленности (снижение содержания примесей), с использованием сырья с низким содержанием ценных соединений, с необходимостью охраны окружающей среды (уменьшение сброса промышленных стоков, очистка сточных вод).
Возвращение ценных компонентов промышленных сточных вод в производственный цикл позволяет не только оградить среду обитания от загрязнения, но и поднять эффективность различных стадий промышленного производства, снизить объем потребляемого сырья. Утилизация ценных компонентов сточных вод предприятий пищевой и микробиологической промышленности представляет собой дополнительный источник получения сырья для производства продуктов питания и кормов.
В настоящее время качество природных вод ухудшается из-за роста в них солесодержания. Чтобы избежать деградации природных вод, необходимы замкнутые водооборотные системы на предприятиях. Сложившееся экологическое положение таково, что без мембранных процессов невозможно сохранение жизненно важных качеств воды. Однако для некоторых технологических стадий производства мембранные процессы еще не дают высокого эффекта, поэтому требуется их сочетание с традиционными методами очистки и разделения с учетом технико-экономических показателей водопотребления.
Экономическая эффективность и конкурентоспособность мембранных процессов могут быть значительно повышены, при комплексном подходе к переработке технологических и минерализованных вод, предусматривающем возвращение в производственный цикл не только основного компонента - воды, но и других ценных веществ. Для этого должно проводиться не только отделение примесей, но и их разделение, т. е. необходимо повышать селективность мембран и мембранных процессов. Во многих процессах химической технологии при использовании кислоты и щелочи происходит нейтрализация, т. е. деградация громадных количеств этих соединений, в конечном счете приводящая к загрязнению природных источников воды.
Мембранные процессы очистки и разделения могут быть основными при синтезе химических соединений, выводе веществ из реакционной смеси, регулировании условий проведения процесса: pH, концентрации реагента и т. п. Поверхность мембран может иметь каталитическую активность или окислительно-восстановительные свойства.
Исследования мембранных процессов развиваются в нескольких направлениях: разработка новых мембранных материалов, моделей явлений переноса, методов расчета мембранных модулей, проведение оптимизационных расчетов для различных объектов и производственных стадий. Наибольший эффект предполагается получить от исследований в области гидродинамики и химии поверхности.
Мембранные процессы успешно применяются для разделения смесей органических и неорганических веществ. Эти процессы различаются прежде всего движущими силами. Разность гидростатических давлений - ультрафильтрация и обратный осмос (баромембранные процессы); разность электрических потенциалов - электродиализ, разность концентраций - диализ. Существуют и «перекрестные» мембранные процессы, использующие две движущие силы или более: пьезодиализ, электроосмос и др. Такое деление мембранных процессов находит отражение и в материале используемых мембран: полупроницаемые - для обратного осмоса, ультрафильтрацион- ные - для ультрафильтрации, ионообменные - для электродиализа и т. д.
В основе этой традиционно сложившейся классификации мембранных процессов лежит их деление на группы по признаку физико-химических свойств, используемых для разделения смесей на компоненты. Однако эта натуральная, или естественная, классификация до некоторой степени сдерживает развитие мембранных процессов в целом из-за проведения резких граней между отдельными процессами.
Определение мембраны.
В настоящее время большинство исследователей, работающих в области мембранной технологии, под мембраной понимают область, разграничивающую две фазы. В этой связи мембраны могут быть газообразными, жидкими, твердыми или представлять собой комбинацию этих трех состояний. Понятие «область» в данном определении используется вместо обычного понятия «граница поверхностей». В то же время межфазные границы двух несмешивающихся жидкостей, газа и жидкости, газа и твердого тела не должны считаться мембранами. Каждый исследователь, как правило, имеет свое представление о мембране. В данном контексте трудно дать точное и полное определение мембраны, охватывающее все ее аспекты. Однако дать такое определение станет проще, если ограничиться только синтетическими структурами. В наиболее общем смысле синтетическая мембрана служит границей, которая разделяет две фазы и ограничивает перенос различных веществ из одной фазы в другую определенным способом.
Мембраны могут состоят из разнообразных материалов и иметь разные структуры. Мембраны могут быть гомогенными или гетерогенными, симметричными или асимметричными по своей структуре, могут быть «нейтральными» , проводить только отрицательные или только положительные заряды, или же и те и другие вместе. Мас- сообмен через мембрану может быть вызван диффузией или конвективным потоком, которые обусловлены градиентами гидростатического давления, температуры, химического или электрохимического потенциала. Многие материалы фактически являются мембранными, это защитные покрытия и упаковочные средства. Все материалы, действующие как мембраны, имеют одно общее свойство: они ограничивают прохождение различных химических веществ через мембрану строго определенным способом.
Эдуард Бухнер родился 20 мая 1860 г. в Мюнхене (Германия) в семье потомственных ученых, происходившей из баварской Швабии. Его отец, Эрнст Бухнер (1812-1872), был профессором судебной медицины, организатором и редактором журнала "Мюнхенский медицинский еженедельник". Большая научная организационная загруженность не помешала ему, однако, быть трижды женатым. От третьего брака на Фредерике Мартин, дочери кассира, родились два сына - Ганс в 1850 г. и Эдуард, после смерти отца Ганс, ставший впоследствии известным гигиенистом и эпидемиологом, по признанию Эдуарда, "сделал невозможное, чтобы я получил образование". Исключительная дружба, взаимная поддержка и научное сотрудничество объединяй братьев на протяжении всей их жизни.
После сдачи экзаменов на аттестат зрелости в 1877 г, в Мюнхенской реальной гимназии Эдуард в качестве вольноопределяющегося одногодичника служил в полку Полевой артиллерии. Он был солдатом телом и душой", писал о нем К. Гарриес. Это было верно и в буквальном, и в переносном смысле - он всегда был бойцом, преодолевая любые трудности в достижении оставленной цели. Однако дар исследователя очень рано подчинил себе все увлечения. Поступив в химическую лабораторию высшей политехнической школы, Бухнер полностью отдался изучению химии под руководством Е. Эрленмейера, однако стесненные материальные обстоятельства вынудили, его вскоре прервать работу и поступить на консервную фабрику. Позднее фабрика перебазировалась в Майнц, и Бухнер покинул Мюнхен, работа на фабрике не осталась для него бесследной, здесь он изучил возможность познакомиться с областью, ставшей впоследствии основным делом всей его жизни-с химией бродильного производства.
Исследовательскую деятельность Бухнер смог возобновить лишь в 1884 г., когда он поступил в Мюнхенский университет лабораторию знаменитого А. Байера и одновременно в Институт физиологии растений, руководимый К. Негели. Здесь в лаборатории, возглавляемой братом Бухнера, Гансом, он провел исследование "О влиянии кислорода на брожение", в результате второго, в противоположность Л. Пастеру, пришел к выводу том, что кислород на брожение не влияет.
В эти годы Бухнер познакомился с Г. Пешманном и Т. Курциусом. Последний, ставший вскоре ближайшим другом и коллегой Бухнера, пригласил его на один семестр в Эрлангер, в химическую лабораторию, руководителем которой он стал по предложению О. Фишера. Глубокое влияние Курциуса сказалось том, что именно от него Бухнер воспринял любовь и навыки к кропотливому труду исследователя. В 1888г. Бухнер стал доктором, а в 1891 г. занял должность приват-доцента Мюнхенского университета. В 1893 г. Бухнер. по приглашению Курциуса последовал за ним в Киль, где в 1895 г. стал профессором. Через год Пешманн пригласил его занять вакантную должность экстраординарного профессора в Тюбингенском университете, где Бухнер провел и опубликовал в 1897 г. работу "Спиртовое брожение без дрожжевых клеток". Последующее развитие этой темы в Берлинской сельскохозяйственной школе, куда в 1898 г. он был приглашен на должность профессора общей химии, быстро принесло Бухнеру признание в научном мире. В 1905 г. он был награжден золотой медалью Ю. Либиха, присуждаемой Обществом немецких химиков. В 1907 г. Бухнер был удостоен Нобелевской премии "За биохимические исследования и за открытие бесклеточного брожения".
Напряженная исследовательская деятельность, частые переезды, богатая увлечениями жизнь, по-видимому, были причиной того, что Бухнер лишь в возрасте 40 лет в 1900 г., женился на Лотте Шталь, дочери Тюбингенского математика. От этого брака у него были два сына и дочь.
В Берлине Бухнер прожил 11 лет. В 1909 г. в связи с уходом Ладенбурга ему предложили кафедру в Бреславле (ныне Вроцлав). В 1911 г. он стал заведующим кафедрой в Химическом институте Вюрцбурга, где, по словам Гарриееа, "почувствовал себя особенно дома". Бухнер был человеком исключительно живого и сердечного нрава. Эти черты характера неизменно привлекали к нему многочисленных и верных друзей, содействовали созданию в его семье радостной и счастливой обстановки. Живой интерес к политике (Бухнер был пылким сторонником Бисмарка) сочетался с любовью к изобразительному искусству. В юношеские годы ортодоксальная приверженность католицизму, но в 40 лет вполне сознательный переход в протестантство, страстная увлеченность охотой и альпинизмом (преодолел около ста горных вершин!) - все это было проникнуто особой любовью к борьбе с трудностями, склонностью к приключениям. Исключительная память и живое воображение, мужество, сердечность - таковы отличительные черты Бухнера, сохранившиеся в памяти его друзей и сотрудников. Когда началась первая мировая война 54-летний капитан Бухнер 11 августа 1914т. Вступил в армию. Уже в декабре он был награжден железным крестом, а в январе 1916 г. возведён в чин майора. В феврале Бухнера вызвали с фронта в Вюрцбург для продолжения научной и педагогической деятельности, однако в июне 1917 г. он вновь вернулся на фронт. 11 августа в Румынии (под Фокшанами) Бухнер был смертельно ранен. Он умер 12 августа 1917 г. и там же похоронен на братском кладбище.
В научной деятельности Бухнера можно выделить два направления: исследования в области органической химии; разработка метода бесклеточного брожения, изучение биохимии ряда брожений и ферментного комплекса дрожжевых клеток.
Основной темой первого направления исследований, проведенных с Курциусом, было изучение реакций между эфирами диазоуксусной кислоты и ненасыщенными соединениями сложными эфирами и эфирами ацетиленкарбоновой кислоты, с одной стороны, и с бензолом и его гомологами, с другой. Если на первом этапе этих исследований авторы смогли выделить лишь вторичные продукты взаимодействия эфиров, то позднее им удалось в чистом виде: изолировать и первичный продукт, который содержал азот диазоуксусного эфира - эфир пиразолинкарбоновой кислоты.
Поводом к началу исследований биохимии брожения послужило наблюдение Ганса Бухнера, который в 1890 г. обнаружил,что из многих бактерий путем соответствующей обработки можно экстрагировать белковое вещество. Введенное под кожу животным, оно вызывает воспалительный процесс, однако служит защитой против инфекций. Подтверждением являтся туберкулин Р. Коха, полученный им путем экстрагирования бактериальной массы.
В связи с необходимостью изобретения метода консервации микробных клеточных экстрактов, среди которых, как показал Бухнер в 1893 г., наиболее удобным оказался сок пивных дрожжей, был детально разработан метод получения стерильного бесклеточного дрожжевого сока. Для сохранения сока от загнивания Ганс Бухнер предложил его обычную сахарную консервацию. Во время каникул в Тюбингене Э.Бухнер обнаружил типичные признаки брожения в бесклеточной сахарной смеси и сразу понял огромное общебиологическое значение обнаруженного факта. Ничто не ускользнуло от его внимания. Пытливый ум и научная интуиция подсказали ему возможность наконец, выяснить истину в глубоко принципиальной полемике между Либихом и Пастером о причине, обусловливающей столь сложный процесс, каковым является брожение.
Последующие исследования Бухнера и его сотрудников привели к выводу о возможности воспроизведения брожения различных сахаров в отсутствие живого организма с помощью "продукта превращения белковых тел протоплазмы, представляющего собой химическое вещество, лишенное обмена". Это вещество, пользуясь термином П. Вешана, Бухнер назвал "зимазой". Дальнейшие работы (в сотрудничестве с Я. Мейзенхеймером) также выявили возможность воспроизводить молочнокислое и уксуснокислое брожение с помощью выделенных из бактериальных клеток "молочнокислой бактериальной зимазы" и "спиртокисляющего энзима".
Открытие Бухнера вызвало бурную реакцию в научных и философских кругах. Оно не соответствовало общепринятым представлениям, согласно которым брожение могло быть лишь результатом жизнедеятельности полноценного живого организма. Исследования Бухнера подвергались критике за, якобы, допущенные им методические неточности. В свою очередь, теоретические выводы Бухнера явились предметом острой критики со стороны неовиталистов, усиливших свою активность в конце XIX в. Однако уверенность в своей правоте, мужество и исключительное упорство в достижении цели позволили Бухнеру убедительно доказать безупречность и научную значимость сделанного им открытия. Не случайно поэтому, что исследования Бухнера быстро получили высокую оценку, а его научный авторитет - широкое признание. Еще до присуждения Нобелевской премии в 1907 г. Бухнер был в 1904 г. единогласно избран председателем Немецкого химического общества. Затем последовало избрание его чл.-корр.Академии наук Болоньи. Для чтения специального курса лекций по химии брожения его приглашали в Париж и Вену. В историю науки он вошел как исследователь, который, по словам главы Нобелевского комитета по химии Г. Седербаума, "провел демаркационную линию между двумя различными эпохами, указав направление к развитию новой фазы в истории химии брожения".
ЛИТЕРАТУРА
1. Les Prix Nobel en 1907. Stockholm, 1908.
2. С. Harries. Chem. Ztg., 41, 753 (1917).
3. С. Harries. Ber. Dtsch. Ges., 50, 1843 (1918).
4. Dtsch. biograph. Jahrb. 1917-1920, Berlin - Leipzig, 1928.
, Королевство Бавария
Во время Первой мировой войны Бухнер служил в полевом госпитале в Румынии в чине майора. Он был ранен 3 августа 1917 года и умер от этих ран через девять дней в Мюнхене в возрасте 57 лет.
Напишите отзыв о статье "Бухнер, Эдуард"
Ссылки
- (англ.)
| Это заготовка статьи об учёном-химике . Вы можете помочь проекту, дополнив её. |
Отрывок, характеризующий Бухнер, Эдуард
– Dieu, quelle virulente sortie [О! какое жестокое нападение!] – отвечал, нисколько не смутясь такою встречей, вошедший князь, в придворном, шитом мундире, в чулках, башмаках, при звездах, с светлым выражением плоского лица. Он говорил на том изысканном французском языке, на котором не только говорили, но и думали наши деды, и с теми тихими, покровительственными интонациями, которые свойственны состаревшемуся в свете и при дворе значительному человеку. Он подошел к Анне Павловне, поцеловал ее руку, подставив ей свою надушенную и сияющую лысину, и покойно уселся на диване.– Avant tout dites moi, comment vous allez, chere amie? [Прежде всего скажите, как ваше здоровье?] Успокойте друга, – сказал он, не изменяя голоса и тоном, в котором из за приличия и участия просвечивало равнодушие и даже насмешка.
– Как можно быть здоровой… когда нравственно страдаешь? Разве можно оставаться спокойною в наше время, когда есть у человека чувство? – сказала Анна Павловна. – Вы весь вечер у меня, надеюсь?
– А праздник английского посланника? Нынче середа. Мне надо показаться там, – сказал князь. – Дочь заедет за мной и повезет меня.
– Я думала, что нынешний праздник отменен. Je vous avoue que toutes ces fetes et tous ces feux d"artifice commencent a devenir insipides. [Признаюсь, все эти праздники и фейерверки становятся несносны.]
– Ежели бы знали, что вы этого хотите, праздник бы отменили, – сказал князь, по привычке, как заведенные часы, говоря вещи, которым он и не хотел, чтобы верили.
– Ne me tourmentez pas. Eh bien, qu"a t on decide par rapport a la depeche de Novosiizoff? Vous savez tout. [Не мучьте меня. Ну, что же решили по случаю депеши Новосильцова? Вы все знаете.]
– Как вам сказать? – сказал князь холодным, скучающим тоном. – Qu"a t on decide? On a decide que Buonaparte a brule ses vaisseaux, et je crois que nous sommes en train de bruler les notres. [Что решили? Решили, что Бонапарте сжег свои корабли; и мы тоже, кажется, готовы сжечь наши.] – Князь Василий говорил всегда лениво, как актер говорит роль старой пиесы. Анна Павловна Шерер, напротив, несмотря на свои сорок лет, была преисполнена оживления и порывов.
Благодаря помощи брата Ганса Б. смог в 1884 г. возобновить занятия. Вскоре после этого он получил трехгодичную стипендию. Он изучал химию у Адольфа фон Байера в Мюнхенском университете и ботанику у Карла фон Негели в Институте ботаники. В этом институте работал брат ученого, Ганс Бухнер, ставший впоследствии известным специалистом по гигиене и бактериологии. Б. начал исследования процесса спиртового брожения под его руководством. В 1885 г. он опубликовал свою первую статью о влиянии кислорода на процесс брожения. Проделанные Б. опыты опровергали преобладавшую в то время точку зрения, которой придерживался и Луи Пастер, что брожение не может проходить в присутствии кислорода.
В 1888 г. Б. получил докторскую степень, а два года спустя, после короткого периода, проведенного в Эрлангене, стал ассистентом Байера. В 1891 г. Б. был назначен приват-доцентом (внештатным преподавателем) Мюнхенского университета. На частные пожертвования, предоставленные Байером, Б. основал небольшую лабораторию, где продолжал исследования в области химии брожения. В 1893 г. он уехал из Мюнхена и возглавил секцию аналитической химии в Кильском университете, а в 1895 г. стал профессором этого университета. В следующем году Б. преподавал аналитическую химию и фармакологию в Тюбингенском университете. В 1898 г. он избирается профессором общей химии Высшей сельскохозяйственной школы в Берлине и назначается директором Института промышленного применения процессов брожения.
В 1893 г., когда Б. начал поиск активных веществ, способствующих брожению, преобладали две соперничающие между собой теории брожения. Согласно механистической теории, дрожжи, постоянно разлагаясь до жидкого состояния, создают химическое напряжение, которое заставляет разлагаться молекулы сахара. В соответствии с этой точкой зрения спиртовое брожение представляло собой хотя и сложную, но, в общем, обычную химическую реакцию. Против этой теории возражали виталисты, которые, подобно Луи Пастеру, верили, что в живых клетках содержится некая жизненная субстанция, которая и «несет ответственность» за брожение. По их мнению, без некоего «жизненного», хотя пока еще не найденного, компонента в живых клетках одни только химические вещества не могли бы вызвать процесс брожения. Несмотря на то что сторонники механистической теории доказали, что вещества, обнаруженные в живых клетках, могут быть синтезированы, никому еще не удавалось выделить вещество, способствующее брожению, или вызвать этот процесс в неживых веществах.
Подбадриваемый своим братом, Б. решил найти активное вещество путем получения чистых образцов внутренней жидкости дрожжевых клеток. Используя метод, предложенный ассистентом своего брата Мартином Ганом, Б. измельчил в ступке дрожжи вместе с песком и землей, избежав таким образом разрушительного действия высоких температур и не пользуясь растворителями, которые искажали результаты, полученные его предшественниками. Отжатое в марле под давлением ячеистое вещество выпустило жидкость. Б. предположил, что эта жидкость способна вызывать брожение. Позже, однако, когда он вместе с Ганом попробовал сохранить эту жидкость, добавив концентрированный раствор сахарозы, выделился углекислый газ. Это было поразительно, ибо, даже несмотря на то, что дрожжевые клетки были мертвы, ясно было, что нечто в выделенной ими жидкости вызвало брожение. Б. выдвинул гипотезу, что активным веществом является энзим, или фермент, который он назвал зимазой. Его открытие означало, что брожение происходит в результате химической активности энзима как внутри, так и вне дрожжевой клетки, а не под влиянием так называемой жизненной силы.
Опубликованная в 1897 г. работа Б. «О спиртовом брожении без участия дрожжевых клеток» ("On Alcoholic Fermentation without Yeast Cells") вызвала споры среди его коллег-ученых, и в последующие годы Б. потратил немало времени на сбор фактов в подтверждение своей теории. В 1902 г. он опубликовал еще одну статью на 15 страницах, в которой объяснял и защищал эту свою работу, а также несколько других, где излагал результаты проведенных им исследований химического воздействия дрожжей на молочный сахар.
В 1907 г. Б. была присуждена Нобелевская премия по химии «за проведенную им научно-исследовательскую работу по биологической химии и открытие внеклеточной ферментации». Из-за смерти короля Швеции Оскара II церемония награждения была отложена, однако в письменном представлении от имени Шведской королевской академии наук К. А. X. Мернер обобщил противоречивые взгляды на процесс брожения, которым положили конец проведенные Б. исследования. «Пока брожение рассматривалось как выражение жизни, – писал Мернер, – мало было надежды на возможность более глубоко проникнуть в проблему протекания этого процесса». Вот почему «произошла сенсация, когда Б. удалось показать, что спиртовое брожение может вызываться соком, выделенным из дрожжевых клеток, которые не содержат живых клеток... Недоступные до этого времени области теперь стали объектом химических исследований, а перед химической наукой открылись новые, ранее невиданные перспективы».
В Нобелевской лекции Б. описал свои открытия и отдал должное предшественникам и коллегам. «Мы все более убеждаемся в том, что клетки растений и животных подобны химическим фабрикам, – сказал он, – где в разных цехах производятся разные продукты. Энзимы в них выполняют роль контролеров. Наши знания об этих самых важных частях живых веществ постоянно увеличиваются. И хотя, возможно, нам еще далеко до цели, мы шаг за шагом приближаемся к ней».
Спустя два года после получения Нобелевской премии Б. перешел работать в университет в Бреслау (ныне Вроцлав, Польша), где стал заведующим кафедрой физиологической химии. Его последним академическим назначением было назначение в Вюрцбургский университет в 1911 г. С началом первой мировой войны Б. добровольно пошел на военную службу. В 1917 г., работая в чине майора медицинской службы в полевом госпитале в Румынии, он был ранен шрапнелью и умер в Фокшани 13 августа, пережив свою жену Лоту (Шталь) Бухнер, дочь математика из Тюбингена. От этого брака, заключенного в 1900 г., у них родились два сына и дочь.
Эдвард Бухнер (1860-1917) начал исследования процесса спиртового брожения под руководством своего брата ученого, Ганса Бухнера .
В 1885 г. он опубликовал свою первую статью о влиянии кислорода на процесс брожения . Проделанные Э. Бухнером опыты опровергали преобладавшую в то время точку зрения, которой придерживался и Луи Пастер , что брожение не может проходить в присутствии кислорода.
В 1893 г., когда Эдвард Бухнер начал поиск активных веществ, способствующих брожению, преобладали две соперничающие между собой теории брожения. Согласно механистической теории , дрожжи, постоянно разлагаясь до жидкого состояния, создают химическое напряжение, которое заставляет разлагаться молекулы сахара. В соответствии с этой точкой зрения спиртовое брожение представляло собой хотя и сложную, но, в общем, обычную химическую реакцию. Против этой теории возражали виталисты, которые, подобно Луи Пастеру , верили, что в живых клетках содержится некая жизненная субстанция, которая и «несет ответственность» за брожение. По их мнению, без некоего «жизненного», хотя пока еще не найденного, компонента в живых клетках одни только химические вещества не могли бы вызвать процесс брожения. Несмотря на то что сторонники механистической теории доказали, что вещества, обнаруженные в живых клетках, могут быть синтезированы, никому еще не удавалось выделить вещество, способствующее брожению, или вызвать этот процесс в неживых веществах.
Подбадриваемый своим братом, Эдвард Бухнер
решил найти активное вещество путем получения чистых образцов внутренней жидкости дрожжевых клеток. Используя метод, предложенный ассистентом своего брата Мартином Ганом
, он измельчил в ступке дрожжи вместе с песком и землей, избежав, таким образом, разрушительного действия высоких температур и не пользуясь растворителями, которые искажали результаты, полученные его предшественниками. Отжатое в марле под давлением ячеистое вещество выпустило жидкость. Он предположил, что эта жидкость способна вызывать брожение. Позже, однако, когда он вместе с ассистентом Мартином Ганом
попробовал сохранить эту жидкость, добавив концентрированный раствор сахарозы, выделился углекислый газ. Это было поразительно, ибо, даже, несмотря на то, что дрожжевые клетки были мертвы, ясно было, что нечто в выделенной ими жидкости вызвало 
брожение. Эдвард Бухнер
выдвинул гипотезу, что активным веществом является энзим, или фермент, который он назвал зимазой
. Его открытие означало, что брожение происходит в результате химической активности энзима как внутри, так и вне дрожжевой клетки, а не под влиянием, так называемой жизненной силы.
Опубликованная в 1897 г. работа «О спиртовом брожении без участия дрожжевых клеток » вызвала споры среди его коллег-ученых, и в последующие годы Эдвард Бухнер потратил немало времени на сбор фактов в подтверждение своей теории.
В 1902 г. он опубликовал еще одну статью на 15 страницах, в которой объяснял и защищал эту свою работу, а также несколько других, где излагал результаты проведенных им исследований химического воздействия дрожжей на молочный сахар.
В 1907 г. Эдварду Бухнеру была присуждена Нобелевская премия по химии «за проведенную им научно-исследовательскую работу по биологической химии и открытие внеклеточной ферментации ».
Из-за смерти короля Швеции Оскара II церемония награждения была отложена, однако, в письменном представлении от имени Шведской королевской академии наук К. А. X. Мернер обобщил противоречивые взгляды на процесс брожения, которым положили конец проведенные Бухнером исследования. «Пока брожение рассматривалось как выражение жизни, – писал Мернер , – мало было надежды на возможность более глубоко проникнуть в проблему протекания этого процесса». Вот почему «произошла сенсация, когда Бухнеру удалось показать, что спиртовое брожение может вызываться соком, выделенным из дрожжевых клеток, которые не содержат живых клеток... Недоступные до этого времени области теперь стали объектом химических исследований, а перед химической наукой открылись новые, ранее невиданные перспективы».
В Нобелевской лекции Эдвард Бухнер описал свои открытия и отдал должное предшественникам и коллегам. «Мы все более убеждаемся в том, что клетки растений и животных подобны химическим фабрикам, – сказал он, – где в разных цехах производятся разные продукты. Энзимы в них выполняют роль контролеров. Наши знания об этих самых важных частях живых веществ постоянно увеличиваются. И хотя, возможно, нам еще далеко до цели, мы шаг за шагом приближаемся к ней».
Дальнейшее развитие опытов братьев Бухнеров привело к изучению процесса ферментации английским химиком Артуром Гарденом
.
Некоторые ученые все еще полагали, что брожение происходит в результате воздействия загадочной «жизненной силы» на живую клетку, но к 1904 г. для А. Гардена стало очевидным, что ферментация – это совокупность химических процессов. Для подтверждения своей гипотезы он получил препарат зимазы и профильтровал его под высоким давлением через пористый фарфор, пропитанный желатином. Он открыл, что фермент зимаза состоит из двух компонентов, один из которых проходит через такой фильтр, а другой – нет. Артур Гарден также обнаружил, что брожение прекращается, когда он удаляет какой-нибудь компонент из дрожжевого экстракта. Это было первым доказательством того, что один компонент фермента нуждается в присутствии второго для эффективного функционирования. Он оставил название «зимаза» за одним компонентом, а другой компонент (или кофермент) стал называть козимазой . В дальнейшем он обнаружил, что зимаза является белком, в то время как козимаза белком не является (вещество небелковой природы).
В 1905 г. Артур Гарден сделал свое второе основополагающее открытие: процесс ферментации требует наличия фосфата, состоящего из одного атома фосфора и четырех атомов кислорода. Он отметил, что скорость распада молекулы сахара и образования двуокиси углерода и спирта со временем медленно падает. Однако, когда он добавил в раствор фосфат, активность ферментации резко возросла. Основываясь на данных наблюдения, Гарден заключил, что молекулы фосфата связываются с молекулами сахара, создавая условия для ферментативного индуцирования брожения. Более того, он обнаружил, что фосфат, отделяясь от продуктов реакции, в результате сложной цепи превращений остается свободным.
В 1929 г. Артуру Гардену совместно с Гансом фон Эйлер-Хельпином была вручена Нобелевская премия по химии «за исследование ферментации сахара и ферментов брожения».