L’Esperimento Beacon di Béchamp e i misteri dell’alterazione della materia organica e della fermentazione

Nel corso dei suoi studi chimici a Strasburgo Béchamp volle approfondire la credenza popolare che lo zucchero di canna spontaneamente si trasformasse in zucchero d’uva o zucchero invertito. Lo zucchero di canna è saccarosio, uno zucchero disaccaride composto da una molecola di glucosio e una molecola di fruttosio legate chimicamente. In soluzione acquosa il saccarosio è destrogiro (+66°). In specifiche condizioni, una soluzione acquosa lo zucchero di canna si trasforma in zucchero d’uva, ovvero una miscela di monosaccaridi di glucosio e fruttosio. Questo processo è indicato anche con il termine inversione dello zucchero e lo zucchero d’uva è indicato come zucchero invertito, perché la miscela di glucosio e fruttosio che si forma è levogira. Da qui il motivo per cui l’idrolisi del saccarosio o dello zucchero di canna è chiamata anche inversione dello zucchero. Béchamp dubitava che l’inversione dello zucchero fosse un processo spontaneo, e iniziò a studiarlo. Nel maggio 1854 iniziò una serie di osservazioni, consistenti in tre serie di esperimenti, consecutive le une alle altre, che in seguito chiamò “Esperimento Beacon”. Si conclusero il 5 dicembre del 1857. I risultati furono pubblicati nel 1858 sia su Comptes Rendus che sul gli Annali di Chimica e Fisica.

Dal punto di vista chimico. Con queste tre serie di esperimenti il prof. Béchamp dimostrò che:
1° L’acqua fredda non modifica spontaneamente il potere rotatorio dello zucchero di canna, cioè non lo trasforma in zucchero d’uva levogiro;
2° L’acqua fredda agisce sullo zucchero di canna solo quando si possono sviluppare muffe: in altre parole, la trasformazione è dovuta ad una vera e propria fermentazione e allo sviluppo di un acido successivo alla nascita del fermento;
3°. L’influenza delle soluzioni saline è variabile;
4°. I sali che impediscono la trasformazione del glucosio nello zucchero di canna sono generalmente sali noti per le loro proprietà antisettiche;
5°. In ogni caso, affinché la trasformazione avvenga è necessaria una certa temperatura minima.

Dal punto di vista biologico. Béchamp fornì per primo la spiegazione di come e perché avvenivano i fenomeni fermentativi che si osservavano, e da chi dipendevano. Questo quando la fermentazione era ancora un totale mistero, quando Pasteur per studiare la fermentazione usava materie albuminoidi, quando si credeva che ogni fermentazione rispondesse ad un fermento particolare ma la condizione necessaria per la fermentazione fosse la presenza di una sostanza azotata di natura proteica. Questa sostanza azotata era necessaria affinché si sviluppasse il fermento adatto alla realizzazione del fenomeno. Ma nelle soluzioni di Béchamp non c’è alcuna sostanza albuminoide. Erano state realizzate con zucchero puro che, riscaldato con calce sodata fresca, non rilasciava ammoniaca, quindi non contenevano azoto.

Con i suoi esperimenti e pubblicazioni del 1858, Béchamp mostrò che
1) una soluzione di zucchero di canna non si altera spontaneamente, ma si altera solo in presenza di organismi viventi, le muffe, che agiscono come fermenti.
2) gli organismi viventi capaci di invertire lo zucchero vengono trasportati dall’aria.
3) a contatto con la soluzione zuccherina producono acidi, che avviano un processo di fermentazione; questi acidi erano i fermenti solubili. Gli organismi che producono questi acidi sono i fermenti insolubili. Il fermento solubile non può esistere senza il fermento organizzato, che è come tale insolubile. Il fermento solubile è collegato con il fermento insolubile mediante la reazione tra prodotto e produttore.
4) La materia azotata (albuminoide) che compone il fermento solubile e insolubile si forma grazie all’azoto dall’aria. Béchamp dimostrò che l’azoto libero dell’aria poteva determinare direttamente la sintesi della sostanza azotata nelle muffe.

L’esperimento Beacon: le tre serie di esperimenti

PRIMA SERIE – Influenza dell’acqua pura, di una soluzione di cloruro di zinco o di cloruro di calcio sullo zucchero di canna. Esperimenti 16 maggio 1854 – 3 febbraio 1855.
Nel maggio 1854 iniziò il suo primo esperimento con le soluzioni zuccherine. Disciolse zucchero di canna puro e ben cristallizzato in:
1° In acqua distillata;
2° In un liquido acquoso contenente un quarto del suo peso di cloruro di zinco;
3° In una soluzione acquosa contenente due diverse quantità di cloruro di calcio.
La dissoluzione dello zucchero in acqua distillata pura serviva da controllo. Le bottiglie furono chiuse ma contenevano un po’ d’aria. Furono lasciate sul tavolo del laboratorio a temperatura ordinaria e alla luce diffusa. L’esperimento durò nove mesi. Nella prima bottiglia, nel corso di alcuni mesi, lo zucchero di canna si trasformò parzialmente in zucchero d’uva, come mostrò il polarimetro e il cambiamento nell’angolo di polarizzazione. Il 15 giugno in questa bottiglia comparvero le muffe e da questa data l’alterazione proseguì molto più rapidamente. Nelle bottiglie contenenti o cloruro di zinco o cloruro di calcio il piano di polarizzazione non subì cambiamenti, lo zucchero di canna non fu trasformato, le muffe non comparvero.
L’acqua fredda può alterare lo zucchero di canna, ma sia un sale neutro con una reazione acida, come il cloruro di zinco, e sia il cloruro di calcio, un sale neutro e saturo impediscono questa alterazione.
L’elemento fondamentale però fu che l’azione dell’acqua fredda sullo zucchero di canna avvenne con lo sviluppo delle muffe. Anche in altri esperimenti di altri ricercatori, come gli esperimenti del signor Maumené, le variazioni del potere rotatorio erano coincise con lo sviluppo delle muffe; la modificazione appariva tanto più rapida quanto più abbondanti erano queste vegetazioni elementari.
Béchamp pubblicò i risultati della prima serie di esperimenti nel Rapporto dell’Accademia Francese delle Scienze il 19 febbraio 1855. Menzionò le muffe, senza dare spiegazione della loro comparsa. Riservò la loro ulteriore considerazione per futuri esperimenti. L’acqua fredda modifica lo zucchero di canna solo se si possono sviluppare muffe? Le muffe agiscono da fermenti? La seconda e la terza serie di esperimenti di Béchamp ebbero lo scopo principale di rispondere a queste domande.

SECONDA SERIE – Influenza dell’acqua pura o dell’acqua con aggiunta di creosoto e vari tipi e specie di sali sullo zucchero di canna. Esperimenti: 25 giugno 1856 – 5 dicembre 1857.
Nella prima serie Béchamp aveva osservato un elemento estraneo molto importante, che prima o poi interveniva: la muffa. Quale influenza hanno questi piccoli esseri?
Nell’ottica di trovare una risposta a questa domanda e con l’intenzione di impedirne lo sviluppo iniziò a Strasburgo il 25 giugno 1856 una nuova serie di esperimenti, completati a Montpellier il 5 dicembre 1857, nei quali disciolse 15 gr di zucchero di canna in 100cc di acqua distillata; ad una bottiglia non aggiunse niente, e poi preparò 20 test in cui aggiunse diversi di sali anche in diverse quantità, tra cui acido arsenioso, cloruro di mercurio, creosoto, cloruro stannico, vari solfati, nitrati, fosfati, carbonati ed ossalati.
Come nell’esperimento precedente, il cloruro di zinco e il cloruro di calcio impedirono l’alterazione dello zucchero di canna. Il creosoto, e il cloruro mercurio, anche in piccole quantità, avevano lo stesso effetto preventivo. Le muffe comparvero nella soluzione con zucchero senza sali, senza creosoto, e in quelle contenenti acido arsenioso, solfato di alluminio, nitrato di potassio, fosfato di sodio, e ossalato di potassio. Béchamp fu particolarmente colpito dall’efficacia del creosoto di impedire la crescita delle muffe, e per questo decise di fare altri esperimenti.

TERZA SERIE. – Influenza dell’acqua pura protetta dall’aria; acqua con aggiunta di creosoto, o acido arsenioso, sublimato, solfito e bisolfito di sodio, in presenza di creosoto, su zucchero di canna. Esperimenti 27 marzo 1857- 5 dicembre 1857
Basandosi sull’idea che il contatto più o meno prolungato con l’aria fosse la causa dello sviluppo di muffe, per preparare le soluzioni utilizzò acqua distillata bollita, lasciata raffreddare lontano dal contatto immediato con l’aria atmosferica. L’aria veniva fatta passare attraverso acido solforico concentrato prima di entrare nel pallone in cui l’acqua era stata portata a ebollizione. Cinque contenitori di zucchero sciolto in acqua bollente vennero riempiti completamente. In altre cinque beute contenenti la stessa soluzione, fu aggiunta una goccia di creosoto a ciascuna beuta, lasciando al loro interno una certa quantità di aria. In quattro nuovi palloni c’erano soluzioni di zucchero con acido arsenioso, cloruro mercurico, solfito di sodio e bisolfito della stessa base; in ogni soluzione è stata aggiunta una goccia di creosoto. Infine, uno dei fiaschi di zucchero in acqua bollita e un altro fiasco contenente la stessa soluzione con una goccia di creosoto, non vennero a contatto con l’aria durante gli otto mesi di durata dell’esperimento.
I risultati furono che: 1º le muffe non si sviluppano senza l’aria e che, in questo caso, la soluzione conserva intatto il suo potere rotatorio; 2° il liquido delle bottiglie aperte, che sono state a contatto con l’aria, è variato con lo sviluppo della muffa. 3) il creosoto, sia con o senza contatto con l’aria, impedisce sia la formazione di muffe che la trasformazione dello zucchero di canna. Però una volta formate le muffe, il creosoto non impedisce che la loro influenza venga esercitata.
Le osservazioni derivate dalla terza serie di esperimenti con soluzioni zuccherine dimostrano che lo zucchero di canna si trasforma in zucchero d’uva, sotto l’azione dell’acqua, solo in seguito allo sviluppo della muffa. È quindi naturale ammettere che la modifica avvenga attraverso di loro.
Visto che nelle soluzioni di Béchamp non c’era alcuna sostanza albuminoide, in quanto realizzate con zucchero puro che, riscaldato con calce sodata fresca, non rilasciava ammoniaca, i germi trasportati dall’aria avevano trovato nella soluzione zuccherina un ambiente favorevole al loro sviluppo. Il fermento osservato era stato prodotto dalla generazione dalle muffe, le quali si presentano talvolta sotto forma di piccoli corpi isolati, talvolta sotto forma di voluminose membrane incolori che uscivano intere dalle bottiglie. Queste membrane, riscaldate con potassa caustica, rilasciavano abbondante ammoniaca, quindi erano costituite da sostanza albuminoide azotata. Il progresso del cambiamento fu tanto più rapido quanto maggiore era la quantità di materia organica azotata prodotta. La trasformazione che subì lo zucchero di canna in presenza di muffa può quindi essere paragonata a quella che l’enzima diastasi (un’amilasi) induce nell’amido, ovvero l’idrolisi o scissione della molecola di amido con produzione di maltosio e altre molecole di zuccheri.
La presenza di queste muffe non sembrava tuttavia essere l’unica causa della trasformazione dello zucchero di canna. Il glucosio levogiro non era l’unica sostanza prodotta, in quanto venne prodotto anche acido (acetico o formico) che contribuì senza dubbio ad accelerare la modificazione dello zucchero. L’acqua fredda modifica lo zucchero di canna solo nella misura in cui possono svilupparsi muffe, e queste vegetazioni elementari agiscono quindi come fermenti.

Vediamo così quanto fosse chiara e completa la spiegazione della fermentazione data da Béchamp già nel 1857. Egli dimostrò che essa è dovuta ai processi vitali degli organismi viventi così minuti da richiedere un microscopio per vederli, e nel caso della fermentazione con le sue soluzioni zuccherate, ha dimostrato che questi organismi viventi erano nell’aria e venivano trasportati da essa. Purtroppo da questa scoperta, nacque l’ossessione dell’idea degli organismi atmosferici, soprattutto perché la dottrina microzimica e il pleiomorfismo dei microzimi non furono mai accettate. Il microbo esterno trasportato dall’aria, invasore dei corpi e causante malattie, un microbo una malattia, era molto più comodo.

Fonti:
1) Béchamp A. (1855) Note sur l’influence que l’eau pure et certaines dissolutions salines exercent sur le sucre de canne – Nota sull’influenza che l’acqua pura e alcune soluzioni saline esercitano sullo zucchero di canna. Comptes Rendus 40, p.436-438. (Originale in francese) (Traduzione in italiano)
2) Béchamp A. (1858) De l’influence que l’eau pure ou chargée de divers sels exerce à froid sur le sucre de canne – Sull’influenza che l’acqua pura o carica di sali vari esercita sullo zucchero di canna quando è freddo. Comptes Rendus 46, p.44-47 (Originale in francese) (Traduzione in italiano)
3) Béchamp A. (1858) De l’influence que l’eau pure, ou chargee de divers sels, exerce, a froid, sur le sucre de canne – Sull’influenza che l’acqua pura, o acqua caricata con vari sali, esercita, quando fredda sullo zucchero di canna. Annales de Chimie et de Physique, 3a série, 54, p.28-42. (Originale in francese) (Traduzione in italiano)
4) Hume E.D. (1947) Béchamp o Pasteur? Un capitolo perso della storia della Biologia. Traduzione Monica Giannecchini. Indipendently published, marzo 2025. ISBN-979-8309285716