Glukos till etanol

Omvandling av socker till alkohol eller mer specifikt glukos till etanol är en av de äldsta kemiska processerna som är kända. Glukos omvandlas naturligt direkt till etanol i en mängd olika organismer genom en rad kemiska reaktioner som börjar med en process som kallas glykolys och slutar med jäsning.

Glykolys

Glykolys är det första steget i konverteringsprocessen socker till etanol. Glykolys kräver en liten inmatning av energi men resulterar i en nettovinst av energi för organismen. Det är en väg som en organism kan omvandla socker till energi. Vid slutet av glykolysvägen har en 6-kols glukosmolekyl omvandlats till två 3-kolpyruvatmolekyler. Pyruvat i frånvaro av syre kan då antingen omvandlas till laktat eller etanol beroende på organismen.

Fermentation

Jäst och andra mikroorganismer kan omvandla slutprodukten av glykolys pyruvat till etanol i en tvåstegsprocess. För det första dekarboxyleras pyruvat; det vill säga en koldioxidmolekyl från pyruvat avlägsnas vilket ger acetaldehyd. Det enzym som är ansvarigt för denna reaktion kallas pyruvatdekarboxylas. Acetaldehyd omvandlas sedan till etanol genom åtgärder av ett annat enzym alkohol dehydrogenas.

Organer

Jäst och vissa typer av bakterier producerar etanol från glukos naturligt i frånvaro av syre. Alkoholproducerande bakterier innefattar stammar av escherichia och salmonella. Många av dessa bakterier genererar också ytterligare produkter inklusive andra alkoholer organiska syror polyoler och olika gaser. Jäststammar som Saccharomyces cerevisiae producerar också etanol från glukos.

Begränsningar

Jäst konverterar glukos till etanol för att få energi. Etanol är faktiskt reaktionsavfallsprodukten från organismens synvinkel. Vid en viss tid påverkar mängden etanol som produceras av jäst de enzymer som krävs för processen och blir så småningom giftiga för jästcellerna själva. Olika jäststammar är känsliga vid olika koncentrationer av etanol. Den toxiska nivån av etanol för bryggerjäst är ungefär 5 eller 6 volymprocent etanol medan etanol är giftigt för vinjäst i ett intervall av ca 10-15 procent. Det finns speciellt odlade stammar av jäst som kan tåla alkoholhalten upp till 21 procent alkohol.

Industriell fermentering

Eftersom etanol har blivit populär som en möjlig biobränsle efterfrågas naturliga materialkällor som innehåller höga glukosnivåer. som utgångsmaterial för industriella jäsningsprocesser utformade för att skapa stora mängder etanol. Många av dessa utgångsmaterial är dock för dyra att använda i de flesta länder.

Brasilien har dock utvecklat ett bränsle etanolprogram från sockerrör som är både effektivt och ekonomiskt. I det förflutna har Brasilien varit tvungen att lita tungt på importerad olja för bränsle vilket leder till betydande ekonomiska problem. På grund av olika ekonomiska utveckling har Brasilien haft överskott av sockerrörsbutiker. Eftersom sockerrör är en utmärkt källa till glukos och kan produceras billigt och i överflöd har Brasilien kunnat använda den för att producera etanol i industriell skala.

Effektivitet

Många olika typer av bakterier och jäst mikroorganismer kan användas för jäsning. Den specifika jäststammen Saccharomyces cerevisiae även känd som bakersjäst är emellertid den vanligaste organismen som används. I teorin kan S. cerevisiae konvertera 100 gram glukos till 51 4 g etanol och 48 8 g koldioxid. Men i praktiken eftersom jästen behöver någon av den glukosen för tillväxt är det faktiska utbytet mycket mindre