Оглавление:
Конверсия сахара в спирт, а точнее, глюкоза в этанол, является одним из старейших известных химических процессов. Глюкоза, естественно, превращается непосредственно в этанол в различных организмах посредством серии химических реакций, которые начинаются с процесса, называемого гликолизом, и заканчиваются ферментацией.
Видео дня
Гликолиз
Гликолиз является первым шагом в процессе превращения сахара в этанол. Гликолиз требует небольшого количества энергии, но приводит к чистому приросту энергии для организма. Это один из способов, которым организм может превращать сахар в энергию. В конце пути гликолиза молекула глюкозы с 6 углеродом была преобразована в две молекулы пирувата с 3 атомами углерода. Пируват, в отсутствие кислорода, может затем превращаться в лактат или этанол в зависимости от организма.
Ферментация
Дрожжи и другие микроорганизмы могут превращать конечный продукт гликолиза, пирувата в этанол в двухэтапном процессе. Во-первых, пируват декарбоксилирован; то есть молекулу диоксида углерода из пирувата удаляют, создавая ацетальдегид. Фермент, ответственный за эту реакцию, называется пируватдекарбоксилазой. Ацетальдегид затем превращается в этанол действиями другого фермента, алкогольдегидрогеназы.
Организмы
Дрожжи и некоторые виды бактерий производят этанол из глюкозы, естественно, в отсутствие кислорода. Алкогольные продуценты включают штаммы эсхерихии и сальмонеллы. Многие из этих бактерий также генерируют дополнительные продукты, включая другие спирты, органические кислоты, полиолы и различные газы. Дрожжевые штаммы, такие как Saccharomyces cerevisiae, также продуцируют этанол из глюкозы.
Ограничения
Дрожжи превращают глюкозу в этанол для получения энергии. Этанол на самом деле является отходами реакции с точки зрения организма. В определенный момент количество этанола, производимого дрожжами, отрицательно влияет на ферменты, необходимые для процесса, и в конечном итоге становится токсичным для самих дрожжевых клеток. Различные штаммы дрожжей чувствительны к различным концентрациям этанола. Ядовитый уровень этанола для пивных дрожжей составляет около 5 или 6 процентов этанола по объему, тогда как этанол является токсичным для дрожжей вина в диапазоне от 10 до 15 процентов. Существуют специально выращенные штаммы дрожжей, которые могут выдержать уровень алкоголя до 21% алкоголя.
Промышленная ферментация
Поскольку этанол приобрел популярность как возможное биотопливо, естественные источники материалов, содержащих высокие уровни глюкозы, ищутся в качестве исходных материалов для промышленных процессов ферментации, предназначенных для создания крупномасштабных количеств этанола. Однако многие из этих исходных материалов слишком дороги для использования в большинстве стран.
Бразилия, однако, разработала программу топливного этанола из сахарного тростника, которая эффективна и экономична. В прошлом Бразилия вынуждена была в значительной степени полагаться на импортную нефть на топливо, что привело к значительным экономическим проблемам. Из-за различных экономических изменений в Бразилии были избытки запасов сахарного тростника. Поскольку сахарный тростник является отличным источником глюкозы и может производиться дешево и в изобилии, Бразилия смогла использовать его для производства этанола в промышленном масштабе.
Эффективность
Для ферментации можно использовать множество различных бактерий и дрожжевых микроорганизмов. Однако специфический дрожжевой штамм Saccharomyces cerevisiae, также известный как пекарские дрожжи, является наиболее распространенным организмом. Теоретически S. cerevisiae может превратить 100 г глюкозы в 51. 4 г этанола и 48,8 г углекислого газа. Однако на практике, поскольку дрожжи нуждаются в некоторой из этих глюкозы для роста, фактическая урожайность намного меньше.
