Glukose til ethanol

Omdannelse af sukker til alkohol, eller mere specifikt glucose til ethanol, er en af de ældste kemiske processer kendt. Glucose omdannes naturligvis direkte til ethanol i forskellige organismer gennem en række kemiske reaktioner, der starter med en proces kaldet glycolyse og slutter med fermentering.

Glykolyse

Glykolyse er det første skridt i processen med at konvertere sukker til ethanol. Glykolyse kræver en lille indgang af energi, men resulterer i en nettoforøgelse af energi for organismen. Det er en måde, en organisme kan omdanne sukker til energi. Ved enden af glycolysepaden er et 6-carbon-glucosemolekyle omdannet til to 3-carbonpyruvatmolekyler. Pyruvat, i fravær af ilt, kan enten omdannes til lactat eller ethanol, afhængigt af organismen.

Fermentering

Gær og andre mikroorganismer kan konvertere slutproduktet af glycolyse, pyruvat, til ethanol i en to-trins proces. For det første decykvateres pyruvat; det vil sige et kuldioxidmolekyle fra pyruvat fjernes, hvilket skaber acetaldehyd. Det enzym, der er ansvarligt for denne reaktion, kaldes pyruvat-decarboxylase. Acetaldehyd omdannes derefter til ethanol ved virkninger af et andet enzym, alkohol dehydrogenase.

Organer

Gær og visse bakterier producerer ethanol fra glucose naturligt, uden oxygen. Alkoholproducerende bakterier omfatter stammer af escherichia og salmonella. Mange af disse bakterier genererer også yderligere produkter, herunder andre alkoholer, organiske syrer, polyoler og forskellige gasser. Gærstammer som Saccharomyces cerevisiae producerer også ethanol fra glucose.

Begrænsninger

Gær konverterer glucose til ethanol for at opnå energi. Ethanol er faktisk reaktionsaffaldet fra organismens synspunkt. På et bestemt tidspunkt påvirker mængden af ethanol, der produceres af gær, de enzymer, der er nødvendige for processen, og til sidst bliver de toksiske for gærcellerne selv. Forskellige gærstammer er følsomme ved forskellige koncentrationer af ethanol. Det giftige niveau for ethanol til bryggeriergær er ca. 5 eller 6% ethanol i volumen, medens ethanol er giftigt for vingær i et område på ca. 10 til 15%. Der er specielt dyrkede stammer af gær, der kan modstå alkoholniveauer op til 21 procent alkohol.

Industriel fermentering

Da ethanol er blevet populært som en mulig biobrændstof, søges naturlige kilder til materialer, der indeholder højt indhold af glucose. som udgangsmaterialer til industrielle fermenteringsprocesser designet til at skabe store mængder ethanol. Imidlertid er mange af disse udgangsmaterialer for dyre at bruge i de fleste lande.

Brasilien har dog udviklet et brændstofethanolprogram fra sukkerrør, der både er effektivt og økonomisk. Tidligere har Brasilien været nødt til at stole tungt på importeret olie til brændstof, hvilket medfører betydelige økonomiske problemer. På grund af forskellige økonomiske udviklinger har Brasilien haft overskydende sukkerrørbutikker. Fordi sukkerrør er en glimrende kilde til glukose og kan produceres billigt og i overflod, har Brasilien været i stand til at bruge den til at producere ethanol i industriel skala.

Effektivitet

Mange forskellige typer bakterier og gær mikroorganismer kan anvendes til fermentering. Den specifikke gærstamme Saccharomyces cerevisiae, også kendt som bagersgær, er den mest almindelige anvendte organisme. I teorien kunne S. cerevisiae konvertere 100 gram glucose til 51,4 g ethanol og 48,8 g carbondioxid. Men i praksis, fordi gæren har brug for noget af den glucose til vækst, er det faktiske udbytte meget mindre , , ] ]