Glucosio in etanolo

a conversione dello zucchero in alcol o più specificamente glucosio in etanolo è uno dei più antichi processi chimici conosciuti. Il glucosio viene convertito direttamente in etanolo in una varietà di organismi attraverso una serie di reazioni chimiche che iniziano con un processo chiamato glicolisi e terminano con la fermentazione.

Glicolisi

La glicolisi è il primo passo nel processo di conversione zucchero a etanolo. La glicolisi richiede un piccolo apporto di energia ma si traduce in un guadagno netto di energia per l'organismo. È un modo in cui un organismo può convertire lo zucchero in energia. Alla fine della via della glicolisi una molecola di glucosio a 6 atomi di carbonio è stata convertita in due molecole di piruvato di 3-carbonio. Il piruvato in assenza di ossigeno può quindi essere convertito in lattato o etanolo a seconda dell'organismo.

Fermentazione

Il lievito e altri microrganismi possono convertire il prodotto finale della glicolisi piruvato in etanolo in un processo in due fasi. Innanzitutto il piruvato è decarbossilato; cioè viene rimossa una molecola di anidride carbonica dal piruvato creando acetaldeide. L'enzima responsabile di questa reazione è chiamato piruvato decarbossilasi. L'acetaldeide viene quindi convertita in etanolo mediante l'azione di un altro enzima l'alcol deidrogenasi.

Il lievito e alcuni tipi di batteri producono l'etanolo dal glucosio in modo naturale in assenza di ossigeno. I batteri produttori di alcol includono ceppi di escherichia e salmonella. Molti di questi batteri generano anche prodotti aggiuntivi inclusi altri alcoli acidi organici polioli e vari gas. I ceppi di lievito come i Saccharomyces cerevisiae producono anche etanolo dal glucosio.

Limitazioni

I lieviti convertono il glucosio in etanolo per ottenere energia. L'etanolo è in realtà il prodotto di scarto della reazione dal punto di vista dell'organismo. Ad un certo punto la quantità di etanolo prodotta dal lievito influisce negativamente sugli enzimi richiesti per il processo e alla fine diventa tossica per le cellule di lievito stesse. Diversi ceppi di lievito sono sensibili a diverse concentrazioni di etanolo. Il livello tossico di etanolo per lievito di birra è circa 5 o 6 percento di etanolo in volume mentre l'etanolo è tossico per il lievito di vino in un intervallo compreso tra il 10 e il 15 percento. Esistono ceppi di lievito appositamente coltivati che possono resistere all'alcol fino al 21% di alcol.

Fermentazione industriale

Poiché l'etanolo ha guadagnato popolarità come possibile biocarburante si ricercano fonti naturali di materiali contenenti alti livelli di glucosio come materiali di partenza per processi di fermentazione industriale progettati per creare grandi quantità di etanolo. Tuttavia molti di questi materiali di partenza sono troppo costosi da utilizzare nella maggior parte dei paesi.

Il Brasile tuttavia ha sviluppato un programma di produzione di etanolo da canna da zucchero che è allo stesso tempo efficiente ed economico. In passato il Brasile ha dovuto fare molto affidamento sul petrolio importato per il carburante determinando importanti problemi economici. A causa dei vari sviluppi economici il Brasile ha avuto negozi in eccesso di canna da zucchero. Poiché la canna da zucchero è un'ottima fonte di glucosio e può essere prodotta a basso costo e in abbondanza il Brasile è stato in grado di utilizzarla per produrre etanolo su scala industriale.

Efficienza

Molti diversi tipi di batteri e lieviti i microrganismi possono essere utilizzati per la fermentazione. Tuttavia il ceppo specifico di lievito Saccharomyces cerevisiae noto anche come lievito di birra è l'organismo più comune utilizzato. In teoria S. cerevisiae potrebbe convertire 100 grammi di glucosio in 51 4 g di etanolo e 48 8 g di anidride carbonica. Tuttavia in pratica poiché il lievito ha bisogno di un po 'di quel glucosio per la crescita il rendimento effettivo è molto inferiore.