Glukose til etanol

Omdannelse av sukker til alkohol, eller mer spesifikt glukose til etanol, er en av de eldste kjemiske prosessene som er kjent. Glukose blir naturlig omgjort direkte til etanol i en rekke organismer gjennom en rekke kjemiske reaksjoner som starter med en prosess som kalles glykolyse og slutter med gjæring.

Glykolyse

Glykolyse er det første trinnet i prosessen med å konvertere sukker til etanol. Glykolyse krever et lite innspill av energi, men resulterer i en netto gevinst for energi for organismen. Det er en måte en organisme kan konvertere sukker til energi. På slutten av glykolyseveien er et 6-karbon-glukosemolekyl omdannet til to 3-karbonpyruvatmolekyler. Pyruvat, i fravær av oksygen, kan da enten omdannes til laktat eller etanol, avhengig av organismen.

Fermentering

Gjær og andre mikroorganismer kan konvertere sluttproduktet av glykolyse, pyruvat, til etanol i en to-trinns prosess. For det første blir pyruvat dekarboksylert; det vil si at et karbondioksidmolekyl fra pyruvat fjernes, noe som gir acetaldehyd. Enzymet som er ansvarlig for denne reaksjonen kalles pyruvat-dekarboksylase. Acetaldehyd blir deretter omdannet til etanol ved virkningene av et annet enzym, alkohol dehydrogenase.

Organer

Gjær og visse bakterier produserer etanol fra glukose naturlig, uten oksygen. Alkoholproducerende bakterier inkluderer stammer av escherichia og salmonella. Mange av disse bakteriene genererer også flere produkter, inkludert andre alkoholer, organiske syrer, polyoler og forskjellige gasser. Gjærstammer som Saccharomyces cerevisiae produserer også etanol fra glukose.

Begrensninger

Gjær omdanner glukose til etanol for å skaffe energi. Etanol er faktisk avfallsproduktet fra reaksjonen fra organismens synspunkt. På et visst tidspunkt påvirker mengden etanol fremstilt av gjær de enzymer som kreves for prosessen, og blir til slutt giftige for gjærcellene selv. Ulike gjærstammer er sensitive ved forskjellige konsentrasjoner av etanol. Det giftige nivået av etanol for bryggergær er omtrent 5 eller 6 prosent etanol i volum, mens etanol er giftig for vinsjære i et område på 10-15 prosent. Det er spesielt dyrkede gjærstammer som kan tåle alkoholnivåer opp til 21 prosent alkohol.

Industriell gjæring

Etanol har blitt populært som en mulig biodrivstoff, og naturlige kilder til materialer som inneholder høye nivåer av glukose er søkt som utgangsmaterialer for industrielle gjæringsprosesser designet for å skape store mengder etanol. Imidlertid er mange av disse utgangsmaterialene for dyrt å bruke i de fleste land.

Brasil har imidlertid utviklet et drivstoffetanolprogram fra sukkerrør som er både effektivt og økonomisk. I det siste har Brasil måtte stole tungt på importert olje for drivstoff, noe som førte til betydelige økonomiske problemer. På grunn av ulike økonomiske utviklinger har Brasil hatt overskudd av sukkerrørsbutikker. Fordi sukkerrør er en utmerket kilde til glukose, og kan produseres billig og i overflod, har Brasil vært i stand til å bruke den til å produsere etanol i industriell skala.

Effektivitet

Mange forskjellige typer bakterier og gjær mikroorganismer kan brukes til gjæring. Den spesifikke gjærstammen Saccharomyces cerevisiae, også kjent som bakersgær, er imidlertid den vanligste organismen som brukes. I teorien kan S. cerevisiae konvertere 100 gram glukose til 51,4 g etanol og 48,8 g karbondioksid. Men i praksis, fordi gjæren trenger noe av den glukosen for vekst, er det faktiske utbyttet mye mindre