Şekerin alkole veya daha spesifik olarak glikozun etanole dönüştürülmesi bilinen en eski kimyasal işlemlerden biridir. Glikoz doğal olarak glikoliz adı verilen bir işlemle başlayan ve fermantasyon ile sona eren bir dizi kimyasal reaksiyonla çeşitli organizmalarda doğrudan etanole dönüştürülür.
Glikoliz
Glikoliz, dönüştürme işleminde ilk adımdır. etanolden şeker. Glikoliz, küçük bir enerji girişi gerektirir, ancak organizma için net bir enerji kazancı ile sonuçlanır. Bir organizmanın şekeri enerjiye dönüştürebilmesinin bir yoludur. Glikoliz yolunun sonunda, bir 6-karbon glukoz molekülü, iki 3-karbon piruvat molekülüne dönüştürüldü. Piruvat, oksijenin yokluğunda, daha sonra organizmaya bağlı olarak laktata veya etanole dönüştürülebilir.
Fermantasyon
Maya ve diğer mikroorganizmalar, glikolizin, piruvatın son ürününü etanol içine dönüştürebilir. iki aşamalı bir işlem. İlk olarak, piruvat dekarboksilattır; yani, piruvattan bir karbon dioksit molekülü çıkarılarak asetaldehit elde edilir. Bu reaksiyondan sorumlu olan enzime piruvat dekarboksilaz denir. Asetaldehit daha sonra başka bir enzim, alkol dehidrojenazın eylemleri ile etanole dönüştürülür.
Organizmalar
Maya ve bazı bakteri türleri, oksijenin yokluğunda doğal olarak glikozdan etanol üretir. Alkol üreten bakteriler arasında escherichia ve salmonella türleri bulunur. Bu bakterilerin çoğu ayrıca diğer alkoller, organik asitler, polioller ve çeşitli gazlar dahil olmak üzere ek ürünler de üretir. Saccharomyces cerevisiae gibi maya suşları da glikozdan etanol üretir.
Sınırlamalar
Mayalar enerji elde etmek için glikozu etanole dönüştürür. Etanol, aslında organizma açısından reaksiyonun atık ürünüdür. Belirli bir noktada, maya tarafından üretilen etanol miktarı, işlem için gereken enzimleri olumsuz yönde etkiler ve sonuçta maya hücrelerinin kendileri için toksik hale gelir. Farklı maya türleri, farklı etanol konsantrasyonlarında hassastır. Bira mayası için etanolün toksik seviyesi hacimce yaklaşık yüzde 5 ya da 6 etanol iken etanol yüzde 10 ila 15 arasında bir oranda şarap mayası için toksiktir. Yüzde 21 alkole kadar alkol seviyelerine dayanabilen özel kültürlü maya türleri var.
Endüstriyel Fermentasyon
Etanol olası bir biyoyakıt olarak popülerlik kazandığından, yüksek seviyelerde glikoz içeren doğal malzemeler aranıyor büyük miktarlarda etanol oluşturmak için tasarlanmış endüstriyel fermantasyon işlemleri için başlangıç malzemeleri olarak. Bununla birlikte, bu başlangıç maddelerinin birçoğunun çoğu ülkede kullanımı çok pahalıdır.
Brezilya, ancak, hem etkin hem de ekonomik olan şeker kamışından bir yakıt etanol programı geliştirdi. Geçmişte, Brezilya, yakıt için ağır bir şekilde ithal edilen yağa güvenmek zorunda kaldı ve bu da önemli ekonomik sorunlara yol açtı. Çeşitli ekonomik gelişmeler nedeniyle, Brezilya'da aşırı şeker kamışı dükkanları var. Şeker kamışı mükemmel bir glikoz kaynağı olduğundan ve ucuz ve bol miktarda üretilebildiğinden, Brezilya endüstriyel ölçekte etanol üretmek için kullanabilmiştir.
Verimlilik
Birçok farklı bakteri ve maya türü fermantasyon için mikroorganizmalar kullanılabilir. Bununla birlikte, ekmek mayası olarak da bilinen spesifik maya suşu Saccharomyces cerevisiae, kullanılan en yaygın organizmadır. Teoride, S. cerevisiae 100 gram glikozu 51.4 g etanole ve 48.8 g karbon dioksite dönüştürebilir. Bununla birlikte, pratikte, maya büyüme için bu glikozun bir kısmına ihtiyaç duyduğundan, gerçek verim çok daha düşüktür.