Glucosa al etanol
La conversión de azúcar en alcohol, o más específicamente, glucosa en etanol, es uno de los procesos químicos más antiguos que se conocen. La glucosa se convierte naturalmente en etanol directamente en una variedad de organismos a través de una serie de reacciones químicas que comienzan con un proceso llamado glucólisis y terminan con la fermentación.
Glicólisis
La glucólisis es el primer paso en el proceso de conversión Azúcar al etanol. La glucólisis requiere un pequeño aporte de energía, pero produce una ganancia neta de energía para el organismo. Es una forma en que un organismo puede convertir el azúcar en energía. Al final de la ruta de la glucólisis, una molécula de glucosa de 6 carbonos se ha convertido en dos moléculas de piruvato de 3 carbonos. El piruvato, en ausencia de oxígeno, puede convertirse en lactato o etanol, dependiendo del organismo.
Fermentación
La levadura y otros microorganismos pueden convertir el producto final de la glucólisis, piruvato, en etanol en Un proceso de dos pasos. Primero, el piruvato es descarboxilado; es decir, se elimina una molécula de dióxido de carbono del piruvato, creando acetaldehído. La enzima responsable de esta reacción se llama piruvato descarboxilasa. El acetaldehído se convierte luego en etanol por las acciones de otra enzima, la alcohol deshidrogenasa.
Organismos
La levadura y ciertos tipos de bacterias producen etanol a partir de la glucosa de forma natural, en ausencia de oxígeno. Las bacterias productoras de alcohol incluyen cepas de escherichia y salmonela. Muchas de estas bacterias también generan productos adicionales que incluyen otros alcoholes, ácidos orgánicos, polioles y varios gases. Las cepas de levadura como Saccharomyces cerevisiae también producen etanol a partir de la glucosa.
Limitaciones
La levadura convierte la glucosa en etanol para obtener energía. El etanol es en realidad el producto de desecho de la reacción desde el punto de vista del organismo. En cierto punto, la cantidad de etanol producido por la levadura afecta negativamente a las enzimas requeridas para el proceso y eventualmente se vuelve tóxica para las células de la levadura. Las diferentes cepas de levadura son sensibles a diferentes concentraciones de etanol. El nivel tóxico de etanol para la levadura de cerveza es aproximadamente 5 o 6 por ciento de etanol en volumen, mientras que el etanol es tóxico para la levadura de vino en un rango de aproximadamente 10 a 15 por ciento. Existen cepas de levadura especialmente cultivadas que pueden soportar niveles de alcohol de hasta un 21 por ciento de alcohol.
Fermentación industrial
Debido a que el etanol ha ganado popularidad como posible biocombustible, se buscan fuentes naturales de materiales que contienen altos niveles de glucosa como materiales de partida para procesos de fermentación industrial diseñados para crear grandes cantidades de etanol. Sin embargo, muchos de estos materiales de partida son demasiado caros para usar en la mayoría de los países.
Brasil, sin embargo, ha desarrollado un programa de etanol de combustible a partir de la caña de azúcar que es eficiente y económico. En el pasado, Brasil ha tenido que depender en gran medida del petróleo importado como combustible, lo que ha generado importantes problemas económicos. Debido a diversos desarrollos económicos, Brasil ha tenido exceso de tiendas de caña de azúcar. Debido a que la caña de azúcar es una excelente fuente de glucosa y se puede producir a bajo costo y en abundancia, Brasil ha podido usarla para producir etanol a escala industrial. Eficiencia
Muchos tipos diferentes de bacterias y levaduras Los microorganismos pueden ser utilizados para la fermentación. Sin embargo, la cepa específica de levadura Saccharomyces cerevisiae, también conocida como levadura de panadería, es el organismo más común utilizado. En teoría, S. cerevisiae podría convertir 100 gramos de glucosa en 51.4 g de etanol y 48.8 g de dióxido de carbono. Sin embargo, en la práctica, debido a que la levadura necesita algo de esa glucosa para el crecimiento, el rendimiento real es mucho menor.