موضوع مقاله: تخمیر اتانول | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # تخمیر اتانول | مقدمه: (۲) دو مولکول پیروات تجزیه می‌شوند و دو مولکول استالدهید و دو مولکول دی‌اکسید کربن آزاد می‌کنند. | ## بخش 1: تخمیر اتانول | تخمیر اتانول, که به تخمیر الکلی نیز معروف است، یک فرایند بیولوژیکی است که شکرهایی مانند گلوکز، فروکتوز و ساکارز را به انرژی سلولی تبدیل می‌کند و به عنوان محصولات جانبی اتانول و دی‌اکسید کربن تولید می‌نماید. از آنجا که مخمرها این تبدیل را در غیاب اکسیژن انجام می‌دهند، تخمیر الکلی به عنوان یک فرایند بی‌هوازی در نظر گرفته می‌شود. این فرایند همچنین در برخی از گونه‌های ماهی (از جمله ماهی قرمز و کپور) رخ می‌دهد که (به همراه تخمیر اسید لاکتیک) در زمان کمبود اکسیژن انرژی فراهم می‌کند. تخمیر الکلی یک مول گلوکز را به دو مول اتانول و دو مول دی‌اکسید کربن تبدیل می‌کند و در این فرایند دو مول انرزی سلولی تولید می‌کند. در مرحله اول تخمیر الکلی، آنزیم اینورتاز پیوند گلیکوزیدی بین مولکول‌های گلوکز و فروکتوز را می‌شکند. در نهایت، پیروات در دو مرحله به اتانول و CO2 تبدیل می‌شود و NAD+ اکسید شده مورد نیاز برای گلیکولیز را احیا می‌کند: ۱. همان‌طور که در معادله واکنش نشان داده شده است، گلیکولیز باعث کاهش دو مولکول NAD + به NADH می‌شود. دو مولکول ADP نیز از طریق فسفوریلاسیون در سطح سوبسترا به دو مولکول ATP و دو مولکول آب تبدیل می‌شوند. فرآیندهای مرتبط تخمیر قند به اتانول و نیز می‌تواند توسط زایموموناس موبیلیس انجام شود، با این حال مسیر آن کمی متفاوت است زیرا تشکیل پیروات از طریق گلیکولیز اتفاق نمی‌افتد، بلکه از طریق مسیر انتنر-دودوروف انجام. میکروارگانیسم‌های دیگر می‌توانند از طریق تخمیر، اتانول را از قندها تولید کنند، اما اغلب فقط به عنوان یک محصول جانبی. مثال‌ها عبارتند از تخمیر اسید هترولاکتیک در آن باکتری‌های لوکونوستوک لاکتات + اتانول + Co2 تولید می‌کنند. تخمیر اسیدی مخلوط که در آن اشریشیا اتانول مخلوط با لاکتات، استات، سوکسینات، فرمات Co2 و H2 تولید می‌کند. تخمیر ۲٬۳-بوتاندیول توسط انتروباکتر و تولید اتانول، بوتاندیول، لاکتات، فرمات Co2 و H2. این مخمرها حتی در شرایط هوازی نیز اتانول تولید می‌کنند، اگر مواد مغذی مناسب به آن‌ها داده شود. | ## بخش 2: تخمیر اتانول | در طول تخمیر دسته‌ای، نرخ تولید اتانول به ازای هر میلی‌گرم پروتئین سلولی در اوایل این فرایند به حداکثر می‌رسد و به تدریج با انباشت اتانول در مایع اطراف کاهش می‌یابد. مطالعات نشان می‌دهند که حذف این اتانول انباشته شده بلافاصله فعالیت تخمیری را بازنمی‌گرداند و شواهدی ارائه می‌دهند که کاهش نرخ متابولیک به تغییرات فیزیولوژیکی (شامل آسیب احتمالی اتانول) مربوط شده و ارتباطی به وجود اتانول ندارد. قابلیت زنده‌مانی در ۹۰٪ یا بالاتر باقی مانده، pH داخلی نزدیک به خنثی باقی مانده و فعالیت‌های خاص آنزیم‌های گلیکولیتیک و الکوهولژنتیک (که در آزمایشگاه اندازه‌گیری شده‌اند) در طول تخمیر دسته‌ای بالا باقی مانده‌اند. هیچ‌یک از این عوامل به نظر نمی‌رسد که به‌طور علّی با کاهش فعالیت تخمیری در طول تخمیر دسته‌ای مرتبط باشد. مخمرها قندهای موجود در خمیر را مصرف می‌کنند و اتانول و دی‌اکسید کربن را به عنوان مواد زائد تولید می‌نمایند. در یک پیشرفت معاصر، گروهی در آلمان برعکس عمل کرده و نان بیات را به اتانول تبدیل کرده‌اند. مشروبات الکلی از غلات، میوه‌ها، سبزیجات یا شکری که قبلاً تخمیر الکلی را پشت سر گذاشته‌اند، تقطیر می‌شوند. محصولات الکلی: قندهای طبیعی موجود در انگور؛ تخمیر شده: شراب، سیدر و پری به ترتیب با تخمیر مشابه قند طبیعی موجود در سیب و گلابی تولید می‌شوند؛ و سایر شراب‌های میوه‌ای از تخمیر قندهای موجود در هر نوع میوه دیگر تولید می‌شوند. مشروبات الکلی: برندی و او دو ویه (مثلاً اسلیوویتز) با تقطیر این نوشیدنی‌های تخمیر شده با میوه تولید می‌شوند. نشاسته‌های غلات که توسط آنزیم آمیلاز به قند تبدیل شده‌اند، که در دانه‌های غلاتی که مالت‌گیری شده‌اند (یعنی جوانه زده‌اند) وجود دارد. جین و نوشیدنی‌های مرتبط با آن با افزودن طعم‌دهنده‌ها به ماده اولیه‌ای شبیه ودکا در طول تقطیر تولید می‌شوند. تخمیر شده: شراب برنج (از جمله ساکی) مشروبات الکلی: بایجیو، سوجو و شوچو ملاس محصول نیشکر. مشروبات الکلی: رم در تمام موارد، تخمیر باید در یک ظرف (مانند قفل تخمیر) انجام شود که اجازه می‌دهد دی‌اکسید کربن خارج شود و از ورود هوای خارجی جلوگیری کند. این به این دلیل است که ورود هوای خارجی می‌تواند باعث آلودگی نوشیدنی به دلیل خطرباکتری یا کپک شود و انباشت دی‌اکسید کربن می‌تواند باعث ترکیدن ظرف گردد. | ## بخش 3: تخمیر اتانول | مواد اولیه برای تولید سوخت همچنین تخمیر مخمر محصولات مختلف کربوهیدراتی، برای تولید اتانولی که به بنزین اضافه می‌گردد، نیز استفاده می‌شود. تقریباً ۲٫۸ گالن اتانول از یک بوشل ذرت (۰٫۴۲ لیتر به ازای هر کیلوگرم) تولید می‌شود. در حالی که بخش زیادی از ذرت به اتانول تبدیل می‌شود، مقداری از ذرت نیز محصولات جانبی مانند DDGS (غلات خشک تقطیری با محلول‌ها) تولید می‌کند که می‌توان از آن‌ها به عنوان خوراک دام استفاده کرد. اگرچه بیشتر کارخانه‌های تخمیر در مناطق تولید ذرت ساخته شده‌اند، سورگوم نیز یک منبع مهم برای تولید اتانول در ایالت‌های دارای دشت است. ارزن مرواریدی دارای این پتانسیل است که به عنوان یک منبع اتانول برای جنوب شرقی ایالات استفاده است و پتانسیل استفاده از عدسک آبی نیز در حال بررسی است. در برخی از نقاط اروپا، به ویژه فرانسه و ایتالیا، انگور به عنوان منبع ماده اولیه برای اتانول سوختی از طریق تقطیر مازاد شراب تبدیل شده است. محصول نشاسته‌ای با بالاترین محتوای انرژی در هر هکتار کاساوا است که در کشورهای گرمسیری رشد می‌کند. تایلند در دهه ۱۹۹۰ دارای صنعت بزرگ کاساوا بود که برای استفاده به عنوان خوراک دام و به عنوان یک افزودنی ارزان به آرد گندم استفاده می‌شد. در حجال حاضر تولید اتانول از کاساوا، زمانی که قیمت نفت خام بالای ۱۲۰ دلار در هر بشکه باشد، از نظر اقتصادی قابل توجیه است. انواع جدیدی از کاساوا در حال توسعه هستند، بنابراین وضعیت آینده همچنان نامشخص است. در حال حاضر، کاساوا می‌تواند بین ۲۵ تا ۴۰ تن در هکتار (با آبیاری و کود) محصول تولید کند، و از یک تن ریشه کاساوا، حدود ۲۰۰ لیتر اتانول می‌توان تولید نمود (با فرض اینکه کاساوا دارای ۲۲٪ نشاسته باشد). فرآورده‌های جانبی تخمیر تخمیر اتانول محصولات جانبی بدون برداشت مانند گرما، دی‌اکسید کربن، خوراک برای دام، آب، متانول، سوخت، کود و الکل تولید می‌کند. | ## جمع‌بندی | باقی‌مانده‌های جامد غلاتی که در فرایند تخمیر بدون تخمیر باقی می‌مانند، می‌توانند به عنوان خوراک دام یا در تولید بیوگاز استفاده شوند، این محصول‌ها به عنوان غلات تقطیری شناخته می‌شوند و به عنوان WDG، غلات مرطوب تقطیری و DDGS، غلات خشک تقطیری با محلول‌ها به فروش می‌رسند.