biotechnologia


 
 

Fermentacja alkoholowa

Fermentacja alkoholowa to beztlenowy rozkład cukrów prowadzony głównie przez drożdże z gatunku Saccaromyces cerevisiae, według ogólnego równania ustalonego już ponad 150 lat temu przez Gay Lussaca:

C6H12O6 = 2C2H5OH + 2CO2

W wyniku tego procesu powstaje również szereg produktów ubocznych, między innymi: gliceryna, kwas bursztynowy i kwas octowy. Produktami ubocznymi fermentacji są również wyższe alkohole i estry, które mają decydujący wpływ na bukiet smakowo-zapachowy produktu. Fermentacja jest od tysięcy lat głównym sposobem zabezpieczania żywności przed psuciem. Mikroorganizmy biorące udział w fermentacji powodują zmiany chemiczne i fizyczne, w wyniku których powstający produkt może być znacznie dłużej przechowywany oraz uzyskuje nowy smak i zapach.
Fermentacja alkoholowa jest wynikiem działania dużej liczby enzymów, przy czym rezultatem jej jest wydzielenie się około 50 kcal/mol rozłożonej heksozy. Szereg reakcji omawianego procesu zachodzi także w komórkach drożdży, w mięsistych dużych owocach, w nasionach okrytych twardą łupiną i w korzeniach, jeśli jest dużo wody w glebie, zachodzi w korzeniach roślin bagiennych np. ryż.


Fermentacja etanolowa, jako proces 3 etapowy

W przebiegu fermentacji alkoholowej można dostrzec trzy etapy, z których dwa pierwsze zdają się być identyczne z przebiegiem fermentacji mlekowej lub z procesem glikolizy zachodzącym w mięśniach (beztlenową przemianą cukru w kwas mlekowy).

a) pierwszy etap polega na tworzeniu się z glukozy (pod wpływem ATP, odpowiednich kinaz i izomeraz) – ostatecznie 1,6-dwufosforanu fruktozy
b) drugi etap polega na rozpadzie dwufosforanu fruktozy na aldehyd fosfoglicerynowy i fosfodwuhydroksyaceton a następnie wytworzenie kwasu pirogronowego





c) trzeci etap fermentacji alkoholowej to dekarboksylacja kwasu pirogronowego a następnie zredukowanie, aldehydu octowego do alkoholu etanolowego pod wpływem zredukowanego NAD (dinukleityd nikotynoamidoadeninowy)

Pirogronian +H+ => dekarboksylaza pirogronianowa=> aldehyd octowy + CO2

aldehyd octowy +NADH +H+ => dehydrogenaza alkoholowa => etanol +NAD+

Ostatecznym rezultatem tych przemian jest powstanie dwóch cząsteczek etanolu i dwóch cząsteczek CO2 z cząsteczki rozłożonej heksozy.


Organizmy fermentacji alkoholowej

Wiele grzybów strzępkowych (Mucom, Rhizopus) oraz bakterii (Sarcina ventriculi) wytwarza etanol, jednakże praktyczne zastosowanie mają, tylko te u których etanol jest produktem głównym.
W przemyśle stosowane są różne gatunki i rasy drożdży należących do rodzaju Saccharomyces. Fermentują one cukry proste tj.: glukoza, fruktoza, mannoza także maltoza i sacharoza. Podczas intensywnego przebiegu fermentacji, komórki drożdży są rozmieszczone w całej objętości płynu.
Drożdże fermentacji górnej (Saccharomyces cerevisiae) prowadzą proces w wyższej temperaturze niż drożdże fermentacji dolnej (Saccharomyces carlsbergensis), sam proces przebiega bardziej intensywnie z wydzieleniem dużej ilości CO2.


Zastosowanie fermentacji alkoholowej

Fermentacja alkoholowa cukrów w obecności drożdży należy do szybko rozwijającej się gałęzi przemysłu i jest wykorzystywana w piwowarstwie, winiarstwie, gorzelnictwie, kandyzowaniu owoców, produkcji drożdży, pieczywa, a także w ochronie środowiska. Proces ten polega na utlenianiu węglowodanów przez odpowiednie szczepy drożdży, w wyniku czego powstaje alkohol etylowy, wykorzystywany do celów spożywczych oraz przemysłowych. Surowce stosowane w przemyśle fermentacyjnym dzielą się na trzy grupy. Do pierwszej zalicza się produkty cukrowe: melasę, soki owocowe, trzcinę cukrową, do drugiej - materiały zawierające skrobię (żyto, jęczmień i pszenicę), a do trzeciej produkty pocelulozowe (drewno i ługi posiarczynowe). Drożdże zawierają enzymy, które hydrolizują disacharydy na cukry proste. Jedynie cztery heksozy ulegają fermentacji pod wpływem drożdży: D-glukoza, D-mannoza, D-fruktoza i D-galaktoza. Ostatnia ulega fermentacji z trudnością i nie pod wpływem wszystkich gatunków drożdży. Końcowy produkt fermentacji, alkohol, wydziela się przez destylację. Wydajność obliczona w stosunku fermentujących cukrów wynosi około 90%.
W wyniku hydrolizy celulozy zawartej w trocinach drzewnych powstaje glukoza. Tą właśnie metodą w niektórych państwach, jak np. Szwecja, Finlandia, Kanada, czy Brazylia, z odpadów drewna produkuje się glukozę, a z niej drożdże i etanol (fermentacja alkoholowa). Obecnie technologia produkcji bioetanolu celulozowego jest stale unowocześniana. Każdy surowiec, jak np. drewno, słoma, rdzenie kolby kukurydzy, śmieci organiczne, składa się z około 60% celulozy, którą można rozłożyć do glukozy wykorzystywanej do fermentacji i produkcji etanolu. Bioetanol celulozowy znajduje zastosowanie w motoryzacji jako paliwo samodzielne E100 (100% EtOH) lub jako komponent w paliwie (E5 - 5% obj. etanolu w benzynie oraz odpowiednio E10, E22, E85 i E95). Czysty etanol oraz paliwa E95 i E85 mogą być wykorzystywane w specjalnych lub przystosowanych silnikach spalinowych. Paliwo E5 stosuje się do wszystkich samochodów z silnikami na benzynę w niektórych krajach Europy (np. w Szwecji), E10 wykorzystuje się do silników benzynowych w USA, natomiast E22 do silników niskoprężnych w Brazylii. Mieszając benzynę z bioetanolem celulozowym, otrzymuje się mieszaninę wzbogaconą w tlen, co polepsza parametry spalania, a tym samym obniża emisję tlenku węgla do atmosfery.
Głównym problemem jest duży koszt technologii przerobu celulozy, co powoduje, że koszt produkcji etanolu celulozowego jest większy o 50% niż w przypadku tradycyjnych surowców. Jednak postęp w technologii przerobu etanolu jest tak szybki, że w ciągu najbliższych kilku lat należy oczekiwać znaczącego obniżenia kosztów produkcji etanolu z celulozy.


Karolina Bombolewska


Literatura:
1. Fleet G.H., 1994. Wine microbiology and biotechnology. Harwood Academic Publishers.
2. Jarosz K., Jarociński J., 1964. Technologia gorzelnictwa. Wyd. Przemysłu Lekkiego i Spożywczego.
3. Bednarskiego W., Repsa A., 2001. Biotechnologia żywności. WNT.
4. http://www.icr.org/article/glycolysis-alcoholic-fermentation/
5. http://www.alcohol-encyclopedia.eu/AL_EN/fermentation.shtml


Komentarze

Widok Uszereguj
Tylko zarejestrowani mogą dodawać komentarze. Zarejestruj się/Zaloguj

Podręcznik biotechnologii

Kto jest online

214 gości oraz 0 użytkowników online.

Jesteś niezarejestrowanym lub niezalogowanym użytkownikiem.


 

Facebook

Gadżety

Sklep e-biotechnologia.pl
Tematyczne kubki, koszulki, bluzy etc.


Zapraszamy do sklepu

Na skróty

Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego Narodowe Centrum Nauki Narodowe Centrum Badań i Rozwoju Ośrodek Przetwarzania Informacji PAP - Nauka w Polsce Forum Akademickie Fundacja na rzecz Nauki Polskiej Wirtualna Biblioteka Nauki Scopus NCBI PubMed Nature Science Cell

 
 
Partnerzy:

laboratoria.net Nauka w Polsce Academio Fundacja NanoNet BioCen - BioCentrum Edukacji Naukowej Notatek.pl cebioforum.com materialyinzynierskie.pl Wspieram.to - POLSKI KICKSTARTER - Polska platforma finansowania społecznoœciowego.Tu zrealizujš się Twoje pomysły. VitaInSilica Portal popularnonaukowy

Portal: Redakcja . Współpraca . Kontakt . Polecamy



Wszystkie prawa zastrzeżone 2006-2016 e-biotechnologia.pl
stat4u