Исходные материалы
1. Сахаросодержащие культуры: Такие как сахарный тростник, которые содержат сахара (например, сахарозу (C_{12}H_{22}O_{11})).
2. Крахмалистые культуры: Кукуруза и другие злаковые имеют крахмал (поли(глюкоза)), который необходимо преобразовать в сахара перед ферментацией.
Химическая реакция
Ферментация включает несколько этапов. Процесс можно разделить на два основных этапа: гидролиз и ферментацию.
Гидролиз (для крахмала): Крахмал, состоящий из повторяющихся единиц глюкозы, сначала разлагается на простые сахара с помощью ферментов, таких как а-амилаза:
[(C_6H_{10}O_5)n + n , H_2O xrightarrow{text{а-амилаза}} n , C_6H{12}O_6]
Здесь ( (C_6H_{10}O_5)n ) представляет собой крахмал и ( C_6H{12}O_6 ) – глюкозу.
Ферментация: Дрожжи, например, Saccharomyces cerevisiae, используют глюкозу в процессе ферментации, производя этанол и углекислый газ:
[C_6H_{12}O_6 xrightarrow{text{дрожжи}} 2 , C_2H_5OH + 2 , CO_2]
В этом процессе одна молекула глюкозы преобразуется в две молекулы этанола ( (C_2H_5OH) ) и две молекулы углекислого газа ( (CO_2) ).
Этапы процесса
1. Подготовка сырья:
– Для сахаросодержащих культур (например, сахарного тростника) сок извлекается из стеблей и фильтруется.
– Для крахмалистых культур (например, кукурузы) зёрна измельчаются, затем варятся для обработки с водным раствором, чтобы подготовить их для гидролиза.
2. Гидролиз (для крахмалистых культур):
– Добавляются ферменты (например, а-амилаза и глюкоамилаза) для разложения крахмала на простые сахара. Процесс проходит при контролируемой температуре (обычно 60-70°C) и pH.
3. Ферментация:
– Полученные сахара добавляются к суспензионным дрожжам. Процесс ферментации проходит при температуре 25-35°C в анаэробных условиях (без доступа кислорода) в течение 1-3 дней.
– Сначала дрожжи используют сахара, чтобы производить этанол и углекислый газ.
4. Отделение этанола:
– После завершения ферментации полученная жидкость, называемая брагой, содержит этанол, воду, дрожжи и другие побочные продукты. Для разделения этанола от других компонентов проводят дистилляцию.
– В процессе дистилляции брага нагревается, и этанол, испаряясь, собирается, так как он имеет более низкую точку кипения (78.5°C) по сравнению с водой.
5. Очистка:
– Полученный этанол может содержать остаточные примеси, поэтому его дополнительно очищают, если это необходимо, через ректификацию или фильтрацию.