Glucose en éthanol

La conversion du sucre en alcool, ou plus précisément en glucose en éthanol, est l'un des plus anciens processus chimiques connus. Le glucose est naturellement converti directement en éthanol dans divers organismes grâce à une série de réactions chimiques qui commencent par un processus appelé glycolyse et se terminent par la fermentation.

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Glycolyse

La glycolyse est la première étape du processus de conversion du sucre en éthanol. La glycolyse nécessite un faible apport d'énergie, mais entraîne un gain net d'énergie pour l'organisme. C'est une façon dont un organisme peut convertir le sucre en énergie. A la fin de la voie de la glycolyse, une molécule de glucose à 6 atomes de carbone a été convertie en deux molécules de pyruvate à 3 carbones. Le pyruvate, en l'absence d'oxygène, peut alors être converti en lactate ou en éthanol, selon l'organisme.

Fermentation

La levure et d'autres micro-organismes peuvent transformer le produit final de la glycolyse, le pyruvate, en éthanol dans un processus en deux étapes. D'abord, le pyruvate est décarboxylé; c'est-à-dire qu'une molécule de dioxyde de carbone provenant du pyruvate est éliminée, créant de l'acétaldéhyde. L'enzyme responsable de cette réaction est appelée pyruvate décarboxylase. L'acétaldéhyde est ensuite transformé en éthanol par les actions d'une autre enzyme, l'alcool déshydrogénase.

Organismes

La levure et certains types de bactéries produisent de l'éthanol à partir du glucose naturellement, en l'absence d'oxygène. Les bactéries productrices d'alcool comprennent les souches d'Escherichia et de Salmonella. Beaucoup de ces bactéries produisent également des produits supplémentaires, y compris d'autres alcools, acides organiques, polyols et divers gaz. Des souches de levure telles que Saccharomyces cerevisiae produisent également de l'éthanol à partir de glucose.

Limites

La levure transforme le glucose en éthanol pour obtenir de l'énergie. L'éthanol est en fait le déchet de la réaction du point de vue de l'organisme. À un certain point, la quantité d'éthanol produite par la levure affecte négativement les enzymes nécessaires au processus et finit par devenir toxique pour les cellules de levure elles-mêmes. Différentes souches de levures sont sensibles à différentes concentrations d'éthanol. Le niveau toxique d'éthanol pour la levure de bière est d'environ 5 ou 6% d'éthanol en volume, alors que l'éthanol est toxique pour la levure de vin dans une gamme d'environ 10 à 15%. Il existe des souches de levures spécialement cultivées qui peuvent supporter des niveaux d'alcool allant jusqu'à 21% d'alcool.

Fermentation industrielle

L'éthanol étant de plus en plus utilisé comme biocarburant, des sources naturelles de matières contenant des niveaux élevés de glucose sont recherchées comme matières premières pour les processus de fermentation industrielle destinés à produire de grandes quantités d'éthanol. Cependant, beaucoup de ces matériaux de départ sont trop chers à utiliser dans la plupart des pays.

Cependant, le Brésil a mis au point un programme d'éthanol carburant à partir de la canne à sucre, à la fois efficace et économique. Dans le passé, le Brésil a dû compter lourdement sur le pétrole importé pour le carburant, conduisant à des problèmes économiques importants. En raison de divers développements économiques, le Brésil a eu des magasins excédentaires de canne à sucre. Parce que la canne à sucre est une excellente source de glucose et peut être produite à moindre coût et en abondance, le Brésil a pu l'utiliser pour produire de l'éthanol à l'échelle industrielle.

Efficacité

De nombreux types de bactéries et de microorganismes de levure peuvent être utilisés pour la fermentation. Cependant, la souche de levure spécifique Saccharomyces cerevisiae, également connue sous le nom de levure de boulangerie, est l'organisme le plus couramment utilisé. En théorie, S. cerevisiae pourrait convertir 100 grammes de glucose en 51, 4 g d'éthanol et 48, 8 g de dioxyde de carbone. Cependant, dans la pratique, parce que la levure a besoin d'une partie de ce glucose pour la croissance, le rendement réel est beaucoup moins.