ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
Ферментация
Производство этанола основано, как указывалось выше, на ферментации глюкозы, первой стадией которой является ее ферментативное расщепление на две одинаковые трехуглеродные молекулы глицеринового альдегида:
Н Н Н
і і і
II I I
ООО
I I
Далее альдегид реагирует с водой и окисляется до глицериновой кислоты с помощью фермента, который отщепляет два атома водорода.
Н
і
III III
Mil 2 II I I 2
ООО ООО
II II
Глицериновый R Глицериновая Водород
альдегид |
кислота (связан
с ферментом)
Глицериновая кислота теряет одну молекулу воды и превращается в пирови - ноградную кислоту, которая расщепляется на уксусный альдегид и углекислым газ. Таким образом, шестиуглеродная глюкоза превращается в двухуглеродный уксусный альдегид, в котором атомов углерода столько же, сколько и в этаноле
Н
і
II II
II II I II I 1
ООН он
Пировиноградная Уксусный
кислота альдегид
Наконец, уксусный альдегид взаимодействует с ферментом, несущим водород и превращается в этанол; при этом фермент регенерируется:
II II
С-С-Н + Н, — Н-О—с—с—н
II I 2 II
Уксусный Водород Этанол
альдегид (связан
с ферментом)
Последовательность, приведенная выше — один из путей использования микроорганизмами глюкозы. Это путь метаболизма Saccharomyces cerevisae — дрсж • жей, обычно применяемых в ферментации сахаров до этанола. Преобразование глюкозы в мышцах имеет тот же самый путь до момента получения пировиног - радной кислоты. В мышцах эта кислота напрямую (без получения ацетальдсгидэ) взаимодействует с соединенным с энзимами водородом. В результате получается молочная кислота:
Н H
і і
ОН о н н
II III
С-С-С-Н + Н, — с-с-с-н
................................. 2 II I I
ООН ООН
I
Пировиноградная 0,1011 Молочная
кислота (связан кислота
с ферментом)
Общая реакция ферментации глюкозы выглядит следующим образом:
(СН20)6 -» 2С02 + 2С2Н5ОН. (1)
Теплота сгорания глюкозы 15,6 МДж/кг и, поскольку её молекулярная масса равна 180 дальтон, то теплота сгорания 1 кмоля вещества составляет 2,81 ГДж. Этанол имеет удельную теплоту сгорания 29,7 МДж/кг и молекулярную массу 46 дальтон. Отсюда удельная теплота сгорания 1 кмоля этанола 1,37 ГДж. При сгорании 2 кмолей будет получено 2,73 ГДж теплоты соответственно. Следовательно, преобразование глюкозы в этанол характеризуется очень высокой, почти идеальной, эффективностью: 2,73/2,81 = 0,975.