Etanolifermentaatio

Etanolifermentaatio on anaerobinen biologinen prosessi, jossa hiilihydraatit muunnetaan etanoliksi ja hiilidioksidiksi hapettomissa oloissa. Prosessi on tärkeä sekä juomateollisuudessa että biopolttoaineiden tuotannossa, ja sitä voidaan tehostaa käyttämällä soveltuvia hiivoja ja optimaalisia kasvatusolosuhteita.

Biokemiallisesti etanolifarmetaatio alkaa glykolyysillä, jossa glukoosista syntyy kaksi pyruvaattimolekyyliä. Pyruvaatti muunnetaan ensin asetaldehydiksi hiilidioksidin poistuen (pyruvaattidekarboksylaatio), minkä jälkeen asetaldehydi pelkistyy etanoliksi alkoholi-dehydrogenaasin katalysoimana NADH:n palautuessa NAD+:ksi. Tämän ansiosta NAD+ pysyy regeneroituneena ja glykolyysi voi jatkua. Yhteensä glukoosista muodostuu 2 etanolia ja 2 hiilidioksidia. Ylin ympäristötekijöinä ovat lämpötila noin 25–30 °C ja happiolosuhteiden rajoittaminen, pH noin 4–5. Yleisiä eliöinä käytettyjä hiivoja ovat Saccharomyces cerevisiae sekä muita Saccharomyces-lajeja ja joitakin bakteerisia kantajia, kuten Zymomonas mobilis.

Substraatit ja sovellukset: Etanolia voidaan valmistaa erilaisista sokereista, kuten glukoosista, sakkaroosista sekä sokeriruo’osta tai sokerijuurikkaasta, sekä tärkkelyksestä entsymaattisenjalostuksen kautta. Teollisesti käytetään sekä nestemäisiä substraatteja (submerged fermentation) että kiinteäleväpolttoohjelmissa (solid-state). Tulevat tuotteet ovat pääosin etanolia sekä hiilidioksidia; etanolia käytetään kuluttajatuotteina alkoholijuomissa sekä biopolttoaineena.

Historiallisesti etanolifermentaation perusperiaatteet havaittiin jo ennen modernia biokemiaa; merkittäviä edistysaskeleita saavutti Louis Pasteur. Nykyään prosessi on keskeinen uusiutuvan energian ja biomassatalouden osa, ja siihen liittyvät ympäristö- ja energiakysymykset ohjaavat kehitystä ja käytännön optimointeja.