اتانول و روش استحصال آن

از نظر علم شیمی هر ماده‌ای كه در فرمول شیمیايی آن عامل هیدروكسیل (OH-)  وجود داشته باشد، يك الكل محسوب می‌شود .الكل از مشتقات هیدروكربن‌ها است كه در آن هر مولكول تركیبی از چند اتم هیدروژن و كربن می‌باشد. براساس تعداد عامل (OH) ، الكل را يك يا چند ظرفیت می‌گويند. اگر واژه الكل بدون هیچ‌ پسوند يا پیشوندی به كار رود، مقصود الكل اتیلیك يا اتانول است كه معروف‌ترين نوع الكل می‌باشد. در صنعت، اين الكل را جهت تهیه لاک، ورنی و رنگ‌های انیلین و دواجات به كار می‌گیرند و در آزمايشگاه‌ها به عنوان سوخت كاربرد دارد. ولی استفاده از آن به اين منظور، به صرفه نیست همچنین بهترين حلال آلی است و لذا در آزمايشگاه‌ها و صنايع داروسازی كاربرد بسیار زيادی دارد. در مواردی نیز جهت محافظت از رشد میكروبی در فرآورده‌های دارويی و ضدعفونی كننده به كار می‌رود. در پزشكی نیز الكل جهت ضدعفونی كردن ابزارهای طبی و غیره به كار گرفته می‌شود. به علاوه قطعات تشريحی را به خوبی می توان درالكل از گنديدن و عفونت محافظت نمود. هم چنین الكل درساختن ادكلن‌ها و لوازم آرايشی نیز كاربرد فراوان دارد. از دهه 1980، به دلیل بحران كمبود انرژی، تولید تخمیری اتانول مجددا مورد توجه قرار گرفت.

برای تولید اتانول هم از مخمرها و هم از باكتری‌ها می توان استفاده كرد. ساكارومايسس سرويسیه يكی از متداول‌ترين مخمرهای مورد استفاده می‌باشد. در شرايط هوازی و در حضور غلظت‌های بالای گلوكز ساكارومايسس به خوبی رشد می‌كند اما در اين حالت مقدار كمی الكل تولید می‌كند. تحت شرايط بی هوازی، رشد به آرامی صورت می‌گیرد اما میزان الكل بیشتر است. سیستم‌های غیرمداوم تولید اتانول در ابتدا به صورت هوازی شروع به كار می‌كنند تا حداكثر مقدار بیومس بدست آيد. گاهی حتی هوادهی نیز صورت می‌گیرد. اتانول در غلظت‌های بالا عامل محدود كننده رشد می‌باشد و از اين رو میزان تحمل اتانول توسط مخمر از فاكتورهای اصلی برای رسیدن به بازده بالاست و تحمل نژادهای مختلف میكروبی در اين زمینه يكسان نیست. معمولا وقتی مقدار اتانول در آب به 5% می‌رسد، رشد متوقف می‌شود و در 6-10%، میزان تولید اتانول به صفر می‌رسد. برای برطرف كردن اين مشكل، معمولا با استفاده از تقطیر مداوم در خلاء، اتانول در طول تخمیر خارج می‌گردد.

از هر 180 كیلوگرم دانه غلات می توان حدود100 كیلوگرم نشاسته استحصال كرد و از اين میزان نشاسته تقريبا 51.7 لیتر اتانول تولید می‌شود.

 فرآيند تولید اتانول

اتانول طی سه مرحله تولید می‌شود

1. تهیه محیط كشت يا محلول غذايی مناسب میكروارگانیسم (فرآيند بالادستی)
2. تخمیر
3. تقطیر اتانول (فرآيند پايین دستی)

محلول‌های غذايی برای تهیه الكل معمولا عبارتند از ريشه‌ها، غده‌ها و دانه‌های حاوی نشاسته، ملاس يا عصاره حاصل از نیشكر يا چغندر قند و چوب و ضايعات چوب. تولید الكل از آب پنیر نیز مورد آزمايش قرار گرفته اما هنوز در مقیاس تجاری مورد استفاده قرار نگرفته است. از آن‌جا كه ساكارومايسس فاقد آنزيم آمیلاز است، لازم است نشاسته هیدرولیز گردد. برای اين كار ريشه‌های حاوی 21تا 31درصد نشاسته را آسیاب كرده، سپس فشرده می‌سازند و عصاره آن‌ها را خارج می‌كنند. سپس عصاره خشك شده نشاسته تحت فشار جوشانده می‌شود و توسط آنزيم هیدرولیز می‌گردد. اگر ملاس با كیفیت باشد بازده تولید تا 85% نیز می‌رسد. مرحله بازيافت الكل (تقطیر) بیشترين نیاز به انرژی را دارد لذا اصلاح فرآيند تقطیر در مقايسه با خود فرآيند تخمیر، اثر بیشتری در كاهش هزينه‌ها دارد.