ثانياً: النشا Starch
إن تحويل النشا إلى محاليل سكرية ودكسترينات أو عصائر، يعتبر الأساس بالنسبة للحصول على مصدر للكربون في عمليات التخمر. وفي الماضي كان الحصول على محاليل النشا يتم عن طريق التحليل بالحامض إلا أن التحليل الإنزيمي أصبح هو السائد الآن نظراً لأن له عدة مميزات بالمقارنة بالتحليل الحامضي وهذه المميزات تتلخص فيما يلي:
التحليل الإنزيمي ينتج عنه نواتج وسطية أقل بالمقارنة بالتحليل الحامضي.
الإنزيمات متخصصة ولذلك فإن النواتج النهائية تكون متجانسة.
دائماً ما تكون كمية الناتج النهائي للتحلل الإنزيمي أعلى بكثير من كمية الناتج النهائي للتحلل الحامضي، حيث أن التحلل الإنزيمي لا ينتج عنه سكر محروق أو غير صالح.
وقد مورس التطبيق الصناعي لتحليل النشا بالإنزيمات منذ سنوات عديدة. ينتج في الولايات المتحدة الأمريكية أكثر من 80% من الشـراب والدكستروز الجـاف عن طريـق التحلل الإنزيمـي. وقد أصبحت إنزيمات a-amylase المقاومة لدرجة الحرارة المرتفعة متاحة على المستوى التجاري حيث تنتج تجارياً من البكتيريا Bacillus licheniformis . كما أصبح إنزيم الـ Pullluanase المقاوم لدرجة الحرارة المرتفعة والذي يقوم بتحليل الرابطة ألفا 1-6 جلوكوسيدية عند نقاط تفرع الأميلوبكتين (أحد مكونات النشا) متاح أيضاً تجارياً، حيث ينتج من البكتيريا Enterobacter aerogenes. ويوجد الآن اهتمام شديد بالتطبيق الصناعي لإنزيم الـ Amyloglucosidase المثبت على حامل غير ذائب. ومنذ اكتشاف إنزيمات الأميليز الميكروبية بواسطة العالم Fogarty في قسم الميكروبيولوجيا الصناعية بجامعة دبلن بأيرلندا، زاد الاهتمام باستخدامها تجارياً في كل أنحاء العالم.
يوجد النشا في شكل حبيبات غير قابلة للذوبان في الماء ، ويتحدد شكل وحجم هذه الحبيبات حسب النبات المأخوذ منه النشا ، ويكون النشا معظم الكربوهيدرات التي تخزنها النباتات الراقية ، كما يتم إنتاجه تجاريا من البذور أو الدرنات أو الجذور. المصدر الرئيسي للنشا في الدول الغربية هو الذرة ، وفي بعض البلاد النامية درنات الكاسافا وسيقان نبات الساجو Sago .
يتكون النشا من مركبين لهما وزن جزيئي عالي وهما الأميلوز، والأميلوبكتين، وهذين المركبين يختلفان في عدة خصائص فيزيائية وخصوصاً درجة الذوبان في الماء، وحجم الجزيء، فالأميلوز هو سلسلة مستقيمة تتكون من حوالي 310 وحدة جلوكوز ترتبط بالرابطـة ألفـا 1-4 وهو قليل الذوبـان في المـاء ، أما الأميلوبكتين فهو متفرع بدرجة كبيرة ويتكون من حوالي 410-510 وحدة جلوكوز مرتبطة بالروابط ألفا 1-4 وألفا 1-6 وتوجد الروابط ألفا 1-6 عند نقط التفرع ولذلك فإن جزيء الأميلوبكتين المحتوي على 4-5% من هـذه الروابط يكـون ذائب في المـاء ويشكـل حوالي 75% من النشا حسب مصدر المـادة التي أخذ منها.
والنشـا سـواء أكـان من الـذرة أو الشعيـر أو القمـح أو الشوفـان أو الـراي أو البطـاطـس أو الكاسافـا أو من الحبوب السكرية أو أي مصدر آخر، يمكن أن يستخدم لإنتاج الإيثانول . ويعتبر الذرة أحد أهم الحبوب التي تحتوي على نسبة عالية من النشا ويتميز الذرة بأنه سهل التخزين ويمكن طحنه بسهولة قبل تحويله إنزيميا إلى سكريات قابلة للتخمر. كذلك فإن الشعير يعتبر مصدر آخر جيد بالنسبة للنشا ولكنه يحتوي على نسبة عالية من البيتا جلوكان (b-glucan) التي تؤدي إلى مشاكل خاصة باللزوجة أثناء عملية استخلاص الجلوكوز، ولذلك فلابد من معالجة الشعير باستخدام إنزيم بيتا جلوكانيز (b-glucanase) لتحليل مادة البيتا جلوكان وتقليل اللزوجة .
إن القمـح الذي يحتـوي على 61-65% نشــا ، والشوفـان (53%) والـراي (53%) والأرز (70-80%) ، تعتبـر من المحاصيـل الغنيـة بالنشـا وتعتبـر مصادر جيـدة لـه لسهولـة إنتـاجـه . أما بالنسبة للبطاطس ، والبطاطا ومخلفاتهما فإن محتواهما من النشا (10-25%) يعتبر منخفض وذلك لارتفاع نسبة الماء فيهما. كما أن هذه الدرنات ، بالإضافة إلى الكاسافا التي تحتوي على أكثر من 30% نشا ، تكون متاحة موسمياً فقط لأنها لا تخزن بسهولة ويجب استخدامها بدون تأخير بعد الحصاد. وعلى أية حال فإن حوالي 10% من الإيثانول المنتج في البرازيل يكون مصدره الكاسافا، ومن المتوقع أن يزداد استخدام البرازيل للكاسافا حيث تطمح هذه الدولة إلى إنتاج حوالي 15 مليون طن من الإيثانول سنويا لاستخدامه كوقود.
ويتميز الكحول المصنع من الذرة كمادة خام بعدم وجود رائحة غريبة ولذلك يستخدم في أغراض خاصة مثل صناعة الأدوية. ويتم استقبال الكميات الضخمة من ثاني أكسيد الكربون التي تنتج مع الإيثانول وتحويلها إلى ثاني أكسيد الكربون صلب.
ثالثاً: محاصيل الفاكهة Fruit crops
تستطيع الخميرة أن تخمر سكر الفاكهة التي تحتوي عادة على 6-12% فركتوز بدون معاملة سابقة للتخمر. والفاكهة التي تحتوي على كميات كبيرة من الفركتوز و السكروز هي العنب، والخوخ، والمشمش، والكمثرى ، والأناناس. ظهرت منذ حوالي عشرة أعوام آراء تنادي بعدم استخدام هذه الفواكهه كمواد خام لإنتاج الكحول نظرا لارتفاع ثمنها، كما أن الفاكهة قابلة للفساد بسرعة مما يجعلها تفقد سكرها القابل للتخمر أثناء تخزينها. ولكن الوضع اختلف الآن بعد زيادة أسعار الطاقة فهناك جهود كبيرة تبذل لبحث إمكانية الاستفادة من فاكهة المناطق الاستوائية والمناطق ذات المناخ شبه الجاف في إنتاج الكحول على المستوى الصناعي. وهناك أنواع من هذه الفاكهة مثل البلح وثمار شجرة المطر أعطت نتائج مبشرة في هذا الصدد.
وبالفعل تستخدم عصائر الموز والبلح والأناناس والفائض من العنب أو العنب زائد النضج، كمواد خام محلية لإنتاج الإيثانول، كما تستخدم سكريات الذرة السكرية والمشروبات الرطبة ومخلفات صناعة الحلويات وسكريات خرشوف القدس. ونظراً لأن هذه المواد قابلة للتلف فيجب أن تستخدم بدون تأخير. ويحتوي عصير الذرة السكرية على حوالي 16% سكريات في صورة مثالية للتحول إلى إيثانول ولا تتطلب معاملة إنزيمية أو طبخ حراري مما يوفر 50% من الطاقة اللازمة لإنتاج الإيثانول واستخلاصه، كما أن المخلفات السليولوزية المتبقية تصلح عليقة جيدة للحيوانات. كذلك فإن الخرشوف أو ما يعرف بخرشوف القدس هو محصول سكري آخر يسود في شمال أمريكا، وتعطي سيقانه أكثر من 2 طن سكريات لكل هكتار كما تعطي درناته أكثر من 15 طن من الإنيولين لكل هكتار، وقد أمكن استخدام سيقانه ودرناته معاً كمواد خام لإنتاج الإيثانول بواسطة الخميرة Kluyveromyces marxianus وقدرت كمية الإيثانول المنتجة بأكثر من طن من السيقان وحوالي 7 طن من الدرنات بالنسبة لكل هكتار في السنة بدون القيام بتحليل السليولوز.
ساحة النقاش