الكلام الأكثر أهمية في تصنيع الإيثانول: العوامل التي تؤدي إلى خفض الإنتاج 3- تكوين الجليسرول، والكحولات العالية والاسترات كوانتج وسطية

 مقدمــــــــــــــــــــــــــــة

أرجوك إسألني في أي شيئ مش مفهوم، وأرجوك لا تجعل الكلام عن مسارات التفاعل والذي غالباً ما يكون غير لطيف، أقول لا تجعله عائقاً يحول بينك وبين قراءة كل شيء عن إنتاج الكحول الإيثيلي، ونصيحتي أن تتمسك فقط بما تفهمه وأن تهمل ما لا تستطيع فهمه، فعلى الرغم من أهمية الكيمياء الحيوية في إنتاج الكحول الإيثيلي (الإيثانول)، لكن ليس بالضرورة أن يكون المنتج على دراية بالتفاصيل الدقيقة في مسارات إنتاج الكحول. الخلاصة أرجوك أسألني في أي شيء غير واضح.

تابع النواتج الوسطية التي تؤدي إلى خفض إنتاج الإيثانول

 تكون الجليسرول

عندما يرتفع رقم الـ pH (الجدول رقم 1) في المهروس يحدث نقص في إنتاج الإيثانول حيث يتحول سكر الداي هيدروكسي أسيتون فوسفات Dihydroxyacetone phosphate  (أحد نواتج عملية تحلل الجلوكوز التي يبدأ بها مسار إنتاج الإيثانول) إلى جليسرول. وقد وجد العلماء أن مستويات الجليسرول في التخمرات العادية لمهروس الذرة قد تصل إلى 7.2% (وزن/وزن) من السكر المستهلك (على افتراض أن كل جرام جلوكوز ينتج عنه جرام جليسرول). كما أوضح علماء آخرون أن الجليسرول قد ينتج بمقدار 7-8 كيلو جرام أثناء التخمرات التي ينتج عنها 100 كيلو جرام إيثانول. وفي الأعمال التي قام بها Wallace  سنة 1986م وجد أن كل 100 كيلوجرام من السكر المستهلك قد ينتج عنها 3.4 كيلو جرام جليسرول. وعلى أية حال فإن مستويات الجليسرول المتكون أثناء تخمر الإيثانول يتحكم فيها عدد من العوامل أهمها :

-    تركيز السكر القابل للتخمر.

-   درجة حرارة التخمر.

-   قيمة رقم pH التخمر.

-   سلالة الخميرة المستخدمة في إنتاج الإيثانول.

-   مستويات الأكسجين.

-   مستويات الأملاح والكبريتيت في المهروس.

 ويتكون الجليسرول بواسطة الخميرة عند مستويات عالية من رقم الـ pH أو عندما تزال البيروفات من مسار التخمر لتستخدم كمصدر للكربون اللازم للنمو أو لتكوين نواتج نهائية أخرى غير الإيثانول. عندما يحدث ذلك لا تتوفر كمية كافية من الأسيتالدهيد  المطلوبة لكي تتحد مع هيدروجين مرافق الإنزيم NADH2 حتى تتم إعادة توليد مرافق الإنزيم في الصورة المؤكسدة NAD+ ليستمر مسار إنتاج الإيثانول في اتجاهه الصحيح. ونتيجة لذلك فإن عملية إعادة توليد مرافق الإنزيم في الصورة المؤكسدة NAD+  تكون مصحوبة باختزال لسكر الداي هيدروكسي أسيتون فوسفات Dihydroxyacetone phosphate الذي يتحول إلى جليسرول.

جدول (4-2 ): تأثير قيم رقم الـ  pH على كمية نواتج تخمر الجلوكوز بواسطة الخميرة Saccharomyces cerevisiae

المصدر: Rose  and Harrison (1993)

تكون الكحولات العالية Higher alcohols

قـد تتكـون الكحـولات العـاليـة مثـل ن-بـروبانـول n-propanol و الأيـزوبيتـانـول Isobutanol و كحـول الأمـايـل Amyl alcohol و كحـول الأيـزوأمـايـل Isoamyl alcohol أثنـاء التخمـر.

وقـد تتكـون هـذه الكحولات إما من خلال مسارات الهدم Catabolic pathways وفيهـا تتحول الأحمـاض الأمينية إلى أحمـاض ألفـا كيتونيـة µ-keto acids والتي تنزع منها مجموعة الكربوكسيل ثم تتحول إلى كحولات عالية، وإما من خلال مسارات البناء. وقد وجد العلماء أن مستويات تكون هذه الكحولات أثناء إنتاج الإيثانول تكون في حدود 1.4-2.5 جرام لكل كيلو جرام من المادة الخام. كما وجد العلماء أن تركيب المادة الخام وخصوصاً المواد المستخدمة كمصادر للنيتروجين أثناء التخمر تؤثر بدرجة كبيرة على مستوى الكحولات العالية المتكونة، فعلى سبيل المثال فإن وجود مستوى منخفض من النيتروجين القابل للتمثيل بواسطة الخميرة يؤدي إلى انخفاض معدل نمو الخميرة وارتفاع معدل تكوين هذه الكحولات وعندما يرتفع مستوى النيتروجين في البيئة يتوقف مسار بناء هذه الكحولات. يؤثر كذلك نوع مصدر النيتروجين على طريقة تكوين الكحولات العالية، فعلى سبيل المثال عندما تكون أيونات الأمونيوم هي مصدر النيتروجين فإن الكحولات العالية تتكون عن طريق مسارات البناء وليس الهدم. تختلف كذلك مستويات تكوين الكحولات العالية اختلافاً كبيراً باختلاف سلالة الخميرة المستخدمة في إنتاج الإيثانول، كما تختلف باختلاف درجة الحرارة حيث أن ارتفاع درجة الحرارة أكثر من اللازم يؤدي إلى تكوين الكحولات العالية. كما تؤثر أيضا درجة التهوية على تكوين هذه الكحولات حيث أن التهوية المكثفة تؤدي إلى زيادة مستوياتها.

 تكون الاسترات Esters

قد يزداد إنتاج الاسترات مثل أسيتات الإيثايل Ethyl acetate  وأسيتات الأيزو إمايل Isoamyl acetate في تخمرات الإيثانول نتيجة التغيرات في درجات الحرارة، والخميرة المستخدمة ، والتهوية (التهوية المنخفضة أثناء التخمر تثبط تكون الاسترات) ، وإضافة الأحماض الدهنية غير المشبعة (توجد في حبوب الذرة وتنتج أثناء الطحن) ، وتركيب بيئة التخمر.

بالنسبة لإنتاج الإيثانول كوقود فلا يعتقد أن كمية الاسترات المنتجة تنقص من إنتاج الإيثانول بدرجة معنوية.