Этиловый спирт из глюкозы получают реакцией

Диабет

Выход спирта из различного сырья

Этиловый спирт C2H5OH, можно получить двумя способами:

Первый способ достаточно сложен для реализации даже в промышленных условиях, второй — использует результаты жизнедеятельности дрожжей по переработке натурального сахаросодержащего сырья. При этом, кроме спирта получается углекислый газ и побочные продукты.

Зная химию из школьного курса проведем расчеты по теоретическому выходу спирта и сравним эти данные с фактическим результатом.

Расчет выхода спирта по глюкозе (моносахарид)

Как видно из химического уравнения реакции, одна молекула сахара под действием дрожжевых клеток разлагается на две молекулы этилового спирта и две молекулы углекислого газа. Процесс сопровождается выделением тепла.

С6Н12О6 (глюкоза) = 2 С2Н5ОН (этиловый спирт) + 2СО2 (углекислый газ)+ Q (энергия)

Массы получаемых продуктов определяются через молярные массы участвующих в реакции веществ: С=12 г/моль, Н=1 г/моль, О=16 г/моль — отсюда,

180 г/моль = 2*46 г/моль + 2*44 г/моль

Таким образом, из 180 кг глюкозы после переработки дрожжами можно получить 92 кг спирта и 88 кг углекислого газа.

Если глюкозу с молекулярной массой 180 г/моль принять за 100%, этиловый спирт 92 г/моль составит 51.2 %, а углекислый газ 88 г/моль – 48.8 %.

Следовательно, из 100 кг глюкозы получается:

100*0.512 = 51.2 кг спирта
100*0.488 = 48.8 кг углекислого газа

Плотности этилового спирта при 20 градусах = 0.7893 г/см3. Отсюда, 51.2 (кг) / 0.7893 (г/см 3 ) = 64.9 литров абсолютного спирта. Под абсолютным подразумевается 100% безводный спирт со всеми сопутствующими примесями.

Полученный условный коэффициент 0.649 применим ко всем моно и дисахаридам.

Расчет выхода спирта по сахарозе (дисахарид)

Перед потреблением молекулы сахарозы, дрожжи расщепляют ее на молекулы глюкозы и фруктозы.

С12Н22О11 (сахароза) + Н2О (вода)= 4 С2Н5ОН (этиловый спирт) + 4 СО2 (углекислый газ) + Q (энергия)

С учетом коэффициентов в уравнении получим следующие массы участвующих в реакции веществ:

Сахароза – 342 г/моль
Вода – 18 г/моль
Этиловый спирт – 184 г/моль
Углекислый газ – 176 г/моль

Читайте также:  Что приготовить из сахарной пудры видео

В процентном соотношении получаемых продуктов:

Сахароза + вода – 360 г/моль — 100%
Спирт 184 г/моль — 51.2 %
Углекислый газ 176 г/моль — 48.8 %

Следовательно, из 100 кг сахарозы получается:

100*0.512= 51.2 кг спирта
100*0.488 = 48.8 кг углекислого газа

Во многих случаях сырьем для получения спирта служит не чистый сахар, а содержащие его продукты. В этом случае необходимо знать сахаристость сырья. Например, сахаристость винограда сорта Каберне 20%, а общая доля сока от массы плода достигает 85%. Это означает, что 1 кг винограда позволит получить 850 гр сока. Из него возможно получение 170 гр сахара, брожение которого даст 110 мл спирта.

Расчет выхода спирта из крахмала (полисахарид)

Нередко сырьем для спирта служит крахмалосодержащее сырье. В таком случае технологическая цепочка должна включать процесс гидролиза (превращения) крахмала в сахар под воздействием катализирующих ферментов:

(C6H10O5)n (крахмал) + (n-1)×H2O (вода) + катализатор = n×C6H12O6 (глюкоза)

n– количество гексоз, входящих в структуру крахмала.

Молекулярная масса единицы крахмала = 162 г/моль
Молекулярная масса единицы гексозы равна – 180 г/моль

Коэффициент перевода крахмала в гексозы равен 180/162 = 1.111

То есть из 100 килограмм крахмала получается 100*1.111= 111.1 килограмм гексоз.

Зная выход спирта из гексоз, несложно посчитать конечный выход:

1.11*0.648 = 0.72 литра спирта получается из 1 килограмма крахмала.

Например, из 1 кг зерен пшеницы, содержащей 60% крахмала, можно получить 600 гр крахмала, который после гидролиза преобразуется в 666 гр сахара, брожение которого позволит выделить 426 мг спирта.

Технологические потери спирта

На практике никогда не удается достигнуть теоретических значений, причем потери достигают 10…15%.

Температура процесса брожения не должна превышать 30°С. При более высокой температуре дрожжи быстро вырождаются. Концентрация спирта в браге по той же причине не должна превышать 12—15% об. При недостаточном естественном отводе тепла из бродильной емкости применяется искусственное охлаждение.

Потери при брожении складываются из трат сахара на поддержание жизнедеятельности и прироста биомассы дрожжей, а также образование побочных продуктов; потерь от нарастания кислотности затора; испарения спирта вместе с удаляемым углекислым газом; потерь вследствие недоброда сахаров.

Также, часть этанола теряется во время очистки, которая осуществляется путем перегонки или ректификации.

Читайте также:  Польза водки при сахарном диабете

Источник

Химия. 10 класс

§ 41. Химические свойства глюкозы

Химические свойства глюкозы

В молекуле глюкозы имеются альдегидная и гидроксильные группы, поэтому для неё характерны химические свойства как альдегидов, так и многоатомных спиртов.

Сначала рассмотрим реакции с участием альдегидной группы молекулы глюкозы. Поскольку альдегидная группа имеется только в линейной форме глюкозы, в уравнениях реакции будем записывать формулу глюкозы в линейной форме.

1. Присоединение водорода. Восстановление

Альдегидная группа глюкозы может присоединить молекулу водорода. Эта реакция сопровождается разрывом π-связи между атомами углерода и кислорода альдегидной группы:

Образующийся шестиатомный спирт называется сорбит. Он имеет сладкий вкус и используется в качестве заменителя сахара.

В результате присоединения водорода молекула глюкозы восстанавливается, поэтому реакцию с водородом также называют реакцией восстановления.

2. Окисление аммиачным раствором оксида серебра

Глюкоза даёт качественную реакцию на альдегиды, восстанавливая серебро из аммиачного раствора оксида серебра (реакция «серебряного зеркала»). При этом альдегидная группа молекулы глюкозы окисляется до карбоксильной:

В результате реакции образуется глюконовая кислота.

3. Взаимодействие с гидроксидом меди(II)

Взаимодействие с гидроксидом меди(II) является качественной реакцией как на многоатомные спирты, так и на альдегиды. Глюкоза проявляет свойства как многоатомных спиртов, так и альдегидов. Рассмотрим, что будет наблюдаться при взаимодействии глюкозы с гидроксидом меди(II). Смешаем в пробирке растворы щёлочи и сульфата меди(II). При этом выпадает голубой осадок гидроксида меди(II):

При добавлении в пробирку водного раствора глюкозы происходит растворение гидроксида меди(II) и образуется прозрачный раствор васильково-синего цвета. Такой же эффект наблюдается при действии многоатомных спиртов на свежеосаждённый гидроксид меди(II). Как и в случае многоатомных спиртов, растворение гидроксида меди(II) при взаимодействии с глюкозой происходит вследствие образования растворимого в воде комплексного соединения (§ 25). Эта реакция является качественной реакцией на многоатомные спирты.

В то же время взаимодействие глюкозы с гидроксидом меди(II) имеет интересную особенность, которая позволяет легко отличить глюкозу от многоатомных спиртов. Нагреем содержимое пробирки на пламени спиртовки. В случае многоатомного спирта васильково-синий раствор закипит, но окраска его не изменится. Проба с глюкозой ведёт себя совершенно иначе. При нагревании в пробирке сначала образуется жёлтый осадок, который затем краснеет. Образующаяся смесь напоминает морковный сок. Уравнение протекающей реакции:

Читайте также:  Реабилитационная после сахарного диабета

Красный осадок представляет собой оксид меди(I) Cu2O. В данной реакции гидроксид меди(II) восстанавливается до оксида меди(I), а глюкоза окисляется до глюконовой кислоты.

В описанном эксперименте глюкоза сначала проявляет свойства многоатомного спирта, растворяя свежеосаждённый гидроксид меди(II). При нагревании смеси происходит реакция уже с альдегидной группой глюкозы — ионы меди(II) окисляют её до карбоксильной группы.

4. Спиртовое брожение

Некоторые микроорганизмы, например дрожжи, обладают способностью преобразовывать глюкозу в этиловый спирт. Этот процесс называется спиртовым брожением глюкозы:

Молочнокислые бактерии обладают способностью преобразовывать глюкозу в молочную кислоту. Этот процесс называется молочнокислым брожением глюкозы:

Молочная кислота является замечательным природным консервантом. Она образуется при скисании молока и содержится в кисломолочных продуктах (простокваша, кефир, творог и др.) которые, в отличие от свежего молока, могут храниться достаточно долго. Наличием молочной кислоты обусловлен кислый вкус этих продуктов. Молочная кислота образуется также в процессах квашения капусты, мочения яблок, силосования зелёных кормов, она препятствует протеканию процессов гниения и позволяет сохранять продукты долгое время.

Глюкоза широко встречается в природе в составе многих овощей и фруктов. Особенно много её в винограде, поэтому глюкозу часто называют виноградным сахаром.

Глюкоза используется в медицине как лекарственный препарат, в частности при ослаблении и интоксикации организма.

В природе глюкоза образуется в зелёных растениях в процессе фотосинтеза:

В промышленности глюкозу получают из целлюлозы и крахмала, подробнее об этом — в следующих параграфах.

В молекуле глюкозы имеются альдегидная и гидроксильные группы, поэтому для неё характерны химические свойства как альдегидов, так и многоатомных спиртов.

Глюкоза даёт качественную реакцию на многоатомные спирты — образование раствора васильково-синего цвета при взаимодействии со свежеосаждённым гидроксидом меди(II).

Глюкоза даёт качественные реакции на альдегидную группу, окисляясь до глюконовой кислоты при нагревании с гидроксидом меди(II) или аммиачным раствором оксида серебра.

Как и альдегиды, глюкоза присоединяет водород. При этом происходит восстановление глюкозы и образуется шестиатомный спирт сорбит.

Под действием бактерий глюкоза подвергается спиртовому брожению с образованием этанола и молочнокислому брожению с образованием молочной кислоты.

Источник

Оцените статью
Правильные рекомендации