Da glucosio a etanolo: glicolisi, fermentazione alcolica e produzione industriale

La conversione glucosio → etanolo è uno dei processi biotecnologici più antichi (lievito, batteri). Avviene in due fasi anaerobiche:

1. Glicolisi (via Embden-Meyerhof-Parnas)

Glucosio (6C) + 2 ATP + 2 NAD⁺ → 2 Piruvato (3C) + 4 ATP + 2 NADH + 2 H⁺ + 2 H₂O. Guadagno netto: 2 ATP, 2 NADH. Non richiede O₂.

2. Fermentazione alcolica (lieviti, alcuni batteri)

1. Decarbossilazione: Piruvato → Acetaldeide + CO₂ (enzima: piruvato decarbossilasi, richiede TPP, Mg²⁺).
2. Riduzione: Acetaldeide + NADH + H⁺ → Etanolo + NAD⁺ (enzima: alcol deidrogenasi, richiede Zn²⁺).

Bilancio: Glucosio → 2 Etanolo + 2 CO₂ + 2 ATP (netto). NAD⁺ rigenerato permette glicolisi continua.

Microrganismi produttori

• Saccharomyces cerevisiae (lievito birra/vino/pane) – principale industriale.
• Batteri: Zymomonas mobilis (via Entner-Doudoroff), ceppi Escherichia, Salmonella (prodotti misti: etanolo + lattato + succinato + gas).

Limiti biologici

Etanolo è tossico per i produttori. Lievito birra: tollera ~5-6% vol; lievito vino: 10-15%; ceppi selezionati: fino a 21%. Oltre → inibizione enzimatica, morte cellulare.

Produzione industriale (bioetanolo carburante)

Brasile: programma canna da zucchero (anni '70 crisi petrolio). Canna = ricca saccarosio → glucosio+fruttosio → fermentazione efficiente, economica, su larga scala. Resa teorica S. cerevisiae: 100 g glucosio → 51,4 g etanolo + 48,8 g CO₂. Reale inferiore (biomassa, manutenzione, sottoprodotti).