التخمر الكحولي والتخمر الخلي – الأسترة

ماذا تعرض

تخمّر الخميرة الجلوكوز لاهوائيًا: C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂، لذا يعطي 180 g من الجلوكوز 92 g من الإيثانول على الأكثر. يحوّل النموذج كتلة الإيثانول إلى حجم باستخدام كثافته 0.789 g/mL، ويعبّر عن درجة الكحول بحجم الإيثانول في كل 100 حجم من المحلول. يبلغ نشاط الخميرة ذروته قرب 30 °C ويتوقف فوق 40 °C أو عندما تصل درجة الكحول إلى نحو 14°. وتليه مرحلتان: تؤكسد بكتيريا حمض الأسيتيك الإيثانول إلى حمض الأسيتيك، ثم تبلغ أسترة حمض الأسيتيك بالإيثانول، بحفز H₂SO₄ المركز، الاتزان عند مردود يقارب 67%.

طريقة الاستخدام

ابدأ بمرحلة التخمر الكحولي، ولاحظ على المنحنى انخفاض السكر المتبقي وارتفاع درجة الكحول بينما تخرج فقاعات CO₂. اضبط منزلق «درجة الحرارة» على نحو 15 °C ثم 30 °C ثم 45 °C، واضغط «دفعة جديدة» في كل مرة لتقارن نشاط الخميرة. حرّك منزلق «السكر» لتختبر هل يعطي المزيد من الجلوكوز دائمًا مزيدًا من الإيثانول. اضغط «المرحلة التالية» للتخمر الخلي ثم الأسترة، واقرأ الكتل في سطر المعادلة.

المعاملات القابلة للتغيير

• المرحلة التخمر الكحولي: جلوكوز → إيثانول + CO₂, التخمر الخلي: إيثانول + O₂ → حمض الأسيتيك, الأسترة: حمض + كحول ⇌ إستر + ماء
• التركيز الابتدائي للجلوكوز 50–300 g/L
• درجة حرارة الحضن 10–45 °C
• حجم المحلول 0.5–5 L
• سرعة المحاكاة 0.2–2 يوم/s

أسئلة للاستكشاف

1. لماذا لا يكاد يتكون إيثانول عندما يُحفظ المخلوط عند 45 °C؟
2. ما كتلة الإيثانول المتكونة عند تخمير 180 g من الجلوكوز تخميرًا كاملًا؟
3. لماذا يثبت مردود الأسترة عند نحو 67% حتى بعد تسخين طويل؟