C6H12O6 ra C2H5OH: Phản Ứng Lên Men Rượu và Ứng Dụng Thực Tế

Phản ứng lên men rượu, hay còn gọi là quá trình chuyển đổi C6H12O6 (glucose) thành C2H5OH (ethanol), là một trong những phản ứng hóa học quan trọng, có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và đời sống. Bài viết này sẽ trình bày chi tiết về phản ứng này, điều kiện thực hiện, và các ứng dụng liên quan.

Phương Trình Hóa Học Của Phản Ứng Lên Men Rượu

Phương trình hóa học tổng quát của phản ứng lên men rượu từ glucose là:

C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2

Alt: Sơ đồ phản ứng lên men glucose tạo ethanol và carbon dioxide, có chú thích điều kiện phản ứng là enzyme và nhiệt độ.

Trong đó:

C6H12O6 là glucose (đường đơn)
C2H5OH là ethanol (rượu etylic)
CO2 là carbon dioxide

Phản ứng này cần có sự tham gia của enzyme (chất xúc tác sinh học) và diễn ra trong điều kiện kỵ khí (không có oxy).

Điều Kiện Để Phản Ứng Lên Men Rượu Diễn Ra

Để phản ứng lên men rượu xảy ra hiệu quả, cần đảm bảo các điều kiện sau:

Enzyme: Sử dụng các loại enzyme thích hợp, thường là từ nấm men (Saccharomyces cerevisiae).
Nhiệt độ: Nhiệt độ tối ưu cho quá trình lên men thường nằm trong khoảng 30-35°C.
Kỵ khí: Môi trường lên men phải là môi trường kỵ khí, tức là không có sự hiện diện của oxy. Oxy có thể ức chế hoạt động của enzyme và làm giảm hiệu suất phản ứng.
Độ pH: Duy trì độ pH thích hợp cho hoạt động của enzyme.

Glucose: Tổng Quan Về Đường Đơn Quan Trọng

Glucose (C6H12O6) là một loại đường đơn (monosaccharide) rất phổ biến trong tự nhiên và đóng vai trò quan trọng trong sinh học.

Tính Chất Vật Lý và Trạng Thái Tự Nhiên

Glucose là chất rắn, dạng tinh thể không màu.
Dễ tan trong nước và có vị ngọt (nhưng không ngọt bằng đường mía – saccharose).
Có mặt trong nhiều loại thực vật, đặc biệt nhiều trong quả nho (nên còn gọi là đường nho).
Trong mật ong chứa khoảng 30% glucose.
Có trong máu người và động vật, duy trì ở nồng độ khoảng 0,1%.

Cấu Trúc Phân Tử

Công thức phân tử của glucose là C6H12O6. Cấu trúc của glucose có thể tồn tại ở dạng mạch hở hoặc mạch vòng.

Dạng mạch hở: Chứa một nhóm aldehyde (-CHO) và năm nhóm hydroxyl (-OH).
Dạng mạch vòng: Tồn tại chủ yếu ở hai dạng α-glucose và β-glucose.

Alt: Hình ảnh minh họa cấu trúc mạch vòng alpha-glucose và beta-glucose, hai dạng cấu trúc phổ biến của glucose trong dung dịch.

Tính Chất Hóa Học

Glucose thể hiện tính chất của cả aldehyde và alcohol đa chức.

Tính chất của alcohol đa chức:
- Tác dụng với Cu(OH)2 tạo dung dịch xanh lam.
- Tạo ester khi phản ứng với anhydride acetic.
Tính chất của aldehyde:
- Tham gia phản ứng tráng bạc (tác dụng với AgNO3/NH3).
- Bị oxy hóa bởi Cu(OH)2 tạo kết tủa đỏ gạch Cu2O.
- Bị khử bởi hydro (H2) tạo thành sorbitol.
Phản ứng lên men: Chuyển hóa thành ethanol và carbon dioxide dưới tác dụng của enzyme.

Alt: Sơ đồ minh họa quá trình lên men glucose (C6H12O6) chuyển hóa thành ethanol (C2H5OH) và carbon dioxide (CO2) nhờ enzyme.

Điều Chế và Ứng Dụng

Điều chế:
- Trong công nghiệp, glucose được điều chế bằng cách thủy phân tinh bột (có trong ngô, khoai, sắn…) hoặc cellulose (có trong gỗ, mùn cưa…) với xúc tác acid hoặc enzyme.
Ứng dụng:
- Làm chất dinh dưỡng, thuốc tăng lực.
- Sản xuất ethanol (trong công nghiệp đồ uống, nhiên liệu sinh học).
- Trong công nghiệp thực phẩm (sản xuất bánh kẹo, nước giải khát…).
- Tráng gương, tráng ruột phích.

Bài Tập Vận Dụng Về Phản Ứng C6H12O6 Ra C2H5OH

Câu 1: Lên men 90 gam glucose với hiệu suất 80%, khối lượng ethanol thu được là bao nhiêu?

Giải:

Số mol glucose: n(C6H12O6) = 90/180 = 0.5 mol
Theo phương trình: 1 mol glucose tạo 2 mol ethanol
Vậy số mol ethanol lý thuyết: n(C2H5OH) = 0.5 * 2 = 1 mol
Do hiệu suất 80% nên số mol ethanol thực tế: n(C2H5OH) = 1 * 0.8 = 0.8 mol
Khối lượng ethanol thu được: m(C2H5OH) = 0.8 * 46 = 36.8 gam

Câu 2: Cho 10 lít dung dịch glucose lên men thành ethanol. Biết nồng độ ethanol thu được là 10%, khối lượng riêng của ethanol là 0.8 g/ml. Tính khối lượng glucose đã dùng, biết hiệu suất phản ứng là 90%.