Az etil-alkohol, más néven etanol, egy színtelen, illékony és gyúlékony folyadék, amelynek képlete C2H5OH. Konstitúciója, a CH3-CH2-OH alapján etil-alkoholnak is nevezik, és triviális neve borszesz. Ez az elnevezés onnan ered, hogy korábban a vegyipar is cukortartalmú anyagok erjesztésével állította elő. A szőlőcukor (C6H12O6) borélesztő baktériumok hatására alakul át etanollá. Az etanol a metanolhoz hasonlóan színtelen, a víznél kisebb sűrűségű, és a vízzel, de apoláris oldószerekkel is kitűnően elegyedő folyadék. Jellegzetes, kellemesen édeskés illata van.
Az etanol fizikai és kémiai tulajdonságai
A vegyület fizikai sajátságait a metanolhoz hasonlóan a molekulák között kialakuló hidrogénkötések befolyásolják. Ez az oka a víz és az alkohol elegyítésekor bekövetkező térfogatcsökkenésnek (kontrakciónak) is. Az etanol kémiai sajátságai nagyon hasonlítanak a metanoléhoz: éghető (gyúlékony), enyhe oxidációjakor acetaldehiddé alakul. Vizes oldata semleges kémhatású, és nátriummal hidrogénfejlődés közben reakcióba lép, miközben nátrium-etilát (nátrium-etoxid) keletkezik.
Az etanolt a vegyiparban leggyakrabban a kőolajpárlatok hőbontásából származó etilénből állítják elő. Régebben a metánból (földgázból) előállított acetilénből is nyerték.
Hogyan készül az etanol
Előállítás és felhasználás: Az alkoholos italoktól a bioüzemanyagokig
Az emberi fogyasztásra is alkalmas alkoholt cukortartalmú folyadékok erjesztésével állítják elő. A 10-12%-nál töményebb alkoholos italokat desztillációval nyerik, mivel az élesztőgombák elpusztulnak az ennél töményebb oldatban. Az így előállítható legtöményebb etil-alkoholos oldat is „csak” 96 (V/V)%-os (tiszta szesz), ugyanis a maradék 4% víz együtt forr az alkohollal.
Ha keményítő alapanyagból dolgozunk, az ebben található cukrot az élesztő számára hozzáférhetővé kell tenni. A keményítőt alfa-amilázzal kezelik. Az exoenzim számos mikroorganizmussal megtermeltethető, ilyen például a Bacterium licheniformis, Bacterium subtilis, Aspergillus niger. Ahhoz, hogy az amiláz elvégezhesse a dolgát, a hidrofób keményítőt elő kell készíteni. Ezt úgynevezett Henze-edényben végzik, ahol forró gőzt fúvatnak a keményítőre zárt térben, majd felfőzik. Az eredmény: ragadós, csiriz-szerű massza, amit a Henze-edény alján egy nyitott, rozsdamentes acélból készült cefrekádba engednek, kihűtik, és hozzáadják az amilázt. Az enzim elvégzi a keményítő hidrolízisét, amitől a csiríz elfolyósodik. Ezt a vizes oldatot teszik a fermentorba, ahol az élesztő etanolt állít elő a cukrokból alkoholos erjedéssel. A fermentorban maximum 14-16%-os alkohololdat nyerhető, mivel az élesztőgomba ennél töményebb alkohol oldatban már nem él meg.
Az alkoholtartalmú italokon kívül az etanolt széles körben használják. A vegyiparban más vegyületek gyártásához alapanyagként használják. A nem emberi fogyasztásra szánt etanolt, hogy ne kelljen értük a szeszes italokra vonatkozó adót fizetni, sokszor különböző adalékok hozzáadásával denaturált szesszé alakítják.
Az etanol sokrétű felhasználása
- Alkoholos italok: Az etanol a fő összetevője az alkoholos italoknak, mint például a sör, bor és égetett szeszek.
- Fertőtlenítőszer: Az etanol széles körben használt fertőtlenítőszerként, különösen kézfertőtlenítőkben és bőrfertőtlenítőkben. Az etanol 70%-os oldata, valamint egyéb etanoltartalmú oldatok hatékonyak a baktériumok, néhány vírus és gombafajta elpusztításában. Azonban az eukarióta parazitákra és a baktériumspórákra hatástalan. A 70%-ostól eltérő (akár nagyobb!) koncentrációban hatása csökken.
- Ipari oldószer: Az etanol kiváló oldószer, amelyet számos iparágban használnak festékek, lakkok, tisztítószerek és illatszerek előállításához. Jól oldja a jódot és brómot, a ként és foszfort kevésbé. Gázok rendszerint jobban oldódnak alkoholban, mint vízben. Kiválóan old például kámfort, gyantákat, alkaloidokat, számos festéket.
- Bioüzemanyag: Az etanolt bioüzemanyagként is használják, különösen az autók üzemanyagában. A bioetanol E85 oktánszáma 104-105, viszont a fűtőértéke 30 százalékkal kisebb, mint a benzinnek.
- Gyógyszeripar: Az etanolt bizonyos gyógyszerek és tinktúrák oldószereként használják, mivel segít az aktív hatóanyagok feloldásában és stabilizálásában.
Az etanol hatása az emberi szervezetre és az egészségügyi kockázatok
Az etanol közvetlenül befolyásolja a központi idegrendszert, elsősorban azáltal, hogy módosítja az idegsejtek közötti kommunikációt. Az etanol többek között a GABA (gamma-amino-vajsav) receptorok működését fokozza, amelyek gátló neurotranszmitterként működnek, így csökkentik az agy idegi aktivitását. Emellett csökkenti a glutamát nevű serkentő neurotranszmitter hatékonyságát, ami tovább csökkenti az idegi aktivitást.
A kis mennyiségű etanol fogyasztása általában kellemes érzéseket okozhat, mint például ellazulás és eufória. Az alkoholos italok nagy mennyiségben való fogyasztása azonban súlyos mérgező hatással van az emberi szervezetre. Tönkreteszi az idegrendszert, illetve a mérgező anyagok lebontásában fontos májat.
Alkoholmérgezés: Súlyos alkoholfogyasztás esetén alkoholmérgezés alakulhat ki, amely életveszélyes állapotot eredményezhet. Az etanol (etil-alkohol) egy erős központi idegrendszeri depresszáns. Kis mennyiségben az alkohol ellazulást és jókedvet okozhat, de nagyobb mennyiségben jelentős egészségügyi kockázatokat hordoz magában. A hosszú távú alkoholfogyasztás súlyos egészségkárosodást eredményezhet, mint például májbetegségek, szív- és érrendszeri problémák, valamint rák kialakulása.
Az etanol enyhén mérgező vegyület, mely hosszabb távon károsan hat a májra, a vesére és az idegrendszerre, és az agysejtek elhalásához, májzsugorodáshoz vezethet. Mértéktelen fogyasztása alkoholmérgezést és halált is okozhat. Idült alkoholistáknál az alkohol megvonása kényszerképzeteket, delirium tremenst okozhat.
Az etanol előállítása és tisztítása a gyakorlatban
A hagyományos módon az etanolt cukortartalmú oldatok élesztőkkel való erjesztésével nyerik. Ezzel a módszerrel legfeljebb 15-18% (V/V) etanoltartalmú oldatot lehet előállítani, az ennél töményebb alkoholt desztillálással készítik (kihasználva azt, hogy az etanol forráspontja (78 °C) alacsonyabb a vízénél (100 °C). Az így előállítható legtöményebb etil-alkoholos oldat „csak” 96 (V/V)%-os (tiszta szesz), ugyanis a maradék 4% víz együtt forr az alkohollal.
A nagy tisztaságú etil-alkohol előállításához speciális eljárásokra van szükség. Az egyik módszer, hogy az alkoholt olyan eszközzel desztillálják, ami nagy felületű réz alkatrészeket tartalmaz. A tiszta réz (vörösréz) a kiinduló szerves alapanyagban levő kén származékokat képes megkötni. A másik fontos lépés az előpárlat elkülönítése. Az előpárlat tartalmazza a fermentáció során kis mennyiségben keletkező acetaldehid és kozmaolajok (nagyobb szénatomszámú alkoholok) nagy részét.
Az alkohol közvetlen desztillálással maximum 95,6% tisztaságúra desztillálható, mert a vízzel azeotróp elegyet képez. Nagyobb töménység eléréséhez a desztillálás benzol vagy ciklohexán hozzáadásával folytatható, mert ez a két anyag az alkohollal és a vízzel egy hármas azeotróp elegyet képez, aminek jóval alacsonyabb a forráspontja az alkohol-víz azeotrópnál. Így a víz a desztillálás során eltávozik és nagy töménységű alkohol marad vissza. Másik eljárás során az alkohol-víz elegyhez zeolit port kevernek. A zeolit ásvány kristályszerkezetébe behatolnak a vízmolekulák, a nagyobb méretű etanol molekulák azonban nem, így a zeolit egyfajta szelektív szivacsként felszívja a vizet az alkoholból.
Az etanol előfordulása a természetben
Az etanol kis mennyiségben megtalálható némely gyümölcsben, az erjedő gyümölcsökben mindig, a friss kenyérben, a humuszban, a legtöbb természetes vízben, a cukorbetegek vizeletében stb. Az élesztő anyagcsere-folyamatának egyik mellékterméke is etanol. Mint ilyen, az etanol bármely élesztőhelyen jelen lesz. Az etanol általában a túlérett gyümölcsben található meg. A szimbiotikus élesztő által előállított etanol megtalálható a Eugeissona tenyér virágaiban.
Az etanol ipari és speciális felhasználásai
A denaturált szesz, amely nem emberi fogyasztásra szánt etanol, különböző adalékok hozzáadásával készül, így elkerülhető a szeszes italokra vonatkozó adó. Ez az anyag is kiváló oldószer és fertőtlenítőszer. Rendszeres alkotóeleme a fagyálló tisztítófolyadékoknak.
Az etanol éghető, nem anyagkárosító. Mérgező vegyület, károsan hat a májra, a vesére és az idegrendszerre. Mértéktelen fogyasztása alkoholmérgezést, halált okozhat, hosszú távon az agysejtek elhalásához, májzsugorodáshoz vezet. Lenyelve, belélegezve ártalmas. Nagy mennyiségben halálos lehet, vagy vakságot okozhat. Szem és bőrirritációt okozhat.
Az etanol, mint sokoldalú vegyület, az emberi élet számos területén jelen van, az élelmiszeripartól és egészségügytől kezdve az ipari folyamatokon át a bioüzemanyagokig.