Ethanol được sản xuất từ các loại nguyên liệu thực vật chứa đường bằng phương pháp lên men vi sinh hoặc từ các loại nguyên liệu chứa tinh bột và cellulose thông qua phản ứng trung gian thủy phân thành đường. Hiện nay trên thế giới, nguyên liệu chứa đường và tinh bột được sử dụng phổ biến do chi phí sản xuất thấp.
Phản ứng hóa học tổng quát có thể viết tóm tắt như sau: C6H12O6 → 2 CH3CH2OH + 2 CO2
Lên men glucose thành ethanol được thực hiện bởi nhiều loại nấm men, chủ yếu là các loài Saccharomyces. Nguyên liệu lên men ethanol có thể chia thành 3 nhóm:
- Các cơ chất giàu đường như: rỉ đường, nước mía, củ cải đường, nước trái cây chín,… Sự lên men rượu xảy ra trực tiếp từ loại nguyên liệu này và không cần xử lý.
- Tinh bột từ các loại ngũ cốc như: lúa mì, gạo, ngô,… và các loại củ như khoai tây, sắn,… Ngũ cốc là nguồn nguyên liệu lớn từ trồng trọt, nhưng trước khi lên men phải được thuỷ phân thành glucose, rồi mới lên men đường glucose thành ethanol.
- Phức hợp lignocellulose từ gỗ, phế thải nông, lâm nghiệp, giấy in báo,… Đây là nguồn nguyên liệu dồi dào nhất trên Trái đất từ sinh khối thực vật, nhưng việc xử lí phân cắt cellulose thành glucose khó khăn và tốn kém hơn nhiều.
Quá trình lên men đường thành ethanol bằng nấm men có vai trò quan trọng đối với nhiều quy trình được sử dụng trong ngành công nghiệp. Các chủng nấm men được quan tâm gồm có S. cerevisiae, S. uvarum (carlsbergensis) và Kluyveromyces. Bên cạnh sản phẩm phụ của quá trình lên men (thường là glycerol) tiêu thụ lên đến 4 - 5%
trong tổng số cơ chất. Nếu giới hạn được những phản ứng này, kết quả sẽ có thêm 2,7% sản lượng ethanol thu được từ cơ chất (Roehr, 2001).