Hình 2.8Sơ đồ chuyển hóa bã mía thành ethanol.
Quá trình chuyển hóa bao gồm sự thủy phân các thành phần chính của bã mía để tạo ra những loại đường có thể lên men và thực hiện việc lên men chúng để tạo ra ethanol. Giai đoạn tiền xử lý là cần thiết để nâng cao hiệu quả quá trình thủy phân cellulose thành đường. Quá trình thủy phân thường được thực hiện bởi acid hoặc enzyme cellulase, và quá trình lên men được thực hiện bởi vi khuẩn hoặc nấm men. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân cellulose bao gồm độ xốp của vật liệu, kích thước vi sợi cellulose, và sự có mặt của lignin, hemicellulose trong vật liệu [15]. Sự hiện diện của lignin và hemicellulose làm cho hoạt động của enzyme cellulase trở
nên khó khăn hơn, do đó hiệu suất của quá trình thủy phân sẽ thấp. Tiền xử lý là cần thiết để thay đổi cấu trúc và kích thước của sinh khối, cũng như thành phần hóa học của nó, sao cho quá trình thủy phân các hydrocarbon thành các loại đường đơn diễn ra nhanh chóng và đạt hiệu quả cao. Quá trình thủy phân sẽ đạt hiệu quả cao bằng việc loại bỏ lignin và hemicellulose, giảm kích thước vi sợi cellulose, tăng cường độ xốp thông qua quá trình tiền xử lý [15].
Ở quá trình thủy phân, các loại đường đơn sẽ được tạo ra bằng việc phân cắt các mắc xích của cellulose, trước khi chúng được lên men sản xuất rượu. Quá trình thủy phân cellulose được thực hiện bởi acid hoặc enzyme thủy phân. Các mắt xích của cellulose có thể bị phân cắt thành các phân tử đường glucose riêng lẻ bằng enzyme cellulase. Nguồn thu enzym cellulase lớn nhất hiện nay là vi sinh vật (nấm, vi khuẩn) [18].
Các loại đường sáu carbon (hexoses) như glucose, galactose, và mannose dễ dàng lên men thành ethanol bởi hoạt động tự nhiên của nhiều sinh vật. Nấm men
Saccharomyces cerevisiae đã được sử dụng từ lâu trong nền công nghiệp sản xuất bia để tạo ra ethanol từ hexoses.
Hai bước cuối để biến đổi bã mía thành ethanol (thủy phân và lên men) có thể được thực hiện một cách độc lập hoặc đồng thời.
Thu hồi ethanol từ dịch lên men bằng quá trình chưng cất hoặc kết hợp quá trình chưng cất với quá trình hấp phụ. Các thành phần khác, bao gồm lignin, cellulose và hemicellulose không phản ứng, và enzyme thì tích lũy ở dưới đáy của tháp chưng cất.