Los científicos informan sobre una nueva forma de extraer la proteína y la fibra del grano gastado de la cervecería y usarla para crear nuevos tipos de fuentes de proteína, biocombustibles y más.
Los entusiastas de la elaboración de cerveza casera y los principales fabricantes experimentan el mismo resultado del proceso de elaboración de la cerveza:montones de granos sobrantes. Una vez que se ha extraído todo el sabor de la cebada y otros granos, lo que queda es un polvo rico en proteínas y fibra que generalmente se usa en la alimentación del ganado o se deposita en vertederos. Hoy, los científicos informan sobre una nueva forma de extraer la proteína y la fibra del grano gastado de la cervecería y usarla para crear nuevos tipos de fuentes de proteína, biocombustibles y más.
Los investigadores presentarán sus resultados hoy en la reunión de primavera de la American Chemical Society (ACS). ACS Spring 2021 se llevará a cabo en línea del 5 al 30 de abril. Las sesiones en vivo se llevarán a cabo del 5 al 16 de abril, y el contenido a pedido y de networking continuará hasta el 30 de abril. La reunión incluye casi 9000 presentaciones sobre una amplia gama de temas científicos.
“Existe una necesidad crítica en la industria cervecera de reducir los desechos”, dice Haibo Huang, Ph.D., investigador principal del proyecto. Su equipo se asoció con cervecerías locales para encontrar una manera de transformar los granos sobrantes en productos de valor agregado.
“El grano usado tiene un porcentaje muy alto de proteína en comparación con otros desechos agrícolas, por lo que nuestro objetivo era encontrar una forma novedosa de extraerlo y usarlo”, dice Yanhong He, un estudiante graduado que presenta el trabajo en la reunión. Tanto Huang como He están en la Universidad Politécnica y Estatal de Virginia (Virginia Tech).
La elaboración de cerveza artesanal se ha vuelto más popular que nunca en los EE. UU. Esta mayor demanda ha llevado a un aumento en la producción, generando un aumento importante en el material de desecho de las cervecerías, el 85% del cual es grano gastado. Este subproducto comprende hasta un 30 % de proteína y hasta un 70 % de fibra, y aunque las vacas y otros animales pueden digerir el grano gastado, es difícil de digerir para los humanos debido a su alto contenido de fibra.
Para transformar este desecho en algo más funcional, Huang y He desarrollaron un novedoso proceso de fraccionamiento de molienda húmeda para separar la proteína de la fibra. En comparación con otras técnicas, el nuevo proceso es más eficiente porque los investigadores no tienen que secar primero el grano. Probaron tres enzimas disponibles comercialmente (alcalasa, neutrasa y pepsina) en este proceso y descubrieron que el tratamiento con alcalasa proporcionaba la mejor separación sin perder grandes cantidades de ninguno de los componentes. Después de un paso de tamizado, el resultado fue un concentrado de proteína y un producto rico en fibra.
Hasta el 83 % de la proteína del bagazo se recuperó en el concentrado de proteína. Inicialmente, los investigadores propusieron usar la proteína extraída como un reemplazo más económico y sostenible de la harina de pescado para alimentar a los camarones de cultivo. Pero más recientemente, Huang y He comenzaron a explorar el uso de la proteína como ingrediente en productos alimenticios, atendiendo la demanda de los consumidores de fuentes alternativas de proteínas.
Sin embargo, eso aún dejaba el producto rico en fibra restante sin un uso específico. El año pasado, el investigador posdoctoral de Huang, Joshua O'Hair, Ph.D., informó haber encontrado una nueva especie de Bacillus lichenformis en un manantial en el Parque Nacional de Yellowstone. En el documento, señalaron que la bacteria podría convertir varios azúcares en 2,3-butanodiol, un compuesto que se usa para fabricar muchos productos, como caucho sintético, plastificantes y 2-butanol, un combustible. Entonces, pretrató la fibra extraída con ácido sulfúrico, luego la descompuso en azúcares de celulosa y hemicelulosa. Luego alimentó al microbio con los azúcares, produciendo 2,3-butanodiol.
A continuación, el equipo planea trabajar en la ampliación del proceso de separación de los componentes de proteína y fibra para mantenerse al día con el volumen de grano gastado generado en las cervecerías. También están trabajando con colegas para determinar la viabilidad económica del proceso de separación, ya que las enzimas que se utilizan actualmente para separar los componentes de proteína y fibra son caras. Huang y He esperan encontrar enzimas adecuadas y productos químicos ecológicos para hacer que este proceso sea aún más sostenible, escalable y asequible.
Reunión:ACS Primavera 2021
Título
Producción simultánea de concentrado de proteína y 2,3-butanodiol a partir de grano gastado de cervecería
Resumen
El gastado de cerveza (BSG, por sus siglas en inglés) es el subproducto más abundante (85 %) generado en el proceso de elaboración de la cerveza. Actualmente, el BSG se usa predominantemente como alimento para ganado o se entierra en vertederos, lo que genera pérdidas sustanciales de recursos. El alto contenido de fibra (~70 %) y proteína (14 ~ 30 %) hacen que la BSG sea atractiva como materia prima para la producción de biocombustibles y productos relacionados con las proteínas. En este estudio, se investigó un enfoque integrado para producir concentrado de proteínas y 2,3-butanodiol (2,3-BDO) a partir de BSG.
BSG primero se sometió a un proceso de fraccionamiento húmedo para producir concentrado de proteína y producto rico en fibra (FP) utilizando tres proteasas comerciales (Alcalase, Neutrase y Pepsin) en diferentes cargas. La FP obtenida del proceso optimizado fue pretratada con ácido sulfúrico (0.5 – 3%, v/v) por diferentes tiempos (15 – 60 min) y luego hidrolizada con celulasa (10 – 40 FPU/g biomasa) por 72 hr para obtener reduciendo azúcares. Finalmente, los azúcares reductores obtenidos fueron fermentados a 2,3-BDO por una B. licheniformis termófila y alcalófila recién aislada YNP5-TSU.
Los resultados mostraron que la condición de fraccionamiento húmedo óptima para la producción de concentrado de proteína era 20 μL de Alcalasa/g de carga de enzima BSG seca, tiempo de incubación de 4 h, temperatura de incubación de 50 oC, pH 8.0. En condiciones óptimas, hasta el 83 % de la proteína en BSG se separó y se concentró en el producto de proteína. La concentración de proteína en el concentrado de proteína fue del 41 %, que casi duplicó la del BSG (22 %). La eliminación de proteína de BSG mejoró significativamente la producción de azúcar reductora. El FP pretratado con H2SO4 al 0,5 % durante 60 min a 121 oC puede liberar un 65 % de xilosa. La concentración máxima de glucosa (51 g/l) y el rendimiento de glucosa (80 %) se lograron cuando la carga de celulasa fue de 10 FPU/g de biomasa. B. licheniformis YNP5-TSU pudo fermentar los azúcares hidrolizados en 2,3-BDO. El mayor rendimiento de 2,3-BDO fue de 0,5 g/g de azúcares reductores totales y la productividad fue de 0,3 g/L/h. En general, este estudio demostró que BSG se puede reciclar en múltiples productos de valor agregado a través de un proceso de biorrefinería integrado.
