Les scientifiques rapportent une nouvelle façon d'extraire les protéines et les fibres de la drêche de brasserie et de les utiliser pour créer de nouveaux types de sources de protéines, de biocarburants, etc.
Les amateurs de brassage à domicile et les grands fabricants connaissent le même résultat du processus de fabrication de la bière :des monticules de restes de céréales. Une fois que toute la saveur a été extraite de l'orge et d'autres céréales, il reste une poudre riche en protéines et en fibres qui est généralement utilisée dans l'alimentation du bétail ou mise dans les décharges. Aujourd'hui, les scientifiques rapportent une nouvelle façon d'extraire les protéines et les fibres de la drêche de brasserie et de les utiliser pour créer de nouveaux types de sources de protéines, de biocarburants et plus encore.
Les chercheurs présenteront leurs résultats aujourd'hui lors de la réunion de printemps de l'American Chemical Society (ACS). ACS Spring 2021 se tiendra en ligne du 5 au 30 avril. Des sessions en direct seront organisées du 5 au 16 avril, et le contenu à la demande et de mise en réseau se poursuivra jusqu'au 30 avril. La réunion propose près de 9 000 présentations sur un large éventail de sujets scientifiques.
"Il y a un besoin critique dans l'industrie brassicole de réduire les déchets", déclare Haibo Huang, Ph.D., chercheur principal du projet. Son équipe s'est associée à des brasseries locales pour trouver un moyen de transformer les restes de céréales en produits à valeur ajoutée.
« La drêche contient un pourcentage très élevé de protéines par rapport aux autres déchets agricoles. Notre objectif était donc de trouver une nouvelle façon de l'extraire et de l'utiliser », explique Yanhong He, un étudiant diplômé qui présente les travaux lors de la réunion. Huang et He sont tous deux à Virginia Polytechnic and State University (Virginia Tech).
Le brassage artisanal est devenu plus populaire que jamais aux États-Unis. Cette demande accrue a entraîné une augmentation de la production, générant une augmentation importante des déchets des brasseries, dont 85 % sont des drêches. Ce sous-produit comprend jusqu'à 30 % de protéines et jusqu'à 70 % de fibres. Bien que les vaches et d'autres animaux puissent être capables de digérer la drêche, il est difficile pour les humains de la digérer en raison de sa teneur élevée en fibres.
Afin de transformer ces déchets en quelque chose de plus fonctionnel, Huang et He ont développé un nouveau procédé de fractionnement par broyage humide pour séparer la protéine de la fibre. Comparé à d'autres techniques, le nouveau procédé est plus efficace car les chercheurs n'ont pas à sécher le grain en premier. Ils ont testé trois enzymes disponibles dans le commerce - l'alcalase, la neutrase et la pepsine - dans ce processus et ont découvert que le traitement à l'alcalase offrait la meilleure séparation sans perdre de grandes quantités de l'un ou l'autre des composants. Après une étape de tamisage, le résultat était un concentré de protéines et un produit riche en fibres.
Jusqu'à 83 % des protéines de la drêche ont été recapturées dans le concentré de protéines. Au départ, les chercheurs ont proposé d'utiliser la protéine extraite comme substitut moins cher et plus durable de la farine de poisson pour nourrir les crevettes d'élevage. Mais plus récemment, Huang et He ont commencé à explorer l'utilisation de la protéine comme ingrédient dans les produits alimentaires, répondant à la demande des consommateurs pour des sources de protéines alternatives.
Cependant, cela laissait encore le produit riche en fibres restant sans utilisation spécifique. L'année dernière, le chercheur postdoctoral de Huang, Joshua O'Hair, Ph.D., a rapporté avoir trouvé une nouvelle espèce de Bacillus lichenformis dans une source du parc national de Yellowstone. Dans l'article, ils ont noté que les bactéries pouvaient convertir divers sucres en 2,3-butanediol, un composé utilisé pour fabriquer de nombreux produits, tels que le caoutchouc synthétique, les plastifiants et le 2-butanol, un carburant. Ainsi, il a prétraité la fibre extraite avec de l'acide sulfurique, puis l'a décomposée en sucres de cellulose et d'hémicellulose. Elle a ensuite donné les sucres au microbe, produisant du 2,3-butanediol.
Ensuite, l'équipe prévoit de travailler à l'intensification du processus de séparation des composants protéiques et fibreux afin de suivre le volume de drêche généré dans les brasseries. Ils travaillent également avec des collègues pour déterminer la faisabilité économique du processus de séparation, car les enzymes actuellement utilisées pour séparer les composants protéiques et fibreux sont coûteuses. Huang et He espèrent trouver des enzymes et des produits chimiques verts appropriés pour rendre ce processus encore plus durable, évolutif et abordable.
Réunion :ACS printemps 2021
Titre
Production simultanée de concentré de protéines et de 2,3-butanediol à partir de drèche de brasserie
Résumé
La drêche de brasseur (BSG) est le sous-produit le plus abondant (85 %) généré par le processus de brassage de la bière. Actuellement, le BSG est principalement utilisé comme aliment pour le bétail ou enfoui dans des décharges, ce qui entraîne des pertes de ressources substantielles. La teneur élevée en fibres (~ 70 %) et en protéines (14 ~ 30 %) rend le BSG attrayant comme matière première pour la production de biocarburants et de produits liés aux protéines. Dans cette étude, une approche intégrée a été étudiée pour produire à la fois un concentré de protéines et du 2,3-butanediol (2,3-BDO) à partir de BSG.
Le BSG a d'abord été soumis à un processus de fractionnement par voie humide pour produire un concentré de protéines et un produit riche en fibres (FP) à l'aide de trois protéases commerciales (Alcalase, Neutrase et Pepsin) à différentes charges. Le FP obtenu à partir du processus optimisé a été prétraité avec de l'acide sulfurique (0,5 - 3 %, v/v) pendant différents temps (15 - 60 min) puis hydrolysé avec de la cellulase (10 - 40 FPU/g de biomasse) pendant 72 h pour obtenir Sucres réducteurs. Enfin, les sucres réducteurs obtenus ont été fermentés en 2,3-BDO par un B. licheniformis YNP5-TSU thermophile et alcaliphile nouvellement isolé.
Les résultats ont montré que la condition de fractionnement humide optimale pour la production de concentré de protéines était de 20 μL d'Alcalase/g de charge enzymatique BSG sèche, temps d'incubation de 4 h, température d'incubation de 50 oC, pH 8,0. Dans des conditions optimales, jusqu'à 83 % de protéines dans le BSG ont été séparées et concentrées en produit protéique. La concentration en protéines dans le concentré de protéines était de 41 %, ce qui doublait environ celle du BSG (22 %). L'élimination des protéines du BSG a considérablement amélioré la réduction de la production de sucre. FP prétraité avec 0,5 % H2SO4 pendant 60 min à 121 oC peut libérer 65 % de xylose. La concentration maximale de glucose (51 g/L) et le rendement en glucose (80 %) ont été atteints lorsque la charge de cellulase était de 10 FPU/g de biomasse. B. licheniformis YNP5-TSU a pu fermenter les sucres hydrolysés en 2,3-BDO. Le rendement le plus élevé en 2,3-BDO était de 0,5 g/g de sucres réducteurs totaux et la productivité était de 0,3 g/L/h. Dans l'ensemble, cette étude a démontré que le BSG peut être recyclé en plusieurs produits à valeur ajoutée via un processus de bioraffinerie intégré.
