Gli scienziati segnalano un nuovo modo per estrarre le proteine e le fibre dal grano esausto del produttore di birra e utilizzarle per creare nuovi tipi di fonti proteiche, biocarburanti e altro ancora.
Gli appassionati di birra fatta in casa e i grandi produttori sperimentano allo stesso modo lo stesso risultato del processo di produzione della birra:cumuli di grano avanzato. Una volta che tutto il sapore è stato estratto dall'orzo e da altri cereali, ciò che resta è una polvere ricca di proteine e fibre che viene tipicamente utilizzata nell'alimentazione del bestiame o messa nelle discariche. Oggi gli scienziati segnalano un nuovo modo per estrarre le proteine e le fibre dal grano esausto del produttore di birra e utilizzarle per creare nuovi tipi di fonti proteiche, biocarburanti e altro ancora.
I ricercatori presenteranno i loro risultati oggi alla riunione di primavera dell'American Chemical Society (ACS). ACS Spring 2021 si terrà online dal 5 al 30 aprile. Le sessioni dal vivo si terranno dal 5 al 16 aprile e i contenuti on-demand e di networking continueranno fino al 30 aprile. La riunione prevede quasi 9.000 presentazioni su un'ampia gamma di argomenti scientifici.
"C'è un'esigenza fondamentale nell'industria della birra per ridurre gli sprechi", afferma Haibo Huang, Ph.D., ricercatore principale del progetto. Il suo team ha collaborato con i birrifici locali per trovare un modo per trasformare il grano avanzato in prodotti a valore aggiunto.
"Il grano esaurito ha una percentuale molto alta di proteine rispetto ad altri rifiuti agricoli, quindi il nostro obiettivo era trovare un nuovo modo per estrarlo e utilizzarlo", afferma Yanhong He, uno studente laureato che presenta il lavoro all'incontro. Sia Huang che He sono al Virginia Polytechnic e alla State University (Virginia Tech).
La produzione di birra artigianale è diventata più popolare che mai negli Stati Uniti. Questa maggiore domanda ha portato a un aumento della produzione, generando un forte aumento dei materiali di scarto dei birrifici, l'85% dei quali è grano esaurito. Questo sottoprodotto comprende fino al 30% di proteine e fino al 70% di fibre e, sebbene le mucche e altri animali possano essere in grado di digerire il grano esausto, è difficile per gli esseri umani digerirlo a causa del suo alto contenuto di fibre.
Per trasformare questi rifiuti in qualcosa di più funzionale, Huang e He hanno sviluppato un nuovo processo di frazionamento con macinazione a umido per separare la proteina dalla fibra. Rispetto ad altre tecniche, il nuovo processo è più efficiente perché i ricercatori non devono prima essiccare il grano. Hanno testato tre enzimi disponibili in commercio - alcalasi, neutrasi e pepsina - in questo processo e hanno scoperto che il trattamento con alcalasi forniva la migliore separazione senza perdere grandi quantità di entrambi i componenti. Dopo una fase di setacciatura, il risultato è stato un concentrato proteico e un prodotto ricco di fibre.
Fino all'83% delle proteine nel grano esausto è stato ripreso nel concentrato proteico. Inizialmente i ricercatori hanno proposto di utilizzare la proteina estratta come sostituto più economico e sostenibile della farina di pesce per nutrire i gamberetti d'allevamento. Ma più recentemente, Huang e He hanno iniziato a esplorare l'utilizzo delle proteine come ingrediente nei prodotti alimentari, soddisfacendo la domanda dei consumatori di fonti proteiche alternative.
Tuttavia, ciò ha comunque lasciato il restante prodotto ricco di fibre senza un uso specifico. L'anno scorso, il ricercatore post-dottorato di Huang Joshua O'Hair, Ph.D., ha riferito di aver trovato una nuova specie di Bacillus lichenformis in una primavera al Parco Nazionale di Yellowstone. Nel documento, hanno notato che i batteri potrebbero convertire vari zuccheri in 2,3-butandiolo, un composto utilizzato per realizzare molti prodotti, come gomma sintetica, plastificanti e 2-butanolo, un carburante. Quindi, ha pretrattato la fibra estratta con acido solforico, quindi l'ha scomposta in zuccheri da cellulosa ed emicellulosa. Ha poi somministrato gli zuccheri al microbo, producendo 2,3-butandiolo.
Successivamente, il team prevede di lavorare per aumentare il processo di separazione dei componenti di proteine e fibre per tenere il passo con il volume di grano esaurito generato nei birrifici. Stanno anche lavorando con i colleghi per determinare la fattibilità economica del processo di separazione, poiché gli enzimi attualmente utilizzati per separare i componenti di proteine e fibre sono costosi. Huang e He sperano di trovare enzimi adatti e sostanze chimiche verdi per rendere questo processo ancora più sostenibile, scalabile e conveniente.
Incontro:ACS Primavera 2021
Titolo
Produzione simultanea di concentrato proteico e 2,3-butandiolo dal chicco di birra esausto
Astratto
Il grano esaurito del birraio (BSG) è il sottoprodotto più abbondante (85%) generato dal processo di produzione della birra. Attualmente, il BSG è utilizzato principalmente come mangime per il bestiame o sepolto nelle discariche, con conseguenti notevoli perdite di risorse. L'alto contenuto di fibre (~70%) e il contenuto proteico (14~30%) rendono BSG attraente come materia prima per la produzione di biocarburanti e prodotti proteici. In questo studio, è stato studiato un approccio integrato per produrre sia concentrato proteico che 2,3-butandiolo (2,3-BDO) da BSG.
Il BSG è stato inizialmente sottoposto a un processo di frazionamento a umido per produrre un concentrato proteico e un prodotto ricco di fibre (FP) utilizzando tre proteasi commerciali (Alcalase, Neutrase e Pepsina) a diversi carichi. La FP ottenuta dal processo ottimizzato è stata pretrattata con acido solforico (0,5 – 3%, v/v) per tempi diversi (15 – 60 min) e quindi idrolizzata con cellulasi (10 – 40 FPU/g biomassa) per 72 ore per ottenere zuccheri riducenti. Infine, gli zuccheri riducenti ottenuti sono stati fatti fermentare a 2,3-BDO da un B. licheniformis YNP5-TSU termofilo e alcalifilo appena isolato.
I risultati hanno mostrato che la condizione ottimale di frazionamento a umido per la produzione di concentrato proteico era di 20 μL di Alcalasi/g di carico enzimatico BSG secco, tempo di incubazione di 4 ore, temperatura di incubazione di 50 oC, pH 8,0. In condizioni ottimali, fino all'83% di proteine in BSG è stato separato e concentrato nel prodotto proteico. La concentrazione proteica nel concentrato proteico era del 41%, che era circa raddoppiata rispetto a quella del BSG (22%). La rimozione delle proteine dal BSG ha migliorato significativamente la riduzione della produzione di zucchero. FP pretrattato con 0,5% H2SO4 per 60 minuti a 121 oC può rilasciare il 65% di xilosio. La concentrazione massima di glucosio (51 g/L) e la resa di glucosio (80%) sono state raggiunte quando il carico di cellulasi era di 10 FPU/g di biomassa. B. licheniformis YNP5-TSU è stato in grado di fermentare gli zuccheri idrolizzati in 2,3-BDO. La resa più alta di 2,3-BDO è stata di 0,5 g/g di zuccheri riduttori totali e la produttività è stata di 0,3 g/L/h. Nel complesso, questo studio ha dimostrato che BSG può essere riciclato in più prodotti a valore aggiunto tramite un processo di bioraffineria integrato.
