Naukowcy donoszą o nowym sposobie ekstrakcji białka i błonnika z młóta browarnianego i wykorzystaniu go do tworzenia nowych rodzajów źródeł białka, biopaliw i nie tylko.
Zarówno entuzjaści piwowarstwa domowego, jak i główni producenci doświadczają tego samego rezultatu procesu warzenia piwa:kopców resztek ziarna. Po wyekstrahowaniu całego smaku z jęczmienia i innych zbóż, pozostaje bogaty w białko i błonnik proszek, który jest zwykle używany w paszach dla bydła lub umieszczany na wysypiskach. Dzisiaj naukowcy donoszą o nowym sposobie ekstrakcji białka i błonnika z młóta browarnianego i wykorzystaniu go do tworzenia nowych rodzajów źródeł białka, biopaliw i nie tylko.
Naukowcy zaprezentują dziś swoje wyniki na wiosennym spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego (ACS). ACS Wiosna 2021 odbywa się online w dniach 5-30 kwietnia. Sesje na żywo odbędą się w dniach 5-16 kwietnia, a treści na żądanie i w sieci będą kontynuowane do 30 kwietnia. Na spotkaniu odbędzie się prawie 9000 prezentacji na różne tematy naukowe.
„W branży piwowarskiej istnieje pilna potrzeba ograniczenia ilości odpadów”, mówi dr Haibo Huang, główny badacz projektu. Jego zespół współpracował z lokalnymi browarami, aby znaleźć sposób na przekształcenie resztek ziarna w produkty o wartości dodanej.
„Młóto ma bardzo wysoki procent białka w porównaniu z innymi odpadami rolniczymi, więc naszym celem było znalezienie nowatorskiego sposobu na jego ekstrakcję i wykorzystanie” – mówi Yanhong He, doktorant, który prezentuje swoją pracę na spotkaniu. Zarówno Huang, jak i on są na Politechnice w Wirginii i Uniwersytecie Stanowym (Virginia Tech).
Browarnictwo rzemieślnicze stało się bardziej popularne niż kiedykolwiek w Stanach Zjednoczonych. Ten zwiększony popyt doprowadził do wzrostu produkcji, generując znaczny wzrost ilości odpadów z browarów, z których 85% to młóto zbożowe. Ten produkt uboczny zawiera do 30% białka i do 70% błonnika, i chociaż krowy i inne zwierzęta mogą być w stanie strawić młóto, ludziom trudno je strawić ze względu na wysoką zawartość błonnika.
Aby przekształcić te odpady w coś bardziej funkcjonalnego, Huang i He opracowali nowy proces frakcjonowania na mokro w celu oddzielenia białka od włókna. W porównaniu z innymi technikami nowy proces jest bardziej wydajny, ponieważ naukowcy nie muszą najpierw suszyć ziarna. Przetestowali w tym procesie trzy dostępne na rynku enzymy — alkalazę, neutrazę i pepsynę — i odkryli, że obróbka alkalazą zapewnia najlepszą separację bez utraty dużych ilości któregokolwiek ze składników. Po etapie przesiewania uzyskano koncentrat białka i produkt bogaty w błonnik.
Do 83% białka zawartego w młócie zostało ponownie wychwycone w koncentracie białkowym. Początkowo naukowcy zaproponowali wykorzystanie wyekstrahowanego białka jako tańszego i bardziej zrównoważonego zamiennika mączki rybnej do karmienia krewetek hodowlanych. Ale ostatnio Huang i He zaczęli badać wykorzystanie białka jako składnika produktów spożywczych, zaspokajając zapotrzebowanie konsumentów na alternatywne źródła białka.
Jednak to nadal pozostawiło pozostały produkt bogaty w błonnik bez określonego zastosowania. W zeszłym roku doktor habilitowany Huanga, dr Joshua O’Hair, doniósł o znalezieniu nowego gatunku Bacillus lichenformis wiosną w Parku Narodowym Yellowstone. W artykule zauważyli, że bakterie mogą przekształcać różne cukry w 2,3-butanodiol, związek używany do wytwarzania wielu produktów, takich jak kauczuk syntetyczny, plastyfikatory i 2-butanol jako paliwo. Tak więc wstępnie potraktował wyekstrahowane włókno kwasem siarkowym, a następnie rozłożył je na cukry z celulozy i hemicelulozy. Następnie karmiła mikrob cukrami, wytwarzając 2,3-butanodiol.
Następnie zespół planuje prace nad skalowaniem procesu oddzielania składników białkowych i błonnikowych, aby nadążać za ilością młóta wytworzonego w browarach. Współpracują również z kolegami, aby określić ekonomiczną wykonalność procesu separacji, ponieważ enzymy używane obecnie do oddzielania składników białkowych i włóknistych są drogie. Huang i He mają nadzieję znaleźć odpowiednie enzymy i zielone chemikalia, aby uczynić ten proces jeszcze bardziej zrównoważonym, skalowalnym i przystępnym cenowo.
Spotkanie:ACS wiosna 2021
Tytuł
Jednoczesna produkcja koncentratu białkowego i 2,3-butanodiolu z młóta browarnianego
Streszczenie
Młóto piwne (BSG) jest najbardziej rozpowszechnionym (85%) produktem ubocznym powstającym w procesie warzenia piwa. Obecnie BSG jest głównie wykorzystywany jako pasza dla bydła lub zakopywany na wysypiskach, co prowadzi do znacznych strat zasobów. Wysoka zawartość włókna (~70%) i zawartość białka (14~30%) sprawiają, że BSG jest atrakcyjnym surowcem do produkcji biopaliw i produktów białkowych. W tym badaniu zbadano zintegrowane podejście do produkcji zarówno koncentratu białkowego, jak i 2,3-butanodiolu (2,3-BDO) z BSG.
BSG po raz pierwszy poddano procesowi frakcjonowania na mokro w celu wytworzenia koncentratu białkowego i produktu bogatego w błonnik (FP) przy użyciu trzech komercyjnych proteaz (Alcalase, Neutrase i Pepsin) przy różnych obciążeniach. FP uzyskany ze zoptymalizowanego procesu był wstępnie traktowany kwasem siarkowym (0,5 – 3%, v/v) przez różne czasy (15 – 60 min), a następnie hydrolizowany za pomocą celulazy (10 – 40 FPU/g biomasy) przez 72 godz. obniżanie ilości cukrów. Na koniec otrzymane cukry redukujące poddano fermentacji do 2,3-BDO przez nowo wyizolowany termofilny i zasadofilowy B. licheniformis YNP5-TSU.
Wyniki wykazały, że optymalnymi warunkami frakcjonowania na mokro do produkcji koncentratu białkowego było obciążenie 20 μl Alcalase/g suchego enzymu BSG, czas inkubacji 4 h, temperatura inkubacji 50 oC, pH 8,0. W optymalnych warunkach do 83% białka w BSG zostało oddzielone i skoncentrowane w produkt białkowy. Stężenie białka w koncentracie białkowym wyniosło 41%, co było prawie dwukrotnie wyższe niż w BSG (22%). Usunięcie białka z BSG znacznie poprawiło zmniejszenie produkcji cukru. FP wstępnie potraktowany 0,5% H2SO4 przez 60 min w 121 oC może uwolnić 65% ksylozy. Szczytowe stężenie glukozy (51 g/l) i wydajność glukozy (80%) osiągnięto, gdy obciążenie celulazą wynosiło 10 FPU/g biomasy. B. licheniformis YNP5-TSU był zdolny do fermentacji zhydrolizowanych cukrów do 2,3-BDO. Najwyższy plon 2,3-BDO wyniósł 0,5g/g cukrów redukujących ogółem, a wydajność 0,3g/l/h. Ogólnie rzecz biorąc, badanie to wykazało, że BSG można przetwarzać w wiele produktów o wartości dodanej w zintegrowanym procesie biorafineryjnym.
