一种新方法将啤酒废料分解成食物中的蛋白质和生物燃料中的纤维

啤酒厂

科学家们报告了一种新的方法来从啤酒厂的谷物中提取蛋白质和纤维,并使用它来创造新的蛋白质来源,生物燃料等。

家庭酿造爱好者和主要制造商都经历了同样的酿造过程:成堆的剩余谷物。一旦大麦和其他谷物中所有的味道都被提取出来,剩下的就是富含蛋白质和纤维的粉末,通常用于牛的饲料或垃圾填埋场。今天,科学家们报道了一种从布鲁尔用过的谷物中提取蛋白质和纤维的新方法,并用它来创造新型的蛋白质来源、生物燃料和更多的东西。

研究人员将在今天的美国化学学会(ACS)春季会议上公布他们的研究结果。ACS 2021年春季将于4月5日至30日在线举行。直播会议将于4月5日至16日举行,点播和网络内容将持续到4月30日。这次会议有近9000份关于广泛科学主题的报告。

该项目的首席研究员黄海波博士说:“酿酒行业非常需要减少浪费。”他的团队与当地啤酒厂合作,寻找将剩余谷物转化为增值产品的方法。

“与其他农业废弃物相比,谷物废料的蛋白质含量很高,所以我们的目标是找到一种提取和利用谷物废料的新方法,”研究生何艳红(音)在会上介绍了这项工作。黄和他都在弗吉尼亚理工大学和州立大学(弗吉尼亚理工大学)工作。

在美国,手工酿造比以往任何时候都更受欢迎。这一需求的增加导致了产量的增加,导致了啤酒厂废料的大幅增加,其中85%是用过的谷物。这种副产品含有高达30%的蛋白质和高达70%的纤维,虽然牛和其他动物可以消化消耗过的谷物,但由于其高纤维含量,人类很难消化它。

为了将这些废物转化成更有功能的东西,黄和他开发了一种新型的湿磨分离过程,将蛋白质从纤维中分离出来。与其他技术相比,这种新工艺效率更高,因为研究人员不必先烘干谷物。他们在这个过程中测试了三种市售酶——alcalase,中和酶和胃蛋白酶,发现alcalase处理可以提供最好的分离而不会损失大量的任何一种成分。经过筛分步骤,结果是一种蛋白质浓缩物和富含纤维的产品。

废谷物中高达83%的蛋白质在浓缩蛋白中被重新捕获。最初,研究人员提议使用提取的蛋白质作为养殖虾饲料中鱼粉的更便宜、更可持续的替代品。但最近,黄和他开始探索将这种蛋白质作为食品成分,以满足消费者对替代蛋白质来源的需求。

然而,剩下的富含纤维的产品仍然没有特定的用途。去年,黄的博士后研究员乔舒亚·奥海尔博士报告说,他发现了一种新物种芽孢杆菌lichenformis在黄石国家公园的一个春天。他们在论文中指出,这种细菌可以将各种糖转化为2,3-丁二醇,这种化合物用于制造许多产品,如合成橡胶、增塑剂和燃料2-丁醇。所以他用硫酸对提取的纤维进行预处理然后将其从纤维素和半纤维素中分解成糖。然后她把这些糖喂给微生物,产生2,3-丁二醇。

下一步,该团队计划扩大分离蛋白质和纤维成分的过程,以跟上啤酒厂产生的废谷物的数量。由于目前用于分离蛋白质和纤维成分的酶非常昂贵,他们也正在与同事们一起确定分离过程的经济可行性。黄和他希望找到合适的酶和绿色化学品,使这一过程更加可持续,可扩展和负担得起。

会议:ACS 2021年春季

标题

同时生产浓缩蛋白和2,3-丁二醇从啤酒厂的废谷物

摘要

啤酒废谷物(BSG)是啤酒酿造过程中产生的最丰富的副产品(85%)。目前,BSG主要用于牲畜饲料或掩埋在垃圾填埋场,导致大量资源损失。高纤维含量(~70%)和蛋白质含量(14 ~ 30%)使BSG作为生物燃料和蛋白质相关产品的原料具有吸引力。在本研究中,研究了一种综合的方法来生产浓缩蛋白和2,3-丁二醇(2,3- bdo)从BSG。

BSG首先通过湿分离工艺生产浓缩蛋白和富含纤维的产品(FP),使用三种商业蛋白酶(Alcalase,中和酶和胃蛋白酶)在不同的负载。以0.5 ~ 3%的硫酸(v/v)预处理不同时间(15 ~ 60min),再用纤维素酶(10 ~ 40fpu /g生物质)水解72小时,得到还原糖。最后,用新分离的嗜热嗜碱地衣芽孢杆菌YNP5-TSU发酵得到的还原糖为2,3- bdo。

结果表明,生产浓缩蛋白的最佳湿分馏条件为20 μL Alcalase/g干BSG加酶,孵育时间4 h,孵育温度50℃,pH 8.0。在此条件下,BSG蛋白的分离和浓缩率可达83%。浓缩蛋白的蛋白质含量为41%,是BSG(22%)的两倍左右。从BSG中去除蛋白质显著地改善了降糖生产。FP经0.5% H2SO4预处理60 min, 121℃下可释放65%的木糖。当纤维素酶用量为10fpu /g生物质时,葡萄糖浓度达到峰值(51 g/L),葡萄糖产率达到80%。地衣芽孢杆菌YNP5-TSU能够将水解糖发酵成2,3- bdo。产率最高的是0.5g/g总还原糖,产率为0.3g/L/h。总的来说,这项研究表明BSG可以通过一个综合的生物炼制过程升级为多种增值产品。

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