Braurückstände in Proteine für Lebensmittel und Fasern für Biokraftstoffe trennen
Sowohl Hobbybrauer als auch große Bierproduzenten erleben das gleiche Ergebnis ihres Brauprozesses: Nachdem der Geschmack aus Gerste und anderen Getreidesorten extrahiert wurde, bleibt ein protein- und ballaststoffreiches Pulver übrig, das normalerweise als Viehfutter verwendet oder auf Mülldeponien entsorgt wird. Heute berichten Wissenschaftler im Journal der American Chemical Society (ACS) über einen neuen Weg, das Protein und die Ballaststoffe aus Biertreber zu extrahieren und zur Herstellung neuartiger Proteinquellen, Biokraftstoffe und mehr zu verwenden.
Weißbier – Foto © Gerhard Hofmann für Solarify
„In der Brauindustrie besteht dringender Bedarf, den Abfall zu reduzieren“, sagt Haibo Huang, Leiter des Projekts. Sein Team hat sich mit lokalen Brauereien zusammengetan, um einen Weg zu finden, übrig gebliebenes Getreide in Produkte mit Mehrwert umzuwandeln. Die Forscher haben ihre Ergebnisse am 06.04.2021 im Rahmen der Frühjahrstagung der American Chemical Society (ACS), der ACS Spring 2021 vom 05. bis 30.04.2021 online vorgestellt. „Unser Ziel war es, einen neuen Weg zu finden, um das Protein zu extrahieren und zu nutzen“, sagt Doktorand Yanhong He, der seine Arbeit auf der Konferenz präsentierte. Er und Huang sind beide an der Virginia Polytechnic and State University (Virginia Tech).
Bierbrauen ist in den USA beliebter denn je. Die gestiegene Nachfrage hat zu einem Anstieg der Produktion geführt, was einen erheblichen Anstieg des Abfallmaterials von Brauereien zur Folge hat, das zu 85 % aus Treber besteht. Dieses Nebenprodukt besteht zu 30 % aus Eiweiß und zu 70 % aus Ballaststoffen. Während Kühe und andere Tiere Biertreber verdauen können, ist er für den Menschen aufgrund seines hohen Ballaststoffgehalts nur schwer verdaulich.
Um diesen Abfall in etwas Funktionelleres umzuwandeln, entwickelten Huang und He ein neuartiges Nassmahl-Fraktionierungs-Verfahren, um das Protein von den Fasern zu trennen. Im Vergleich zu anderen Techniken ist das neue Verfahren effizienter, weil die Forscher das Getreide nicht erst trocknen müssen. Sie testeten drei handelsübliche Enzyme – Alcalase, Neutrase und Pepsin – in diesem Prozess und fanden heraus, dass die Alcalase-Behandlung die beste Trennung lieferte, ohne dass große Mengen der beiden Komponenten verloren gingen. Nach einem Siebschritt war das Ergebnis ein Proteinkonzentrat und ein faserreiches Produkt.
Bis zu 83 % des Proteins im Biertreber wurden im Proteinkonzentrat wiedergewonnen. Ursprünglich schlugen die Forscher vor, das extrahierte Protein als billigeren, nachhaltigeren Ersatz für Fischmehl zur Fütterung von Zuchtgarnelen zu verwenden. In jüngerer Zeit haben Huang und He jedoch begonnen, die Verwendung des Proteins als Bestandteil von Nahrungsmitteln zu erforschen, um die Nachfrage der Verbraucher nach alternativen Proteinquellen zu befriedigen.
Das verbleibende faserreiche Produkt hatte jedoch noch immer keine spezifische Verwendung. Im vergangenen Jahr berichtete Huangs Postdoktorand Joshua O’Hair, Ph.D., über den Fund einer neuen Spezies von Bacillus lichenformis in einer Quelle im Yellowstone National Park. In der Arbeit stellten sie fest, dass das Bakterium verschiedene Zucker in 2,3-Butandiol umwandeln kann, eine Verbindung, die zur Herstellung vieler Produkte wie synthetischem Gummi, Weichmachern und 2-Butanol, einem Kraftstoff, verwendet wird. Also behandelte er die extrahierte Faser mit Schwefelsäure vor und spaltete sie dann in Zucker aus Zellulose und Hemizellulose auf. Dann fütterte sie die Mikrobe mit den Zuckern und produzierte 2,3-Butandiol.
Als Nächstes plant das Team, den Prozess zur Trennung der Protein- und Faserkomponenten zu skalieren, um mit der in Brauereien anfallenden Menge an Biertreber Schritt zu halten. Außerdem arbeiten sie mit Kollegen zusammen, um die wirtschaftliche Machbarkeit des Trennungsprozesses zu bestimmen, da die derzeit verwendeten Enzyme zur Trennung der Protein- und Faserkomponenten teuer sind. Huang und He hoffen, geeignete Enzyme und grüne Chemikalien zu finden, um diesen Prozess noch nachhaltiger, skalierbarer und erschwinglicher zu machen.
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