科学者は、ビール醸造者の使用済み穀物からタンパク質と繊維を抽出し、それを使用して新しいタイプのタンパク質源、バイオ燃料などを作成する新しい方法を報告しています。
自家醸造愛好家も大手メーカーも、ビール製造プロセスで同じ結果を経験しています。大麦や他の穀物からすべてのフレーバーが抽出されると、タンパク質と繊維が豊富な粉末が残ります。これは通常、牛の飼料に使用されるか、埋立地に置かれます.今日、科学者たちは、ビール醸造者の使用済み穀物からタンパク質と繊維を抽出し、それを使用して新しいタイプのタンパク質源、バイオ燃料などを作成する新しい方法を報告しています。
研究者は本日、米国化学会 (ACS) の春季大会で結果を発表します。 ACS Spring 2021 は 4 月 5 ～ 30 日にオンラインで開催されます。ライブ セッションは 4 月 5 ～ 16 日に開催され、オンデマンドおよびネットワーキング コンテンツは 4 月 30 日まで継続されます。この会議では、幅広い科学トピックに関する 9,000 近くのプレゼンテーションが行われます。
プロジェクトの主任研究員である Haibo Huang 博士は、次のように述べています。彼のチームは、地元の醸造所と提携して、残った穀物を付加価値のある製品に変える方法を見つけました。
「使用済み穀物は、他の農業廃棄物に比べてタンパク質の割合が非常に高いため、私たちの目標は、それを抽出して使用する新しい方法を見つけることでした」と、会議で研究を発表している大学院生の Yanhong He は言います。 Huang と He はどちらもバージニア工科大学と州立大学 (バージニア工科大学) に在籍しています。
米国ではクラフトビールの人気がこれまで以上に高まっています。この需要の増加により生産量が増加し、ビール醸造所からの廃棄物が大幅に増加しており、その 85% が使用済み穀物です。この副産物は最大 30% のタンパク質と最大 70% の繊維で構成されており、牛や他の動物は使用済み穀物を消化できるかもしれませんが、繊維含有量が高いため、人間が消化するのは困難です。
この廃棄物をより機能的なものに変換するために、Huang と He は繊維からタンパク質を分離するための新しい湿式粉砕分別プロセスを開発しました。研究者が最初に穀物を乾燥させる必要がないため、他の技術と比較して、新しいプロセスはより効率的です。彼らは、このプロセスで 3 つの市販の酵素 (アルカラーゼ、ニュートラーゼ、およびペプシン) をテストし、アルカラーゼ処理がどちらの成分も大量に失うことなく最良の分離を提供することを発見しました。ふるいにかけた後、タンパク質濃縮物と繊維が豊富な製品が得られました.
使用済み穀物のタンパク質の最大 83% が、タンパク質濃縮物に再捕捉されました。当初、研究者らは、養殖エビの餌として魚粉の安価で持続可能な代替品として、抽出されたタンパク質を使用することを提案しました.しかし最近では、Huang 氏と He 氏は、代替タンパク質源に対する消費者の需要に応えて、食品の成分としてタンパク質を使用することを検討し始めました.
しかし、それはまだ特定の用途なしで残りの繊維が豊富な製品を残しました.昨年、Huang のポスドク研究者である Joshua O’Hair 博士は、Bacillus lichenformis の新種を発見したと報告しました。 イエローストーン国立公園の春。論文では、バクテリアがさまざまな糖を2,3-ブタンジオールに変換できることを指摘している.2,3-ブタンジオールは、合成ゴム、可塑剤、燃料の2-ブタノールなどの多くの製品を作るために使用される.そこで、抽出した繊維を硫酸で前処理し、セルロースとヘミセルロースから糖に分解しました。その後、彼女は微生物に糖を供給し、2,3-ブタンジオールを生成しました.
次に、チームは、醸造所で発生する使用済み穀物の量に追いつくために、タンパク質と繊維成分を分離するプロセスの規模を拡大することに取り組む予定です。彼らはまた、タンパク質と繊維成分を分離するために現在使用されている酵素が高価であるため、分離プロセスの経済的実現可能性を判断するために同僚と協力しています. Huang 氏と He 氏は、このプロセスをさらに持続可能で、拡張可能で、手頃な価格にするために、適切な酵素と環境に優しい化学物質を見つけたいと考えています。
会議:ACS 2021 年春
タイトル
醸造者の使用済み穀物からのタンパク質濃縮物と 2,3-ブタンジオールの同時生産
アブストラクト
ビールの使用済み穀物 (BSG) は、ビール醸造プロセスから生成される最も豊富な (85%) 副産物です。現在、BSG は主に牛の飼料として使用されているか、埋め立て地に埋められており、実質的な資源損失につながっています。高い繊維含有量 (~70%) とタンパク質含有量 (14 ~ 30%) により、BSG はバイオ燃料およびタンパク質関連製品の生産のための原料として魅力的です。この研究では、BSG からタンパク質濃縮物と 2,3-ブタンジオール (2,3-BDO) の両方を生成する統合アプローチが調査されました。
BSG は、異なる負荷で 3 つの市販のプロテアーゼ (アルカラーゼ、ニュートラーゼ、およびペプシン) を使用して、タンパク質濃縮物および繊維が豊富な製品 (FP) を生成するために、最初に湿式分画プロセスにかけられました。最適化されたプロセスから得られた FP は、硫酸 (0.5 – 3%、v/v) で異なる時間 (15 – 60 分) で前処理され、次にセルラーゼ (10 – 40 FPU/g バイオマス) で 72 時間加水分解されました。糖質を減らす。最後に、得られた還元糖は、新しく単離された好熱性および好アルカリ性の B. licheniformis YNP5-TSU によって 2,3-BDO に発酵されました。
結果は、タンパク質濃縮物生産のための最適な湿式分画条件が、20 μL Alcalase/g 乾燥 BSG 酵素ローディング、4 時間のインキュベーション時間、50 oC のインキュベーション温度、pH 8.0 であることを示しました。最適な条件下では、BSG 中の最大 83% のタンパク質が分離され、タンパク質製品に濃縮されました。タンパク質濃縮物のタンパク質濃度は 41% で、BSG の約 2 倍 (22%) でした。 BSG からタンパク質を除去すると、還元糖の生産が大幅に改善されました。 0.5% H2SO4 で 121 oC で 60 分間前処理した FP は、65% のキシロースを放出できます。セルラーゼ負荷が 10 FPU/g バイオマスの場合、ピークのグルコース濃度 (51 g/L) とグルコース収率 (80%) が達成されました。 B. licheniformis YNP5-TSU は、加水分解された糖を 2,3-BDO に発酵させることができました。最高の 2,3-BDO 収率は 0.5g/g 総還元糖であり、生産性は 0.3g/L/h でした。全体として、この研究は、統合されたバイオリファイナリー プロセスを介して、BSG を複数の付加価値製品にアップサイクルできることを実証しました。
