Hembryggningsentusiaster och stora tillverkare upplever samma resultat av ölframställningsprocessen:högar av kvarvarande spannmål. När all smak har extraherats från korn och andra spannmål, det som finns kvar är ett protein- och fiberrikt pulver som vanligtvis används i boskapsfoder eller deponeras. I dag, forskare rapporterar ett nytt sätt att extrahera proteinet och fibrerna från bryggarens förbrukade spannmål och använda det för att skapa nya typer av proteinkällor, biobränslen med mera.

Forskarna kommer att presentera sina resultat idag vid vårmötet i American Chemical Society (ACS).

"Det finns ett kritiskt behov i bryggeriindustrin att minska avfallet, säger Haibo Huang, Ph.D., projektets huvudutredare. Hans team samarbetade med lokala bryggerier för att hitta ett sätt att förvandla överbliven spannmål till mervärdesprodukter.

"Spenderat spannmål har en mycket hög andel protein jämfört med annat jordbruksavfall, så vårt mål var att hitta ett nytt sätt att extrahera och använda det, säger Yanhong He, en doktorand som presenterar arbetet på mötet. Både Huang och He är vid Virginia Polytechnic och State University (Virginia Tech).

Hantverksbryggning har blivit mer populär än någonsin i USA. Denna ökade efterfrågan har lett till en ökning av produktionen, genererar en kraftig ökning av avfallsmaterial från bryggerier, 85% av detta är förbrukad spannmål. Denna biprodukt består av upp till 30 % protein och upp till 70 % fiber, och medan kor och andra djur kanske kan smälta förbrukad spannmål, det är svårt för människor att smälta det på grund av dess höga fiberinnehåll.

För att omvandla detta avfall till något mer funktionellt, Huang och He utvecklade en ny våtmalningsfraktioneringsprocess för att separera proteinet från fibern. Jämfört med andra tekniker, den nya processen är effektivare eftersom forskarna inte behöver torka spannmålen först. De testade tre kommersiellt tillgängliga enzymer - alkalas, neutras och pepsin — i denna process och fann att alkalasbehandling gav den bästa separationen utan att förlora stora mängder av någon av komponenterna. Efter ett siktningssteg, resultatet blev ett proteinkoncentrat och en fiberrik produkt.

Upp till 83% av proteinet i det använda spannmålet återfångades i proteinkoncentratet. Inledningsvis föreslog forskarna att använda det extraherade proteinet som ett billigare, mer hållbar ersättning för fiskmjöl för att mata odlade räkor. Men på senare tid, Huang och He har börjat utforska användningen av proteinet som en ingrediens i livsmedelsprodukter, tillgodose konsumenternas efterfrågan på alternativa proteinkällor.

Dock, som fortfarande lämnade den återstående fiberrika produkten utan en specifik användning. Förra året, Huangs postdoktoral forskare Joshua O'Hair, Ph.D., rapporterade hitta en ny art av Bacillus lichenformis i en källa vid Yellowstone National Park. I tidningen, de noterade att bakterierna kunde omvandla olika sockerarter till 2, 3-butandiol, en förening som används för att tillverka många produkter, som syntetgummi, mjukgörare och 2-butanol, ett bränsle. Så, Han förbehandlade den extraherade fibern med svavelsyra, bröt sedan ner det till sockerarter från cellulosa och hemicellulosa. Hon matade sedan sockerarterna till mikroben, producerar 2, 3-butandiol.

Nästa, teamet planerar att arbeta med att skala upp processen att separera protein- och fiberkomponenterna för att hålla jämna steg med volymen förbrukad spannmål som genereras vid bryggerier. De arbetar också med kollegor för att fastställa den ekonomiska genomförbarheten av separationsprocessen, eftersom de enzymer som för närvarande används för att separera protein- och fiberkomponenterna är dyra. Huang och He hoppas kunna hitta lämpliga enzymer och gröna kemikalier för att göra denna process ännu mer hållbar, skalbar och prisvärd.