Cirka tre fjärdedelar av biomassan i humleplantor som används vid öltillverkning hamnar på deponier. Men en grupp japanska forskare har utvecklat en teknik som "uppgraderar" avfallet humle till cellulosananofibrer (CNF). Ett papper som beskriver tekniken publicerades i tidskriften ACS Agricultural Science &Technology den 11 juni.

Under de senaste åren, hantverksöltillverkning har exploderat i popularitet runt om i världen, inklusive många ölstilar som använder många fler och olika typer av humle än konventionella kommersiella öl. Ett traditionellt konserveringsmedel i öl, humle ger också en rik bitterhet och ger blommor eller citrusaromer och smaker. Som ett resultat, humleproduktionen slog rekord under 2019.

Dock, endast humleväxtens blomma används vid öltillverkning. stjälkar och blad, som utgör cirka 75 procent av den biomassa som produceras i humleodlingen, bränns eller kastas vanligtvis på en deponi efter skörd. Eftersom cirka 75 % av humleplantorna hamnar på deponier, Tekniken bör minska ölindustrins växande avfall och markfotavtryck samtidigt som den minskar på petroleumråvaror.

En grupp forskare har utvecklat en teknik som "uppcyklar" dessa avfallsprodukter genom att använda humlestammar som råmaterial för att extrahera CNF. Sedan 2000-talet, intresset för CNF har ökat på grund av deras enastående egenskaper, inklusive låg vikt och hög styrka och stabilisering. Tack vare dessa fördelar, CNF förväntas användas som utmärkta växtbaserade material för att minska mängden petroleumbaserad plast i olika industriella tillämpningar, till exempel fordons- och bostadsindustri samt livsmedels- och kosmetiska områden.

"Detta skulle verkligen förtjäna ett hjärtligt 'jubel' om vi lyckades minska beroendet av petroleum samtidigt som vi radikalt minskade jordbruksavfallet från ölindustrin, " sa Izuru Kawamura, docent vid Graduate School of Engineering Science vid Yokohama National University och ledande forskare i projektet.

CNF hade framgångsrikt utvunnits från trä och från agroindustriellt avfall som ananasblad, bananstjälkar, grapefruktskal, och till och med spenderat kaffesumpar från kaféer.

"Men tills nu, inget försök hade gjorts att isolera CNF från humlestammar, " tillade Kawamura.

Växts cellväggar är gjorda av cellulosamikrofibriller, eller mycket små och smala fibrer, i en matris som består av lignin och hemicellulosa. Den speciella kemiska sammansättningen av cellulosa, hemicellulosa, och lignin varierar kraftigt beroende på fibrernas källa.

Rent generellt, CNF extraheras från trämassa via en serie reningssteg följt av förädling genom behandling med kemikalier eller enzymer. Tidigare, en teknik som involverar tillämpning av 2, 2, 6, 6-tetrametylpiperidin-1-oxyl-radikal (beskrivs enklare som 'TEMPO) till förbehandlad cellulosa från trä följt av en försiktig mekanisk sönderdelning i vatten hade erhållit CNF på 3-4 nanometer i bredd.

Forskarna använde TEMPO-tekniken, men minskade också förbehandlingsprocesserna för att ta bort lignin och hemicellulosa i humlestammar som anses vara lignocellulosafibrer före TEMPO-steget. Även utan förbehandlingarna, de kunde få CNF med en median på cirka 2 nanometer. Med hjälp av analys av kemisk sammansättning, de kunde dra slutsatsen att humlestjälkarna innehöll en andel cellulosa som är nästan lika stor som den i trä.

Detta betyder att inte bara denna teknik kan ersätta petroleum, men i en tredje miljövinst, humleavfall skulle också kunna användas istället för trä som en alternativ källa för CNF.

"Du kan till och med säga "tre heja" för CNFs från humle."

Som ett nästa steg, teamet vill faktiskt förbereda några emulsioner som stabiliserats av humlestam-härledda CNFs och visa för industrin deras genomförbarhet. Om det lyckas, de bör leda till en betydande minskning av mängden konventionella syntetiska ytaktiva ämnen som används.