科学家报告了一种从啤酒糟中提取蛋白质和纤维的新方法，并将其用于制造新型蛋白质来源、生物燃料等。
家庭酿造爱好者和主要制造商都经历过啤酒制造过程的相同结果：剩余的谷物。一旦从大麦和其他谷物中提取了所有风味，剩下的就是富含蛋白质和纤维的粉末，通常用于牛饲料或垃圾填埋场。今天，科学家们报告了一种从啤酒糟中提取蛋白质和纤维的新方法，并将其用于制造新型蛋白质来源、生物燃料等。
研究人员今天将在美国化学学会 (ACS) 的春季会议上展示他们的研究结果。 ACS Spring 2021 将于 4 月 5 日至 30 日在线举行。现场会议将于 4 月 5 日至 16 日举行，点播和网络内容将持续到 4 月 30 日。会议上有近 9,000 场关于广泛科学主题的演讲。
“酿酒行业迫切需要减少浪费，”该项目的首席研究员黄海波博士说。他的团队与当地啤酒厂合作，想方设法将剩余谷物转化为增值产品。
“与其他农业废弃物相比，废谷物的蛋白质含量非常高，因此我们的目标是找到一种提取和使用它的新方法，”在会议上介绍这项工作的研究生何彦宏说。 Huang和He都在弗吉尼亚理工大学和州立大学（Virginia Tech）。
精酿啤酒在美国比以往任何时候都更受欢迎。这种需求的增加导致产量增加，导致啤酒厂的废料大幅增加，其中 85% 是酒糟。这种副产品含有高达 30% 的蛋白质和高达 70% 的纤维，虽然奶牛和其他动物可能能够消化糟粕，但由于其纤维含量高，人类很难消化。
为了将这种废物转化为更具功能性的东西，黄和何开发了一种新的湿磨分馏工艺，将蛋白质与纤维分离。与其他技术相比，新工艺效率更高，因为研究人员不必先干燥谷物。他们在此过程中测试了三种市售酶——碱性蛋白酶、中性酶和胃蛋白酶——并发现碱性蛋白酶处理提供了最佳分离效果，而不会大量损失任何一种成分。经过筛分后，得到浓缩蛋白和富含纤维的产品。
酒糟中高达 83% 的蛋白质在蛋白质浓缩物中被重新捕获。最初，研究人员建议使用提取的蛋白质作为一种更便宜、更可持续的鱼粉替代品来喂养养殖虾。但最近，Huang 和 He 开始探索将蛋白质用作食品成分，以满足消费者对替代蛋白质来源的需求。
然而，这仍然使剩余的富含纤维的产品没有特定用途。去年，黄的博士后研究员 Joshua O'Hair 博士报告说发现了一种新的 地衣芽孢杆菌 在黄石国家公园的春天。在论文中，他们指出细菌可以将各种糖转化为 2,3-丁二醇，这是一种用于制造许多产品的化合物，例如合成橡胶、增塑剂和 2-丁醇，一种燃料。因此，他用硫酸对提取的纤维进行预处理，然后将其分解为纤维素和半纤维素中的糖。然后她将糖喂给微生物，产生 2,3-丁二醇。
接下来，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。他们还与同事合作确定分离过程的经济可行性，因为目前用于分离蛋白质和纤维成分的酶价格昂贵。 Huang 和 He 希望找到合适的酶和绿色化学品，使这一过程更具可持续性、可扩展性和可负担性。
会议：ACS 2021 年春季会议
标题
啤酒糟同时生产浓缩蛋白和2,3-丁二醇
摘要
啤酒糟 (BSG) 是啤酒酿造过程中产生的最丰富 (85%) 的副产品。目前，BSG主要用作牛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 作为生产生物燃料和蛋白质相关产品的原料具有吸引力。本研究研究了一种从 BSG 中生产浓缩蛋白和 2,3-丁二醇 (2,3-BDO) 的综合方法。
首先对 BSG 进行湿法分馏过程，以使用三种商业蛋白酶（Alcalase、Neutrase 和 Pepsin）以不同的负载量生产浓缩蛋白和富含纤维的产品 (FP)。从优化工艺获得的 FP 用硫酸（0.5 – 3%，v/v）预处理不同时间（15 – 60 分钟），然后用纤维素酶（10 – 40 FPU/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将所得还原糖发酵为2,3-BDO。
结果表明，生产蛋白浓缩物的最佳湿法分馏条件为：20 μL Alcalase/g 干 BSG 酶载量、4 h 孵育时间、50 oC 孵育温度、pH 8.0。在最佳条件下，BSG中高达83%的蛋白质被分离浓缩成蛋白质产物。蛋白质浓缩物中的蛋白质浓度为 41%，大约是 BSG (22%) 的两倍。从 BSG 中去除蛋白质显着提高了还原糖的产量。 FP 用 0.5% H2SO4 在 121 oC 预处理 60 分钟可释放 65% 的木糖。当纤维素酶负载为 10 FPU/g 生物质时，达到峰值葡萄糖浓度 (51 g/L) 和葡萄糖产率 (80%)。 B. licheniformis YNP5-TSU 能够将水解糖发酵成 2,3-BDO。最高的2,3-BDO产率为0.5g/g总还原糖，产率为0.3g/L/h。总体而言，本研究表明，BSG 可以通过集成的生物精炼工艺升级为多种增值产品。
