Advancing Protein Recovery from Brewery Spent Grain Using Enzyme-Assisted Extraction
تُثبت هذه الدراسة أن الاستخلاص بمساعدة الإنزيمات، المعزز بالمعالجة المسبقة بالموجات فوق الصوتية وظروف التحلل المائي المُحسّنة، يحول بفعالية بقايا الشعير من الجعة الداكنة إلى مركزات بروتينية عالية الإنتاجية ذات قدرات فائقة على الاحتفاظ بالماء والزيت، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات الأغذية الوظيفية.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
في كل مرة تقوم فيها دار لإنتاج الجعة بصنع الجعة، تترك وراءها جبلًا من البقايا الرطبة الليفية. هذه المادة، المعروفة باسم "تفل الشعير المستهلك"، هي قشرة وجلد الشعير التي تبقى بعد تصريف سائل "الوورت" (المستخلص). وهي أكبر منتج ثانوي لعملية صناعة الجعة، حيث تمثل تقريبًا كل النفايات الصلبة المتولدة خلال هذه العملية. وعالميًا، يصل هذا المبلغ إلى أكثر من أربعين مليون طن سنويًا. ولعقود من الزمن، عُوملت هذه المادة الغنية بالعناصر الغذائية كسلعة منخفضة القيمة، حيث تُستخدم غالبًا لتغذية الماشية أو للتسميد، على الرغم من كونها غنية بالبروتين والألياف. وبينما يبحث العالم عن طرق أكثر استدامة لإطعام سكان العالم المتزايدين، يتساءل العلماء بشكل متزايد عما إذا كان يمكن تحويل هذه البقايا الزراعية إلى مكونات غذائية قيمة بدلاً من اعتبارها نفايات. ويكمن التحدي في حقيقة أن البروتينات داخل الحبوب محاصرة بإحكام داخل بنية خشبية صلبة مكونة من ألياف نباتية، مما يجعل من الصعب استخراجها دون استخدام مواد كيميائية قاسية أو حرارة شديدة قد تضر بجودة الغذاء.
لقد سعى باحثون في جامعة لاتفيا لعلوم وتكنولوجيا الحياة لحل هذه المشكلة من خلال تطوير طريقة لطيفة تعتمد على الإنزيمات لفتح البروتين المخفي داخل تفل الجعة الداكنة. وبدلاً من استخدام الأحماض أو القواعد القوية، استخدم الفريق أدوات بيولوجية تسمى الإنزيمات، والتي تعمل مثل "مقصات متخصصة" يمكنها قطع أجزاء معينة من بنية النبات دون تدمير العناصر الغذائية. بدأوا بعينة من التفلة التي تحتوي على حوالي ثلاثين جرامًا من البروتين في كل مائة جرام من المادة الجافة. ولجعل الحبوب أسهل في التعامل معها، أخضعوها أولاً لمعالجة بالموجات فوق الصوتية، باستخدام الموجات الصوتية لخلق اهتزازات دقيقة تعمل على إرخاء الجدران الليفية الضيقة للحبوب. كانت هذه الخطوة حاسمة لأنها فتحت البنية، مما سمح للإنزيمات بالوصول إلى البروتينات المحاصرة بالداخل.
بعد ذلك، اختبر الفريق مجموعة متنوعة من هذه "المقصات البيولوجية" لمعرفة أي منها يعمل بشكل أفضل. فقد جربوا إنزيمات تكسر البروتينات مباشرة، بالإضافة إلى إنزيمات أخرى تذيب الألياف النباتية المحيطة بالبروتينات، مثل السليلوز والبيتا جلوكان. واختبروا هذه الإنزيمات بشكل فردي وفي أزواج لمعرفة ما إذا كان العمل معًا سيؤدي إلى نتائج أفضل. وأظهرت التجارب أن الجمع بين إنزيم محايد لقطع البروتين وإنزيم مذيب للألياف كان الفريق الأكثر فعالية. فعندما عمل هذان النوعان معًا، تمكنا من تكسير الطبقات الخارجية الصلبة للحبوب وإطلاق البروتينات في السائل بكفاءة أكبر بكما لو عمل أي منهما بمفرده. ومن خلال زيادة كمية هذه الإنزيمات وتركها تعمل لفترة أطول، تمكن الباحثون من تقليل كمية البروتين المتبقية في البقايا الصلبة إلى ما يزيد قليلاً عن ثلاثة عشر جرامًا لكل مائة جرام من المادة الجافة. وهذا يعني أنهم نجحوا في استعادة أكثر من نصف البروتين المتاح في الحبوب.
بمجرد استخراج البروتينات وتجفيفها على شكل مسحوق، فحص الباحثون مدى كفاءة أدائها في التطبيقات الغذائية الحقيقية. واختبروا قدرة المسحوق على الاحتفاظ بالماء والزيت، وهو أمر ضروري لصنع المخبوزات الرطبة أو التتبيلات المستقرة. وقد احتفظ مركز البروتين الناتج بكمية كبيرة من كل من الماء والزيت، وأدى أداءً يضاهي أو حتى يتفوق على عازل بروتين الصويا التجاري القياسي في بعض المقاييس. كما تحقق الفريق من مدى قدرة المسحوق على إنشاء الرغوة والحفاظ عليها، وهي خاصية مهمة للأطعمة الهوائية مثل المارينج أو رغوة الجعة نفسها. ورغم أن الرغوة التي صنعها بروتين تفل الشعير لم تكن مستقرة تمامًا مثل رغوة الصويا المستخدمة كعينة ضابطة، إلا أنها كانت كافية للاستخدام في العديد من النظم الغذائية. وكان لون مسحوق البروتين الجديد داكنًا وأكثر اصفرارًا من بروتين الصويا الأبيض، نتيجة لمركبات طبيعية في الشعير وتفاعلات حدثت أثناء عملية التجفيف، مما يشير إلى أنه سيكون الأنسب للأطعما الداكنة حيث لن يكون اللون ملحوظًا.
أخيرًا، نظر الباحثون في حجم جزيئات البروتين لفهم ما صنعوه. وكشف التحليل أن البروتينات المستخرجة تراوحت أحجامها بين أربعة عشر وأربعين ألف دالتون، وهو مقياس يتوافق مع بروتينات التخزين الرئيسية الموجودة في الشعير، والمعروفة باسم "هوردين" و"غلوتين". وقد أكد هذا أن العملية نجحت في عزل البروتينات المحددة التي كانوا يستهدفونها دون تكسيرها إلى قطع عديمة الفائدة. وتخلص الدراسة إلى أن هذا النهج المدعوم بالإنزيمات يوفر طريقة عملية وصديقة للبيئة لتحويل تدفق هائل من نفايات المصانع إلى مكون بروتيني نباتي عالي الجودة. ومن خلال تجنب المواد الكيميائية القاسية واستخدام ظروف معتدلة، تحافظ هذه الطريقة على الخصائص الوظيفية للبروتين، مما يفتح الباب أمام شركات الجعة لتنويع منتجاتها ولصناعة الأغذية للوصه إلى مصدر مستدام جديد للتغذية النباتية.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.