Advancing Protein Recovery from Brewery Spent Grain Using Enzyme-Assisted Extraction
Este estudio demuestra que la extracción asistida por enzimas, mejorada mediante el pretratamiento por ultrasonido y condiciones de hidrólisis optimizadas, convierte eficazmente el bagazo de cerveza oscura en concentrados proteicos de alto rendimiento con capacidades superiores de retención de agua y aceite adecuadas para aplicaciones en alimentos funcionales.
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Cada vez que una cervecería elabora cerveza, deja atrás una montaña de restos húmedos y fibrosos. Este material, conocido como granos gastados de malta, es la cáscara y la piel de la cebada que queda después de que se ha drenado el mosto líquido. Es el subproducto más grande de la industria cervecera, lo que representa casi todos los residuos sólidos generados durante el proceso. A nivel mundial, esto suma más de cuarenta millones de toneladas cada año. Durante décadas, este material rico en nutrientes ha sido tratado como una materia prima de bajo valor, alimentando principalmente al ganado o utilizándose para compostaje, a pesar de estar cargado de proteínas y fibra. Mientras el mundo busca formas más sostenibles de alimentar a una población creciente, los científicos se preguntan cada vez más si estos restos agrícolas pueden transformarse en ingredientes alimentarios valiosos en lugar de desperdicios. El desafío radica en el hecho de que las proteínas dentro del grano están atrapadas fuertemente dentro de una estructura leñosa y dura hecha de fibras vegetales, lo que las hace difíciles de extraer sin utilizar productos químicos agresivos o calor extremo que podrían dañar la calidad del alimento.
Investigadores de la Universidad de Ciencias de la Vida y Tecnologías de Letonia se propusieron resolver este problema desarrollando un método suave, basado en enzimas, para liberar la proteína oculta dentro del grano gastado de cerveza oscura. En lugar de usar ácidos o bases fuertes, el equipo utilizó herramientas biológicas llamadas enzimas, que actúan como tijeras especializadas que pueden cortar partes específicas de la estructura de la planta sin destruir los nutrientes. Comenzaron con una muestra de grano gastado que contenía aproximadamente treinta gramos de proteína por cada cien gramos de material seco. Para facilitar el trabajo con el grano, primero lo sometieron a un tratamiento de ultrasonido, utilizando ondas sonoras para crear diminutas vibraciones que aflojan las paredes fibrosas y apretadas del grano. Este paso fue crucial porque abrió la estructura, permitiendo que las enzimas llegaran a las proteínas atrapadas en su interior.
El equipo probó entonces una variedad de estas tijeras biológicas para ver cuáles funcionaban mejor. Probaron enzimas que descomponen las proteínas directamente, así como otras que disuelven las fibras vegetales que rodean las proteínas, tales como la celulosa y los beta-glucanos. Los probaron de forma individual y en parejas para ver si trabajar juntos daría mejores resultados. Los experimentos demostraron que una combinación de una enzima de corte de proteínas neutra y una enzima disolvente de fibras era el equipo más eficaz. Cuando estas dos trabajaron juntas, fueron capaces de descomponer las capas exteriores duras del grano y liberar las proteínas en el líquido de manera mucho más eficiente de lo que cualquier enzima podría hacerlo por sí sola. Al aumentar la cantidad de estas enzimas y dejarlas trabajar durante un periodo más largo, los investigadores lograron reducir la cantidad de proteína dejada en el residuo sólido a poco más de trece gramos por cada cien gramos de material seco. Esto significó que recuperaron con éxito más de la mitad de la proteína disponible en el grano.
Una vez que las proteínas fueron extraídas y secadas en un polvo, los investigadores examinaron qué tan bien se desempeñarían en aplicaciones alimentarias reales. Probaron la capacidad del polvo para retener agua y aceite, lo cual es esencial para elaborar productos horneados húmedos o aderezos estables. El concentrado de proteína resultante retuvo una cantidad significativa tanto de agua como de aceite, desempeñándose tan bien como o incluso mejor que un aislado de proteína de soja comercial estándar en algunas medidas. El equipo también comprobó qué tan bien podía el polvo crear y mantener la espuma, una propiedad importante para alimentos aireados como los merengues o la propia espuma de la cerveza. Si bien la espuma creada por la proteína del grano gastado no era tan estable como la del control de soja, era aun así suficiente para su uso en muchos sistemas alimentarios. El color del nuevo polvo de proteína era más oscuro y amarillento que el de la proteína de soja blanca, un resultado de los compuestos naturales en la cebada y de las reacciones que ocurrieron durante el proceso de secado, lo que sugiere que sería más adecuado para alimentos oscuros donde el color no se note.
Finalmente, los investigadores analizaron el tamaño de las moléculas de proteína para comprender qué habían creado. El análisis reveló que las proteínas extraídas variaban en tamaño desde los catorce hasta los cuarenta mil Daltons, una escala que corresponde a las principales proteínas de almacenamiento encontradas en la cebada, conocidas como hordeína y glutelina. Esto confirmó que el proceso aisló con éxito las proteínas específicas que estaban buscando sin descomponerlas en fragmentos inútiles. El estudio concluye que este enfoque asistido por enzimas ofrece una forma práctica y ecológica de convertir un enorme flujo de desechos de cervecería en un ingrediente de proteína vegetal de alta calidad. Al evitar los productos químicos agresivos y utilizar condiciones suaves, el método preserva las cualidades funcionales de la proteína, abriendo la puerta para que las cervecerías diversifiquen sus productos y para que la industria alimentaria acceda a una nueva y sostenible fuente de nutrición vegetal.
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