Advancing Protein Recovery from Brewery Spent Grain Using Enzyme-Assisted Extraction
Cette étude démontre que l'extraction assistée par des enzymes, améliorée par un prétraitement par ultrasons et des conditions d'hydrolyse optimisées, convertit efficacement les drêches de bière brune en concentrés protéiques à haut rendement présentant des capacités de rétention d'eau et d'huile supérieures, adaptées aux applications alimentaires fonctionnelles.
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Chaque fois qu'une brasserie fabrique de la bière, elle laisse derrière elle une montagne de restes humides et fibreux. Ce matériau, connu sous le nom de drêche de bière, est l'enveloppe et la peau de l'orge qui restent après que le moût liquide a été drainé. Il s'agit du sous-produit le plus important de l'industrie de la brasserie, représentant la quasi-totalité des déchets solides générés au cours du processus. À l'échelle mondiale, cela représente plus de quarante millions de tonnes chaque année. Pendant des décennies, ce matériau riche en nutriments a été traité comme une matière première de faible valeur, principalement destinée à l'alimentation du bétail ou au compostage, bien qu'il soit chargé de protéines et de fibres. Alors que le monde cherche des moyens plus durables de nourrir une population croissante, les scientifiques se demandent de plus en plus si ces restes agricoles peuvent être transformés en ingrédients alimentaires précieux plutôt qu'en déchets. Le défi réside dans le fait que les protéines contenues dans le grain sont étroitement piégées à l'intérieur d'une structure ligneuse et robuste faite de fibres végétales, ce qui les rend difficiles à extraire sans utiliser de produits chimiques agressifs ou une chaleur extrême qui pourrait endommager la qualité alimentaire.
Des chercheurs de l'Université des sciences de la vie et des technologies de Lettonie ont entrepris de résoudre ce problème en développant une méthode douce, basée sur les enzymes, pour débloquer la protéine cachée à l'intérieur de la drêche de bière brune. Au lieu d'utiliser des acides ou des bases forts, l'équipe a utilisé des outils biologiques appelés enzymes, qui agissent comme des ciseaux spécialisés capables de couper des parties spécifiques de la structure végétale sans détruire les nutriments. Ils ont commencé avec un échantillon de drêche contenant environ trente grammes de protéines pour cent grammes de matière sèche. Pour rendre le grain plus facile à travailler, ils l'ont d'abord soumis à un traitement par ultrasons, utilisant des ondes sonores pour créer de minuscules vibrations qui desserrent les parois fibreuses et serrées du grain. Cette étape était cruciale car elle a permis d'ouvrir la structure, permettant aux enzymes d'atteindre les protéines piégées à l'intérieur.
L'équipe a ensuite testé une variété de ces ciseaux biologiques pour voir lesquels fonctionnaient le mieux. Ils ont essayé des enzymes qui décomposent directement les protéines, ainsi que d'autres qui dissolvent les fibres végétales entourant les protéines, telles que la cellulose et les bêta-glucanes. Ils les ont testées individuellement et par paires pour voir si le fait de travailler ensemble donnerait de meilleurs résultats. Les expériences ont montré qu'une combinaison d'une enzyme de coupe de protéines neutre et d'une enzyme de dissolution de fibres était l'équipe la plus efficace. Lorsque ces deux enzymes travaillaient ensemble, elles étaient capables de décomposer les couches extérieures robustes du grain et de libérer les protéines dans le liquide beaucoup plus efficacement que n'importe quelle enzyme seule. En augmentant la quantité de ces enzymes et en les laissant travailler pendant une période plus longue, les chercheurs ont réussi à réduire la quantité de protéines laissées dans le résidu solide à un peu plus de treize grammes pour cent grammes de matière sèche. Cela signifiait qu'ils avaient récupéré avec succès plus de la moitié des protéines disponibles dans le grain.
Une fois les protéines extraites et séchées sous forme de poudre, les chercheurs ont examiné leur performance dans des applications alimentaires réelles. Ils ont testé la capacité de la poudre à retenir l'eau et l'huile, ce qui est essentiel pour la confection de produits de boulangerie moelleux ou de vinaigrettes stables. Le concentré de protéines résultant retenait une quantité significative d'eau et d'huile, performent aussi bien ou même mieux qu'un isolat de protéine de soja commercial standard sur certains points de mesure. L'équipe a également vérifié la capacité de la poudre à créer et maintenir une mousse, une propriété importante pour les aliments aériens comme les meringues ou la mousse de bière elle-même. Bien que la mousse créée par la protéine de drêche ne soit pas aussi stable que celle du témoin de soja, elle était néanmoins suffisante pour être utilisée dans de nombreux systèmes alimentaires. La couleur de la nouvelle poudre protéinée était plus foncée et plus jaune que celle de la protéine de soja blanche, résultat des composés naturels présents dans l'orge et des réactions survenues lors du processus de séchage, suggérant qu'elle serait mieux adaptée aux aliments plus sombres où la couleur ne serait pas perceptible.
Enfin, les chercheurs ont examiné la taille des molécules de protéines pour comprendre ce qu'ils avaient créé. L'analyse a révélé que les protéines extraites variaient de quatorze à quarante mille Daltons, une échelle qui correspond aux principales protéines de réserve trouvées dans l'orge, connues sous les noms d'hordeine et de glutéline. Cela a confirmé que le processus avait réussi à isoler les protéines spécifiques qu'ils ciblaient sans les décomposer en fragments inutiles. L'étude conclut que cette approche assistée par les enzymes offre une méthode pratique et écologique pour transformer un flux massif de déchets de brasserie en un ingrédient de haute qualité riche en protéines végétales. En évitant les produits chimiques agressifs et en utilisant des conditions douces, la méthode préserve les qualités fonctionnelles de la protéine, ouvrant la voie aux brasseries pour diversifier leurs produits et à l'industrie alimentaire pour accéder à une nouvelle source durable de nutrition végétale.
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