Advancing Protein Recovery from Brewery Spent Grain Using Enzyme-Assisted Extraction
Questo studio dimostra che l'estrazione assistita da enzimi, potenziata dal pretrattamento con ultrasuoni e da condizioni di idrolisi ottimizzate, converte efficacemente la granella esausta di birra scura in concentrati proteici ad alta resa con capacità di ritenzione di acqua e olio superiori, adatti per applicazioni in alimenti funzionali.
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Ogni volta che un birrificio produce birra, lascia dietro di sé una montagna di scarti umidi e fibrosi. Questo materiale, noto come amido di malto esausto (spent grain), è la buccia e la pelle dell'orzo che rimangono dopo che il mosto liquido è stato drenato. È il singolo più grande sottoprodotto dell'industità birraia, rappresentando quasi tutti i rifiuti solidi generati durante il processo. A livello globale, questo ammonta a oltre quaranta milioni di tonnellate ogni anno. Per decenni, questo materiale ricco di nutrienti è stato trattato come una materia prima di basso valore, venendo per lo più utilizzato come mangime per il bestiame o per il compostaggio, nonostante sia ricco di proteine e fibre. Mentre il mondo cerca modi più sostenibili per nutrire una popolazione in crescita, gli scienziati si chiedono sempre più spesso se questi scarti agricoli possano essere trasformati in preziosi ingredienti alimentari invece che in rifiuti. La sfida risiede nel fatto che le proteine all'interno del cereale sono intrappolate strettamente in una struttura coriacea e legnosa fatta di fibre vegetali, il che le rende difficili da estrarre senza utilizzare sostanze chimiche aggressive o calore estremo che potrebbero danneggiare la qualità del cibo.
I ricercatori dell'Università delle Scienze e delle Tecnologie della Vita della Lettonia si sono posti l'obiettivo di risolvere questo problema sviluppando un metodo delicato, basato su enzimi, per sbloccare la proteina nascosta all'interno del residuo di birra scura. Invece di usare acidi o basi forti, il team ha utilizzato strumenti biologici chiamati enzimi, che agiscono come forbici specializzate capaci di tagliare parti specifiche della struttura della pianta senza distruggere i nutrienti. Sono partiti da un campione di amido esausto che conteneva circa trenta grammi di proteine in ogni cento grammi di materiale secco. Per rendere il cereale più facile da lavorare, lo hanno prima sottoposto a un trattamento a ultrasuoni, utilizzando onde sonore per creare piccole vibrazioni che allentano le pareti fibrose e strette del cereale. Questo passaggio è stato cruciale perché ha aperto la struttura, permettendo agli enzimi di raggiungere le proteine intrappolate all'interno.
Il team ha poi testato una varietà di queste "forbici biologiche" per vedere quali funzionassero meglio. Hanno provato enzimi che scindono direttamente le proteine, così come altri che dissolvono le fibre vegetali che circondano le proteine, come cellulosa e beta-glucani. Li hanno testati singolarmente e in coppia per vedere se il lavoro combinato producesse risultati migliori. Gli esperimenti hanno dimostrato che una combinazione di un enzima a neutralità proteica e un enzima che dissolve le fibre era la squadra più efficace. Quando questi due lavoravano insieme, erano in grado di scomporre gli strati esterni coriacei del cereale e rilasciare le proteine nel liquido in modo molto più efficiente rispetto a quanto potesse fare un singolo enzima da solo. Aumentando la quantità di questi enzimi e lasciandoli lavorare per un periodo più lungo, i ricercatori sono riusciti a ridurre la quantità di proteine rimaste nel residuo solido a poco più di tredici grammi per cento grammi di materiale secco. Ciò significa che sono riusciti con successo a recuperare più della metà della proteina disponibile dal cereale.
Una volta estratte e asciugate sotto forma di polvere, i ricercatori hanno esaminato quanto bene queste si sarebbero comportate in applicazioni alimentari reali. Hanno testato la capacità della polvere di trattenere acqua e olio, il che è essenziale per la produzione di prodotti da forno umidi o condimenti stabili. La concentrata proteico risultante tratteneva una quantità significativa sia di acqua che di olio, con prestazioni pari o addirittura superiori a quelle di un comune isolato proteico di soia commerciale in alcune misurazioni. Il team ha anche controllato quanto bene la polvere potesse creare e mantenere la schiuma, una proprietà importante per alimenti ariosi come le meringhe o la stessa schiuma della birra. Sebbene la schiuma creata dalla proteina del residuo di cereale non fosse stabile quanto quella del controllo di soia, era comunque sufficiente per l'uso in molti sistemi alimentari. Il colore della nuova polvere proteica era più scuro e giallastro rispetto alla proteina di soia bianca, un risultato dovuto ai composti naturali presenti nell'orzo e alle reazioni avvenute durante il processo di essiccazione, suggerendo che sarebbe più adatta a cibi più scuri dove il colore non sarebbe evidente.
Infine, i ricercatori hanno esaminato la dimensione delle molecole proteiche per capire cosa avessero creato. L'analisi ha rivelato che le proteine estratte variavano da quattordici a quarantamila Dalton, una scala che corrisponde alle principali proteine di riserva dell'orzo, note come hordeina e glutelina. Ciò ha confermato che il processo ha isolato con successo le specifiche proteine che stavano prendendo di mira senza scomporle in frammenti inutili. Lo studio conclude che questo approccio assistito da enzimi offre un modo pratico ed ecologico per trasformare un enorme flusso di scarti della birra in un ingrediente proteico vegetale di alta qualità. Evitando sostanze chimiche aggressive e utilizzando condizioni miti, il metodo preserva le qualità funzionali della proteina, aprendo la strada alle birrerie per diversificare i propri prodotti e all'industria alimentare per accedere a una nuova, sostenibile fonte di nutrizione vegetale.
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