Advancing Protein Recovery from Brewery Spent Grain Using Enzyme-Assisted Extraction
本研究表明，通过超声波预处理和优化的水解条件增强酶促提取技术，能够有效地将黑啤废麦芽转化为高产蛋白质浓缩物，且该浓缩物具有优异的持水力和持油力，适用于功能性食品领域。
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每当酿酒厂酿造啤酒时，都会留下堆积如山的湿润、纤维状的残留物。这种被称为酿酒废麦渣（brewers' spent grain）的材料，是液体麦汁被滤出后剩余的大麦外壳和皮层。它是酿酒业最大的副产品，占了生产过程中几乎所有的固体废弃物。在全球范围内，这每年高达四千万多吨。几十年来，这种营养丰富的材料一直被视为低价值的商品，主要用于喂养牲畜或进行堆肥，尽管它富含蛋白质和纤维。随着世界寻找更可持续的方式来喂养不断增长的人口，科学家们越来越多地在思考，这些农业残留物是否可以从废物转化为有价值的食品原料。挑战在于，麦渣内部的蛋白质紧紧锁在由植物纤维构成的坚硬、木质化的结构中，这使得在不使用可能破坏食品品质的烈性化学品或极端热量的情况下，很难将其提取出来。
拉脱维亚生命科学与技术大学的研究人员致力于解决这一问题，开发出一种温和的、基于酶的方法，用以解锁深色啤酒废麦渣中隐藏的蛋白质。该团队没有使用强酸或强碱，而是使用了被称为“酶”的生物工具，它们就像专门的剪刀，可以切割植物结构的特定部分，而不会破坏营养成分。他们首先使用一份每百克干物质含有约三十克蛋白质的废麦渣样本作为起始材料。为了使麦渣更容易处理，他们首先对其进行了超声波处理，利用声波产生微小的振动，从而松动麦渣紧密的纤维壁。这一步至关重要，因为它打开了结构，使酶能够接触到被困在内部的蛋白质。
随后，团队测试了各种各样的这些“生物剪刀”，以观察哪些效果最好。他们测试了直接分解蛋白质的酶，以及其他溶解蛋白质周围植物纤维（如纤维素和 β-葡聚糖）的酶。他们分别测试了这些酶，也进行了组合测试，以观察协同作用是否能产生更好的结果。实验表明，一种中性的蛋白质切割酶与一种纤维溶解酶的组合是最有效的搭档。当这两者协同工作时，它们能够比任何单一酶都更高效地分解麦渣坚韧的外层，并将蛋白质释放到液体中。通过增加这些酶的用量并延长其作用时间，研究人员成功将残留在固体残渣中的蛋白质含量降低到了每百克干物质仅略高于十三克。这意味着他们成功回收了麦渣中一半以上的可用蛋白质。
一旦蛋白质被提取并干燥成粉末，研究人员便检查了它们在实际食品应用中的表现。他们测试了该粉末保持水分和油脂的能力，这对于制作湿润的面点或稳定的调料至关重要。所得的蛋白质浓缩物保留了大量的水分和油脂，在某些衡量标准上，其表现与标准的商业大豆分离蛋白不相上下，甚至更好。团队还检查了该粉末制造并维持泡沫的能力，这一特性对于像蛋白霜或啤酒泡沫这类蓬松的食物非常重要。虽然废麦渣蛋白质产生的泡沫稳定性略逊于大豆对照组，但仍足以用于许多食品体系。这种新型蛋白质粉末的颜色比白色的大豆蛋白更深、更偏黄，这是由于大麦中的天然化合物以及干燥过程中发生的反应所致，这表明它最适合用于颜色不会被察觉的深色食品中。
最后，研究人员观察了蛋白质分子的尺寸，以了解他们所创造出的产物。分析显示，提取出的蛋白质分子大小在 14,000 到 40,000 道尔顿之间，这一规模对应于大麦中主要的贮藏蛋白，即麦胶蛋白（hordein）和谷蛋白（glutelin）。这证实了该工艺成功分离了他们目标针对的特定蛋白质，而没有将其分解成无用的碎片。该研究得出结论，这种酶辅助法为将大规模的酿酒废弃物转化为高质量植物蛋白原料提供了一种切实可行且环保的方式。通过避免使用烈性化学品并采用温和条件，该方法保留了蛋白质的功能特性，为酿酒厂实现产品多样化以及食品行业获取新的可持续植物营养来源开辟了道路。
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