Cargando

cerveza residuos agroindustriales enzimas antioxidantes proteína unicelular revalorización

Revalorización de residuos de la industria cervecera

  • 12 diciembre 2019
  • Por Iliana del Carmen Barrera Martínez

Introducción

De acuerdo con la información publicada por Cerveceros de México (Cámara de la cerveza) en 2018 en nuestro país se produjeron 120 millones de hectolitros de cerveza. Esto posiciona a México como cuarto productor de cerveza a nivel mundial (1). Como toda industria de transformación, la industria de la cerveza genera diversos residuos. Uno de los más abundantes es el residuo de malta de cerveza. El residuo de malta de cerveza (RMC) representa el 85% de los residuos generados por esta industria. Este se obtiene después del proceso de maceración, es la parte insoluble del grano de cebada que está en solución con el mosto es el RMC.  El mosto se filtra para ser fermentado y producir la cerveza, en este proceso se obtiene el RMC como subproducto y debe disponerse (2). Se estima que se producen alrededor de 20 kg de RMC húmedo por cada 100 L de cerveza elaborada (3). Tomando en cuente esto, en México se produjeron en 2018 alrededor de 2,400 millones de kilos de RMC húmedo. La composición general del RMC es fibra (30-50% p/p) y proteína (19-30% p/p), siendo estos los principales nutrientes de la dieta del ser humano lo que lo convierte en una materia prima muy atractiva por su valor nutrimental (2). Adicional a esto, se ha reportado que el RMC también presenta compuestos con importante actividad antioxidante, con potencial beneficio en la salud (4).

Composición química del RMC

La composición química general reportada consiste en hemicelulosa, celulosa, almidón, proteína, lignina, lípidos, cenizas y compuestos fenólicos. La proporción en la que están presentes depende del tipo de proceso que se llevo a cabo para la producción de cerveza e incluso a las condiciones de cultivo y temporada en la que la cebada fue producida y cosechada. En la tabla 1 se presentan los porcentajes en los que varían estos componentes de acuerdo con lo reportado en la literatura (4, 5).

 

Esta particular composición convierte al RMC una potencial materia prima para la obtención de compuesto de interés en la industria farmacéutica, de alimentos y ambiental.

Revalorización del RMC

Debido a su interesante composición del RMC, se han reportado alternativas para su uso como fuente de importantes biomoléculas para el ser humano.

  • Compuestos benéficos para la salud humana. Los componentes que tienen beneficios potenciales en la salud son la fibra (betaglucanos, arabinoxilanos) y compuestos fenólicos (ácidos hidroxicinámicos). Además, la fracción de proteína tiene un contenido relativamente alto de aminoácidos esenciales como la lisina en comparación con otros cereales. El arabinoxilano es el principal constituyente de la hemicelulosa del RMC, y se le atribuyen propiedades de prebiótico e hipoglucemiante (6). La lignina es considerada una importante fuente de fibra (7). A los betaglucanos se les atribuye capacidad de modular el sistema inmune y disminuir el colesterol (8, 9).  La presencia de ácidos hidroxicinámicos, siendo los más abundantes ferúlico y p-cumárico (10) convierte al BSG en una importante fuente de compuestos antioxidantes.
  • Ingrediente para alimentos. Debido a los potenciales beneficios en la salud, el RMC ha sido incorporado como ingrediente en varios alimentos tales como: bebidas de frutas, salchichas, pan, galletas, muffins, pasteles, wafles, tortillas, botanas, donas y brownies (11, 12, 13).  Con esto se busca incrementar las propiedades nutrimentales de los alimentos en donde se integra el RMC. Los alimentos se enriquecen con las propiedades prebióticas y antioxidantes del RMC.
  • Obtención de microorganismos y biomoléculas.

EL RMC ha sido usado como medio de cultivo de diversos microrganismos, con distintos propósitos. Uno de ellos es la producción de enzimas lignocelulósicas utilizando hongos filamentosos. Los hongos, en particular los del filo Ascomycota (Aspergillus, Trichoderma, Fusarium, etc) son degradadores naturales de materiales lignocelulósicos. Además, algunas bacterias de la especie Bacillus, Streptomyces, Bifidobacteriun y Lactobacillus han sido utilizadas para producir enzimas a partir de RMC (14, 15). Algunos ejemplos son, producción de α-amilasa utilizando A. oryzae y Bacillus; producción de celulasas con A. fumigatus, F. oxysporum y Streptomyces malaysiensis y producción de hemicelulasas con Humicola grisea and Penicillium janczewskii (14). Además, el RMC se ha utilizado para producir feruloil esterasas usando bacterias del género Bifidobacterium y Lactobacillus (16). Otra enzima que se ha producido utilizando RMC son lipasas, utilizando levaduras de género Yarrowia y Candida, este trabajo se llevo a cabo en CIATEJ unidad Zapopan.

Otro metabolito que se ha obtenido a partir del RMC es el ácido láctico. Mediante un proceso biotecnológico utilizando L. rhamnosus (17), L. delbrueckii (18) y L. fermentum (19) como agentes fermentativos.  

Cuando se incluye RMC en la masa para hacer pan se favorece la etapa de fermentación, logrando un producto más suave comparado con aquellos en donde no se usa RMC. En las pruebas sensoriales el pan con RMC fue mejor aceptado, al detectar menor dulzura en el producto (20).

En el campo de biocombustibles, el RMC se ha utilizado para la producción de bioetanol y biodiésel, aprovechando los azúcares fermentables y los lípidos, respectivamente, presentes en el residuo (5, 22).

Por otro lado, el RMC también ha demostrado ser un buen componente en medio de cultivo para la obtención de levaduras como proteína unicelular. Se ha trabajado con levaduras como Rhodosporidium toruloides (23), Saccharomyces cerevisiae, Yarrowia lipolytica y Candida utilis.

Conclusiones.

El RMC es una excelente fuente de compuestos bioactivos (antioxidantes y prebióticos) de gran importancia en la salud humana que también puede ser usado como pienso para distintos tipos de ganado. Por otro lado, gracias a su completa composición química, puede ser utilizado como ingrediente para la elaboración de diversos alimentos. Una vez integrado en el alimento, este se verá favorecido en sus cualidades nutrimentales. Se ha demostrado que el contenido de proteína, fibra y compuestos antioxidantes se ve incrementado con la adición de RMC en algunos alimentos. Además, el RMC ha sido utilizado como fuente de carbono e inductor para la producción biotecnológica de importantes biomoléculas como son enzimas, ácido láctico, proteína unicelular, biocombustibles, etc. Por todo esto el RMC es un residuo agroindustrial con gran potencial para ser revalorizado. Con esto se logra disminuir los residuos sólidos en los vertederos y tener una fuente económicamente accesible para la obtención de productos de alto valor agregado.

 

Referencias

1. http://cervecerosdemexico.com/estado-de-la-industria/ accesado el 31/10/19.

2. Mussatto, S. I. (2014) Brewer’s spent grain: A valuable feedstock for industrial applications, J. Sci. Food Agric. 94, 1264–1275.

3. Mussatto, S. I., Dragone, G., and Roberto, I. C. (2006) Brewers’ spent grain: Generation, characteristics and potential applications, J. Cereal Sci. 43, 1–14

4. Steiner, J., Procopio, S., and Becker, T. (2015) Brewer’s spent grain: Source of value-added polysaccharides for the food industry in reference to the health claims, Eur. Food Res. Technol. 241, 303–315

5. Xiros, C., and Christakopoulos, P. (2012) Biotechnological potential of brewers spent grain and its recent applications, Waste Biomass Valorization 3, 213–232.

6. Gomez, B., Miguez, B., Veiga, A., Parajo, J. C., and Alonso, J. L. (2015) Production, purification, and in vitro evaluation of the prebiotic potential of arabinoxylooligosaccharides from brewer’s spent grain, J. Agric. Food Chem. 63, 8429–8438.

7. European Union. Commission Directive 2008/100/EC (2008) Nutrition labelling for foodstuffs as regards recommended daily allowances, energy conversion factors and definitions, Off. J. Eur. Union 285, 9–12.

8. EFSA Panel on Dietetic Products NDA (2011) Scientific opinion on the substantiation of a health claim related to barley beta-glucan and lowering of blood cholesterol and reduced risk of (coronary) heart disease pursuant to Article 14 of Regulation (EC) No 1924/2006, EFSA J. 9, 2470

9. Ma, Y., Hebert, J. R., Li, W., Bertone-Johnson, E. R., Olendzki, B., Pagoto, S. L., Tinker, L., Rosal, M. C., Ockene, I. S., Ockene, J. K., and Griffith, J. A. (2008) Association between dietary fiber and markers of systemic inflammation in the Women’s Health Initiative Observational Study, Nutrition 24, 941–949.

10. Kang, N. J., Lee, K. W., Shin, B. J., Jung, S. K., Hwang, M. K., Bode, A. M., Heo, Y. S., Lee, H. J., and Dong, Z. (2009) Caffeic acid, a phenolic phytochemical in coffee, directly inhibits Fyn kinase activity and UVB-induced COX-2 expression, Carcinogenesis 30, 321–330

11. Mussatto, S. I. (2014) Brewer’s spent grain: A valuable feedstock for industrial applications, J. Sci. Food Agric. 94, 1264–1275.

12. Ainsworth, P., İbanoğlu, Ş., Plunkett, A., İbanoğlu, E., and Stojceska, V. (2007) Effect of brewers spent grain addition and screw speed on the selected physical and nutritional properties of an extruded snack, J. Food Eng. 81, 702–709.

13. Celus, I., Brijs, K., and Delcour, J. A. (2007) Enzymatic hydrolysis of brewers’ spent grain proteins and technofunctional properties of the resulting hydrolysates, J. Agric. Food Chem. 55, 8703–8710.

14. Xu, H., Sun, L., Zhao, D., Zhang, B., Shi, Y., and Wu, Y. (2008) Production of α-amylase by Aspergillus oryzae As 3951 in solid state fermentation using spent brewing grains as substrate,J. Sci. Food Agric. 88, 529–535

15. Hashemi, M., Razavi, S. H., Shojaosadati, S. A., and Mousavi, S. M. (2011) The potential of brewer’s spent grain to improve the production of α-amylase by Bacillussp. KR-8104 in submerged fermentation system, New Biotechnol. 28, 165–172

16. Szwajgier, D., and Dmowska, K. (2010) Novel ferulic acid esterases from Bifidobacterium sp. produced on selected synthetic and natural carbon sources, Acta Sci. Pol. Technol. Aliment. 9, 305–318.

17. Shindo, S., and Tachibana, T. (2004) Production of L-lactic acid from spent grain, a by-product of beer production, J. Inst. Brew. 110, 347–351.

18. Mussatto, S. I., Fernandes, M., Mancilha, I. M., and Roberto, I. C. (2008) Effects of medium supplementation and pH control on lactic acid production from brewer’s spent grain, Biochem. Eng. J. 40, 437–444.

19. Pejin, J., Radosavljević, M., Mojović, L., Kocić-Tanackov, S., and Djukić-Vuković, A. (2015) The influence of calcium-carbonate and yeast extract addition on lactic acid fermentation of brewer’s spent grain hydrolysate, Food Res. Int. 73, 31–37.

20. Waters, D. M., Jacob, F., Titze, J., Arendt, E. K., and Zannini, E. (2012) Fibre, protein and mineral fortification of wheat bread through milled and fermented brewer’s spent grain enrichment, Eur. Food Res. Technol. 235, 767–778.

21. Mallen, E., y  Najdanovic-Visak, V. (2018). Brewers' spent grains: Drying kinetics and biodiesel production. Bioresource Technology Reports, 1, 16-23.

22. Cooray, S. T., Lee, J. J., Chen, W. N. (2017). Evaluation of brewers’ spent grain as a novel media for yeast growth. Amb Express, 7(1), 117.

 

 

Notas
Anteriores

Interacción Luz y Materia: Efecto en Maíz Nativo Pigmentado (Zea mays L.)

04 diciembre 2019

Las interacciones de luz y materia están gobernada por leyes físicas tales como reflex...

Leer más

Estudiante externo del CIATEJ es galardonado en la categoría de Iniciación temprana

26 noviembre 2019

El objetivo general del proyecto busca incrementar el consumo de frijol común (Phaseolus vulg...

Leer más

Biotaller recibe premio de divulgación.

26 noviembre 2019

Este proyecto de ciencia recreativa conformado inicialmente por una serie de 14 talleres y la genera...

Leer más
TODOS LOS DERECHOS RESERVADOS. CIATEJ © 2020