Affalds-humlestængel i ølindustrien upcycled til cellulosenanofibre

Cirka tre fjerdedele af biomassen i humleplanter, der bruges til ølfremstilling, ender på lossepladser. Men en gruppe japanske forskere har udviklet en teknik, der 'upcykler' det affald, der hopper over i cellulose -nanofibre (CNF'er). Et papir, der beskriver teknikken, blev offentliggjort i tidsskriftet ACS Agricultural Science &Technology den 11. juni.

I de seneste år, håndværk ølfremstilling er eksploderet i popularitet rundt om i verden, herunder mange ølstile, der gør brug af mange flere og forskellige typer humle end konventionelle kommercielle øl. Et traditionelt konserveringsmiddel i øl, humle tilføjer også en rig bitterhed og giver blomster- eller citrusaromaer og smag. Som resultat, humleproduktionen ramte rekordhøje i 2019.

Imidlertid, kun blomsten af ​​humleplanten bruges til ølfremstilling. stilke og blade, som udgør omkring 75 procent af den biomasse, der produceres i humldyrkning, er typisk brændt eller smidt på en losseplads efter høst. Da omkring 75 % af humleplanterne ender på lossepladser, Teknikken skal reducere ølindustriens voksende affalds- og jordfodaftryk og samtidig skære ned på råolieråstofferne.

En gruppe forskere har udviklet en teknik, der 'upcycler' disse affaldsprodukter ved at bruge humlestængler som råmateriale til at udvinde CNF'er. Siden 2000'erne, der har været stigende interesse for CNF'er på grund af deres fremragende egenskaber, herunder lav vægt og høj styrke og stabilisering. Takket være disse fordele, CNF'er forventes at blive brugt som fremragende plante-afledte materialer til at reducere mængden af ​​petroleumsbaseret plast i forskellige industrielle applikationer såsom bil- og boligindustrien samt fødevare- og kosmetikområder.

"Dette ville virkelig fortjene et solidt 'jubel', hvis vi formåede at reducere afhængigheden af ​​olie og samtidig reducere landbrugsaffaldet fra ølindustrien radikalt, "sagde Izuru Kawamura, lektor i Graduate School of Engineering Science ved Yokohama National University og den ledende forsker på projektet.

CNF'er var blevet udvundet med succes fra træ og fra agroindustrielt affald, såsom ananasblade, bananstængler, grapefrugtskal, og endda brugt kaffegrums fra caféer.

"Men indtil nu, intet forsøg var blevet gjort på at isolere CNF'er fra humlestængler, " tilføjede Kawamura.

Plantecellevægge er lavet af cellulosemikrofibriller, eller meget små og slanke fibre, i en matrix sammensat af lignin og hemicellulose. De særlige kemiske sammensætninger af cellulose, hemicellulose, og lignin varierer meget afhængigt af kilden til fibrene.

Generelt, CNF'er ekstraheres fra træmasse via en række rensningstrin efterfulgt af raffinering via behandling med kemikalier eller enzymer. Tidligere har en teknik, der involverer anvendelse af 2, 2, 6, 6-tetramethylpiperidin-1-oxylradikal (mere enkelt beskrevet som 'TEMPO') til forbehandlet cellulose fra træ efterfulgt af en let mekanisk opløsning i vand havde opnået CNF'er på 3-4 nanometer i bredden.

Forskerne brugte TEMPO-teknikken, men reducerede også forbehandlingsprocesserne til fjernelse af lignin og hemicellulose i humlestængler, der betragtes som lignocellulosefibre forud for TEMPO -trinnet. Selv uden forbehandlingerne, de kunne opnå CNF'er med en median på ca. 2 nanometer. Ved hjælp af den kemiske sammensætningsanalyse, de var i stand til at konkludere, at humlestænglerne indeholdt en andel af cellulose, der er næsten lige stor i forhold til den i træ.

Det betyder, at denne teknik ikke kun kunne erstatte olie, men i en tredje miljøsejr, humleaffald kan også bruges i stedet for træ som en alternativ kilde til CNF'er.

"Du kan endda sige 'tre hurra' for CNF'er fra hop."

Som et næste skridt, holdet ønsker faktisk at forberede nogle emulsioner, der er stabiliseret af humlestammede CNF'er og demonstrere industrien deres gennemførlighed. Hvis det lykkes, de bør føre til en betydelig reduktion i mængden af ​​konventionelle syntetiske overfladeaktive stoffer, der anvendes.