Ongeveer driekwart van de biomassa in hopplanten die bij de bierbereiding worden gebruikt, komt op stortplaatsen terecht. Maar een groep Japanse onderzoekers heeft een techniek ontwikkeld die die afvalhop 'upcyclet' tot cellulose-nanovezels (CNF's). Een paper waarin de techniek wordt beschreven, is gepubliceerd in het tijdschrift ACS Landbouwwetenschap en -technologie op 11 juni

In de laatste paar jaren, het maken van ambachtelijk bier is over de hele wereld enorm populair geworden, waaronder veel bierstijlen die gebruik maken van veel meer en verschillende soorten hop dan conventionele commerciële bieren. Een traditioneel conserveermiddel in bier, hop voegt ook een rijke bitterheid toe en geeft bloemige of citrusaroma's en smaken. Als resultaat, hopproductie bereikte een recordhoogte in 2019.

Echter, alleen de bloem van de hopplant wordt gebruikt bij het maken van bier. De stengels en bladeren, die ongeveer 75 procent uitmaken van de biomassa die in de hopteelt wordt geproduceerd, worden meestal na de oogst verbrand of op een stortplaats gegooid. Aangezien ongeveer 75% van de hopplanten op stortplaatsen terechtkomt, de techniek moet het groeiende afval- en landvoetafdruk van de bierindustrie verminderen en tegelijkertijd bezuinigen op aardoliegrondstoffen.

Een groep onderzoekers heeft een techniek ontwikkeld die deze afvalproducten 'upcyclet' door hopstengels als grondstof te gebruiken om CNF's te extraheren. Sinds de jaren 2000, er is een toenemende belangstelling voor CNF's vanwege hun uitstekende eigenschappen, inclusief laag gewicht en hoge sterkte en stabilisatie. Dankzij die voordelen Verwacht wordt dat CNF's zullen worden gebruikt als uitstekende plantaardige materialen voor het verminderen van de hoeveelheid op aardolie gebaseerde kunststoffen in verschillende industriële toepassingen, zoals de auto- en woningindustrie, evenals in de voedings- en cosmetische sector.

"Dit zou echt een hartelijk 'proost' verdienen als we erin zouden slagen de afhankelijkheid van aardolie te verminderen en tegelijkertijd het landbouwafval van de bierindustrie radicaal te verminderen, " zei Izuru Kawamura, universitair hoofddocent aan de Graduate School of Engineering Science aan de Yokohama National University en de hoofdonderzoeker van het project.

CNF's zijn met succes gewonnen uit hout en uit agro-industrieel afval zoals ananasbladeren, bananen stengels, grapefruit schillen, en zelfs koffiedik uit cafés uitgegeven.

"Maar tot nu toe er was geen poging gedaan om CNF's uit hopstelen te isoleren, " voegde Kawamura eraan toe.

Plantencelwanden zijn gemaakt van cellulose microfibrillen, of zeer kleine en slanke vezels, in een matrix bestaande uit lignine en hemicellulose. De bijzondere chemische samenstellingen van cellulose, hemicellulose, en lignine variëren sterk, afhankelijk van de bron van de vezels.

Over het algemeen, CNF's worden geëxtraheerd uit houtpulp via een reeks zuiveringsstappen gevolgd door verfijning via behandeling met chemicaliën of enzymen. Eerder, een techniek waarbij 2, 2, 6, 6-tetramethylpiperidine-1-oxylradicaal (eenvoudiger omschreven als 'TEMPO) aan voorbehandelde cellulose uit hout gevolgd door een zachte mechanische desintegratie in water had CNF's van 3-4 nanometer breed verkregen.

De onderzoekers gebruikten de TEMPO-techniek, maar verminderde ook de voorbehandelingsprocessen voor het verwijderen van lignine en hemicellulose in hopstelen die worden beschouwd als lignocellulosevezels voorafgaand aan de TEMPO-stap. Ook zonder de voorbehandelingen, ze konden CNF's verkrijgen met een mediaan van ongeveer 2 nanometer. Met behulp van de chemische samenstellingsanalyse, ze konden concluderen dat de hopstengels een aandeel cellulose bevatten dat bijna gelijk is aan dat van hout.

Dit betekent dat deze techniek niet alleen aardolie zou kunnen vervangen, maar in een derde milieuwinst, hopafval kan ook worden gebruikt in plaats van hout als alternatieve bron voor CNF's.

"Je zou zelfs 'drie hoeraatjes' kunnen zeggen voor CNF's uit hop."

Als volgende stap, het team wil daadwerkelijk enkele emulsies bereiden die zijn gestabiliseerd door CNF's afkomstig van hopstammen en de haalbaarheid ervan aan de industrie demonstreren. Indien succesvol, ze zouden moeten leiden tot een significante vermindering van de gebruikte hoeveelheid conventionele synthetische oppervlakteactieve stoffen.