VIEW ARTICLE    http://dx.doi.org/10.1094/ASBCJ-2014-0327-02

A Comparison of Dilute Acid- and Alkali-Catalyzed Hydrothermal Pretreatments for Bioethanol Production from Brewers’ Spent Grains. Stuart Wilkinson, Brewing Science Section, Division of Food Sciences, The University of Nottingham, Sutton Bonington Campus, Loughborough, Leicestershire LE12 5RD, UK; Katherine A. Smart, SABMiller Plc, SABMiller House, Church Street West, Woking, Surrey, GU21 6HS, UK; and David J. Cook (1), Brewing Science Section, Division of Food Sciences, The University of Nottingham, Sutton Bonington Campus. (1) Corresponding author. E-mail: <david.cook@nottingham.ac.uk>; phone: +44-(0)115-9516245. J. Am. Soc. Brew. Chem. 72(2):143-153, 2014.

Acid- or alkali-catalyzed hydrothermal (121°C, 30 min) processing of brewers’ spent grains were evaluated as pretreatments for subsequent bioethanol production. At 1% (w/v), HCl was the most effective acid and NaOH the most effective alkali pretreatment. However, ~3% (w/v) NaOH was required to generate saccharification yields similar to the 1% HCl system following enzymatic digestion. Each such pretreatment could be operated at 25% solids loading (pretreatment) with high theoretical glucose yields (86% of maximum with 1% HCl hydrothermal treatment; 70% with 3% NaOH) when solid residues were digested with excess Celluclast enzyme. Enzyme hydrolysates resulting from both pretreatments were fermented using Saccharomyces cerevisiae, attaining 70% of theoretical ethanol production within 18 hr. The solid residue following fermentation contained ~25% (w/w) protein (dry basis). The preferred pretreatment was 1% HCl reagent when considering overall sugar yield, including those in the liquor generated during pretreatment. It was further shown that this liquor could be fermented directly, thus enhancing overall process yields. Keywords: Bioethanol, Biofuel, Biorefining, Brewers’ spent grain, Pretreatment

El procesamiento hidrotermal (121ºC, 30 min.) con catalización ácida o alcalina de afrecho cervecero fue evaluado como un pretratamiento para la producción de bioetanol. HCL, 1% p/v, fue el ácido más efectivo, mientras que NaOH fue el álcali más efectivo. Sin embargo, fue necesario utilizar NaOH al 3% p/v para generar un rendimiento de sacarificación similar al de HCL al 1% p/v, después de una digestión enzimática. Cada uno de estos pretratamientos pudo ser operado a una carga de 25% sólidos (pretratamiento) con altos rendimientos teóricos de glucosa (86% del máximo con un tratamiento hidrotermal con HCL al 1%, 70% con NaOH al 3%) cuando se digirieron los residuos sólidos con un exceso de enzimas Celluclast. Hidrolizados enzimáticos de los dos pretratamientos fueron fermentados usando Saccharomyces cerevisiae, alcanzando un 70% de la producción teórica de etanol dentro de 18 horas. Los sólidos residuales después de la fermentación contenían ~25% p/p de proteína (base seca). HCL al un por ciento fue el pretratamiento preferido al considerar el rendimiento total de azúcares, incluyendo aquellos en el licor generado durante el pretratamiento. También se demostró que este licor podía ser fermentado directamente, así mejorando los rendimientos globales del proceso. Palabras claves: Afrecho cervecero, Biocombustible, Bioetanol, Biorefinamiento, Pretratamiento