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• brewers' Spent Grain
• by-products
• food upcycling
• metabolomic profiling
• sourdough fermentation

Brewer’s Spent Grain (BSG), the main brewing by-product, is rich in proteins, fibers, and bioactive compounds. Although its recycling promotes sustainability, direct incorporation into baked goods alters the gluten network, increasing dough stiffness and compromising bread texture, which typically limits its use to 10%. To overcome these structural limitations, sourdough fermentation emerges as a promising biotechnological strategy. The aim of this study was to evaluate the impact of different BSG concentrations (5%, 10%, 20%) on the structural, biochemical, nutritional, and sensory properties of sourdough bread, in order to develop high-fiber functional products. Materials and Methods Sourdough starters were prepared using rye flour and BSG (0%, 5%, 10%, 20%), evaluating their pH, titratable acidity (TTA), and microbial viability (lactobacilli, yeasts). The metabolomic profile was analyzed via 1H-NMR spectroscopy, successfully quantifying 36 metabolites. Dough rheology was measured using a rheometer through oscillatory tests. The baked bread was characterized for chemical composition, bake loss, color (CIELab*), texture (TPA), and sensory acceptability. Data were analyzed using ANOVA with Fisher's post hoc test (sourdough/bread) and Kruskal-Wallis with Dunn's test, alongside PCA and Heatmap (metabolomics), setting significance at p < 0.05, to identify significant differences. Main results and conclusions lead to affirm that the high protein and mineral content of BSG acted as a powerful buffer during fermentation, protecting lactic acid bacteria and promoting intense proteolysis with the release of free amino acids and flavor precursors. Although initial dough rheology was weakened by the insoluble fibers, the enzymatic activity generated during fermentation successfully softened the final bread matrix, counteracting the physical rigidity of BSG and preserving crumb softness (TPA) across all formulations. Furthermore, BSG significantly reduced bake loss, increasing overall yield. Sensorially, the 5% substitution matched or exceeded the control, while higher levels introduced undesirable grittiness. In conclusion, sourdough bioprocessing with 5-10% BSG is an optimal strategy to create functional, sustainable baked goods

Il Brewer’s Spent Grain (BSG), o trebbia di birra, è il principale sottoprodotto dell'industria brassicola, ricco di proteine, fibre e composti bioattivi. Sebbene il suo riciclo promuova la sostenibilità, l'aggiunta diretta nei prodotti da forno altera la rete glutinica, aumentando la rigidità dell'impasto e peggiorando la consistenza del pane, limitandone l'uso al 10%. Per superare questi limiti strutturali, la fermentazione con pasta madre emerge come una promettente strategia biotecnologica. Lo scopo di questo studio è stato valutare l'impatto di diverse concentrazioni di BSG (5%, 10%, 20%) sulle proprietà strutturali, biochimiche, nutrizionali e sensoriali del pane a lievitazione naturale, al fine di ottenere prodotti funzionali ad alto contenuto di fibre. Materiali e Metodi Sono stati preparati impasti acidi con farina di segale e BSG (0%, 5%, 10%, 20%), valutandone pH, acidità titolabile (TTA) e vitalità microbica (lattobacilli, lieviti). Il profilo metabolomico è stato analizzato tramite spettroscopia 1H-NMR, quantificando 36 metaboliti. La reologia degli impasti è stata misurata con un reometro (test oscillatori). Il pane cotto è stato caratterizzato per composizione chimica, calo peso, colore, texture (TPA) e accettabilità sensoriale. I dati sono stati analizzati mediante ANOVA con test post-hoc di Fisher (proprietà del pane/lievito madre) e Kruskal-Wallis con test di Dunn, affiancati da PCA e Heatmap (metabolomica), impostando la significatività a p < 0,05, per identificare differenze significative.I risultati hanno portato a concludere che l'elevato contenuto proteico e minerale del BSG ha agito da tampone durante la fermentazione, proteggendo i batteri lattici e favorendo un'intensa proteolisi con rilascio di amminoacidi liberi e precursori aromatici. Nonostante la reologia degli impasti iniziali risultasse indebolita dalle fibre, l'attività enzimatica della fermentazione ha ammorbidito la matrice del pane, contrastando la rigidità del BSG e preservando la sofficità della mollica (TPA) in tutte le formulazioni. Inoltre, il BSG ha ridotto significativamente il calo peso in cottura, aumentando la resa. Sensorialmente, la sostituzione al 5% ha eguagliato o superato il controllo, mentre livelli superiori hanno introdotto una sensazione sgradevole al prodotto. In conclusione, la fermentazione al 5-10% di BSG è una strategia ottimale per creare prodotti da forno funzionali e sostenibili.