NUOVE FONTI DI PROTEINE

PER L’INDUSTRIA ALIMENTARE NELL’OTTICA DI SOSTENIBILITÀ

DI PROCESSO

PROTEINE INNOVATIVE

I cambiamenti socioeconomici e gli interventi implementati nei decenni nei settori food ed healthcare hanno sostenuto il miglioramento della salute della popolazione globale, sebbene abbiamo assistito alla perpetuazione dell’inefficacia delle politiche di redistribuzione e permangano tutt’ora disparità tangibili nelle condizioni di vita fra determinate regioni del mondo. Lo sviluppo in termini socioeconomici si è inoltre manifestato parallelamente al deterioramento delle condizioni ambientali globali, all’impoverimento e alla constatazione della limitatezza delle risorse correlate al settore food (ref 1). Nonostante l’incremento significativo della produzione alimentare attraverso l’intensificazione dell’agricoltura, i sistemi alimentari hanno dovuto fronteggiare aumenti costanti della domanda, progressive pressioni ambientali e il cambiamento climatico causato dall’uomo influenzerà la qualità e la quantità di cibo che produciamo, così come la nostra capacità di distribuirlo equamente (ref 2). I processi di produzione di proteine animali si sono dimostrati inefficienti per sostenere una popolazione mondiale in aumento e la domanda di fonti proteiche alternative e sostenibili è crescente (ref 3). Questa innovazione deve venire incontro alla necessità di sviluppare processi cost-effective, producendo alimenti sicuri, conformi in termini regolatori e generare filiere produttive in cui non permangano fenomeni di green-washing e carenti metodologie di life cycle assessment. L’ottenimento di nuove fonti proteiche sostenibili rappresenta il core business per un nuovo settore dell’industria alimentare, che si spera si innesti con vigore, consolidi i propri processi e superi la latenza per la produzione su ampia scala.

    INTRODUZIONE

    Il concetto di “sostenibilità” trova la sua origine negli anni ’70 ed ’80, quando si inizia a scolpire una definizione antropocentrica - basata sul principio di equità intergenerazionale - di uno sviluppo in grado di soddisfare i bisogni della generazione attuale senza mettere in pericolo i bisogni delle generazioni future (ref 4). Anni dopo, nel 1997, l’OMS inizia a sottolineare l’importanza di immaginare lo sviluppo sostenibile come un processo volto a migliorare le condizioni di vita delle persone, riconoscendo al tempo stesso che la capacità dell'ambiente di sostenere questo sforzo è limitata (ref 5). Infine, da questa prospettiva più ecocentrica di sviluppo, si giunge alla definizione della FAO in campo alimentare nel 2010, secondo cui i sistemi sostenibili sono quelli in grado di soddisfare i requisiti nutrizionali di sicurezza alimentare, in modo tale da non compromettere la sostenibilità economica, sociale e ambientale delle generazioni future (ref 6).

    IL CONCETTO DI SOSTENIBILITÀ

    FRANCESCO DI GIANNI

    Di Renzo Regulatory Affairs | Italia

    Bio...

    La popolazione globale attualmente raggiunge quasi gli 8 miliardi di persone (ref 7) - con un tasso di crescita dell’1,07% circa all'anno - e si stima raggiungerà la soglia dei 10 miliardi entro il 2050 (ref 8, 9). La richiesta alimentare cresce dal 1950 ed è tutt’ora destinata a incrementare ma, diversamente dagli anni ’50, attualmente le risorse appaiono limitate e l’attività antropica stessa sta modificando rapidamente le condizioni ambientali in cui opera la produzione alimentare (ref 10). Entro il 2050, si dovrebbero produrre 1,250 milioni di tonnellate di carne e prodotti lattiero-caseari all'anno per soddisfare la domanda globale di proteine di origine animale rispettando gli attuali livelli di consumo (ref 11). Questa inevitabile e ulteriore espansione dell'agricoltura e dell’allevamento a sua volta metterà sotto pressione le risorse naturali disponibili, aumentando la deforestazione, le emissioni di gas serra e il consumo di acqua, contribuendo così all'insufficienza ecologica mondiale e all’inasprimento dei cambiamenti climatici (ref 12). L’impatto di questi sulla denutrizione, sui sistemi socioeconomici e sulla sicurezza alimentare è stato descritto da Myers et al (2017) e una sintesi meccanicistica dei fenomeni che lo interessano è presentata in figura.


    PROSPETTIVE PRODUTTIVE PER UNA POPOLAZIONE IN AUMENTO 

    Fonte: Myers et al. Climate Change and Global Food Systems: Potential Impacts on Food Security and Undernutrition. 2017.

    Sono necessarie nuove soluzioni sostenibili per la produzione di fonti proteiche innovative. Le proteine vegetali vengono attualmente prodotte in modo più efficiente e richiedono meno acqua, terra, azoto ed energia fossile rispetto alle proteine di origine animale (ref 13). Di fatto la conversione di biomassa vegetale in proteine animali è un processo inefficiente con un rapporto di 7:1, ovvero sono richiesti circa 7 kg di biomassa vegetale, intesa come mangimi, per produrre 1 kg di carne per il consumo umano (ref 14). Diverse colture vegetali tradizionali come la soia, il riso o i legumi producono proteine con processi largamente più efficienti e utilizzano meno risorse (ref 15). Altre produzioni vantaggiose sono ad esempio i cereali (quali frumento e zeina), i semi (come quelli di chia), il materiale fogliare (come le foglie di moringa) e i legumi (come i fagioli; ref 16). Un altro segmento di industria adopera gli insetti, per cui si hanno nell’UE tre diverse autorizzazioni come novel food e diverse sono in corso di valutazione da parte di EFSA (ref 17). Gli insetti sono probabilmente una delle fonti proteiche alternative più controverse perché in conflitto con le abitudini culturali delle popolazioni occidentali, sebbene il loro consumo sia diffuso in alcuni Paesi dell’Asia, dell’Africa e dell'America Latina, con oltre 2000 specie classificate come commestibili (ref 18). Tuttavia l'uso di insetti trasformati come ingredienti alimentari, ad esempio in polvere, sembra essere un'alternativa che potrebbe aumentare il grado di accettazione da parte dei consumatori (ref 19).

    LA NECESSITÀ DI PROTEINE INNOVATIVE E SOSTENIBILI 

    Una filiera produttiva che sta acquisendo sempre più valore è quella relativa all’ottenimento di proteine da fonti microbiche. Le proteine microbiche o SCP (single cell proteins) sono proteine ottenute da microrganismi unicellulari come i funghi, le microalghe e i batteri. Escludendo il caso dei sistemi open ponds, come quelli usati per alcune microalghe, le colture microbiche generalmente non richiedono grandi quantità di terreno, dal momento in cui si utilizzano bioreattori e fotobioreattori in batch e continui in condizioni controllate (ref 20). Le esigenze metaboliche di questo tipo di organismi sono vantaggiose, in quanto richiedono moli di substrati minime, substrati che possono essere sottoprodotti dell’agricoltura o dell’allevamento. Inoltre è possibile accoppiare la crescita di questi microrganismi all’ottenimento di concimi per l’agricoltura, di biocarburanti e al trattamento dei rifiuti o dei reflui, permettendo il design di processi accoppiati in un’ottica di bioraffineria ed economia circolare del carbonio. I profili amminoacidici e le proprietà tecnologiche delle proteine ottenute cambiano molto in funzione del ceppo microbico utilizzato e del processo produttivo e, oltre a costituire un’ottima fonte di proteine, i microrganismi possono produrre tutta una serie di metaboliti e nutrienti di estremo interesse per i functional foods (ref 21,22).

    SINGLE CELL PROTEINS 

    Durante il programma spaziale condotto negli anni '70, la NASA ha esplorato un modo per nutrire gli astronauti durante i viaggi spaziali attraverso il cosiddetto “Closed Carbon Loop Cycle”, convertendo il carbonio prodotto in cibo. Uno dei processi più promettenti, sia per la sua elevata efficienza nel riciclaggio della CO2 in sottoprodotti utilizzabili e sia per i suoi bassi requisiti energetici e di spazio, si basava sui batteri che fissano l'idrogeno, in particolare Hydrogenomonas (ref 23) . Riprendendo le ricerche della NASA, oggi si stanno sviluppando processi fermentativi in grado di produrre SCP sostenibili richiedendo solo CO2, acqua ed elettricità da fonti rinnovabili, con solamente una piccola quantità di minerali in tracce (ref 24). Processi simili non dipendono dal clima, utilizzano energia elettrica rinnovabile, impiegano la CO2 come fonte di carbonio, emettono quantità minime di CO2 nell’atmosfera, sono rapidi, minimizzano gli spazi richiesti per le colture e possono produrre biomasse con percentuali proteiche consistenti. Come tutti i processi produttivi, esistono dei limiti. Limiti in tema di sicurezza (ad esempio peptidi allergenici o possibili geni di antibiotico-resistenze trasferibili orizzontalmente) o limiti nella processabilità delle proteine ottenute. Lo sviluppo su ampia scala potrebbe avvenire nei prossimi anni, tempo in cui ci si aspetta di vedere le prime richieste di autorizzazione e di valutazione del rischio come novel food da parte di Commissione Europea ed EFSA.

    SINGLE CELL PROTEIN DALL’ARIA