Proteine da cellula singola
Le proteine da cellula singola (Single-Cell Proteins o SCP) sono delle fonti di proteine miste estratte da colture varie di alghe, lieviti, muffe o batteri (cresciuti di solito su scarti agricoli) usati come sostituenti per cibi ricchi in proteine, nell'alimentazione umana e animale.
Antefatti[modifica | modifica wikitesto]
Sin dal 2500 AC, il lievito è stato usato nella produzione di pane e bevande. Nel 1781 sono stati introdotti processi per preparare forme altamente concentrate di lievito.
"Cibo dal petrolio"[modifica | modifica wikitesto]
Negli anni '60, i ricercatori della British Petroleum svilupparono ciò che essi definirono "processo per proteine-da-petrolio": una tecnologia per produrre SCP da lievito nutrito con n-paraffina di scarto, un prodotto delle raffinerie petrolifere. Il lavoro di ricerca iniziale è stato compiuto da Alfred Champagnat alla raffineria della BP a Lavera in Francia; un piccolo impianto pilota iniziò ad operare nel marzo del 1963. la costruzione di un secondo impianto pilota, venne autorizzata alla Raffineria di Grangemouth Refinery in Gran Bretagna.[1]
Il termine SCP fu coniato nel 1966 da Carroll L. Wilson del MIT.[2]
L'idea del "cibo dal petrolio" divenne abbastanza popolare negli anni '70, con Champagnat conferito del Premio per la scienza UNESCO nel 1976,[3] e le infrastrutture di lievito nutrito con paraffina vennero costruite in diversi progetti. L'uso principale del prodotto era come cibo per bovini.[4]
L'Unione Sovietica fu entusiasta dell'idea e aprì molti grandi "BVK" (belkovo-vitaminny kontsentrat, ovvero "concentrati proteine-vitamine") nei pressi delle sue raffinerie a Kstovo (1973)[5][6][7] and Kirishi (1974).[8] Il Ministero sovietico per l'industria microbiologica ebbe otto impianti di questo tipo fino al 1989, quando, sotto pressione dei movimenti ambientalisti, il governo decise di chiuderli, o di convertirli per altri processi microbiologici.[8]
Processo produttivo[modifica | modifica wikitesto]
Le SCP vengono prodotte quando microbi fermentano materiali di scarto (compresi legno, paglia, residui della produzione alcolica, idrocarburi, escrementi animali o umani).[9] Il problema nel processo estrattivo da questi terreni di coltura sono la diluizione ed il costo. Essendo le proteine ritrovabili a concentrazioni molto basse, di solito meno del 5%, gli ingegneri hanno sviluppato dei modi per incrementare tale valore compresi centrifughe, flottazione, precipitazioni, coagulamenti e filtrazioni, oppure utilizzando membrane semi-permeabili.
Le proteine da singola cellula devono essere disidratate fino ad approssimativamente il 10% del contenuto della miscela e/o acidificate per aiutare l'immagazzinamento e prevenire decomposizioni. I metodi per incrementare le concentrazioni a livelli adequati e per rimuovere l'acqua richiedono equipaggiamenti costosi e non sempre adatti per operazioni in piccola scala. È economicamente prudente distribuire il prodotto localmente e subito dopo la sua produzione.
La UniBio A/S di Odense, in Danimarca, è una delle poche compagnie che attualmente dispongono della conoscenza necessaria nel campo delle tecnologie fermentative per produrre SCP utilizzabili nell'alimentazione animale. La società possiede una tecnologia detta U-loop, risultato di oltre 30 anni di sviluppo, con cui si può convertire gas naturale in un prodotto proteico molto concentrato (71%) chiamato UniProtein. La tecnologia U-Loop è stata provata su piccola scala all'Università Tecnica della Danimarca, per poi essere testata ulteriormente a livello semi-industriale a Trinidad e Tobago. L'UniProtein è stato approvato come alimento animale dalla Commissione Direttiva 95/33/EC del 10 luglio 1995. Inoltre la Commissione Europea ha approvato con la regolamentazione numero 575 del 16 giugno 2011 l'uso dell'UniProtein per tutti i pesci ed animali da allevamento.[10]
Esempi[modifica | modifica wikitesto]
Fra i micro-organismi sfruttati vi sono i lieviti Saccharomyces cerevisiae, Pichia pastoris, Candida utilis,Torulopsis,Geotrichum candidum e Oidium lactis; alcuni funghi come Aspergillus oryzae, Fusarium venenatum, Sclerotium rolfsii, Polyporus e Trichoderma; il batterio Rhodopseudomonas capsulata[9] e le alghe (Chlorella e Spirulina).[11] La produzione tipica va dal 43 al 56%, con contenuti proteici dal 44% al 60%.[12]
Il fungo Scytalidium acidophilum cresce al di sotto di pH 1, il che comporta dei vantaggi:
- condizioni asettiche economiche;
- si evitano oltre 100 diluizioni di idrolizzazioni acide ai valori di pH necessari per altri microbi;
- dopo aver raccolto la biomassa, si possono riutilizzare gli acidi.[12]
Sicurezza del Prodotto e Qualità[modifica | modifica wikitesto]
Alcuni contaminanti possono produrre micotossine. Alcune SCP batteriche hanno profili amminoacidici differenti da quelli delle proteine animali, col rischio di causare allergie. Le proteine di origine micotica tendono a difettare in metionina.
La biomassa microbica ha un alto contenuto in acidi nucleici, i cui livelli devono essere limitati nelle diete degli animali monogastrici a meno di 50 g al giorno. L'ingestione di composti della purina dalla rottura dell'RNA possono alzare i livelli di acido urico nel plasma sanguigno, causando gozzo e calcoli renali. L'acido urico può essere convertito in allantonina, escreta nell'urina. La rimozione di acidi nucleici non è necessaria per i cibi animali ma lo è per quelli umani. Mantenendo la temperatura a 64 °C si inattivano le proteasi fungine e si permette alle RNAasi di idrolizzare l'RNA rilasciando nucleotidi dalla cellula al brodo della coltura.
Vantaggi della produzione[modifica | modifica wikitesto]
La produzione su larga scala della biomassa microbica ha vari vantaggi sui tradizionali metodi per produrre proteine a scopi alimentari:
1. I microorganismi hanno un alto tasso di crescita ed una rapida successione delle generazioni (alghe: 2–6 ore, lievito: 1–3 ore, batteri: 0.5–2 ore);
2. Essi inoltre possono essere facilmente modificati geneticamente per variare la composizione amminoacidica;
3. La massa asciutta contiene una quantità elevata di proteine, dal 43 all'85%;
4. Si può utilizzare un largo spettro di materiali grezzi come fonti di carbonio, compresi prodotti di rifiuto, il che può aiutare nel riciclo di sostanze altrimenti inquinanti;
5. Ceppi con alti tassi produttivi e buone composizioni possono essere selezionati o prodotti in maniera relativamente facile;
6. La produzione di biomassa microbica avviene in colture continue e la qualità è consistente, dato che la crescita è indipendente dalle variazioni stagionali e climatiche;
7. Il suolo richiesto è poco ed ecologicamente conveniente;[13]
8. Per ogni unità d'area usata, c'è un efficiente tasso di conversione dell'energia solare, facilmente massimizzabile;
9. I prodotti possono essere potenziati tramite facili regolazioni dei fattori fisici e chimici;
10. Le colture di alghe possono essere realizzate in spazi normalmente inutilizzati senza competizione per il suolo.
Le SCP derivate dalla tecnologia U-Loop della UniBio in Danimarca hanno ulteriori benefici quando utilizzate per i pasti animali rispetto a quelli tradizionali. Fra i tanti, vi sono: crescita più veloce e migliore conversione alimentare per polli e maiali, ridotta mortalità per i salmoni.[14]
Svantaggi[modifica | modifica wikitesto]
Anche se le SCP presentano caratteristiche molto interessanti come nutriente per gli esseri umani, ci sono alcuni problemi che scoraggiano la loro adozione su base globale:
- I micro tendono ad avere un’elevata concentrazione di acidi nucleici , in particolare RNA. Il loro livello, nella dieta di animali ed esseri umani, deve essere limitato <50 g al giorno. L’ingestione di purina porta ad un aumento dei livelli di acido urico(che possono causare gotta e calcoli renali). La rimozione di acidi nucleici non è necessaria per gli animali, ma lo è per gli umani. Tuttavia, questo problema può essere risolto, un metodo comune consiste in un trattamento termico che uccide le cellule, inattiva proteasi e permette agli endogeni RNasi di idrolizzare RNA con liberazione dei nucleotidi dalla cellula al brodo di coltura.
- Similmente alle cellule vegetali, la parete cellulare di alcuni microrganismi come alghe e lievito contengono componenti non digeribili, come cellulosa.
- Presentano colori e sapori sgradevoli.
- A seconda del tipo di SCP e le condizioni di coltivazione, occorre prestare attenzione per prevenire e controllare la contaminazione da parte di altri micro commensali. Un approccio interessante per affrontare questo problema è stato proposto con il fungo Scytalidium acidophilum che cresce da un pH 1. Ciò consente di idrolizzare rifiuti di carta e creare condizioni asettiche a basso costo.
Note[modifica | modifica wikitesto]
- ^ J. H. Bamberg, British Petroleum and global oil, 1950–1975: the challenge of nationalism. Volume 3 of British Petroleum and Global Oil 1950–1975: The Challenge of Nationalism, J. H. Bamberg British Petroleum series, Cambridge University Press, 2000, pp. 426–428, ISBN 0-521-78515-4.
- ^ H. W. Doelle, Microbial Process Development, World Scientific, 1994, p. 205.
- ^ (EN) Science Policy and Sustainable Development - 1976: Alfred Champagnat, su unesco.org, UNESCO. URL consultato il 28 gennaio 2016 (archiviato dall'url originale il 10 febbraio 2009). (May have moved to http://unesdoc.unesco.org/images/0011/001111/111158E.pdf)
- ^ National Research Council (U.S.). Board on Science and Technology for International Development, Workshop on Single-Cell Protein: summary report, Jakarta, Indonesia, February 1–5, 1983, National Academy Press, 1983, p. 40.
- ^ Soviet Plant to Convert Oil to Protein for Feed; Use of Yeast Involved, By THEODORE SHABAD. the New York Times, November 10, 1973.
- ^ RusVinyl – Summary of Social Issues[collegamento interrotto] (EBRD)
- ^ Первенец микробиологической промышленности Archiviato il 27 marzo 2019 in Internet Archive. (Microbiological industry's first plant), in: Станислав Марков (Stanislav Markov) «Кстово – молодой город России» (Kstovo, Russia's Young City)
- ^ a b KIRISHI: A GREEN SUCCESS STORY? Archiviato il 7 agosto 2009 in Internet Archive. (Johnson's Russia List, Dec. 19, 2002)
- ^ a b S. Vrati, Single cell protein production by photosynthetic bacteria grown on the clarified effluents of biogas plant, in Applied Microbiology and Biotechnology, vol. 19, 1983, pp. 199–202, DOI:10.1007/BF00256454.
- ^ Unibio | Natural Gas Turned Into Food
- ^ Jean Marx (a cura di), A Revolution in Biotechnology (see Ch. 6 Litchfield), Cambridge University Press, pp. 1–227.
- ^ a b Ivarson KC, Morita H., Single-Cell Protein Production by the Acid-Tolerant Fungus Scytalidium acidophilum from Acid Hydrolysates of Waste Paper., in Appl Environ Microbiol., vol. 43, n. 3, 1982, pp. 643–647, PMC 241888, PMID 16345970.
- ^ (EN) Dorian Leger, Silvio Matassa e Elad Noor, Photovoltaic-driven microbial protein production can use land and sunlight more efficiently than conventional crops, in Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 118, n. 26, 29 giugno 2021, DOI:10.1073/pnas.2015025118. URL consultato il 27 febbraio 2022.
- ^ What Is Uniprotein® | Unibio
| Controllo di autorità | GND (DE) 4151457-9 |
|---|