Proteínas alternativas y cómo podrían desafiar el statu quo del sistema alimentario

Rouyu Wu está comprometida con la conexión de las tecnologías limpias con los mercados para un futuro sostenible y comenzó a trabajar como voluntaria en la Fundación Solar Impulse en 2020. Actualmente es Directora de Innovación e Inversión en Dao Foods Inc, un inversor e incubadora en fase inicial centrado en la industria de las proteínas alternativas de China para apoyar a las empresas invertidas y las operaciones de la incubadora en materia de innovación, finanzas, inversión y financiación, y actividades industriales.

Proporcionar a la creciente población una nutrición suficiente y de alta calidad es una tarea urgente. Los sistemas alimentarios son responsables de entre el 23 y el 42% de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero, y los alimentos de origen animal se consideran los mayores contribuyentes. Por otra parte, la inseguridad alimentaria y la malnutrición siguen siendo generalizadas, con más de 188 millones de niños menores de 5 años demasiado bajos para su edad o demasiado delgados para su estatura. Los cambios en la dieta hacia una alimentación más sostenible pueden mitigar el cambio climático, aportar beneficios para la salud y apoyar los ODS, como se pide en el último Sexto Informe de Evaluación del IPCC. Parte de este cambio puede apoyarse en el desarrollo de productos proteicos alternativos.

Los tres pilares principales de la tecnología de las proteínas alternativas

Los productos proteínicos alternativos son aquellos que reproducen la experiencia sensorial y los beneficios nutricionales del consumo de alimentos de origen animal. Los productos van desde los lácteos, los huevos y la carne hasta el pescado y el marisco. Los formatos de los productos son diversos, incluyendo, entre otros, los productos frescos, los productos 3R (listos para comer, listos para calentar y listos para cocinar), los alimentos funcionales, los aperitivos y los ingredientes y aditivos alimentarios comerciales o domésticos de origen animal. Diferentes productos y aplicaciones requieren diferentes innovaciones y desarrollos tecnológicos. En general, se reconocen los tres pilares principales de la tecnología de las proteínas alternativas en este sector naciente pero de rápido crecimiento: proteínas de origen vegetal, proteínas derivadas de la fermentación microbiana y proteínas cultivadas con células.

Proteínas de origen vegetal

Los ingredientes vegetales proceden de los cultivos y se procesan por medios mecánicos, químicos o biológicos para sustituir los compuestos funcionales o nutricionales de los productos animales, como las proteínas, los lípidos y las fibras, entre otros. El desarrollo de los cultivos, la optimización de los ingredientes y la formulación y fabricación del producto final son las tres etapas generales en las que se desarrolla la I+D.

La soja, los guisantes, el arroz, el trigo y el frijol mungo son las materias primas más utilizadas por sus características nutricionales, funcionales y de procesamiento. Los científicos y empresarios buscan nuevas fuentes de proteínas en el reino vegetal, como las habas, la lenteja de agua y las semillas de colza. El ingrediente superhéroe de Sustainable Planet Ltd, la proteína de la lenteja de agua, es uno de estos nuevos ingredientes tan esperados. Al mismo tiempo, se recurre a toda una serie de técnicas de cultivo o se están desarrollando, desde los métodos de cultivo convencionales hasta los modernos métodos de ingeniería genética, para optimizar el contenido de proteínas, la calidad y la función de los cultivos. Por ejemplo, las semillas de soja sin sabor inherente a la carne pueden ahorrar el trabajo de procesamiento posterior y aumentar la aceptación del consumidor.

La investigación y el desarrollo también desempeñan un papel una vez que se han producido estos cultivos. Las plantas se muelen, se extraen y se transforman en fracciones de ingredientes purificados y concentrados, normalmente en dos formas, concentrados o aislados de proteínas. En este punto, algunas proteínas vegetales se someten a un procesamiento aún mayor, como la hidrólisis, para mejorar sus propiedades funcionales para aplicaciones específicas.

Por último, durante la fase de formulación y fabricación del producto, se añaden agua, aceite, aglutinantes alimentarios, aditivos, aromatizantes y otras formulaciones a los ingredientes base reconstituidos para conseguir la textura y los atributos sensoriales deseados. Después, la mezcla de ingredientes se estructura y se da forma a los productos finales mediante diversos métodos, como el estiramiento, el prensado, el plegado, la estratificación, la extrusión y la impresión en 3D, entre otros. Los productos alimentarios 3R de Garden Gourmet, como hamburguesas, salchichas y muchos otros, están disponibles para que los consumidores los prueben.

Proteínas derivadas de la fermentación microbiana

El ser humano tiene una larga historia de uso de la tecnología de la fermentación. La fermentación es el proceso de producción de biomasa de células enteras o fracciones valiosas de la misma, basado en el crecimiento de cualquier especie microbiana en un entorno controlado. La fermentación es muy esperada por su capacidad de producir alimentos de manera ultra eficiente. Hay tres tipos de fermentación que se utilizan en el sector de las proteínas alternativas: la fermentación tradicional, la fermentación de biomasa y la fermentación de precisión.

Algunos de nuestros alimentos favoritos, como el vino, la cerveza, el pan y el yogur, se basan en la fermentación tradicional. El uso de microorganismos activos de origen natural, como la levadura, en materias primas como la masa de harina, confiere propiedades organolépticas y nutricionales únicas a los productos resultantes. El alimento tradicional indonesio, el tempeh, es un gran ejemplo. Las judías se fermentan con el hongo Rhizopus y se comprimen en tortas densas y masticables con una textura carnosa. Ahora es una alternativa cárnica vegana de moda. Aunque el proceso utilizado para la fermentación de la biomasa es similar al de la fermentación tradicional, se basa en la proliferación de microorganismos que tienen un alto contenido en proteínas. Los hongos y las algas son dos tipos de microorganismos comúnmente utilizados en la fermentación de la biomasa. En esta onda microbiana, la proteína basada en Euglena gracilis de Noblegen y la proteína basada en Chlorella de Alver no se quedan atrás. Aparte de los otros dos métodos, la fermentación de precisión utiliza microorganismos como fábricas celulares para producir moléculas objetivo. Durante el proceso, se inserta un fragmento de ADN de la molécula objetivo en un microorganismo anfitrión. Se elige la levadura, la bacteria, la microalga o el hongo, dependiendo de lo que mejor se adapte a la molécula objetivo. La fermentación de precisión no es nueva en la industria biofarmacéutica. La insulina sintética es el primer producto de este método de producción. Muy esperado por la industria alimentaria, puede utilizarse para fabricar proteínas, grasas, aromas, vitaminas, pigmentos colorantes, etc.

Imagen de Chokniti Khongchum de Pixabay

Como los microorganismos desempeñan un papel fundamental en la fermentación, el desarrollo de cepas encabeza la prioridad de la innovación. Se calcula que más del 99% de los billones de microorganismos que hay en la Tierra aún no han sido descubiertos. El método de cribado de alto rendimiento, la ingeniería genética avanzada y el aprendizaje automático son algunas de las tecnologías prometedoras en este campo. La optimización de los sustratos y el diseño de los bioprocesos son otras prioridades clave de la innovación. Están estrechamente relacionadas con el coste y la escalabilidad. Las empresas utilizan subproductos agroalimentarios como la okara como sustratos de fermentación. Esto no sólo reduce el coste de la compra de materias primas, sino que también crea una economía circular. El BioSolar Leaf de Arborea es una tecnología de biorreactor respiratorio con membrana que permite una transferencia de gas y un control de la temperatura híper eficientes a la vez que mantiene unas condiciones de crecimiento óptimas para el cultivo de microalgas.

Proteínas cultivadas con células

Este método se basa en la obtención de células madre a partir de una biopsia del animal objetivo y su posterior desarrollo en líneas celulares reproducibles y listas para la proliferación. A continuación, las células se cultivan a altas densidades y volúmenes en biorreactores controlados. Las células son alimentadas con una solución rica en nutrientes para que proliferen y se diferencien, formando posteriormente el músculo, la grasa y el tejido conectivo que componen la carne.

El desarrollo de líneas celulares, la optimización de las funciones y la reducción de costes de los medios de crecimiento, así como las tecnologías de andamiaje potenciadas por la ingeniería de tejidos y la ciencia de los materiales son fundamentales para el desarrollo de productos cultivados con células.

Perspectivas del mercado de las proteínas alternativas

Las ventas mundiales al por menor de sustitutos de la carne y el marisco de origen vegetal (refrigerados, congelados y estables) se estiman en 5.600 millones de dólares, un 17% más que el año pasado, según Euromonitor y el Good Food Institute. Europa Occidental y Norteamérica se encuentran entre las regiones más maduras, con ventas de 2.600 y 2.100 millones de dólares, respectivamente. Según la misma fuente, el mercado mundial de la carne se estima en 1,7 billones de dólares. La carne de origen vegetal (mercado minorista) representa menos del 0,5% del consumo mundial.

El potencial de crecimiento del mercado es enorme. Aunque muchos estudios de mercado dan previsiones diferentes, hay una tendencia general al alza. Barclays predice que el mercado mundial de sustitutos de la carne podría alcanzar los 140.000 millones de dólares en ventas para 2029, mientras que Ernst & Young estima que el tamaño total del mercado podría alcanzar los 153.000 millones de dólares para 2030 y BCG predice que el mercado podría incluso alcanzar los 290.000 millones de dólares para 2035.

Los productos de origen vegetal dominan las ventas actuales de proteínas alternativas. Los productos derivados de la fermentación se encuentran en una fase relativamente temprana de comercialización, ya que la biomasa y las prácticas de fermentación de precisión requieren una autorización previa a la comercialización. Cuando se utilizan nuevas cepas para la fermentación de la biomasa, se aplican nuevas normativas alimentarias. Algunos países han adoptado normativas más estrictas cuando se trata de métodos de ingeniería genética (fermentación de precisión). Por ejemplo, el hemo de la Impossible Burger sólo está legalizado en Estados Unidos, Canadá, Hong Kong, Singapur, Emiratos Árabes Unidos, Australia y Nueva Zelanda. En cuanto a los productos de cultivo celular, Singapur sigue siendo el único país que ha aprobado hasta la fecha la venta de un producto cárnico cultivado en el mercado. Sin embargo, a medida que los productos de cultivo celular se acercan a la comercialización, los países están trabajando para desarrollar vías de aprobación reglamentaria.

Además de las aprobaciones reglamentarias, la aceptación del consumidor es fundamental para el crecimiento y la escala de la industria de las proteínas alternativas. La clave de la aceptación del consumidor es la paridad de precio y calidad. La innovación y el desarrollo tecnológico son las únicas formas de mejorar la calidad del producto y de reducir los costes acelerando la escala de producción. Una cosa es segura, los alimentos en los estantes de los supermercados serán muy diferentes en los próximos 5 a 10 años.

Referencias

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3. https://www.fao.org/3/cb5332en/Meat.pdf
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5. https://gfi.org/wp-content/uploads/2022/04/2021-Plant-Based-State-of-the-Industry-Report-1.pdf
6. https://gfi.org/wp-content/uploads/2022/04/2021-Fermentation-State-of-the-Industry-Report.pdf
7. https://gfi.org/wp-content/uploads/2022/04/2021-Cultivated-Meat-State-of-the-Industry-Report-1.pdf
8. https://apps.who.int/iris/handle/10665/350965
9. https://provegincubator.com/fermentation-a-quick-guide-for-alt-protein-fans/#:~:text=Biomasa%20y%20precisión%20de la fermentación,%2C%20moléculas%20de sabor%2C%20y%20pigmentos
10. https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg3/
11. https://www.ey.com/en_us/food-system-reimagined/protein-reimagined-challenges-and-opportunities-in-the-alternative-meat-industry
12. https://home.barclays/news/2021/05/the-future-of-food/
13. https://www.bcg.com/press/23march2021-alternative-protein-market-reach-290-billion-by-2035