Proteine alternative e come potrebbero sfidare lo status-quo del sistema alimentare

Rouyu Wu è impegnata a collegare le tecnologie pulite ai mercati per un futuro sostenibile e ha iniziato a fare volontariato per la Solar Impulse Foundation nel 2020. Attualmente è direttore dell'innovazione e degli investimenti di Dao Foods Inc., un investitore e incubatore early stage focalizzato sul settore delle proteine alternative in Cina, che si occupa di supportare le aziende investite e le operazioni dell'incubatore in materia di innovazione, finanza, investimenti e finanziamenti e attività industriali.

Fornire alla popolazione in crescita un'alimentazione sufficiente e di alta qualità è un compito urgente. I sistemi alimentari sono responsabili del 23-42% delle emissioni globali di gas serra e gli alimenti di origine animale sono considerati i maggiori responsabili. D'altra parte, l'insicurezza alimentare e la malnutrizione rimangono diffuse, con oltre 188 milioni di bambini sotto i 5 anni troppo bassi per la loro età o troppo magri per la loro altezza. Il cambiamento della dieta verso un'alimentazione più sostenibile può mitigare il cambiamento climatico, apportare benefici alla salute e sostenere gli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile (SDG), come richiesto nell'ultimo Sesto Rapporto di Valutazione dell'IPCC. Parte di questo cambiamento può essere supportato dallo sviluppo di prodotti proteici alternativi.

I tre pilastri principali della tecnologia delle proteine alternative

I prodotti proteici alternativi sono quelli che replicano l'esperienza sensoriale e i benefici nutrizionali del consumo di alimenti di origine animale. I prodotti vanno dai latticini, alle uova, alla carne, al pesce e ai frutti di mare. I formati dei prodotti sono diversi, tra cui, ma non solo, prodotti freschi, prodotti 3R (pronti da mangiare, pronti da riscaldare e pronti da cuocere), alimenti funzionali, snack, ingredienti e additivi alimentari di origine animale per uso commerciale o domestico. Prodotti e applicazioni diversi richiedono innovazioni e sviluppi tecnologici diversi. In generale, i tre pilastri principali della tecnologia delle proteine alternative sono riconosciuti in questo settore nascente ma in rapida crescita: le proteine a base vegetale, le proteine derivate dalla fermentazione microbica e le proteine coltivate da cellule.

Proteine di origine vegetale

Gli ingredienti vegetali provengono dalle colture e vengono lavorati attraverso metodi meccanici, chimici o biologici per sostituire i composti funzionali o nutrizionali dei prodotti animali, come proteine, lipidi, fibre e altro. Lo sviluppo delle colture, l'ottimizzazione degli ingredienti, la formulazione e la fabbricazione del prodotto finale sono le tre fasi generali in cui si svolge la ricerca e sviluppo.

La soia, i piselli, il riso, il grano e i fagioli mung sono più comunemente utilizzati come materie prime grazie alle loro caratteristiche nutrizionali, funzionali e di lavorazione. Scienziati e imprenditori sono alla ricerca di nuove fonti proteiche nel regno vegetale, come fave, alghe e semi di colza. L'ingrediente supereroe di Sustainable Planet Ltd, la proteina della lenticchia d'acqua, è uno di questi nuovi ingredienti molto attesi. Allo stesso tempo, per ottimizzare il contenuto proteico, la qualità e la funzione delle colture, si ricorre o si sta sviluppando una serie di tecniche di riproduzione, dai metodi di riproduzione convenzionali ai moderni metodi di ingegneria genetica. Ad esempio, i semi di soia privi di un sapore intrinseco di mirtillo possono risparmiare il lavoro di lavorazione a valle e aumentare l'accettazione da parte dei consumatori.

La ricerca e lo sviluppo svolgono un ruolo importante anche dopo la produzione di queste colture. Le piante vengono macinate, estratte e trasformate in frazioni di ingredienti purificati e concentrati, di solito in due forme, concentrati o isolati di proteine. A questo punto, alcune proteine vegetali vengono sottoposte a ulteriori trattamenti, come l'idrolisi, per migliorare le loro proprietà funzionali per applicazioni specifiche.

Infine, durante la fase di formulazione e produzione del prodotto, agli ingredienti di base ricostituiti vengono aggiunti acqua, olio, leganti alimentari, additivi, aromi e altre formulazioni per ottenere la consistenza e gli attributi sensoriali desiderati. In seguito, la miscela di ingredienti viene strutturata e modellata in prodotti finali con diversi metodi, come lo stiramento, la pressatura, la piegatura, la stratificazione, l'estrusione, la stampa 3D e altri ancora. I prodotti alimentari 3R a base vegetale di Garden Gourmet, tra cui hamburger, salsicce e molto altro, sono a disposizione dei consumatori per un assaggio.

Proteine derivate dalla fermentazione microbica

L'uomo ha una lunga storia di utilizzo della tecnologia della fermentazione. La fermentazione è un processo di produzione di biomassa a cellule intere o di loro frazioni di valore, basato sulla crescita di qualsiasi specie microbica in un ambiente controllato. La fermentazione è molto attesa per la sua capacità di produrre alimenti in modo ultra-efficiente. Esistono tre tipi di fermentazione utilizzati nel settore delle proteine alternative: la fermentazione tradizionale, la fermentazione della biomassa e la fermentazione di precisione.

Alcuni dei nostri alimenti preferiti, come il vino, la birra, il pane e lo yogurt, si basano sulla fermentazione tradizionale. L'uso di microrganismi attivi di origine naturale, come il lievito, su materie prime come l'impasto della farina conferisce proprietà organolettiche e nutrizionali uniche ai prodotti ottenuti. Il tempeh, alimento tradizionale indonesiano, ne è un ottimo esempio. I fagioli vengono fatti fermentare dal fungo Rhizopus e compressi in panetti densi e gommosi dalla consistenza carnosa. Oggi è un'alternativa vegana di tendenza alla carne. Sebbene il processo utilizzato per la fermentazione della biomassa sia simile alla fermentazione tradizionale, si basa sulla proliferazione di microrganismi che hanno essi stessi un elevato contenuto proteico. I funghi e le alghe sono due tipi di microrganismi comunemente utilizzati nella fermentazione delle biomasse. In questa ondata microbica, la proteina a base di Euglena gracilis di Noblegen e la proteina a base di Chlorella di Alver non sono da meno. A parte gli altri due metodi, la fermentazione di precisione utilizza i microrganismi come fabbriche di cellule per produrre molecole target. Durante il processo, un frammento di DNA della molecola target viene inserito in un microrganismo ospite, scegliendo tra lieviti, batteri, microalghe o funghi, a seconda di quale sia il più adatto alla molecola target. La fermentazione di precisione non è una novità nell'industria biofarmaceutica. L'insulina sintetica è il primo prodotto ottenuto con questo metodo di produzione. Molto attesa dall'industria alimentare, può essere utilizzata per produrre proteine, grassi, aromi, vitamine, pigmenti coloranti e altro ancora.

Immagine di Chokniti Khongchum da Pixabay

Poiché i microrganismi svolgono un ruolo chiave nella fermentazione, lo sviluppo dei ceppi è in cima alle priorità dell'innovazione. Si stima che oltre il 99% dei trilioni di microrganismi presenti sulla Terra non sia ancora stato scoperto. I metodi di screening ad alto rendimento, l'ingegneria genetica avanzata e l'apprendimento automatico sono alcune delle tecnologie promettenti in questo campo. L'ottimizzazione dei substrati e la progettazione di bioprocessi sono altre priorità dell'innovazione. Sono strettamente legati ai costi e alla scalabilità. Le aziende utilizzano sottoprodotti agroalimentari come l'okara come substrati di fermentazione. Questo non solo riduce i costi di acquisto delle materie prime, ma crea anche un'economia circolare. BioSolar Leaf di Arborea è una tecnologia di bioreattore respiratorio® a membrana che consente un trasferimento di gas e un controllo della temperatura estremamente efficienti, mantenendo al contempo condizioni di crescita ottimali per la coltivazione delle microalghe.

Proteine coltivate da cellule

Questo metodo si basa sul prelievo di cellule staminali da una biopsia dell'animale bersaglio e sul successivo sviluppo di linee cellulari riproducibili pronte per la proliferazione. Le cellule vengono quindi coltivate ad alte densità e volumi in bioreattori controllati. Le cellule vengono alimentate con una soluzione ricca di nutrienti per proliferare e differenziarsi, formando successivamente muscoli, grasso e tessuto connettivo che costituiscono la carne.

Lo sviluppo di linee cellulari, l'ottimizzazione delle funzioni e la riduzione dei costi dei terreni di coltura, nonché le tecnologie di impalcatura, supportate dall'ingegneria tissutale e dalla scienza dei materiali, sono fondamentali per lo sviluppo di prodotti coltivati con le cellule.

Prospettive del mercato delle proteine alternative

Secondo Euromonitor e il Good Food Institute, le vendite globali al dettaglio di sostituti della carne e dei frutti di mare a base vegetale (refrigerati, congelati e conservabili) sono stimate a 5,6 miliardi di dollari, con un aumento del 17% rispetto all'anno scorso. L'Europa occidentale e il Nord America sono tra le regioni più mature, con vendite rispettivamente di 2,6 e 2,1 miliardi di dollari. Secondo la stessa fonte, il mercato globale della carne è stimato in 1.700 miliardi di dollari. La carne di origine vegetale (mercato al dettaglio) rappresenta meno dello 0,5% del consumo globale.

Il potenziale di crescita del mercato è enorme. Sebbene molti studi di mercato forniscano previsioni diverse, la tendenza generale alla crescita è sostanzialmente coerente. Barclays prevede che il mercato globale dei sostituti della carne potrebbe raggiungere 140 miliardi di dollari di vendite entro il 2029, mentre Ernst & Young stima che le dimensioni totali del mercato potrebbero raggiungere 153 miliardi di dollari entro il 2030 e BCG prevede che il mercato potrebbe addirittura raggiungere 290 miliardi di dollari entro il 2035.

I prodotti a base vegetale dominano le attuali vendite di proteine alternative. I prodotti derivati dalla fermentazione sono in una fase relativamente precoce di commercializzazione, poiché le pratiche di fermentazione a biomassa e di precisione richiedono un'autorizzazione preliminare all'immissione sul mercato. Quando si utilizzano nuovi ceppi per la fermentazione della biomassa, si applicano nuove normative alimentari. Alcuni Paesi hanno adottato normative più severe quando si tratta di metodi di ingegneria genetica (fermentazione di precisione). Ad esempio, l'eme dell'Impossible Burger è autorizzato solo negli Stati Uniti, Canada, Hong Kong, Singapore, Emirati Arabi Uniti, Australia e Nuova Zelanda. Per quanto riguarda i prodotti a base di colture cellulari, Singapore rimane l'unico Paese ad aver approvato la vendita sul mercato di un prodotto a base di carne coltivata. Tuttavia, man mano che i prodotti di coltura cellulare si avvicinano alla commercializzazione, i Paesi stanno lavorando per sviluppare percorsi di approvazione normativa.

Oltre alle approvazioni normative, l'accettazione da parte dei consumatori è fondamentale per la crescita e la portata dell'industria delle proteine alternative. La chiave per l'accettazione da parte dei consumatori è la parità di prezzo e di qualità. L'innovazione e lo sviluppo tecnologico sono gli unici modi per migliorare la qualità dei prodotti e ridurre i costi accelerando la scala di produzione. Una cosa è certa: gli alimenti sugli scaffali dei supermercati saranno molto diversi nei prossimi 5-10 anni.

Riferimenti

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2. https://www.fao.org/ag/againfo/themes/en/meat/home.html
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=Biomassa%20e%20precisione%20di%20fermentazione,%2C%20molecole%20di%20sapore%2C%20e%20pigmenti
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