La biotecnologia al servizio del mondo alimentare

La biotecnologia al servizio del mondo

alimentare

La biotecnologia, scienza affascinante e complessa, ha avuto senza dubbio un enorme potenziale per aumentare la produzione alimentare e migliorare la lavorazione degli alimenti, anche se il suo impatto nel business è destinato a crescere negli anni futuri e differirà da paese a paese. L’aumento di produttività nei paesi in via di sviluppo, pur frenata dalla pandemia, ha permesso di aumentare i benefici tangibili derivanti dalle innovazioni biotecnologiche. Laddove le biotecnologie vengono applicate alla produzione destinata ai mercati interni, gli “effetti dimostrativi” possono stimolare sviluppi in altri Paesi e, proprio in questo caso, esiste un ampio margine di cooperazione tra i paesi in via di sviluppo, nonostante i pericoli derivanti dalla concorrenza internazionale. La biotecnologia ha permesso di apportare importanti cambiamenti nella produzione vegetale e animale: in entrambi i campi ha interessato tutte le fasi della catena di produzione, dagli input agrochimici e dall’allevamento fino alla lavorazione finale degli alimenti.

La trasformazione dei prodotti alimentari

Analizzando le svariate applicazioni che la scienza biotecnologica può avere nel mondo del food è corretto soffermarsi sulle potenzialità per quanto riguarda l’universo della trasformazione degli alimenti. La biotecnologia può essere utilizzata per il potenziamento della lavorazione alimentare tradizionale basata sulla fermentazione, come le procedure utilizzate per produrre il gari, un alimento fermentato, granulo-

L’uso della tecnologia del DNA ricombinante ha reso possibile la produzione di enzimi resistenti alle rigide condizioni utilizzate nei moderni processi alimentari di Luca Ilorini Chimico e divulgatore scientifico

Prima di parlare di “nuova era del food” serve una valutazione della sicurezza

so e amidaceo derivato dalla manioca. La biotecnologia può convertire prodotti alimentari non commestibili e deperibili in alimenti appetibili e con una durata di conservazione più lunga, che è sicura e di qualità migliore in termini di proprietà nutritive e fisico-chimiche e sensoriali. Un terzo degli alimenti trasformati del mondo sono alimenti fermentati, fermentazione naturale o intenzionale che aggiungono ceppo microbico. Una fermentazione impropria può causare la produzione di tossine; quindi, il controllo di qualità è più che essenziale in questo specifico segmento dell’universo food. Il processo di fermentazione aumenta il valore dietetico del cibo insieme alla biosintesi di vitamine, aminoacidi necessari, aromi alimentari, additivi, conservanti e proteine migliorando la digeribilità delle proteine e delle fibre. La biotecnologia può migliorare la commestibilità, la consistenza e la durata di conservazione degli alimenti prevenendo la crescita di microrganismi produttori di tossine indesiderati naturalmente presenti negli alimenti e la produzione di agenti antimicrobici per uccidere i microrganismi putrefattivi indesiderati. Tra le altre funzionalità dell’universo biotecnologico, si osserva una funzione essenziale nell’ingegneria delle proteine e la possibilità di identificare i patogeni e i pesticidi presenti negli alimenti mediante tecnica ELISA e microarray. La biotecnologia può anche aiutare ad eliminare i componenti tossici, sia mediante l’ingegneria genetica che attraverso la lavorazione degli alimenti. Oltre ad eliminare componenti indesiderati, la biotecnologia può essere utilizzata per la produzione economica di additivi che aumentano il valore nutritivo del prodotto finale o che ne migliorano il sapore, la consistenza o l’aspetto, consentendo agli scienziati di produrre frutta e verdura con una migliore conservabilità e gusto. Colture geneticamente modificate che hanno migliorato il gusto includono, per esempio, prodotti come le angurie senza semi, processo di rimozione dei semi dalle colture alimentari che ha migliorato lo zucchero solubile contenuto che a sua volta ne esaltava la dolcezza. Con l’uso delle biotecnologie,

Prodotti alimentari non commestibili e deperibili possono essere convertiti in alimenti appetibili e con una durata di conservazione più lunga

La biotecnologia può essere utilizzata per aumentare il valore nutritivo del prodotto finale o per migliorarne il sapore, la consistenza o l’aspetto, come per le angurie senza semi

si modificano, ad esempio, i percorsi di fermentazione per esaltare l’aroma nelle colture, con indubbie potenzialità a diversi livelli della filiera produttiva.

Enzimi purificati per l’industria alimentare

La produzione industriale di enzimi comporta principalmente l’utilizzo di microrganismi coltivati in enormi contenitori, al termine del processo gli enzimi desiderati vengono secreti, in forma di metaboliti, nel mezzo in cui è stato fermentato il microrganismo. Gli enzimi che vengono prodotti con il suddetto processo vengono quindi rimossi, sottoposti a fasi di purificazione per essere poi impiegati nella lavorazione del cibo all’interno dell’industria alimentare. L’efficienza nella produzione di enzimi da microrganismi si è evoluta grazie alle tecnologie genetiche e l’utilizzo delle tecnologie avanzate ha aumentato l’ottenibilità degli enzimi, ridotto i costi di produzione e valorizzato il loro valore. Questo ha portato all’effetto vantaggioso di aumentare l’efficienza e di razionalizzare i metodi che impiegano l’uso di enzimi come coadiuvanti tecnologici nell’industria alimentare. Gli enzimi alimentari sono comunemente usati nella lavorazione degli alimenti così come nella produzione di ingredienti specifici finalizzati alla formulazione. Dal momento che gli enzimi tradizionalmente isolati da microrganismi coltivabili, o da piante e tessuti di mammiferi, non possiedono una purezza sufficiente e spesso non sono ben adattati alle rigide

condizioni utilizzate nei moderni processi alimentari, l’uso della tecnologia del DNA ricombinante ha reso possibile la produzione di enzimi resistenti a rese molto più elevate, nonché nuovi enzimi con caratteristiche su misura. Un’evoluzione importante e senza precedenti che ha caratterizzato l’industria alimentare aprendo nuovi orizzonti. Un altro importante risultato comprende il miglioramento dei ceppi normalmente utilizzati come ospiti microbici, ad esempio, tramite l’ingegneria mirata ad aumentare la resa enzimatica eliminando i geni nativi, o la modifica per ridurre, e talvolta eliminare, la sintesi parallela di sottoprodotti potenzialmente tossici come metaboliti secondari. I principali enzimi alimentari di rilevanza pratica includono le idrolasi, una classe vasta comprendente le carboidrasi (amilasi, cellulasi, pectinasi e -galattosidasi), proteasi e lipasi, che vengono utilizzate principalmente nella lavorazione o formulazione di alimenti mirati che devono rispondere a determinate esigenze organolettiche. Doveroso è anche soffermarsi su altri enzimi deputati ad altre funzioni fondamentali, come la conservazione che risulta strategica per quei prodotti più facilmente esposti a fenomeni di deterioramento, come le betaglucanasi e le chitinasi, oppure anche le ossidoriduttasi.

Le sfide del futuro

La ricerca e la produzione di alimenti ricombinanti hanno raggiunto livelli di discreto successo su scala globale, tuttavia ci sono ancora determinati step da compiere per arrivare ad una “nuova era del food”. Limiti che riguardano soprattutto la sfera della valutazione della sicurezza, fondamentale nell’universo alimentare, e alla produzione spesso e volentieri non semplice da gestire su vasta scala. Per esempio, la carne di coltura cellulare deve affrontare sfide come la disponibilità di fonti di cellule staminali insufficienti, una scala di produzione limitata, una grande differenza di colore con la carne reale e l’alto costo di produzione. Quattro problematiche di non facile soluzione, che possono portare a valutazioni su scala più ampia, coinvolgendo mondi e settori affini a quello variegato del food. Per risolvere questi problemi, è necessario combinare, per esempio, la parte progettuale e di design degli impianti con il filone dell’intelligenza artificiale e dell’industria 4.0: il futuro sarebbe quello di ottenere bioreattori che possano consentire una produzione efficiente su vasta scala. Oltre alla carne, sono numerosi gli esempi in tale ambito che abbracciano fonti alimentari differenti, che spaziano alla sintesi di nuove vitamine e nutrienti del futuro. Per la sfera del safety mancano gli standard di gestione del rischio e della sicurezza per gli alimenti ricombinanti ed è necessario valutare sistematicamente la sicurezza dei singoli componenti, tra cui piastre, terreni di coltura e trasportatori di os-

Le procedure tradizionali, come quelle utilizzate per produrre il gari, un alimento fermentato, granuloso e amidaceo derivato dalla manioca, possono essere potenziate dalle biotecnologia

sigeno per fare alcuni esempi. Contestualmente è fondamentale indagare nuovi processi produttivi mai esplorati, considerando con grande rilevanza la sfera della sicurezza già a partire dalle prime valutazione embrionali sul progetto. L’apporto della biotecnologia alla biologia sintetica porterà una varietà di benefici per la società sempre crescenti, ma proprio per questo dovrebbero essere considerati anche i possibili rischi legati a questo fenomeno. Per esempio, a livello tecnico, nella fabbrica di cellule dovrebbero essere introdotti sistemi di biocontenimento per evitarne la diffusione nell’ambiente. Risulta inoltre necessaria una divulgazione più approfondita delle conoscenze pertinenti per migliorare l’accettazione da parte del pubblico di nuovi ingredienti alimentari e nuovi alimenti prodotti dalla biotecnologia. Numerosi sono gli esempi e numerose le sfide che aspettano l’universo del food, la famosa frontiera 4.0 e la direzione intrapresa dai principali stakeholders è senza dubbio quella più corretta.