SCP (SINGLE-CELL PROTEIN) Proteine da cellule singole: termine coniato al Massachusettes Institute of Technology (MIT) nel 1966 per indicare l’uso della.

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1 SCP (SINGLE-CELL PROTEIN) Proteine da cellule singole: termine coniato al Massachusettes Institute of Technology (MIT) nel 1966 per indicare l’uso della biomassa batterica come alimento. Analisi dei possibili rischi per la salute e dei vantaggi

2 La dieta umana include prodotti che contengono in proporzioni più o meno elevate diversi microorganismi: formaggio, funghi, lieviti, alghe (Spirulina)… Le proteine cellulari o tutto il materiale contenuto in una cellula, denominato quindi SCP, è ricco di proteine e vitamine o lipidi e in vista della carenza di cibo nel mondo, potrebbe essere un ideale supplemento al cibo convenzionale.

3 I microrganismi hanno un tasso di crescita molto elevato con produzione di grandi quantità di sostanze utili perciò si prestano, più di altri sistemi, alla rapida elaborazione di alimenti.

4 La produzione di proteine di origine microbica è più veloce ed efficiente  Manzo di 450 Kg produce circa 450 g di nuove proteine al giorno  Semi di soia producono circa 36 Kg di nuove proteine in una stagione  Coltura di lieviti produce circa 50 t di biomassa proteica al giorno

5 Limite psicologico all’uso dei batteri come cibo

6 Gli svantaggi sono rappresentati: 1. elevato contenuto di acidi nucleici (gotta) 2. sostanze tossiche o cancerogene assorbite dai microrganismi casualmente o dal substrato di crescita 3. lenta digestione dei batteri nel tratto gastro- enterico che può promuovere l’instaurarsi di fenomeni allergici

7 I prodotti usati per produrre SCP sono:  alcani,  metano,  metanolo,  cellulosa,  carboidrati,  materiali di scarto.

8 Il costo di produzione dipende: 1. dalla natura del materiale greggio di partenza usato; 2. da come sono utilizzate le materie prime e i prodotti finiti: per es. quelle utilizzate come alimento umano (circa 10 volte più costose di quelle per il cibo degli animali) devono essere altamente raffinate.

9 Il costo di produzione è stato sino a ora il fattore determinante per attribuire alla SCP l’ultimo posto nella dieta animale ed umana.

10 Cenni storici  Uno dei principali vantaggi legati alla crescita microbica negli alimenti è l'aumento del suo contenuto proteico.  Utilizzato in Germania durante la prima guerra mondiale, riuscendo a rimpiazzare il 60% dei prodotti importati facendo crescere il Saccharomyces cerevisiae che fu aggiunto alle minestre e agli insaccati.  Durante la seconda guerra mondiale i tedeschi fecero di nuovo ricorso a questa tecnologia alimentare coltivando Candida utilis. Negli anni ‘60 si pensò di rispondere alle crescenti richieste di derrate alimentari facendo crescere particolari lieviti come la Candida lipolytica in grado di utilizzare come fonte di carbonio le paraffine ottenute dal gasolio pesante.

11 Produzione di SCP da alcani  Possono essere catabolizzati da alcuni lieviti, funghi e batteri. (Candida, Saccharomyces) Il grande problema legato a questa tecnologia è che le cellule trattengono, oltre alle proteine, anche composti aromatici cancerogeni ed altri composti tossici e/o allergenici dovuti ai processi metabolici di trasformazione di substrati.

12 Produzione di SCP da alcani  Gli impianti di produzione di SCP da n-paraffine vennero inizialmente avviati allo scopo di deparaffinare il petrolio; successivamente, in ragione della produzione di paraffine sempre più pure e a prezzo accessibile, le si utilizzò come substrato per la crescita di lieviti, funghi e batteri (principalmente del genere Candida).  Solitamente il substrato è costituito da gasolio al 15- 25% di alcani o n-paraffine C 15 -C 30, addizionate di NH 3 gassosa (quale fonte di azoto), di acido fosforico, di sali minerali e di agenti antischiuma.

13 Produzione di SCP da alcani  Anche il metano può essere utilizzato come substrato.  Il metano è il principale componente dei gas naturali, non può essere liquefatto facilmente perciò il trasporto a lunga distanza è difficile e dispendioso.  Devono essere prese misure di sicurezza per il rischio di esplosione.  Il metanolo, se si accumula, inibisce la crescita dei batteri.  Anche metaboliti primari come: aminoacidi, zuccheri, acetato possono funzionare da inibitori per l’ossidazione del metano.

14 SCP da metanolo  La tecnologia di produzione delle SCP sfruttando come substrato il metanolo è di competenza della I.C.I. inglese. L’elevata produttività richiede:  una efficace aerazione ed uno scambio termico elevato: per un reattore da 250 m 3,  si richiedono 16 Kg/m 3 ·h di ossigeno  si devono allontanare 4·10 7 KJ/h di calore.  si opera a pH leggermente acido (6.5-6.9) e  a temperatura di 34-37°C.  Il brodo finale che si ottiene, estremamente denso, viene mandato direttamente alle centrifughe, eliminando l’operazione di filtrazione; in questo modo il processo può essere condotto in continuo.

15 SCP da metanolo Le SCP prodotte dall’impianto ICI (Pruteen) sono state usate per alimentazione animale. Costi elevati - quindi attività cessata Ex- URSS molti impianti più convenienti per:  scarsità di mangimi animali,  sovrapproduzione di metanolo,  mancanza di valuta per acquisto di mangimi alternativi

16 SCP da materiali di rifiuto  Paglia  Siero  Melasso (scarto della lavorazione della barbabietola e della canna da zucchero)  Lavorazione olive  Acido citrico  Liquami e letame di origine animale Riduzione inquinamento Generazione proteine alimentari

17 Processo Symba (svedese) Utilizza scarti ricchi di amido 1. Effluenti con amido vengono sterilizzati con getti di vapore 2. La soluzione amilacea viene messa in un bioreattore con Endomycopsis fibuligira (lievito) che idrolizza l’amido 3. L’amido idrolizzato viene passato in un altro bioreattore con l’organismo produttore, Candida utilis 4. Il prodotto subisce vibrovaglio e separazione a ciclone, poi centrifugato 5. I liquidi nebulizzati vengono essiccati 6. Il materiale essiccato viene polverizzato e confezionato

18 Un altro alimento è costituito dagli analoghi della carne. Simili d’aspetto alla carne sono costituiti da micoproteine, cioè sono in pratica dei funghi a forma di bistecca e con un gusto simile alla carne.

19 QUORN 1985 permesso del ministero agricoltura inglese ICI e Rank-Hovis-McDougall Micete: Fusarium ( batteri scartati perché non davano consistenza fibrosa al prodotto ) Substrato: carboidrati semplici Consumo umano Coltura in continuo vantaggiosa economicamente

20 Funghi La produzione di funghi eduli può avvenire su paglia sottoposta a compostaggio con letame animale e altri materiali organici azotati

21 Funghi  Lentinula edodes, funghi di origine cinese e giapponese, da sempre apprezzati per il loro sapore delicato, per le loro qualità nutrizionali e per le loro proprietà terapeutiche. Vi è attualmente un crescente interesse per queste tipologie di funghi sia sul mercato europeo che su quello statunitense. La produzione annuale in Europa è di oltre 3 milioni di kg con un fatturato di 25-30 milioni di Euro. La produzione di funghi Shiitake è la seconda produzione mondiale di funghi. La Francia è il principale produttore, seguito da Olanda, Germania e Gran Bretagna. Per questo motivo un gruppo di esperti e di aziende del settore hanno dato vita ad un progetto europeo CRAFT. L’obiettivo di questo progetto è quello di diffondere e migliorare la produzione di funghi Shiitake in Europa. In Asia questi funghi vengono coltivati sulle querce; soluzione questa che non risulta facilmente perseguibile in Europa. Alternative più economiche ed ugualmente soddisfacenti sembrano rappresentate dagli scarti agricoli e forestali come quelli ottenuti dal compostaggio delle cortecce dell’abete canadese. Ulteriori obiettivi del progetto sono rappresentati dall’individuare soluzioni per il miglioramento dell’utilizzazione dei nutrienti e del controllo dei patogeni.

22 Funghi Vantaggio delle fermentazioni fungine: si convertono rifiuti industriali e urbani e materiali legnosi di scarto in un prodotto direttamente consumabile dall’uomo

23 SCP da coltivazioni Manioca Canna da zucchero Tapioca (fecola dal tubero di manioca)

24 SCP dalle alghe Chlorella e Senedesmus in Giappone Spirulina maxima in Africa e Messico In Messico è un sottoprodotto per la produzione di calce sodata Integratori proteici e vitaminici a yogurt, gelati, pane. Se le alghe sono usate per eliminare le sostanze organiche inquinanti, la biomassa che si forma una volta raccolta ed essiccata è addizionata a mangimi animali.

25 Le "single cell proteins" attualmente in commercio sono diverse. La più famosa cioè Spirulina maxima, prodotta in grandi bioreattori aperti