La fermentazione di precisione promuove la sostenibilità dell'industria lattiero-casearia
08 Jan 2024
Nella corsia dei latticini è in atto una rivoluzione silenziosa. Le aziende lattiero-casearie si stanno dotando di tecnologie avanzate per raggiungere nuovi livelli di efficienza, le alternative a base vegetale stanno conquistando quote di mercato e ora la fermentazione di precisione consente di ottenere prodotti lattiero-caseari di origine non animale che hanno l'aspetto, il sapore e la consistenza di quelli tradizionali. Per le aziende alimentari che cercano di soddisfare la crescente domanda mondiale di prodotti lattiero-caseari in modo più sostenibile, la fermentazione di precisione risulta sempre più un tassello fondamentale del puzzle. La realizzazione di questa promessa dipenderà molto da una produzione efficiente su scala industriale.
L'impatto dell'industria lattiero-casearia
I prodotti caseari sono molto apprezzati in tutto il mondo. Mentre l'India detiene il primato assoluto nella produzione e nel consumo di latte, l'Unione Europea e gli Stati Uniti rimangono grandi produttori, consumatori ed esportatori.[1, 2] La Cina è il più grande importatore di prodotti lattiero-caseari al mondo e il suo consumo pro capite continua ad aumentare.[3] Secondo uno studio del giugno 2023, il valore del mercato lattiero-caseario mondiale dovrebbe crescere di quasi il 40% (fino a 1.243 miliardi di dollari) tra il 2022 e il 2028.[4] Il segreto sta nel latte stesso: una fonte di proteine complete ricca di nutrienti, con caratteristiche fisiche e un gusto che si prestano a un'ampia varietà di alimenti e bevande. I prodotti lattiero-caseari sono anche legati alla tradizione e ci nutrono fin dai primi giorni di vita sia fisicamente che emotivamente. Per molti versi, e in molte parti del mondo, rappresentano il comfort food per eccellenza.
Ma anche se gli straordinari progressi compiuti nell'ambito dell'allevamento hanno aumentato drasticamente la produzione di latte per vacca, non possiamo aspettarci che questi animali soddisfino la crescente domanda globale di questi prodotti. E il pianeta ci dice che non dovremmo provarci. La buona notizia è che un crescente numero di esperti, aziende alimentari e investitori ritiene che la fermentazione di precisione offra un modo per combinare l'etica e la sostenibilità del latte di origine vegetale con il gusto, la consistenza e i benefici nutrizionali ineguagliabili di quello "vero".
Nuova tecnologia all'avanguardia
Una di queste aziende è ImaginDairy, con sede ad Haifa, in Israele, all'avanguardia nel settore delle tecnologie alimentari e leader nella produzione di proteine del latte attraverso la fermentazione di precisione. ImaginDairy sfrutta avanzate tecnologie di biologia computazionale e molecolare per potenziare la fermentazione di precisione e produrre proteine del latte con nuovi livelli di efficienza e rendimento. Roni Zidon-Eyal, Vice President of Business Development di ImaginDairy, lo spiega con parole chiare. "La nostra missione è fornire la fonte proteica per ottimi prodotti di origine non animale, senza compromettere le qualità dei prodotti lattiero-caseari tradizionali che conosciamo e amiamo", spiega.
L'azienda è partita rapidamente. Nel 2020, ha cercato di replicare tutte e sei le proteine del siero e della caseina presenti nel latte vaccino, perché in base alle conoscenze tradizionali era necessario l'intero complesso di proteine per imitare le qualità del latte. Ma presto è emerso che a questo scopo bastava una sola proteina del siero, la beta-lattoglobulina. "Utilizzando il nostro siero sottoposto a fermentazione di precisione per ottenere il 3,4% delle proteine presenti nel latte vaccino, siamo riusciti a produrre latte, gelato e formaggi cremosi deliziosi, dal sapore e dal comportamento del tutto simili a quelli veri", afferma Zidon-Eyal. L'azienda è riuscita persino a produrre yogurt con una matrice proteica composta interamente da siero. Per Zidon-Eyal, questo rappresenta uno dei vantaggi principali dell'utilizzare le proteine del latte anziché quelle vegetali. "Poiché utilizziamo una vera proteina del latte, non abbiamo bisogno di stabilizzatori o ingredienti aggiuntivi per mascherare altri sapori. Il nostro yogurt ha in tutto quattro ingredienti".
Yogurt (immagine: ImaginDairy/Sarit Goffen)
Considerato il successo ottenuto con il siero, ImaginDairy sta concentrando gli sforzi per portare sul mercato questa proteina del latte. "Molti di noi provengono dall'industria degli ingredienti alimentari e capiscono che restringere il campo d'azione è essenziale per poter passare da semplice azienda 'biotecnologica' ad azienda produttrice di ingredienti affidabili", spiega Zidon-Eyal. L'approccio sembra funzionare. Nell'aprile del 2023, Danone ha acquisito una partecipazione di minoranza nell'azienda, rendendo ImaginDairy la prima azienda del portafoglio Danone a produrre proteine del latte tramite fermentazione.
"Poiché utilizziamo una vera proteina del latte, non abbiamo bisogno di stabilizzatori o ingredienti aggiuntivi per mascherare altri sapori. Il nostro yogurt ha in tutto quattro ingredienti"- Roni Zidon-Eyal, Vice President of Business Development, ImaginDairy
Roni Zidon-Eyal
Vice President of Business Development, ImaginDairy
Superare la sfida della scalabilità
Per quanto promettenti possano apparire le prospettive, aziende come ImaginDairy devono ancora affrontare una battaglia ardua. Per raggiungere la parità di costo dei prodotti lattiero-caseari tradizionali è necessaria una continua innovazione, sia sul versante delle biotecnologie che su quello della produzione. La fermentazione di precisione ha dimostrato decenni di successi con prodotti di alto valore come l'insulina e il caglio ma in questi casi si tratta di quantità ridotte. Le proteine edibili, come il siero o la caseina, devono essere prodotte in volumi molto maggiori. "I nostri microrganismi sono molto efficienti, ma per ottenere gli alti volumi di proteine richiesti, avremo bisogno di processi di produzione industriale estremamente performanti", spiega Zidon-Eyal.
Per contribuire alla realizzazione di questo obiettivo, il team di ImaginDairy fa regolarmente visita al New Food Application and Technology Center of Excellence (ATC) di GEA a Hildesheim, in Germania. L'ATC è dotato di una linea pilota di coltivazione e fermentazione cellulare che aiuta le aziende ad accelerare il passaggio delle innovazioni dal laboratorio alla produzione su scala commerciale. La dott.ssa Antje Begerad, ingegnere di formazione e oggi Deputy Head of Sales New Food di GEA, spiega quali sono i punti chiave nell'utilizzare la fermentazione di precisione per produrre proteine del latte e altri ingredienti su vasta scala. "Come le mucche, i microrganismi hanno bisogno delle giuste cure per produrre i prodotti finali desiderati. Le loro esigenze sono complesse ed è molto impegnativo soddisfare questi requisiti biologici in macchine di grandi dimensioni all'interno di un sistema di produzione su scala industriale. Sostenere un microrganismo in una provetta è molto più facile che in una vasca di fermentazione da 500 o 200.000 litri".
Ecco alcune delle principali criticità nella fermentazione di precisione su larga scala:
- Le condizioni all'interno del fermentatore, come la temperatura, il pH, il nutriente alimentare e l'ossigeno, devono essere continuamente monitorate e mantenute costanti e ogni microrganismo ha i suoi requisiti speciali.
- Quando le cellule metabolizzano, rilasciano calore. Un eccessivo accumulo di calore nel fermentatore può danneggiare le cellule o i prodotti finali.
- La miscelazione del contenuto in un fermentatore assicura il mantenimento di condizioni uniformi in tutto il reattore, ma questo flusso di fluidi può anche danneggiare le cellule.
- Il mantenimento di condizioni sterili (asettiche) è fondamentale. In caso di contaminazione di qualsiasi tipo, potrebbe essere necessario scartare un intero lotto, il che comporta costi elevati.
Presso l'ATC, gli ingegneri GEA utilizzano dei digital twin per simulare virtualmente il comportamento di miscelazione di diverse soluzioni. "Soprattutto, l'ATC consente alle aziende di effettuare test direttamente in bioreattori da 50 e 500 litri", afferma Begerad. "Così, alla fine, sanno se le loro cellule lavorano bene o meno nel sistema".
Per creare un prodotto finale come le proteine del siero, la fermentazione è solo una parte del processo. Vi sono anche la preparazione dei liquidi, la sterilizzazione, la separazione, l'omogeneizzazione, la filtrazione e lo spray drying. "Sono tutti ambiti in cui la maggior parte delle aziende non ha molta esperienza", afferma Begerad. "Dopo la fermentazione, ogni proteina prodotta da un dato organismo deve essere trattata in modo leggermente diverso durante il processo". Presso l'ATC, GEA può collaborare con i clienti per individuare i parametri giusti per ogni sistema e ottimizzare le impostazioni più adatte ai microrganismi e al prodotto finale.
Per i produttori di ogni tipo di proteine alternative - dalla carne coltivata alle proteine del latte da fermentazione di precisione - aumentare la produzione è una sfida fondamentale. Ma Zidon-Eyal tiene a precisare che la collaborazione con GEA non riguarda solo il passaggio a una produzione su più vasta scala. "Il vantaggio dell'ATC è che ci permette di vedere da vicino il processo di produzione, dall'inizio alla fine", spiega. "Possiamo eseguire liberamente una serie di test con macchinari di varie dimensioni e diverse variabili. Possiamo creare diverse configurazioni di linee industriali e sperimentare in prima persona l'impatto sul risultato finale. Non si tratta quindi di un semplice aumento di scala, ma di un aumento di scala intelligente. Sappiamo che in ultima analisi il nostro successo - e forse anche quello di quest'industria - dipenderà dalla progettazione di processi produttivi estremamente efficienti per ogni prodotto finale specifico".
"GEA può collaborare con i clienti per individuare i parametri giusti per ogni sistema e ottimizzare le impostazioni più adatte ai microrganismi e al prodotto finale"- Dr. Antje Begerad, Deputy Head of Sales New Food, GEA
Dr. Antje Begerad
Deputy Head of Sales New Food, GEA
Nonostante ImaginDairy abbia iniziato a produrre su vasta scala con aziende in conto terzi (CMO), sta lavorando con GEA per migliorare i processi dal punto di vista ingegneristico. "Per i nostri prodotti futuri vogliamo progettare delle mega-linee. GEA e l'ATC ci permettono di capire meglio come ottimizzare il processo industriale. Così, quando saremo pronti per la nostra produzione, potremo implementare la migliore linea possibile", afferma Zidon-Eyal.
"Il vantaggio dell'Application and Technology Center è che ci permette di vedere da vicino il processo di produzione, dall'inizio alla fine. Non si tratta quindi di un semplice aumento di scala, ma di un aumento di scala intelligente"- Roni Zidon-Eyal, Vice President of Business Development, ImaginDairy
Roni Zidon-Eyal
Vice President of Business Development, ImaginDairy
Più opzioni per un maggior numero di consumatori
Da quando, nel 2020, nei punti vendita sono comparsi i primi prodotti lattiero-caseari di origine non animale ottenuti con la fermentazione di precisione, il settore è cresciuto e maturato rapidamente. Secondo il Good Food Institute, nel 2022 62 aziende hanno puntato sulla fermentazione di precisione per la produzione di proteine alternative, e circa 40 di queste si sono concentrate sui derivati del latte.[5]
ImaginDairy e Perfect Day, con sede negli Stati Uniti, si sono concentrate sulle proteine del siero. Altre, come Change Foods, hanno privilegiato la caseina per formaggi di origine non animale. Yali Bio è un'azienda che sta cominciando a sfruttare la fermentazione di precisione per la produzione di grassi derivati dal latte. Alcune, come Bored Cow, stanno costruendo i propri brand di prodotto, mentre altre sono puramente B2B. Alcune sono startup, altre giganti del settore alimentare come General Mills e Danone. La concorrenza c'è, ovviamente, ma Zidon-Eyal sottolinea la natura collaborativa del loro impegno collettivo: "Vogliamo realizzare un cambiamento importante; nessuna azienda può farlo da sola".
L'obiettivo non è nemmeno quello di sostituire i latticini di origine animale o vegetale. Le proteine del latte ricavate dalla fermentazione di precisione possono essere utilizzate per produrre nuove versioni di latte, gelato, formaggi cremosi e yogurt uguali ai prodotti originali, ma anche per migliorare i prodotti a base vegetale esistenti. Possono anche essere utilizzate con i prodotti lattiero-caseari tradizionali per contribuire a ridurre le emissioni di anidride carbonica.
Per il momento, la sfida principale consiste nel far produrre a questi microrganismi quantità sufficienti a garantire un rifornimento affidabile ai produttori di alimenti e bevande. Solo così è possibile trovare un equilibrio tra qualità e costi. E poi i consumatori potranno iniziare a giudicare da soli. "È il nostro obiettivo finale", afferma Zidon-Eyal. "Dare ai consumatori più scelta e riuscire a conquistarli in numero sempre maggiore".
Gelato (immagine: ImaginDairy/Sarit Goffen)
Fonti:
[1] https://ourworldindata.org/grapher/milk-production-tonnes?tab=chart
[2] https://www.statista.com/statistics/272003/global-annual-consumption-of-milk-by-region/
[4] https://www.statista.com/statistics/502280/global-dairy-market-value/
[5] https://gfi.org/wp-content/uploads/2023/01/2022-Fermentation-State-of-the-Industry-Report-1.pdf
