La nutrizione del futuro
Per produrre alimenti ricchi di proteine in modo sostenibile, nuove fonti proteiche offrono un'alternativa a carne, latte e simili. Nel progetto principale "FutureProteins", sei istituti Fraunhofer hanno sviluppato sistemi di coltivazione indoor chiusi e poco ingombranti per la produzione di proteine da fonti alternative durante tutto l'anno, indipendentemente dal clima e dalle stagioni. In un'ulteriore fase, le proteine e le materie prime ottenute da piante, funghi, alghe e insetti sono state combinate tra loro per la prima volta e trasformate in prototipi di prodotti alimentari. I nuovi prodotti e le alternative alla carne che ne derivano sono particolarmente preziosi in termini di fisiologia nutrizionale.
I crescenti problemi ambientali, le condizioni climatiche estreme, l'inquinamento del suolo e dell'acqua causato da pesticidi e fertilizzanti rendono difficile l'approvvigionamento della popolazione con alimenti e proteine di valore nutrizionale in molte regioni del mondo. Di conseguenza, le soluzioni nutrizionali sostenibili stanno diventando sempre più importanti. Le fonti proteiche alternative che possono sostituire gli alimenti di origine animale come carne, pesce, uova e latte offrono una soluzione. I ricercatori del progetto faro Fraunhofer "FutureProteins" si concentrano sulle proteine alternative provenienti da piante, insetti, funghi e alghe. Sei istituti Fraunhofer (vedi sotto) stanno unendo le loro competenze per attingere in modo sostenibile a nuove fonti di proteine con sistemi di coltivazione indoor appositamente sviluppati che possono essere utilizzati tutto l'anno e sono indipendenti dallo spazio, dal clima e dal luogo, e per produrre cibo da essi. La particolarità: i sottoprodotti vengono ampiamente utilizzati per la produzione di ulteriori materie prime proteiche, in linea con l'economia circolare. Oltre a quattro sistemi di coltivazione agricola indoor - vertical farming per le piante, insect farming per gli insetti, bioreattori per i funghi e fotobioreattori per la coltivazione delle alghe - i ricercatori hanno sviluppato una serie di alimenti gustosi per l'industria alimentare. Le creazioni spaziano dagli hamburger ai pani e ai dessert senza glutine.
La sansa di patate per la fermentazione dei funghi e come mangime per gli insetti
"In vista dei cambiamenti climatici, per noi era importante che tutti i sistemi indoor di nuova concezione potessero essere utilizzati indipendentemente dalla posizione, dall'area e dalla stagione, garantendo così una coltivazione locale e sostenibile delle varie materie prime per tutto l'anno", afferma il dottor Marc Stift, scienziato e coordinatore del progetto presso l'Istituto Fraunhofer per la Biologia Molecolare e l'Ecologia Applicata IME di Aquisgrana. I quattro impianti sono anche interconnessi: i flussi collaterali delle diverse fasi di lavorazione possono essere utilizzati per coltivare altri sistemi proteici. "Per esempio, le patate vengono tritate finemente dopo la coltivazione per estrarre amido e proteine. Ciò che rimane è un mezzo acquoso e la sansa di patate. La sansa di patate contiene fibre, che sono state identificate nel progetto come un eccellente substrato di fermentazione per i funghi", spiega la dott.ssa Stephanie Mittermaier, coordinatrice del progetto e scienziata presso l'Istituto Fraunhofer per l'ingegneria di processo e l'imballaggio IVV di Frisinga. I flussi collaterali ricchi di azoto della produzione di insetti possono essere utilizzati anche come fertilizzanti per le piante. Le alternative vegane alla carne sviluppate dal Fraunhofer IVV combinano diverse fonti proteiche, come piselli e funghi. Il risultato sono polpette di hamburger particolarmente succose e con un profilo nutrizionale migliorato.
Innovativo sistema di coltivazione verticale: piselli in crescita e in declino
Con la tecnologia OrbiPlant® sviluppata presso il Fraunhofer IME, i ricercatori sono riusciti per la prima volta a coltivare i piselli in modo efficiente al chiuso. Il sistema basato su nastri trasportatori non solo rende obsoleto l'uso di pesticidi, ma consente anche un metodo di coltivazione poco ingombrante che risparmia il 95% del consumo di acqua e il 50% del fabbisogno di fertilizzanti. Il sistema si muove a onde, in modo che le piante inserite nel nastro trasportatore - seguendo i movimenti del sistema - crescano sia verso l'alto che verso il basso e quindi anche a onde, il che consente una coltivazione poco ingombrante. Uno dei vantaggi di questo design è che il sistema di illuminazione utilizzato illumina le valli create dal movimento verso il basso del nastro trasportatore ondulato, permettendo all'aria di uscire verso l'alto ed evitando l'accumulo di calore associato alle costruzioni impilate convenzionali. Il sistema è caratterizzato da una climatizzazione naturale integrata, che riduce notevolmente i costi di condizionamento. Le piante sospese vengono alimentate per via aeroponica durante il movimento di salita e discesa del nastro trasportatore. "L'aeroponica è uno speciale metodo di coltivazione delle piante senza substrato. Le radici delle piante sono sospese all'interno del nastro trasportatore e vengono irrorate con una soluzione di acqua e sostanze nutritive. Rispetto alla coltura idroponica, in cui le radici si trovano nella soluzione nutritiva, l'irrigazione aeroponica riduce drasticamente la quantità di acqua nella pianta", spiega Stift. La coltivazione senza substrato presenta un altro vantaggio: a differenza della coltivazione di legumi in campo aperto, le piante sono pulite e l'intera biomassa, comprese le foglie e le radici, può essere utilizzata direttamente per la produzione di proteine senza un lavaggio preliminare.
Sostituto vegano della carne: polpettine per hamburger a base di un impasto di piselli e funghi
I ricercatori del Fraunhofer IVV di Frisinga lavorano allo sviluppo di alimenti gustosi e di alta qualità a partire da diverse fonti proteiche. Un centro di tecnologia alimentare con impianti pilota già esistenti per la produzione di alternative alla carne e ai latticini, nonché di prodotti da forno, presso il sito vicino a Monaco di Baviera, offre le condizioni ideali per lo sviluppo di alimenti fino alla maturità del mercato. Grazie a metodi di analisi all'avanguardia, i ricercatori possono valutare le singole materie prime in termini di composizione, proprietà funzionali e caratteristiche sensoriali come gusto e odore. "L'obiettivo è combinare i sistemi proteici con le loro migliori proprietà, ottimizzarli in termini di proprietà sensoriali e funzionali e creare così nuovi prodotti, come le alternative vegane alla carne", spiega Mittermaier. I risultati del lavoro di ricerca nell'ambito di FutureProteins sono una serie di prototipi molto apprezzati dai consumatori: oltre alle polpette di hamburger e alle polpette vegane realizzate con un mix di proteine di piselli e micelio di funghi, anche il profilo gustativo e olfattivo del pane senza glutine a base di insetti, i dessert e i gelati morbidi a base di varie proteine vegetali e la pasta ripiena di alghe sono stati valutati in modo estremamente positivo dagli assaggiatori. "Vogliamo rivolgerci al mercato di massa con le polpette di hamburger fatte con piselli e funghi e la pasta ripiena. I panini con gli insetti li vediamo più come un prodotto di nicchia", spiega il ricercatore. "Non è ancora possibile acquistare polpette per hamburger comparabili realizzate con una combinazione di fonti proteiche diverse. La miscela di piselli e miceli di funghi produce hamburger particolarmente succosi con livelli notevolmente ridotti di aromi artificiali e additivi come gli idrocolloidi, che di solito fanno parte di molte ricette a causa delle loro proprietà di formare gel e consistenza". Mittermaier e il suo team presenteranno questo e altri lavori di ricerca alla fiera IFFA di Francoforte, dal 3 all'8 maggio 2025. I ricercatori intendono concedere in licenza all'industria i prototipi alimentari sviluppati e i sistemi creati nel progetto.
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