La producción biotecnológica a escala industrial de proteínas y vitaminas es económicamente viable
Alimentar al mundo con proteínas sin recurrir a la agricultura
Los investigadores están desarrollando procesos biotecnológicos que permiten a los microorganismos producir proteínas y vitaminas para el consumo humano a partir de ingredientes químicos básicos, como el dióxido de carbono, el hidrógeno y el oxígeno, sin recurrir en absoluto a la ganadería ni a la agricultura. Dado que estos métodos también requieren un aporte de energía, se conocen popularmente como procesos «power-to-protein» y «power-to-vitamin». El profesor Lars Angenent, biotecnólogo medioambiental del clúster de excelencia «Control de microorganismos para combatir infecciones» (CMFI) de la Universidad de Tubinga, ha optimizado uno de estos procesos en el laboratorio; este produce proteínas, así como vitamina B9, también conocida como ácido fólico.
El proceso es único, ya que consta de dos etapas en las que se utilizan dos microorganismos diferentes de forma secuencial. Angenent y su equipo han estado trabajando para averiguar si puede ampliarse hasta alcanzar una producción industrial viable desde el punto de vista técnico y económico. Han descubierto que una planta de producción capaz de suministrar a 5,6 millones de personas la dosis diaria recomendada de vitamina B9 y de contribuir a su ingesta de proteínas a precios de mercado se amortizaría en tan solo cinco años. El estudio se ha publicado en la revista PNAS.
El crecimiento de la población mundial y el calentamiento global plantean importantes retos para la agricultura convencional. La ganadería, en particular, consume muchos recursos y contribuye de manera significativa a la emisión de sustancias nocivas para el medio ambiente. Según estimaciones de las Naciones Unidas, ya en 2023, 733 millones de personas —más del 9 % de la población mundial— padecían desnutrición. «Se teme que esta cifra siga aumentando. Especialmente en los países más pobres, no se pueden satisfacer las necesidades proteicas», afirma Lars Angenent. El cuerpo humano no puede producir por sí solo todos los nutrientes esenciales y depende de la ingesta de determinadas proteínas y vitaminas.
Los precios de la electricidad tienen un gran impacto en el coste total
Las plantas de «energía a proteína» y de «energía a vitamina» necesitan energía para hacer funcionar los biorreactores. Se trata de recipientes que contienen el líquido en el que los microbios transforman las materias primas en los productos deseados en condiciones controladas, como una temperatura y una presión constantes. Se requiere energía adicional para producir hidrógeno libre a partir del agua. En el sistema de biorreactores de dos etapas de Angenent, la bacteria Thermoanaerobacter kivui reduce el dióxido de carbono a acetato utilizando hidrógeno en un entorno sin oxígeno durante la primera etapa de producción. Esta bacteria es poco exigente y produce el ácido fólico necesario para la producción de acetato. Posteriormente, la levadura de panadería —un hongo denominado Saccharomyces cerevisiae— convierte el acetato en proteínas en presencia de aire. «La propia levadura, enriquecida con proteínas y ácido fólico, es apta para el consumo. Como complemento alimenticio tomado en pequeñas cantidades diarias para cubrir las necesidades de vitamina B9, es un alimento seguro», afirma Angenent. «Si se pretende cubrir la totalidad de las necesidades proteicas mediante proteínas producidas por microorganismos, la levadura debe purificarse para eliminar sustancias que puedan provocar, por ejemplo, gota. En ese caso, el proceso de fabricación se vuelve, en consecuencia, más complejo».
Una planta de biorreactores de dos etapas con un volumen de 1.750 metros cúbicos, tal y como se describe en el cálculo de ejemplo del equipo de investigación en biotecnología, podría producir 12,9 kilotoneladas de levadura al año, que contendrían 813 kilogramos de ácido fólico y 5,6 kilotoneladas de proteínas. Esta cantidad sería suficiente para proporcionar a 5,6 millones de personas la dosis diaria recomendada de ácido fólico y el 5 % de sus necesidades proteicas. A un precio de 20 dólares por kilogramo de levadura enriquecida, la planta de producción se amortizaría en cinco años. «Según nuestros cálculos, el precio mínimo para que la producción sea económicamente viable viene determinado principalmente por el precio de la electricidad y la energía necesaria para la electrólisis, que se utiliza para producir hidrógeno», afirma Angenent. «En condiciones ideales, el precio podría reducirse a 4,53 dólares por kilogramo si, por ejemplo, no hubiera costes asociados a la producción de dióxido de carbono y se pudiera aumentar aún más la tasa de producción de levadura». Si el proceso de dos etapas se utiliza principalmente para cubrir por completo las necesidades proteicas de las personas, la levadura debe someterse a un tratamiento térmico para su purificación. «Esto elevaría el precio mínimo a 14,24 dólares por kilo de levadura; a un precio de 20 dólares, la inversión en el equipo se amortizaría en siete años».
En ambos modelos de producción, las pruebas revelaron que no existen problemas técnicos para ampliar la escala a una planta industrial. «Los productos obtenidos se situarían en el mismo rango de precios que otros productos proteicos derivados de la levadura, las plantas, el suero de leche o las algas, y probablemente podrían competir con éxito en el mercado alimentario», afirma Angenent. Sin embargo, los cálculos también mostraron que, en los procesos «power-to-protein» y «power-to-vitamin», los procesos electroquímicos para la producción de hidrógeno, en particular, tendrían que desarrollarse más para lograr una mayor eficiencia. «No obstante, los procesos tienen un gran potencial económico desde varios puntos de vista. Por ejemplo, la huella de carbono de la producción de proteínas y vitaminas podría reducirse significativamente en comparación con la producción a partir de animales y plantas».
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