Avete mai sentito parlare di fermentazione allo stato solido (SSF)?
Per quanto il nome possa sembrare tecnico, si tratta di una tecnica antica che è riemersa come soluzione innovativa e sostenibile alle sfide del nostro sistema alimentare globale.
Che cos’è l’SSF?
In sostanza, la SSF è un processo di fermentazione in cui i microrganismi crescono su un substrato solido in assenza o quasi di acqua libera. Immaginate la muffa che cresce sul compost o sulla lettiera di foglie; la SSF cerca di imitare questi ambienti naturali per massimizzare il metabolismo microbico. L’aspetto affascinante è che il substrato solido stesso non solo funge da supporto, ma fornisce anche tutti i nutrienti necessari, spesso senza bisogno di additivi chimici.
Vantaggi:
La SSF offre molteplici vantaggi che la rendono un’alternativa interessante e più sostenibile alla tradizionale fermentazione liquida (sommersa). Ecco alcuni dei suoi principali vantaggi:
- Riduzione del consumo di acqua e di energia: utilizza una quantità minima di acqua, riducendo il dispendio energetico per la sterilizzazione, il raffreddamento e il trattamento delle acque reflue.
- Valorizzazione dei rifiuti agroindustriali: consente di trasformare i sottoprodotti dell’industria agroalimentare, come bucce di frutta, crusca, bagassa e scarti di caffè, in prodotti di alto valore, contribuendo all’economia circolare e riducendo l’inquinamento ambientale.
- Aumento della produttività e della stabilità del prodotto: Collocando il microrganismo in prossimità del substrato, si ottengono concentrazioni e rese di prodotto più elevate, con una maggiore stabilità grazie all’ambiente protettivo del substrato solido.
- Processi più semplici ed economici: i sistemi SSF sono in genere meno costosi da progettare e mantenere, con requisiti infrastrutturali inferiori e spesso processi a valle più semplici e meno costosi per l’estrazione e la purificazione dei prodotti.
Prodotti e applicazioni di alto valore:
SSF ha dimostrato la sua versatilità nella produzione di un’ampia gamma di prodotti essenziali per diversi settori industriali:
1. Biofertilizzanti: Permette di aumentare le prestazioni fermentative di alcuni funghi ad azione biostimolante come Trichoderma harzianum e Metarhizium anisopliae. La fermentazione allo stato solido promuove un ispessimento della parete cellulare, aumentando sia lo strato perisporico che quello endosporico. Questo cambiamento è associato a un maggiore contenuto di β-glucani, chitina e proteine della parete, che rafforza la resistenza e la stabilità del micelio o delle spore alle condizioni più impegnative del processo, ottimizzando la loro adattabilità a diverse condizioni ambientali e substrati agricoli. Inoltre, questa tecnica migliora la vitalità e la produzione di metaboliti bioattivi di questi agenti biologici.
2. Enzimi industriali: è il metodo preferito per la produzione di enzimi come amilasi, xilanasi, lipasi, cellulasi, pectinasi, fruttosil transferasi e lattasi. Questo perché la quasi totale assenza di acqua rende più stabili gli enzimi prodotti. Questi enzimi trovano applicazioni massicce negli alimenti e nei mangimi, nella bioenergia, nella farmaceutica e nel trattamento dei rifiuti.
3. Alimenti funzionali e fortificazione delle proteine: consentono di migliorare in modo significativo il valore nutrizionale degli alimenti. Un esempio è la fermentazione dei fagioli con il Pleurotus ostreatus. Questa SSF aumenta il contenuto proteico, arricchisce gli aminoacidi essenziali (come valina, leucina, isoleucina e tirosina) e riduce i fattori antinutrizionali, come l’acido fitico, a livelli quasi irrilevanti.
4. Analoghi della carne a base vegetale (PBMA): la SSF è un metodo efficace per creare PBMA. Fermentando le proteine di soia con microrganismi come Rhodotorula mucilaginosa, Monascus purpureus e Lactiplantibacillus plantarum, è possibile simulare il colore, la consistenza e il sapore della carne, riducendo gli antinutrienti e promuovendo le proprietà di reticolazione delle proteine.
5. Antibiotici: consente la produzione di antibiotici a basso investimento ed elevata produttività, come l’ossitetraciclina e la cefamicina C.
6. Acidi organici e biocarburanti: consente la produzione di acidi organici come l’acido citrico e l’acido lattico, nonché di biocarburanti come il bioetanolo, il biodiesel e il biogas, utilizzando i rifiuti agroindustriali.
Il ruolo della bioingegneria e il futuro:
Mentre la SSF ha affrontato sfide storiche come la scalabilità e il recupero dei prodotti, i progressi della bioingegneria stanno aprendo nuove porte. La progettazione innovativa di bioreattori, l’ingegneria genetica e metabolica dei microrganismi e l’uso di tecniche di modellazione avanzate consentono di ottimizzare la crescita microbica e la produzione di metaboliti, superando problemi come il trasferimento di calore e massa.
Si prevede che con l’automazione continua e l’integrazione dell’omica e dell’intelligenza artificiale, la fermentazione allo stato solido raggiungerà l’efficienza e l’impatto su larga scala di altre fermentazioni.
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Fermentazione allo stato solido: il ruolo della bioingegneria e il futuro
