Alimenti ricchi di proteine ricavati dagli scarti della birra e delle mele Le proteine vegetali come sostituto della carne del futuro

Fecce di birra, polpa di mela e lupini amari: il Centro per l’alimentazione e la tecnologia alimentare trasforma i residui inutilizzati in prodotti proteici di alta qualità. Tre progetti di ricerca esplorano nuovi sostituti della carne e del formaggio ricchi di proteine e dimostrano l’utilità dei moderni analizzatori di aminoacidi per la tecnologia alimentare.

Quasi tutti i tedeschi hanno mangiato almeno una volta delle leguminose: molti entrano in contatto con esse già nella prima infanzia, ma solo pochi ne sono consapevoli. Quello che potrebbe tranquillamente passare per il nome di una fastidiosa malattia della pelle è in realtà il termine tecnico per indicare le leguminose. Tra queste figurano rappresentanti ben noti come piselli, lenticchie, fagioli e soia, ma anche varietà a chicco piccolo, come il trifoglio e l'erba medica. Queste piante sono dei veri e propri campioni botanici sotto diversi aspetti. Da un lato, le leguminose non solo sono in grado di assorbire CO₂ dall’aria, ma anche di fissare e accumulare l’azoto atmosferico. A dire il vero, non sono le piante stesse a svolgere questa funzione, bensì i cosiddetti batteri dei noduli presenti sulle loro radici, che vivono in simbiosi con la pianta. Quando gli agricoltori inseriscono le leguminose nella rotazione delle colture, è possibile ridurre il fabbisogno di fertilizzanti azotati.

D'altra parte, i legumi producono proteine di alta qualità e costituiscono un'importante fonte proteica sia per l'alimentazione umana che per quella animale. Soprattutto nelle diete vegetariane o vegane, i legumi svolgono un ruolo fondamentale come fonte di proteine.

Analisi degli aminoacidi per alimenti ottimizzati

Nonostante queste caratteristiche positive, la coltivazione regionale di legumi in Germania ha subito in passato un forte calo. Per contrastare questa tendenza, alla fine del 2012 il Ministero federale dell’Agricoltura, dell’Alimentazione e del Territorio (BMLEH) ha lanciato il Strategia sulle colture proteiche. L’iniziativa mira a promuovere la coltivazione e la valorizzazione delle colture proteiche in Germania. I risultati positivi sono già evidenti: mentre nel 2012 la quota di leguminose rappresentava solo il 3% della superficie coltivabile totale in Germania, nel 2025 le leguminose erano già coltivate sul 5,9% dei terreni agricoli.

Tuttavia, la strategia sulle proteine vegetali del Ministero federale non si limita al potenziamento della coltivazione dei legumi, ma promuove anche nuovi approcci per l’estrazione delle proteine. Tra questi figurano processi sostenibili che utilizzano come risorsa scarti finora poco sfruttati per produrre proteine vegetali commestibili di alta qualità. Con questo obiettivo, il Centro per l’alimentazione e la tecnologia alimentare (ZELT gGmbH) ha studiato, nell’ambito di tre progetti, le materie prime e le proteine presenti nei substrati vegetali. La base tecnologica è stata costituita dall’analizzatore di aminoacidi Aracus della Membrapure GmbH. L’azienda sviluppa una propria tecnologia di analisi e fornisce sistemi di laboratorio e di analisi per applicazioni nei settori della ricerca, della diagnostica, dell’analisi ambientale e alimentare, nonché nel settore farmaceutico e industriale.

Mentre le analisi proteiche classiche determinano spesso l’azoto totale o il contenuto di proteine grezze, l’analisi degli aminoacidi consente una valutazione più articolata. Essa rivela quali aminoacidi sono presenti nel substrato e in quale proporzione. Questa informazione è essenziale soprattutto per lo sviluppo di alternative vegetali alla carne o al formaggio, poiché il valore biologico di una proteina dipende direttamente dalla sua composizione aminoacidica. In particolare, gli aminoacidi essenziali, che il corpo umano non è in grado di produrre autonomamente, svolgono qui un ruolo decisivo.

Sostituto della salsiccia cotta a base di residui di birrificazione

Il primo progetto di ZELT, intitolato “Malt-Fungi-Protein”, verte sulla valorizzazione dei residui di birrificazione. In collaborazione con il birrificio Störtebeker di Stralsund e molti altri partner, i ricercatori hanno studiato come ricavare un sostituto vegetale della carne dai residui di birrificazione, un sottoprodotto della produzione birraria. I residui di birrificazione fungono da substrato per la coltivazione del micelio fungino. I funghi formano un micelio ricco di proteine e generano grandi quantità di proteine fungine di alto valore nutrizionale. Uno degli obiettivi del progetto era migliorare la biodisponibilità degli aminoacidi e aumentare il contenuto dei preziosi aminoacidi essenziali.

Per questa applicazione è necessario conoscere quali aminoacidi sono presenti nella miscela di trebbie e micelio e in quali quantità. «Ogni aminoacido agisce in modo diverso nell’organismo. Per questo motivo, dal punto di vista nutrizionale è importante sapere quali sono presenti», spiega Jörg Reichert, collaboratore del progetto presso lo ZELT. L’analizzatore di aminoacidi riproduce l’intero spettro della sequenza aminoacidica. «Rispetto ad altri metodi, questo è più veloce e meno costoso», afferma Nino Beisler, coordinatore del progetto presso lo ZELT. Il team ha quindi rinunciato alle analisi cromatografiche o elettroforetiche, nonché alle reazioni colorimetriche specifiche. Questi metodi avrebbero richiesto una preparazione dei campioni troppo complessa o avrebbero fornito risultati poco specifici.

Con l’analizzatore di aminoacidi, i ricercatori hanno valutato se la fermentazione utilizzata portasse effettivamente a un miglioramento della qualità delle proteine: sono stati redatti aminogrammi dettagliati e sono state documentate le variazioni nel profilo aminoacidico durante le diverse fasi del processo. Il team di progetto ha variato temperatura, valore del pH, pressione e diverse specie di funghi, misurando con l’analizzatore di aminoacidi gli effetti di questi parametri sulla composizione degli aminoacidi. In questo modo, i ricercatori hanno creato in modo mirato condizioni di processo che consentissero una qualità ottimale delle proteine. 

L’analisi ha dimostrato che il trattamento fermentativo ha effettivamente permesso di ottenere rapporti aminoacidici più favorevoli, in particolare per quanto riguarda gli aminoacidi essenziali rilevanti dal punto di vista nutrizionale. Nel corso del progetto, la miscela fermentata di trebbie e micelio è stata trasformata in estrusi che possono essere utilizzati come ingredienti nelle alternative vegetali alla carne. I dati analitici sono stati utili non solo per la valutazione nutrizionale, ma anche per l’adeguamento tecnologico delle ricette.

Variando diversi parametri quali temperatura, valore del pH e pressione nella coltivazione dei funghi, nonché utilizzando diversi substrati come i residui di frumento, orzo e birra scura, gli scienziati hanno individuato le condizioni ottimali per la crescita del micelio. Questa ricerca si è protratta per diversi anni e si è conclusa nell’agosto del 2025. «Grazie alla regolazione dei parametri siamo riusciti effettivamente a ottenere un miglior rapporto quantitativo degli aminoacidi», afferma il coordinatore del progetto Beisler.

Il materiale, la consistenza e la conservabilità della miscela di trebbie e micelio soddisfacevano i requisiti stabiliti. Dalla miscela finale sono stati prodotti, tra l’altro, estrusi adatti come ingredienti nella produzione alimentare. Ciò consentirebbe, ad esempio, di sostituire in parte la carne nelle salsicce, al fine di ridurre il fabbisogno di allevamento e sviluppare prodotti più sostenibili.

Proteine del lupino – senza retrogusto amaro

Nell’ambito del progetto di ricerca “Leguland”, la ZELT gGmbh ha studiato, in un secondo progetto, le possibilità di utilizzo del lupino bianco, un rappresentante delle leguminose, ovvero un legume. Esso presenta già un elevato contenuto proteico e un’alta percentuale di aminoacidi essenziali con ottima biodisponibilità, il che lo rende interessante come prodotto sostitutivo delle proteine animali. Tuttavia, durante la crescita il lupino bianco produce sostanze amare, i cosiddetti alcaloidi, per proteggersi dai predatori. In grandi quantità sono addirittura tossici, per cui, se si superano determinati valori limite, la pianta non può essere utilizzata né negli alimenti né nei mangimi. La coltivazione del lupino bianco ha riscosso scarso successo tra gli agricoltori, poiché non esistevano possibilità di valorizzazione del raccolto. Gli scienziati alimentari hanno voluto cambiare questa situazione con il loro lavoro.

Il progetto di ricerca mirava a sviluppare isolati proteici privi di sostanze amare ricavati dal lupino bianco, creando così nuove possibilità di valorizzazione. Per raggiungere questo obiettivo, i ricercatori hanno messo a punto un nuovo processo per eliminare le sostanze amare dalla pianta. A tal fine, hanno utilizzato l’analizzatore di aminoacidi Membrapure per studiare come la struttura proteica si modifica nel corso del processo.

Nel corso del progetto si è infine riusciti a rimuovere le sostanze amare dalle proteine vegetali e a rispettare i valori limite previsti nel settore alimentare. La struttura naturale delle proteine è rimasta inalterata e nel prodotto sono stati rilevati aminoacidi essenziali. È emerso che il processo previsto funzionava nella pratica. Il progetto si è concluso nel marzo 2025.

Dai risultati ottenuti in laboratorio si passa, nella fase successiva, al passaggio alla scala tecnologica, dove, anziché piccole quantità di 100 grammi, vengono già lavorati lotti nell’ordine dei 100 chilogrammi. «Vogliamo semplificare il passaggio alla scala industriale e siamo in grado di scalare i risultati fino a lotti di tonnellate», spiega Beisler, coordinatore del progetto ZELT. Per Leguland, insieme al suo team, ha sviluppato un processo per quantità di 50 chilogrammi finalizzato alla produzione di isolato proteico di alta qualità.

Trasformare gli scarti delle mele in alimenti a tutti gli effetti

Nel terzo progetto – Apple – si mirava ad arricchire la polpa di mela con proteine, sempre tramite il micelio fungino e sempre con l’obiettivo di aumentare il contenuto di aminoacidi biodisponibili. A tal fine, i ricercatori dello ZELT hanno identificato il substrato ottimale, nonché il tipo e la quantità di aminoacidi presenti nella miscela. Il risultato, previsto per dicembre 2025: una matrice di materie prime di nuova concezione, sulla quale il fungo possa crescere bene e formare la struttura proteica desiderata. La qualità delle materie prime impiegate e la tecnologia di produzione utilizzata si sono rivelate fattori determinanti per il risultato.

Senza tecnologie come l’analizzatore di aminoacidi di Membrapure, lo sviluppo di alimenti a base di proteine vegetali di alta qualità non sarebbe possibile in questa forma. «È di grande aiuto nella valutazione», conferma Beisler. Il Centro per la nutrizione e la tecnologia alimentare è molto soddisfatto dell’utilizzo dello strumento. «Durante il progetto non si sono verificati né lunghi tempi di inattività né errori gravi.»

Le misurazioni possono essere eseguite ininterrottamente 24 ore su 24 e l’analizzatore automatico di aminoacidi non richiede l’intervento di personale specializzato durante il funzionamento. Rispetto ad altri dispositivi, i tempi di analisi, che possono arrivare fino a 75 minuti per analisi, sono piuttosto lunghi, ma in compenso l’analizzatore fornisce informazioni dettagliate sui profili aminoacidici.

Conclusione

I progetti relativi alla composizione e alla biodisponibilità delle proteine contribuiscono al progresso della tecnologia alimentare. «Abbiamo così individuato tre modalità per sviluppare, a partire da diverse materie prime vegetali e da scarti vegetali, materie prime di alta qualità e ricche di proteine per la produzione di alimenti sostenibili. Attualmente questi scarti vengono valorizzati solo in modo limitato, ovvero come mangimi o per la produzione di energia», riassume Reichert, collaboratore del progetto ZELT. Per i ricercatori è stata particolarmente importante la possibilità di determinare i profili aminoacidici in modo riproducibile ed economico. Metodi alternativi, come quelli cromatografici o elettroforetici, sarebbero stati in alcuni casi notevolmente più onerosi. L’analizzatore di aminoacidi ha quindi supportato non solo la valutazione scientifica delle materie prime, ma anche lo sviluppo pratico dei processi. 

I progetti di ricerca condotti presso il Centro per la nutrizione e la tecnologia alimentare dimostrano che le materie prime vegetali biogene possono essere trasformate in prodotti proteici di alta qualità. L’ottimizzazione dei processi e le analisi degli aminoacidi migliorano sia la biodisponibilità che il profilo aminoacidico. La ZELT gGmbH ha inoltre dimostrato che i processi sviluppati possono essere trasferiti dalla scala di laboratorio a volumi di produzione più elevati. Le conoscenze acquisite costituiscono una base per futuri progetti di ricerca e sviluppo, creando così soluzioni lungo l’intera catena del valore. L’analizzatore di aminoacidi di Membrapure sarà impiegato anche in progetti successivi presso ZELT: tre nuovi progetti sono già in fase di approvazione.

Questo articolo è stato pubblicato in precedenza sul nostro marchio gemello www.foodtec-insider.de.