APPLICAZIONI ‘FOOD’ DI MICROALGHE E CIANOBATTERI

Laura Bruno, Roberta Congestri
(Università di Roma Tor Vergata)

Le microalge sono organismi fotosintetici microscopici che vivono nei mari, fiumi e laghi.
Esse utilizzano l’energia solare per sintetizzare gli zuccheri e l’energia necessaria alla loro vita.
Da anni ormai nelle microalghe sono stati scoperti innumerevoli composti di grande interesse applicativo tanto da considerare questi organismi delle “biofabbriche verdi” che consumano solo CO2, sali minerali abbondanti in natura ed energia solare.
La coltivazione su larga scala è sempre più diffusa al fine di un loro utilizzo nel campo:

• dell’acquacoltura come alimento per mitili, crostacei e stadi larvali di pesci
• nutraceutico per l’elevato potere nutrizionale
• farmaceutico per le continue scoperte di molecole bioattive per la cura di malattie
• bioenergetico per l’elevato contenuto in oli e la produzione di idrogeno
• ambientale per le loro proprietà di biorimedio di acque, suoli e aria inquinati

Le microalghe rappresentano una risorsa da sfruttare al massimo in quei paesi del sud del mondo e in via di sviluppo in cui l’insolazione è assicurata e dove vi è un forte bisogno di alimenti dall’alto potere nutrizionale e ricostituente.
A seguito delle nuove applicazioni in campo energetico, nutraceutico, farmaceutico e cosmetico sono stati individuati diversi ceppi e specie promettenti per la produzione di biomasse su larga scala.
Tali coltivazioni intensive possono svolgersi in maniera sostenibile non sottraendo cioè risorse all’agricoltura ma consentendo il riciclo dell’acqua e l’abbattimento di gas atmosferici inquinanti.

LE MICROALGHE COME INTEGRATORI ALIMENTARI
Alcune microalghe vengono consumate nell’alimentazione umana sin dall’antichità, posseggono infatti un elevato potere nutrizionale e grandi proprietà ricostituenti grazie all’alto contenuto in proteine (fino a 60-70%; 40% nella carne e 26 % nel latte) carboidrati (fino a 30-40%) , iodio, ferro, calcio, vitamine (es. A ,B1, B2, B12 e C) e acidi grassi (10-20%).
Vengono coltivate, raccolte ed essiccate e trasformate in polvere e così conservate a lungo e utilizzate poi nella preparazione di prodotti alimentari di facile consumo, come pane, pasta, biscotti o bevande.
Le microalghe rappresentano fonti di grande interesse per l’estrazione di prodotti particolarmente efficaci nel supporto all’alimentazione umana come oligoelementi, vitamine, carotenoidi e proteine. Fra i prodotti più interessanti il β carotene, l’astaxantina, la vitamina B12, gli acidi grassi polinsaturi, omega 3-DHA e omega 6, e altre biomolecole ad alto valore nutraceutico.
La loro integrazione, da 2 a 5 g al giorno, ai pasti è un valido aiuto sia per colmare carenze nutrizionali sia per migliorare il proprio benessere perchè stimola il sistema immunitario e produce un effetto tonico e rigenerante sull’intero organismo.
Rapporti del WHO dichiarano che i cianobatteri Arthrospiramaximae A. platensis, commercializzati con il nome Spirulina, rappresentano “one of the greatestsuperfoods on earth”. Microalghe come Chlorella, Dunaliellae Haematococcus sono classificate alimenti GRAS, Generally Regarded as Safe, dalla U.S. Food and Drug Administration (Microalgae for “Healthy” Foods-Possibilities and Challenges,inComprehensive Reviews Food Science Food Safety vol9- 2010)

Spirulina Proteine: (60-70%)
Glucidi: (18%) carboidrati e zuccheri, come ramnosio e glicogeno, che vengono facilmente assorbiti dall’organismo con un quantitativo minimo di insulina, fornendo energia immediata senza affaticare il pancreas
Lipidi: (8%) costituiti per lo più da acidi grassi essenziali, tra i quali l’acido α linolenico efficace contro l’ipercolesterolemia
Carotenoidi: Spirulina è l’alimento più ricco in assoluto di β carotene perfettamente assimilabile e potenziato da ben altri 14 carotenoidi con un apporto dieci volte superiore a quello delle caroteVitamine idrosolubili: (gruppo B e B12) le vitamine del complesso B sono indispensabili per mantenere sani nervi e neuroni
Vitamine liposolubili: A,D, E, K

Ficobiliproteine: pigmenti che prevengono la formazione di radicali liberi, antiossidanti (potenziale antitumorale)
Aminoacidi: fenilalanina, presente in dosi piuttosto elevate, secondo alcuni ricercatori contribuisce a ridurre la sensazione di fame
Sali minerali: particolarmente utili nella malnutrizione infantile e come supplemento per le donne in gravidanza e durante l’allattamento
Chlorella β glucani (carboidrati) con proprietà, immunostimulanti, antiradicali liberi e antiiperlipidemia, importante fonte di proteine e 8 amminoacidi essenziali, vitamine (complesso B e vit C), minerali (potassio, sodio, magnesio, ferro e calcio), β-carotene e ‘‘CGF” (Chlorellagrowthfactor)
Dunaliella elevate concentrazioni di carotenoidi utili come supplemento alimentare (β-carotene, luteina e altri).
Haematococcus astaxantina, ad altissimo potere antiossidante, studi sperimentali hanno evidenziato come l’astaxantina (commercializzata negli USA come BioAstin by Cyanotech Corp. Kailua-Kona, Hawaii) protegga dalle radiazioni UV
Aphanizomenflos-aquae composti con potere antinfiammatorio, ricostituenti e coaudiuvanti la digestione e il benessere generale

PRODUZIONE INTENSIVA DI BIOMASSA
I vantaggi nello sfruttamento della produzione massiva di microalghe a scopo alimentare integrato sono:

- Nessuna competizione con altre risorse alimentari
- Riutilizzo di terreni non coltivabili o contaminati
- Elevato tasso di crescita
- Elevato contenuto in proteine, integratori e molecole bioattive
- Produzione continua durante l’anno
- Limitata richiesta di acqua
- Manipolazione della produzione delle sostanze di interesse
- Non richiedono uso di pesticidi o erbicidi
- Utilizzo della biomassa per estrazione di numerosi composti e molecole attive

La produzione di elevate quantità di biomassa microalgale richiede l’utilizzo di tecniche di coltura studiate in relazione al luogo di produzione e all’utilizzo ultimo della biomassa prodotta. Le tecniche di coltura massiva delle microalghe si basano fondamentalmente su due opzioni: Open Ponds (vasche aperte) e fotobioreattori chiusi (PBRs).
La crescita in vasche aperte avviene facendo crescere le alghe all’aria aperta e alla luce del sole, all’interno di vasche di grandi dimensioni. Le colture in vasche aperte hanno due problemi principali, il primo è l’eccessiva evaporazione del liquido, soprattutto nei climi caldi, con conseguente variazione progressiva della salinità e la possibile perdita di componenti essenziali. In secondo luogo gli Open Ponds sono più esposti alle contaminazioni da parte di batteri, protozoi e altre microalghe che possono proliferare competendo per la crescita con il ceppo d’interesse. Tale suscettibilità alle contaminazioni rende questo tipo di tecnica meno preferibile in un contesto in cui il controllo della qualità del prodotto, utilizzato per scopi alimentari, in condizioni in cui le problematiche sanitarie sono già serie, deve essere massimo.
Per minimizzare tali contaminazioni, massimizzare e controllare l’accrescimento della biomassa e ottimizzare i parametri di crescita di ceppi algali selezionati è consigliabile procedere alla coltivazione all’interno di fotobioreattori chiusi e controllati.
I fotobioreattori vanno progettati al fine di aumentarne al massimo la produttività, di minimizzare le perdite per evaporazione e di garantire la qualità del prodotto.
Si rende necessaria la conoscenza di molteplici aspetti di ingegneria, fluidodinamica e biologia delle alghe per rendere efficienti e produttivi tali sistemi chiusi e controllati.
La crescita delle microalghe e il consumo dell’anidride carbonica durante la fotosintesi, nei PBRs, rappresentano processi manipolabili dall’esterno al fine di ottimizzare le rese in prodotti destinati alle applicazioni nutraceutiche e alla sintesi di bioplastiche. Solo la ricerca di un continuo equilibrio tra implementazione ingegneristica e dinamiche biologiche e biochimiche garantisce la definizione di un protocollo ottimale per la coltivazione delle microalghe in fotobioreattori appositamente sviluppati