C. Nicoli, A.F. De Toni Università degli Studi di Udine

XIII Conferenza annuale del Coordinamento

regionale degli Enti di Ricerca

Padriciano 99, Trieste, 16 dicembre 2014

Le biotecnologie per la

qualità e la sicurezza

nel campo alimentare

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AGENDA

LA STORIA

DA BIOTECNOLOGIE «SPONTANEE» A «TRADIZIONALI»

Attraverso le biotecnologie, l’uomo ha iniziato

a produrre le prime conserve delle storia,

ovvero alimenti stabili da un punto di vista

microbiologico e dunque salubri, in grado di

mantenersi inalterati per tempi lunghi.

In altre parole l’ottenimento di questi alimenti

ha consentito all’uomo di mangiare anche nei

periodi avversi, quando cioè le condizioni

ambientali o stagionali non consentivano di

disporre quotidianamente di alimenti freschi.

I PRIMI PROCESSI «BIOTECH»

• Birra: Sumeri, 4000 a C

• Vino: Egizi, 3000 a C

• Pane: Egizi, 3500 a.C.

La storia

Gli etruschi e i romani presumibilmente

facevano già consumo di insaccati ottenuti

dalla carne di maiale

“….l’universo ha inizio dal pane e dal vino che

consentono all’uomo di diventare civile…..”

Pitagora, 500 a C

Produrre in modo quasi miracoloso alimenti così perfetti era indice del raggiungimento di un grande livello di civiltà.

IERI COME ALLORA……

La capacità di un popolo di conservare gli alimenti

secondo le proprie esigenze e necessità è sempre stato

l’indicatore più sensibile del grado di sviluppo

scientifico e tecnologico raggiunto.

Alimenti trasformati e

confezionati per le missioni

spaziali.

Esempi di coltivazioni

chiuse ed autorigeneranti

per la missione su Marte.

La storia

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Il taglio a croce che si effettua sull’impasto prima

della lievitazione è un gesto antico e pieno di

significati. Rimanda all’idea che la lievitazione

fosse un evento divino

• Trasformazione del mosto in vino

• Lievitazione di impasti

• Coagulazione del latte

EVENTI MAGICI

1860 - Pasteur, il padre della moderna

microbiologia, inizia a comprendere i

fenomeni fermentativi.

1859 - Darwin “On the Origin of

Species by Means of Natural Selection”

in cui individuava nell’evoluzione della

specie il motore della vita.

1865 - Mendel teorizzava la presenza di

“fattori” indipendenti responsabili della

trasmissione di tratti ereditari da una

generazione all’altra.

IL LUNGO PERCORSO DELLA SCIENZA (1/3)

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1954 James D. Watson and Francis H.

C. Crick individuano la

struttura del DNA

IL LUNGO PERCORSO DELLA SCIENZA (2/3)

1879 Walter Fleming osserva la

separazione dei cromosomi

durante la mitosi cellulare

1996 Sequenziamento del genoma del

lievito per la panificazione

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2007 Sequenziamento del

genoma della vite (Uniud)

IL LUNGO PERCORSO DELLA SCIENZA (3/3)

1997 Primo esempio di

clonazione animale:

la pecora Dolly

2001 Sequenziamento del

genoma umano

IL TRIANGOLO ALIMENTARE

Sostenibilità

Security disponibilità

Safety salubrità

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AGENDA

SFIDE E RISPOSTE

La popolazione mondiale raggiungerà i 9 miliardi di

individui entro il 2050, con conseguente necessità di

aumentare le produzioni alimentari del 30-50% rispetto a

quelle attuali. Tuttavia, terra coltivabile ed acqua sono beni

sempre meno disponibili sul pianeta

Attualmente circa 1/3 delle derrate alimentari prodotte a livello globale viene sprecato perché non adeguatamente trasformato e conservato; contestualmente oltre 1/3 dei prodotti trasformati e conservati industrialmente viene “buttato” poiché non consumato nei tempi e nelle modalità previste

LE SFIDE

Modificazione del DNA di piante, animali e microrganismi utilizzati come fonti alimentari (OGM):

PRIMA RISPOSTA DELLE BIOTECNOLOGIE

• più resistenti alle avversità

• alte rese di produzione • materie prime con

predeterminate performance nutrizionali e/o tecnologiche

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VEGETALI MODIFICAZIONE VANTAGGI Pomodoro ed altri vegetali

Rallentamento processi di maturazione

Miglioramento della

qualità e delle modalità

di trasporto e distribuzione

Mais, colza Composizione della frazione lipidica

Miglioramento profilo nutrizionale dell’olio

Piante varie Addizione di fitasi Riduzione del contenuto

di componenti antinutrizionali (fitati)

Legumi Soppressione degli inibitori delle proteasi

Aumento della digeribilità

Frumento Aumento della glutenina ad alto peso molecolare

Miglioramento della qualità del pane

Arachidi ed altre piante

Inibizione della formazione di proteine allergeniche

Riduzione allergenicità

Riso, pomodoro

Aumento precursori viamina A

Aumento potere nutrizionale

ESEMPI DI PIANTE GENETICAMENTE MODIFICATE

Fonte: elaborazione da Johnson-Green, 2002

Utilizzo di microrganismi e/o enzimi nelle fasi di trasformazione, formulazione e conservazione degli alimenti

SECONDA RISPOSTA DELLE BIOTECNOLOGIE

a. Produzione di alimenti tradizionali b. Produzione di starter microbici, biomassa,

enzimi, ingredienti, nutrienti, additivi e coadiuvanti tecnologici

c. Produzione di alimenti di nuova generazione

d. Miglioramento della sicurezza alimentare degli alimenti

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a. PRODUZIONE DI ALIMENTI TRADIZIONALI

Prodotti Batteri

lattici Lieviti e

batteri lattici

Lieviti,

batteri

lattici e muffe

Birre europee

Yoghurt Kefir Salsa di soia

Pane Vegetali

(crauti,

olive, cetrioli ecc.)

Birre

africane Sofu

Vino Insaccati Miso Sake Sidro Formaggi

Le proteine ottenute dai microrganismi

potranno rappresentare un’alternativa a quella

che sarà una cronica carenza di proteine di

origine vegetale ed animale?

Proteine da

microrganismi

Proteine

animali

b. PRODUZIONE DI BIOMASSA (1/2)

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b. PRODUZIONE DI BIOMASSA (2/2)

Organismo Tempo Batteri e lieviti 20-120 min Muffe e alghe 2-6 h Pollame 1-2 settimane Suini 2-4 settimane Bovini (giovani) 1-2 mesi Uomo (giovane) 3-6 mesi

Tempi richiesti per raddoppiare la massa di vari organismi fornitori di proteine

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c. PRODUZIONE DI ALIMENTI DI NUOVA GENERAZIONE

Contengono:

• microrganismi probiotici (batteri lattici)

• composti prebiotici (frutto oligosaccaridi)

I microrganismi probiotici, se somministrati vivi ed in

concentrazioni adeguate, apportano un beneficio alla

salute, favorendo l’incremento delle difese immunitarie,

proteggendo l’apparato gastrointestinale da patologie

diverse, anche di natura cronica e degenerativa.

I composti prebiotici sono molecole, non assorbite a

livello intestinale, ma in grado di favorire la crescita e

l’attività dei microrganismi probiotici.

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d. MIGLIORAMENTO DELLA SICUREZZA ALIMENTARE

Rimuovere allergeni o costituenti coinvolti nell’innesco di

fenomeni di intolleranza alimentare o addirittura tossine.

Esempio 1: processo di delattosazione del latte operato

per via enzimatica.

Esempio 2: rimuovere dalle derrate alimentari

micotossine (pericolossissime per la salute formate da

microrganismi patogeni) attraverso l’utilizzo di specifici

enzimi.

Esempio 3: bioconservazione. Uso di microorganismi

selezionati e/o loro metaboliti antibatterici per migliorare

la qualità igienica e prolungare la shelf-life degli alimenti.

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AGENDA

3 STORIE DI SUCCESSI

1. PRODUZIONE DI ZUCCHERI DALL’AMIDO (1/2)

Negli USA dagli anni ‘70 il mercato dello zucchero

è stato rivoluzionato da un’innovazione biotech

che ha soppiantato l’estrazione dello zucchero

dalla canna e barbabietola.

Amido di mais

Enzimi

Glucosio e fruttosio

1. PRODUZIONE DI ZUCCHERI DALL’AMIDO (2/2)

2. PRODUZIONE DI LATTE DELATTOSATO

Il processo di delattosazione

del latte si basa sull’impiego

dell’enzima β-galattosidasi

(lattasi) che idrolizza il

lattosio nei suoi due

costituenti monomerici,

glucosio e galattosio.

Latte contenente lattosio

Reattore

contenente

lattasi

immobilizzata

Confezionamento in asettico

Trattamento termico

Addizione di

lattasi

Latte UHT

delattosato

Latte fresco

delattosato

Met

od

o T

etra

pac

k

Met

od

o H

D

3. BIOCONSERVAZIONE

Utilizzo di batteri lattici come antagonisti di

microganismi alterativi e patogeni in alimenti molto

deperibili. Non modificano le caratteristiche sensoriali

e aumentano sicurezza e vita da scaffale.

Tempo di conservazione (giorni)

Co

nta

mic

rob

ica

to

tale

(U

FC

/g) Prodotto tradizionale

Prodotto “bioconservato”

Prof. Alberto F. De Toni detoni@uniud.it www.diegm.uniud.it/detoni/word

press/ 33

Prof.ssa Cristina Nicoli mariacristina.nicoli@uniud.it

http://people.uniud.it/page/mar

iacristina.nicoli