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http://parlab.biologia.unipd.it/

“Microalghe e cianobatteri nell'alimentazione umana e animale”

Nicoletta La Rocca nicoletta.larocca@unipd.it

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Ci siamo ormai abituati a vedere nei piatti le macroalghe (seaweeds)

Nori

Kombu

Wakame

• Poco caloriche • Ricche in ioni e vitamine • Ricche in acidi grassi ω3 • Ricche in beta-glucani

polisaccaridi solforati antinfiammatori e gelificanti

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Per 100 grammi di fresco Calorie 35 Grassi 0,3 g - Acidi grassi saturi 0,1 g - Acidi grassi polinsaturi 0,1 g (omega-3) - Colesterolo 0 mg Carboidrati 5 g - Zucchero 0,5 g Fibra alimentare 0,3 g Proteine 6 g Vitamina A, C, B6 Sodio 48 mg Potassio 356 mg Calcio 70 mg Ferro 1,8 mg Magnesio 2 mg

Phylum: Rhodophyta Class: Bangiophyceae Order: Bangiales Family: Bangiaceae Genus: Porphyra o Pyropia Anche conosciuta come Nori. Cresce lugno le coste dell’Oceano Pacifico e Indiano (lunghezza 20-50 cm)

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Per 100 grammi di fresco Calorie 43 Grassi 0,6 g - Acidi grassi saturi 0,2 g - Acidi grassi monoinsaturi 0,1 g - Colesterolo 0 mg Carboidrati 10 g (laminarina, acido alginico…) - Zuccheri 0,6 g Proteine 1,7 g Fibra alimentare 1,3 g Vitamina A Vitamina C Sodio 233 mg Potassio 89 mg Calcio 168 mg Ferro 2,9 mg Magnesio 121 mg

Phylum: Heterokontophyta Classe: Phaeophyceae Ordine: Laminariales Genere: Laminaria Conosciuta come Kombu. Coltivata intensivamente in China, Giappone e Corea.

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Phylum: Heterokontophyta Classe: Phaeophyceae Ordine: Laminariales Famiglia: Alariaceae Genere: Undaria Conosciuta come Wakame. Raccolta nelle acque dell’Oceano Atlantico e coltivata nel nord della Francia. (Fino a 12 metri lugnhezza)

Per 100 grammi di fresco Calorie 45 Grassi 0,6 g - Acidi grassi saturi 0,1 g - Acidi grassi polinsaturi 0,2 g - Acidi grassi monoinsaturi 0,1 g - Colesterolo 0 mg Zucchero 0,7 g Carboidrati 9 g (fucani, acido alginico..) Fibra alimentare 0,5 g Proteine 3 g Vitamina A, C, B9 Potassio 50 mg Sodio 872 mg Calcio 150 mg Ferro 2,2 mg Magnesio 107 mg

Siamo meno abituati a pensare a microalghe e cianobatteri nella nutrizione

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Ma anche l’uso delle microalghe come cibo è antico di centinaia di anni.

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I cianobatteri

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Nel 1940, un algologo francese aveva riportato l’utilizzo di un materiale verde chiamato dihé, usato nei cibi delle popolazioni Kanembu limitrofe al Lago Ciad (tra Ciad, Camerun, Niger e Nigeria)

La storia di Spirulina (o Arthrospira)

Phylum: Cyanobacteria Classe: Cyanophyceae Ordine: Oscillatoriales Famiglia: Phormidiaceae Genere: Arthrospira Specie: A. platensis

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Il dihé consisteva in formelle disidratate al sole dell’alga blu-verde (cianabatterio) spirulina (Arthrospira) raccolta dalle pozze attorno al lago.

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Aztecs harvesting blue-green algae from lakes in the valley of Mexico.

Negli anni ‘60, Hubert Durand-Chastel, lesse questo report su spirulina e realizzò che si trattava del medesimo organismo che infestava il Lago Texcoco in Mexico al tempo utilizzato per l’estrazione della soda. Sebbene a quei tempi l’organismo non fosse più raccolto dalle popolazioni messicane, la letteratura storica rivelò che veniva raccolto seccato e usato per l’alimentazione dagli Atzechi, 400 anni prima della conquista spagnola. Le leggende narrano che i messaggeri corridori Atzechi utilizzassero la spirulina per le loro maratone.

Fu proprio Hubert Durand-Chastel a promuovere il primo set up di coltivazione di spirulina nel Lake Texcoco negli anni ‘70. Questa ‘farm’ divenne la più importante al mondo nel 1980.

Spirulina è attualmente coltivata principalmente in ‘open ponds’ in molte nazioni (Cina, Tailandia, Hawaii, Giappone, India, California, …) e venduta come integratore alimentare per il suo elevato contenuto in proteine, vitamine e altri fitonutrienti come i polisaccaridi e i pigmenti antiossidanti (ficocianina).

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Open ponds

Fotobioreattori

Attualmente la coltivazione avviene in open ponds e in alcuni casi anche in fotobioreattori

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Padova

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Ma anche le barrette alla spirulina di AstroSamantha …

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Ma anche altri cianobatteri hanno utilizzo alimentare, nei paesi asiatici e nelle Ande

Nostoc, Aphanizomenon e altre possono potenzialmente produrre tossine

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Aphanizomenon flos aquae

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Nostoc commune

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Nostoc punctiforme

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Nostoc flagelliforme

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Le microalghe

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Chlorella ‘health food’ in Asia (Tamiya 1957; Soong 1980)

β-carotene from Dunaliella salina (Ben-Amotz and Avron 1989; Borowitzka and Borowitzka 1989)

Astaxanthin from Haematococcus pluvialis (Lorenz and Cysewski 2000)

Omega-3 from Schizochytrium (Kyle 2005)

Una storia più recente

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Perché le proteine da microalghe?

Chlorella vulgaris Fino a 60% proteine con parte di aa essenziali (vegetariani, vegani…)

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A nutrient-rich whole food ingredient rich in proteins, antioxidants, vitamins and minerals and is used in food supplements and aquaculture.

Chlorella sp.

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Gli animali sono incapaci di sintetizzare i carotenoidi e devono assumerli con la dieta. Hanno funzione di pro-vitamine, antiossidanti, antinfiammatori. Pigmenti naturali. Le alghe ne sintetizzano elevate quantità, con forme ad elevata attività.

Perché i carotenoidi da microalghe?

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Oltre l’80% del β-carotene naturale, precursore della vitamin A, proviene dalla microalga verde alofila Dunaliella salina raccolta da grandi pozze saline di centinaia di ettari in Australia, Israele, California…

Dunaliella salina

Dunaliella salina (red color) in evaporite salt ponds, shore of San Francisco Bay, CA USA

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Ben Gurion University, Israel

Haematococcus pluvialis è invece utilizzato per la produzione di astaxantina

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TAGs + Secondary carotenoids (keto-carotenoids)

Chlorplast membranes +

Primary carotenids

Carotenoidi primari e secondari

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High salinity High light Low nutrients

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Solovchenko, 2015

High salinity High light Low nutrients

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Great commercial interest about carotenoids and secondary carotenoids in particular.

Already produced and sold as antioxidant, antinflammatory, precursor of vitamin, non toxic natural pigments.

The market for carotenoids, chemical or natural synthesis, in 2010 was about US $1.2 billion (Borowitzka, 2013)

1,53 billion in 2016

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Food supplements for humans

Food coloring

Animal feed

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I PUFA ω-3 ed ω-6 sono acidi grassi essenziali nella dieta di molti animali, compresi gli esseri umani, i quali non sono in grado di sintetizzarli. Molte microalghe, marine in particolare, accumulano elevati livelli di acidi grassi polinsaturi (PUFA): ω-3, come l’acido eicosapentaenoico (EPA) e l’acido docosaesaenoico (DHA).

Perché i lipidi da microalghe?

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Evoluzione uomo: dieta con rapporto fra PUFA ω-6 ed ω-3 di 1:1. Dieta occidentale: rapporto aumentato a 15:1 Conseguenze: attivazione delle risposte pro-infiammatorie (ac. arachidonico) aumento dell’incidenza di malattie cardiovascolari aumento incidenza certi tipi di cancro (app. digerente) Rapporto PUFAω-6 ed ω-3 di 4:1 nella dieta riduce del 70% la mortalità nella prevenzione secondaria delle malattie cardiovascolari. Rapporto di 2,5:1 sopprime l’infiammazione in pazienti con artrite reumatoide. ω-3 hanno un ruolo importante nella funzione cerebrale: il DHA rappresenta il 40% dei fosfolipidi di membrana nel cervello è essenziale per sviluppo funzionale.

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Le principali fonti alimentari di DHA e EPA sono pesce e olio di pesce (selvatico) e le microalghe marine.

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EPA

DHA

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Specie Nutraceutica Proprietà Habitat APHANIZOMENON FLOS AQUAE Klamath Ѵ varie dolce

SPIRULINA MAXIMA Ѵ varie dolce

SPIRULINA PLATENSIS Ѵ varie dolce

CHLORELLA PYRENOIDISA Ѵ varie dolce

CHLORELLA VULGARIS Ѵ varie dolce

DUNALIELLA SALINA Ѵ beta-carotene marina

HAEMATOCOCCUS PLUVIALIS Ѵ astaxantina dolce

ISOCHRYSIS GALBANA extract ? DHA marina

NANNOCHLOROPSIS GADITANA Req. EFSA SP EPA marina

PHAEODACTYLUM TRICORNUTUM extract ? EPA marina

SCHIZOCHYTRIUM SP. oil App. EFSA IT DHA marina

TETRASELMIS CHUI App. EFSA SP varie marina

Microalghe e cianobatteri attualmente ammessi in Nutraceutica

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App. = approved ; Req. = requested

EFSA European Food Safety Authority FEEDAP Panel on Additives and Products or Substances used in Animal Feed FEFANA EU Association of Specialty Feed Ingredients and their Mixtures

Diverse DESTINAZIONI D’USO, diversa NORMATIVA

Animal feeds Nutraceutica

Normativa di riferimento

Dir. CE 2005/8 Dir. CE 70/524

Dir. CE 2007/708 FEFANA list

Reg. CE 258/97 Dir. CE 46/2002

DM 9/7/2012 rev. 2015

Compendium of Botanicals 2012

Ente comunitario di valutazione

EFSA FEEDAP

EFSA

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Microalghe e Nutraceutica

La Commissione UE fino ad ora non ha ritenuto di dover armonizzare a livello europeo le piante e le alghe di

possibile impiego in nutraceutica lasciando ai singoli stati autonomia decisionale.

Esistono liste Nazionali (Ministero della Salute)

di Botanicals AMMESSI e NON AMMESSI Compendium of Botanicals 2012

Specie di utilizzo tradizionale!

Per tutti gli altri si deve procedere alla richiesta di riconoscimento come Novel Food all’EFSA tramite

Ministero della Salute

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Definizione di Botanicals

Sostanza vegetale - Il vegetale in toto o parti di piante, alghe, funghi

e licheni (interi, a pezzi o tagliati) in forma non trattata, generalmente essiccati

Preparato vegetale - un preparato ottenuto sottoponendo le sostanze

vegetali a vari trattamenti (estrazione, distillazione, spremitura, frazionamento, purificazione, concentrazione, fermentazione, triturazione e polverizzazione).

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Algae powders

Extracts

Non c’è differenza tra organismo ed estratto

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Perché non è facile introdurre nuove specie?

Perché nonostante la crescente domanda del mercato e la grande variabilità disponibile?

Tra le migliaia di specie solo un numero limitato è coltivato in grandi quantità a scopi commerciali.

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Attenzione, principalmente alle specie già ammesse dalla legislazione nei diversi ambiti: scelta forzata in base a DESTINAZIONE D’USO competizione specie a volte non ottimali rapido inserimento nel mercato

Selezione di nuove specie con proprietà rilevanti: richieste di autorizzazione ottimizzazione trade-off biomassa composto innovazione brevettazione

Procedura Novel Food

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2014

Il futuro?

http://ec.europa.eu/food/safety/novel_food/legislation/index_en.htm

Nuove regole in Europa dal 2015

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Pigments

Low value products

High value products

Pigments

Pigments

Di fatto attualmente microalghe e cianobatteri sono considerate vere e proprie fabbriche di biomasse arricchite di composti al alto valore.

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Perché tanto interesse per le microalghe?

Hanno più elevata produttività e potenziale coltivazione tutto l’anno Possono essere coltivate in terreni marginali

Necessitano di meno acqua a parità di biomassa prodotta

Molti ceppi possono essere coltivati in acque saline

Sequestrano la CO2 (anche prodotta da impianti industriali)

Non richiedono erbicidi

Possono accumulare elevate quantità di composti ad alto valore per

unità di biomassa

Molte specie sono definite GRAS (generally regarded as safe) o NT (no toxin known)

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Dove può intervenire il biologo?

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Grazie per l’attenzione