IL PROGETTO

Attualmente la produzione mondiale di pesce ammonta a circa 178,2 milioni di tonnellate che garantiscono un consumo pro-capite di 20,7 kg all’anno. Dato l’uso eccessivo della pesca tradizionale, l’acquacoltura rappresenta l’unico modo per soddisfare la crescente domanda di prodotto ittico (crescita del 3,2% su base annua) ma uno dei suoi maggiori limiti è rappresentato dall’alimentazione, dato che le attuali formulazioni di mangimi prevedono un’alta percentuale di farina di pesce (fish meal, FM) e olio di pesce (fish oil, FO). A causa della crescente domanda di prodotti ittici, la disponibilità sul mercato di olio e farina di pesce si è drasticamente ridotta e il suo prezzo è aumentato a dismisura. Questo ha  avuto e continua ad avere un grande impatto sul’ acquacoltura, in particolare per le piccole imprese locali. Una possibile strategia per migliorare la formulazione dei mangimi è l’impiego di ingredienti essenziali alternativi  prodotti attraverso processi biotecnologici.

L’obiettivo generale del progetto MYSUSHI è quello di migliorare il settore dell’acquacoltura attraverso l’utilizzo di tecniche biotecnologiche che consentono la trasformazione del glicerolo grezzo, un sottoprodotto industriale rinnovabile derivante dalla produzione di biodiesel, attraverso l’utilizzo di bioconversioni microbiche, in ingredienti essenziali per i mangimi per acquacultura.

In particolare, il progetto ha due obiettivi paralleli:

1. Scopo biotecnologico – lo sviluppo di un processo di biotrasformazione sostenibile per la produzione di lipidi, ossia ingredienti chiave per i mangimi per pesci (n-3 a lunga catena di acidi grassi, acidi grassi polinsaturi, PUFA e carotenoidi);

2. Attuare una Ricerca Innovativa e Responsabile (RRI) – garantendo il trasferimento della tecnologia utilizzata nel progetto alle imprese che lavorano nel campo della mangimistica e dell’acquacoltura, stabilendo processi interattivi tra ambito scientifico e attori sociali e consentire così un corretto dialogo tra le parti. Questo approccio mira a creare una relazione produttiva tra la ricerca scientifica e le realtà industriali e commerciali.


Stato dell’arte

Legenda:

Catena lunga acidi grassi (LCFA)

Acido linoleico (LA)

Acido arachidonico (ARA)

Acido eicosapentaenoico (EPA)

Acido docosaesaenoico (DHA)

Farina di pesce (FM)

Olio di pesce (FO)

Olio vegetale (VO)

Olio microbico (MO)

Le risorse acquatiche con una produzione complessiva di 178×106 tonnellate all’anno contribuiscono a coprire una percentuale significativa della domanda mondiale di proteine del ​​mondo e soddisfare quasi interamente la necessità degli acidi grassi a lunga catena essenziali nella nutrizione umana, ossia gli omega-3 (n-3 LCFAs), come l’acido eicosapentaenoico (EPA) e acido docosaesaenoico (DHA).

Acido eicosapentaenoico (EPA) e acido docosaesaenoico (DHA).

In generale, la farina di pesce (FM) insieme all’olio di pesce (FO) viene utilizzata nel mangime ittico in diverse percentuali; tuttavia, a causa dei crescenti costi di FM e FO, queste percentuali sono costantemente sostituite con l’aggiunta di ingredienti meno costosi a base vegetale A causa degli squilibri che queste sostanze causano sugli aminoacidi essenziali (AA), alla presenza di fattori anti nutrizionali (ad esempio, saponine e gossipolo) oltre che a problemi di appetibilità, è necessario limitare l’uso di farine e oli vegetali nelle diete di pesce. L’olio vegetale inoltre, essendo ricco di LCFA omega-6, aumenta  la quantità di composti indesiderati quali acido linoleico e acido arachidonico nella dieta del pesce, a discapito dell’aumento dell’acido eicosapentaenoico (EPA) e dell’acido docosaesaenoico (DHA). La sostituzione totale o parziale di FO con VO, oltre a causare scarse prestazioni nelle produzioni di acquacoltura, riduce il valore nutrizionale del prodotto ittico al di sotto della quantità prevista di EPA-DHA di 500 mg/giorno, come consigliato dall’Organizzazione Mondiale di Sanità.

Questa è la principale problematica che il progetto intende superare introducendo l’utilizzo di prodotti provenienti da biomasse microbiche nella formulazione di mangimi per  acquacoltura per migliorare l’apporto di additivi nutrizionali ai pesci.

In questo contesto lo scopo principale di MYSUSHI è quello di promuovere un approccio biotecnologico come alternativa sostenibile alla crescente necessità di nuove fonti di omega-3 nei mangimi per pesci.

immagine da SOFIA 2016
immagine da SOFIA 2016


Biomassa di scarto

Legenda:

Catena lunga acidi grassi (LCFA)

Acido linoleico (LA)

Acido arachidonico (ARA)

Acido eicosapentaenoico (EPA)

Acido docosaesaenoico (DHA)

Farina di pesce (FM)

Olio di pesce (FO)

Olio vegetale (VO)

Olio microbico (MO)

Le biomasse destinate a uso alimentare non sono sostenibili come substrati per l’impiego nei processi biotecnologici, dal momento che hanno costi economici, ambientali e sociali insostenibili; per questo motivo è preferibile utilizzare sottoprodotti e/o prodotti di scarto provenienti da altri processi industriali. Il glicerolo è un sottoprodotto derivante principalmente dalla produzione di biodiesel. La reazione di base del processo, la trans-esterificazione dei trigliceridi, produce infatti grandi quantità di glicerolo. Si stima che per ogni 100 kg di biodiesel prodotti, vengano generati da 10 a 11 kg di glicerolo grezzo. A causa della rapida crescita dell’industria del biodiesel vengono costantemente prodotte grandi quantità di glicerolo, influenzandone così il valore di mercato: anche se i prezzi sono piuttosto variabili, il glicerolo grezzo è un sottoprodotto e una fonte di carbonio a basso costo. Una valorizzazione efficiente dell’uso del glicerolo grezzo è difficile da raggiungere, nonostante questo contribuirebbe significativamente a ridurre i costi di produzione globale di biodiesel. La problematica nell’uso di questo sottoprodotto industriale come tale è principalmente correlata alle impurità in esso presenti, come tracce di metanolo residuo, idrossido di sodio, alcuni esteri e basse quantità di proteine ​​e sali minerali. Questi contaminanti limitano fortemente l’applicazione del glicerolo grezzo nei settori della chimica farmaceutica a causa della necessaria fase di purificazione, che è costosa e richiede molta energia. Nonostante queste impurità, i microrganismi sono in grado di utilizzare il glicerolo grezzo come fonte di carbonio anche in presenza di contaminanti, trasformandolo in modo efficiente. Per questi motivi, la conversione microbica di glicerolo grezzo in composti a valore aggiunto attira un crescente interesse e rappresenta un’alternativa ecologica all’uso di farine e oli di pesce.


Microorganismi

Legenda:

Catena lunga acidi grassi (LCFA)

Acido linoleico (LA)

Acido arachidonico (ARA)

Acido eicosapentaenoico (EPA)

Acido docosaesaenoico (DHA)

Acidi grassi polinsaturi (PUFA)

Olio di pesce (FO)

Olio vegetale (VO)

Olio microbico (MO)

L’utilizzo di microrganismi (biotrasformazioni) per la produzione di bevande, alimenti e mangimi è ben noto fin dall’antichità nella cultura umana, basti pensare ai processi microbici per la produzione di vino, birra, formaggi e pane. Un recente esempio di queste biotrasformazioni nel campo alimentare è l’utilizzo di biomasse derivanti dal cianobatterio Spirulina platensis utilizzato come integratore per soddisfare la crescente domanda di proteine ​​non animali, come per la dieta vegana.

In questo contesto, lo scopo principale del progetto MYSUSHI è quello di utilizzare microrganismi noti per il loro efficiente accumulo di PUFA, DHA ed EPA, ossia lieviti oleosi e microalghe eterotrofe, al fine di estrarre e utilizzare omega-3 e carotenoidi. I principali aspetti esaminati nel progetto sono:

  1. la selezione di microrganismi oleosi specifici in grado di utilizzare efficientemente il glicerolo grezzo come fonte di carbonio;
  2. l’ottimizzazione delle condizioni di crescita per la produzione di acidi grassi contenenti il pannello necessario di catene lunghe n-3.

Il progetto mira alla formulazione di mangimi per acquacultura contenenti omega-3 e carotenoidi: l’olio biotecnologico (MO=microbic oil) prodotto da MYSUSHI permetterà di apportare la giusta quantità di EPA e DHA nella dieta del pesce, evitando l’uso di FO e migliorando il valore nutrizionale del prodotto finito.

Microrganismi utilizzati nel progetto


Il pesce come cibo nutraceutico

Legenda:

Catena lunga acidi grassi (LCFA)

Acido linoleico (LA)

Acido arachidonico (ARA)

Acido eicosapentaenoico (EPA)

Acido docosaesaenoico (DHA)

Olio di pesce (FO)

Olio vegetale (VO)

Olio microbico (MO)

Dato che gli acidi grassi a catena lunga (LCFA) come gli n-6 e gli n-3 (omega-3) vengono assimilati solo attraverso la dieta, i pesci d’acquacoltura dovrebbero essere alimentati con mangimi arricchiti di omega-3. Gli acidi grassi a catena lunga n-6, come l’acido linoleico (LA) e l’acido arachidonico (ARA), sono disponibili in diversi oli vegetali a basso costo, mentre gli acidi grassi a catena lunga n-3, come l’acido eicosapentaenoico (EPA) e acido docosaesaenoico (DHA) sono molto rari e sono disponibili solo nell’olio di pesce. Pertanto questo progetto si propone di selezionare lieviti e ceppi di microalghe che, in condizioni di fermentazione ottimali, produrranno MO arricchito principalmente in carotenoidi e omega 3, come EPA e DHA.


Il mangime per i pesci

Legenda:

Catena lunga acidi grassi (LCFA)

Acido linoleico (LA)

Acido arachidonico (ARA)

Acido eicosapentaenoico (EPA)

Acido docosaesaenoico (DHA)

Olio di pesce (FO)

Olio vegetale (VO)

Olio microbico (MO)

A causa dell’uso generalizzato del meno costoso olio vegetale al posto dell’olio di pesce, la dieta dei pesci d’acquacoltura è spesso caratterizzata da uno sbilanciamento dell’apporto di amminoacidi essenziali, della presenza di fattori antinutrizionali e da problemi di appetibilità del mangime. Il consumo di pesce alimentato con VO porta ad uno scarso apporto di omega-3 nell’alimentazione umana e le 2-3 porzioni settimanali di pesce solitamente consigliate non sono sufficienti a fornire la dose raccomandata di  500 mg/giorno di EPA/DHA. Il consumo di pesce alimentato a VO deve essere quindi maggiore al fine di consentire l’assunzione corretta dei quantitativi di omega-3 per la dieta umana.

All’interno del progetto MYSUSHI, verranno condotti vari studi per determinare la digeribilità dell’olio microbico sulla salute del pesce e le sue proprietà nutritive, inoltre verranno testati questi effetti paragonando il mangime contenente MO rispetto a formulazioni commerciali “ottimali” in modo da indagare le eventuali differenze.

Alcuni autori hanno riportato la necessità di aggiungere una percentuale secca pari a 0.4-1% di acidi grassi essenziali nell’alimentazione della trota (omega 3 e acido linoleico): il MO di MYSUSHI sarà in grado di contribuire a coprire il consumo consigliato, fornendo un approvvigionamento sostenibile e a basso costo di EPA + DHA nel pesce di allevamento.


Microbioma intestinale

Legenda:

Catena lunga acidi grassi (LCFA)

Acido linoleico (LA)

Acido arachidonico (ARA)

Acido eicosapentaenoico (EPA)

Acido docosaesaenoico (DHA)

Olio di pesce (FO)

Olio vegetale (VO)

Olio microbico (MO)

Poco si sa circa l’influenza del microbioma intestinale sulla fisiologia dei pesci, ma è chiaro che la trota iridea ha un “core microbiome” (l’insieme di tutti i microrganismi normalmente presenti nell’intestino) stabile e questa stabilità serve a mantenere il sistema immunitario e l’efficienza digestiva. Un intestino sano può contribuire positivamente a un ambiente salubre all’interno delle vasche d’acqua in cui vivono i pesci, aumentando la sostenibilità ambientale della produzione. L’effetto perturbante/equilibrante di una dieta arricchita con MO sul microbioma del pesce rispetto ad un Fish-Vegetable Oil sarà monitorato tramite l’uso di tecniche avanzate di High Throughput Sequencing (HTS).