Adoro la carne! Come la biologia sintetica può dare alle piante un sapore "carnoso"

“Nessun bambù rende le persone volgari, nessuna carne rende le persone magre. Per non essere né volgari né magri, stufa il maiale con i germogli di bambù.”

Più di mille anni fa, durante un raduno, il "Dio Poeta" Su Shi scrisse questa interessante poesia, che esprimeva vividamente l'amore e l'ammirazione delle persone per la carne.

La carne è senza dubbio un alimento delizioso e dal valore nutrizionale estremamente elevato. Oltre a essere una fonte di proteine ​​di alta qualità, la carne è anche ricca di lipidi, zinco, ferro eme, vitamina B, ecc., tutti necessari per la salute umana. Inoltre, alcune proteine ​​presenti nella carne, come la gelatina, svolgono un ruolo molto importante nell'industria alimentare grazie alle loro buone proprietà gelificanti, emulsionanti e di ritenzione idrica.

La domanda di carne è aumentata e serve urgentemente una “nuova svolta”

A partire dal XXI secolo, con la crescita della popolazione mondiale, anche la domanda di carne da parte dell'uomo è aumentata drasticamente. L'OMS prevede che entro il 2030 il consumo globale di carne pro capite aumenterà fino a 45,3 chilogrammi all'anno. In questo caso, la produzione dell'industria della carne dovrà aumentare di circa il 50-72% per soddisfare il fabbisogno alimentare della popolazione interessata.

Tuttavia, lo sviluppo dei prodotti a base di carne ha portato con sé anche molti gravi problemi.

Da un lato, l'allevamento è un settore che richiede molte risorse. Secondo le statistiche, l'allevamento di animali occupa il 70% dei terreni agricoli mondiali e consuma il 27% delle risorse di acqua dolce mondiali. Inoltre, le emissioni di gas serra derivanti dalla produzione di carne rappresentano il 18% delle emissioni globali, superando addirittura quelle del settore dei trasporti (13%). D'altro canto, i prodotti a base di carne contengono una percentuale maggiore di colesterolo e acidi grassi saturi, strettamente correlati all'insorgenza di malattie metaboliche come malattie cardiovascolari, colesterolo alto e cancro. Inoltre, la carne può contenere alcuni agenti patogeni, come l'influenza aviaria, la salmonella, ecc., che minacciano la salute dei consumatori.

Si prevede che l'avvento della carne artificiale soddisferà la domanda di carne delle persone, risolvendo al contempo i problemi di inquinamento ambientale e di salute ad essa correlati.

Esistono due tipi principali di carne artificiale:

Il primo tipo è la "carne vegetale", un alimento a base di proteine ​​vegetali come soia e grano, ottenuto attraverso tecnologie di lavorazione come l'estrusione e l'elettrofilatura. Viene anche chiamata carne vegetariana. Nel mio Paese, il consumo di "carne vegetale" ha una tradizione millenaria. Già durante la dinastia Tang esisteva un metodo di cottura che prevedeva di "utilizzare cibo vegetariano per accompagnare la carne". Secondo "Bei Meng Suo Yan", "i funzionari del banchetto usavano farina e konjac per tingere i colori, e i piatti come la spalla di maiale, la carne secca di agnello e il braccio arrosto erano tutti realistici. La gente di quel tempo li paragonava all'imperatore Wu di Liang".

Tuttavia, sebbene la "carne vegetale" sia ricca di proteine ​​e poco costosa, può produrre il "sapore di carne" solo con l'aggiunta di aromi e non riesce a ripristinare bene il gusto e l'aroma della carne.

Il secondo tipo è la "carne coltivata in cellule", il cui ingrediente principale è una proteina animale sintetizzata direttamente dalle cellule attraverso metodi di ingegneria tissutale cellulare e basata su cellule staminali animali coltivate in vitro. Sebbene la carne coltivata tramite coltura cellulare contenga proteine ​​animali naturali, è difficile simulare il tessuto fibroso della carne attraverso la coltura cellulare; inoltre, il costo del mezzo di coltura è relativamente elevato. È ancora in fase di ricerca e sviluppo.

In sintesi, non è difficile scoprire che il processo di produzione delle proteine ​​vegetali è maturo e il costo è basso, ma il sapore è scarso; mentre le proteine ​​animali sono esattamente l'opposto, il loro sapore è quasi lo stesso della carne, ma i costi di produzione sono elevati ed è difficile produrle su larga scala.

Carne di origine vegetale o carne coltivata in cellule? Emerge la nuova carne artificiale

Possiamo quindi combinare i vantaggi di entrambi e sviluppare un nuovo tipo di carne artificiale?

La risposta è sì. Impossible Foods è un'azienda statunitense impegnata a sostituire la carne con prodotti di origine vegetale. Basandosi sul concetto di biologia sintetica, hanno prima studiato il meccanismo del "sapore della carne" a livello molecolare, poi hanno selezionato proteine ​​e nutrienti dalle piante e, infine, hanno utilizzato proteine ​​vegetali per ripristinare il sapore e il valore nutrizionale dei prodotti a base di carne. Nel 2016, il prodotto di punta dell'azienda, l'Impossible Burger, è un hamburger a base di proteine ​​vegetali dal "sapore di carne". I clienti affermano che è difficile distinguere un hamburger da un vero hamburger di manzo.

Quindi cosa c’è di così unico in questa alternativa vegetale alla carne?

Innanzitutto, per creare una carne più realistica, gli scienziati devono capire il meccanismo che produce il "sapore di carne". Sappiamo che il componente principale dei prodotti a base di carne è il muscolo, e la caratteristica principale del muscolo è il suo colore rosso, perché contiene una grande quantità di emoglobina. L'emoglobina è una molecola fondamentale in grado di trasportare ossigeno e di sostenere le attività vitali fondamentali. Quasi tutti gli animali e le piante contengono emoglobina, ma il contenuto di emoglobina negli animali è oltre 1.000 volte superiore a quello nelle piante.

I ricercatori di Impossible Foods hanno scoperto che l'emoglobina è il fattore chiave che conferisce alla carne il sapore della carne. Durante il processo di cottura, l'eme agisce da catalizzatore, producendo centinaia di composti volatili e conferendo alla carne un aroma unico. Ciò che è ancora più interessante è che le persone hanno scoperto che l'emoglobina esiste naturalmente anche nei noduli delle radici delle piante di soia, che vengono vividamente chiamate "sangue vegetale". Infine, dopo aver aggiunto l'emoglobina di soia, la carne artificiale di origine vegetale è diventata più rosa, più sanguinolenta e più carnosa.

Un altro problema è però come produrre in modo efficiente l'emoglobina di soia. Sebbene sia possibile estrarre l'emoglobina direttamente dalle piante di soia, questo metodo ha rese basse e consuma più risorse. Per superare questo problema, il team di Impossible Foods ha deciso di esprimere l'eme in modo eterologo tramite l'ingegneria genetica.

L'espressione proteica eterologa si riferisce a una tecnica di biologia molecolare che utilizza batteri, lieviti, cellule di insetti, cellule di mammiferi o cellule vegetali per esprimere proteine ​​geniche estranee. Il sistema di espressione Pichia pastoris è ampiamente utilizzato per i suoi vantaggi, quali basso costo, elevata produttività e modifica post-traduzionale. Gli scienziati possono integrare geni estranei nel genoma del lievito, conferendogli la capacità di sintetizzare nuovi composti.

Questi geni esogeni provengono tutti dalle leguminose e sono coinvolti nel percorso di sintesi dell'eme. Come mostrato nella figura sottostante, il substrato iniziale ALA subisce una complessa reazione chimica e alla fine si ottiene il prodotto emoglobina. Tutte queste reazioni sono catalizzate dalle proteasi, tra cui la deidrogenasi, la deaminasi, la sintasi, ecc. Dopo che gli scienziati hanno introdotto tutti questi geni nel lievito Pichia, il lievito ha anche acquisito la capacità di sintetizzare l'emoglobina.

Alla fine, in precise condizioni di fermentazione, il lievito Pichia produce nel fermentatore un "sangue vegetale" rosso e schiumoso. Dopo la filtrazione e la purificazione delle proteine, gli scienziati hanno finalmente ottenuto emoglobina di soia ad alta resa e ad alta purezza. Nel luglio 2018, l'emoglobina di Impossible Foods, ottenuta tramite fermentazione, ha superato la revisione di sicurezza della FDA e può essere utilizzata come nutriente e colorante nella carne artificiale.

In futuro, Impossible Foods prevede di studiare ulteriormente il meccanismo molecolare dei "deliziosi" hamburger di manzo. Gli scienziati hanno collegato uno spettrometro di massa-cromatografo a gas a una griglia per studiare il legame tra molecole volatili e piacere neurale. Dopo aver trovato la "molecola aromatica" chiave, gli scienziati potranno aggiungerla agli hamburger, proprio come l'emoglobina, per rendere la carne artificiale più deliziosa.

Rendere possibile l'impossibile: questo è il più grande fascino della biologia sintetica. Grazie alla ricerca nell'ambito dell'ingegneria metabolica, gli scienziati possono trapiantare il sistema enzimatico sintetico di qualsiasi composto naturale nei microrganismi per la produzione di fermentazione su larga scala. Oltre all'emoglobina, sono emersi sempre più additivi alimentari naturali, come la vitamina E, la stevia, le proteine ​​del siero del latte, ecc. Non solo rendono il cibo più nutriente e delizioso, ma rendono anche il processo di produzione più ecologico ed efficiente.

Credo che in futuro ci saranno altre cose impossibili che ci aspetteranno di realizzare.

Riferimenti:

1. https://impossiblefoods.com/cn

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