Le proteine sono prodotte industrialmente attraverso diversi processi, sfruttando sia fonti animali che vegetali, nonché l'uso di microrganismi. Questi processi variano a seconda del tipo di proteina e dell'applicazione desiderata, spaziando dalla produzione di latti speciali per esigenze dietetiche specifiche all'utilizzo dell'albume d'uovo come coadiuvante tecnologico nell'industria alimentare.
Latti Speciali e Idrolisi delle Proteine
I latti speciali sono alimenti destinati al trattamento e alla prevenzione di specifiche patologie, preparati dall'industria a partire da fonti vegetali o animali. Questi prodotti, assai diversi tra loro, non rientrano nella categoria dei normali latti per l'infanzia e devono essere impiegati dietro prescrizione medica e solo in determinate situazioni. Infatti, vi sono specifici problemi che controindicano l'uso del latte di donna, come alcune malattie del metabolismo, e altri che controindicano anche il latte artificiale, come nei casi di ridotto assorbimento intestinale o intolleranza alle proteine del latte vaccino (IPLV).
Per i bambini con IPLV, una soluzione sicura è rappresentata dai latti ad idrolisi spinta. Questi derivano dal latte vaccino le cui proteine vengono trattate industrialmente fino ad essere scisse in peptidi sufficientemente piccoli da evitare reazioni negative con il sistema immunitario. Tuttavia, questi latti possono avere un sapore poco gradevole, un costo elevato e, in alcuni casi, possono subire manipolazioni che alterano anche lipidi e glucidi.
Esistono anche i latti ad idrolisi parziale (formule HA), concepiti per prevenire o ridurre l'insorgenza di allergie alimentari nei neonati con familiarità per questa malattia. Questi latti contengono una miscela di proteine di diversa grandezza e non devono essere usati in casi di documentata allergia.
Latti di Soia
I latti di soia sono costituiti da proteine purificate per almeno il 90% ricavate da semi di soia di buona qualità, sgusciati e puliti. Vengono integrati con metionina, vitamine e oligoelementi, e sono completamente privi di lattosio. Il latte di soia è adeguato dal punto di vista nutrizionale per i lattanti, ma non è adatto per i neonati pre-termine. Sebbene siano stati spesso impiegati per risolvere piccoli problemi come rigurgiti e coliche, al momento attuale non vi sono ragioni valide per raccomandarne un uso indiscriminato in questi casi.
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Proteine dell'Albume d'Uovo
Nell'industria alimentare, l'albume d'uovo è un noto coadiuvante tecnologico utilizzato per le sue numerose proprietà funzionali. I settori che lo utilizzano maggiormente sono quello dolciario e delle carni processate. Le caratteristiche funzionali sono dovute principalmente alle proteine, e le principali sono: coagulazione e gelificazione, produzione di schiuma, ed attività emulsionante.
- Coagulazione e gelificazione: Permettono all'albume di passare da uno stato fluido ad uno semi-solido o solido. La denaturazione, e conseguentemente la coagulazione, è causata dall’esposizione delle proteine al calore (temperatura di 62 °C), acidi, soluzioni saline, alcol, stress meccanici come lo sbattimento. La gelificazione si verifica quando le proteine dell’albume formano un network con l’acqua, e creano appunto un gel.
- Produzione di schiuma: L’agitazione meccanica provoca la denaturazione delle proteine, le quali creano un reticolo che incorpora aria.
- Attività emulsionante: Le emulsioni sono miscele temporanee costituite da due liquidi immiscibili (generalmente olio ed acqua), le quali vengono preparate industrialmente tramite l’utilizzo di emulsionanti.
Le proteine dell'albume possono anche ritardare o prevenire la cristallizzazione e controllare la formazione di cristalli di ghiaccio nei prodotti congelati e surgelati.
Biotecnologie e Microrganismi nella Produzione di Proteine
L’uso biotecnologico dei microrganismi ha radici antichissime, in particolare per le cosiddette biotecnologie classiche che sfruttano i microrganismi per la trasformazione spontanea delle materie prime alimentari. Dagli anni Ottanta del Novecento l’interesse commerciale dei processi fermentativi si è spostato verso piccoli volumi di prodotti ad alto valore aggiunto, in particolare alcune molecole ad attività biologica da impiegare per la prevenzione o la cura di diverse patologie. Inoltre, grazie a tecniche genetiche è stato possibile modificare microrganismi allo scopo di ottenere molecole normalmente prodotte dalle cellule animali, quali l’insulina, l’ormone della crescita, l’interferone e così via.
L’ampia eterogeneità del metabolismo microbico rende potenzialmente possibile ottenere un’ampia gamma di prodotti. Sfruttando il metabolismo anaerobico è, per esempio possibile ottenere prodotti accumulati spontaneamente dalle cellule microbiche, quali gli acidi lattico, propionico e butirrico. Diverso significato hanno invece i prodotti del metabolismo aerobico, che occupano una posizione importante nel mercato dei prodotti ottenibili da microrganismi.
La classe di prodotti più facilmente ottenibile è costituita dalle biomasse cellulari, risultato di reazioni degradative-energetiche (catabolismo) e assimilative-biosintetiche (anabolismo), ottenute in funzione del loro contenuto o della loro attività. Le biomasse microbiche vengono utilizzate integralmente per l’alimentazione animale o come integratori dietetici per l’uomo, per il loro contenuto in proteine, vitamine e sali minerali, e sono ottenute grazie all’impiego, come substrati di sottoprodotti del settore agro-industriale o di surplus agricoli.
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Nel processo QuornTM è stata messa a punto la produzione di una biomassa fungina per alimentazione umana da un ceppo di Fusarium venenatum, impiegabile come fonte di proteine in alternativa alla carne.
Metaboliti Primari e Secondari
A questa classe appartengono i prodotti finali o intermedi del metabolismo energetico, che vengono prevalentemente riversati all’esterno della cellula, nel mezzo colturale, dal quale avviene l’estrazione e la purificazione. Questi prodotti possono derivare dal metabolismo anaerobico, come prodotti finali, per esempio acido lattico da Lactobacillus, acido propionico da Propionibacterium e acido butirrico da Clostridium. Altri acidi organici, per esempio l’acido citrico, sono invece ottenibili dal metabolismo aerobico, direttamente come intermedi del ciclo degli acidi tricarbossilici TCA (o ciclo di Krebs).
Anche gli amminoacidi appartengono alla classe di metaboliti primari ottenibili da microrganismi, con procedure sviluppate in alternativa all’isolamento da proteine. Molte specie appartenenti ai corinebatteri sono in grado di produrre amminoacidi, in particolare ceppi mutanti appartenenti ai generi Corynebacterium e Flavobacterium.
Enzimi
In diversi settori industriali gli enzimi rappresentano una valida alternativa alla catalisi chimica. Il principale ruolo commerciale tra gli enzimi è detenuto dalla produzione di idrolasi, in particolare amilasi e proteasi. Anche gli enzimi non idrolitici, responsabili di attività molto eterogenee, sono ottenuti su larga scala da microrganismi. Un settore emergente è quello relativo alla produzione di enzimi coinvolti nella sintesi di molecole ad alto valore aggiunto nei settori chimico, alimentare e farmaceutico.
Prodotti Complessi
Una classe particolare è costituita dai prodotti della microbiologia industriale cosiddetti complessi, poiché è impossibile isolare il prodotto, costituito dal substrato trasformato e, nella maggior parte dei casi, dai microrganismi responsabili della modificazione. I batteri lattici trovano numerose applicazioni industriali per la produzione di diversi tipi di latte fermentato e formaggi. Anche la produzione di bevande alcoliche ha radi-ci antichissime, documentata in tutte le aree geografiche.
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