Ce este uleiul microbian, cum este produs și are acesta potențialul de a înlocui grăsimea convențională în biocombustibil, furaje și alimente?
Grăsimile pot fi clasificate în funcție de origine în trei grupe: grăsimi animale, vegetale sau microbiene. Primele două sunt binecunoscute pentru multiplele lor utilizări în alimente, furaje și biocombustibili. Grăsimile microbiene, pe de altă parte, sunt o alternativă mai puțin cunoscută.
Care sunt provocările și oportunitățile în producerea grăsimilor microbiene pentru aceste trei sectoare?
Cum se produce grăsimea microbiană?
Grăsimea microbiană este, în esență, ulei produs de microorganisme. Aceste microorganisme ar putea fi drojdii, microalge sau diferite soiuri de ciuperci sau bacterii, a explicat Hannah Karlsson Potter, cercetător la Universitatea Suedeză de Științe Agricole din Departamentul de Energie și Tehnologie din Uppsala.
„Dacă sunt capabile să acumuleze 20% din greutatea celulară sub formă de grăsime, se numesc microorganisme oleaginoase”, a spus cercetătorul la un eveniment recent TABLE coordonat de Universitatea din Oxford, Universitatea Suedeză de Științe Agricole, Universitatea Wageningen și Centrul de Cercetare al Universității Wageningen.
Pentru a se concentra în mod special pe drojdia oleaginoasă, microorganismele au nevoie de carbohidrați – sau zaharuri – pentru a crește. Materiile prime potențiale de drojdie oleaginoasă ar putea include reziduuri de culturi sau reziduuri forestiere, cum ar fi lemnul.
Drojdia poate folosi și acizi organici și compuși aromatici, eliberați din degradarea hemicelulozei și, respectiv, a ligninei, ca surse de carbon pentru a acumula lipide, ni s-a spus.
„Majoritatea drojdiei oleaginoase are nevoie de zaharuri pentru a crește… dar materia primă trebuie pretratată, astfel încât zaharurile să fie într-o soluție… Apoi creșteți drojdia în rezervoare timp de aproximativ trei până la cinci zile. Au o creștere rapidă, ceea ce este unul dintre avantajele drojdiei în comparație cu, de exemplu, algele.”
Ca regulă generală, drojdia acumulează grăsime în condiții „limitate de nutrienți”, ceea ce înseamnă că, deși este necesar un conținut ridicat de zahăr, conținutul de azot ar trebui să fie scăzut. Acea grăsime va crește „în interiorul” celulei de drojdie, înainte ca peretele celular să fie spart și uleiul eliberat.
Procesul produce un flux secundar sub forma unui „produs secundar din biomasă de drojdie”, despre care cercetătorul a explicat că ar conține „un pic” de proteine. „Ar putea fi folosit pentru hrana animalelor”, ni s-a spus.
Potențialul de producție și provocările
În teorie, drojdia oleaginoasă are potențialul de a produce 0,32 g lipide per gram de glucoză. În practică, acest randament este de aproximativ 0,2 g de lipide per gram de zahăr, deoarece drojdia necesită zahăr pentru alte funcții, cum ar fi construirea peretelui celular. Aceasta înseamnă că o tonă de biomasă lignoceluloză de substanță uscată, cum ar fi paiele, ar putea produce aproximativ 124 kg de ulei. Culturile forestiere energetice au un randament ridicat, cu 104 kg de ulei produs pe tona de substanță uscată.
Cum se compară asta cu uleiurile vegetale? „Pentru rapița în Suedia, de exemplu, ați avea un randament de aproximativ 1,5 tone de ulei în rapiță de iarnă pentru aproximativ 1.000 de substanță uscată”, a explicat Karlsson Potter.
Uleiul de palmier, de asemenea, cel mai consumat ulei vegetal din lume are un randament impresionant de aproximativ patru tone de ulei la hectar. Totuși, acel randament mare are un cost: producția de ulei de palmier este un factor major al defrișărilor în unele dintre cele mai diverse păduri de pe planetă.
DProducția de drojdie oleaginoasă vine cu unele dintre propriile provocări de durabilitate, a explicat cercetătorul. În primul rând, producția durabilă depinde de biomasa utilizată.
Când se folosesc reziduuri de cultură, recoltarea trebuie limitată pentru a menține carbonul organic al solului. „Dacă te uiți la reziduurile de cultură, acest lucru a fost pus sub semnul întrebării din cauza riscului de a reduce carbonul din sol”, ni s-a spus.
O altă provocare în materie de durabilitate constă în cantitatea de energie necesară pentru a elibera zaharurile din biomasă. „Când vrei să eliberezi zaharurile, unii spun că necesită multă energie – așa că trebuie să fie eficient”, a spus Karlsson Potter.
„Dar, de asemenea, procesul este aerob, ceea ce înseamnă că trebuie să pompați aer în rezervoarele de fermentație și asta necesită, de asemenea, multă energie, așa că trebuie făcut eficient pentru ca procesul să fie benefic. ”
Cercetătorul a subliniat, de asemenea, că este nevoie să se dezvolte o metodă de extracție „bună” a lipidelor care nu implică hexan – o substanță „problematică” în multe feluri. Expunerea cronică pe termen lung la hexan în aer este asociată cu polineuropatia la om.
„Și dintr-o perspectivă generală a sistemelor, este bine să găsim o utilizare pentru subprodusele bogate în proteine care ar putea fi ele însele valorificate prin alte tehnologii]. Este important și din perspectivă economică.”
Drojdie oleaginoasă pentru alimente, furaje și biocombustibil?
Compoziția de acizi grași a uleiului de drojdie oleaginoasă variază în funcție de tulpină și sursa de carbon. Alți factori care pot influența compoziția sa includ condițiile de creștere, cum ar fi temperatura bioreactorului.
Dar, în general, multe dintre drojdii pot produce uleiuri cu proprietăți similare uleiurilor vegetale.
Așa cum este, uleiul de drojdie este folosit predominant în hrana animalelor și, mai precis, ca ingredient în hrana pentru pești.
A avut o utilizare limitată ca aliment pentru consumul uman, cu excepția unor circumstanțe excepționale: lipidele de drojdie au fost folosite pentru a înlocui uleiul vegetal atât în timpul primului, cât și al celui de-al doilea război mondial în Germania.
Desigur, folosirea microorganismelor pentru a produce alimente nu este ceva necunoscut. „Folosim deja drojdia de brutărie pentru o mulțime de scopuri diferite, cum ar fi coacerea pâinii, fabricarea berii și pentru producția de bioetanol”, a explicat cercetătorul.
În Europa, multe tulpini de drojdie oleaginoasă nu sunt încă aprobate pentru comercializare ca grăsime dietetică. Există probleme de siguranță alimentară de care industria ar trebui să fie conștientă înainte de a le produce ca atare?
Potrivit lui Karlsson Potter, depinde de substratul folosit pentru a crește celulele. „Este ceva în substrat pe care nu ni-l dorim, [care ar putea produce îngrijorare din punctul de vedere al siguranței]?” Datele din testele SLU sugerează însă că în ceea ce privește concentrația de poluanți organici din uleiul de drojdie acesta este „mult sub” limitele stabilite de legislația europeană.
Un alt factor este solventul utilizat și asigurarea că este aprobat pentru consumul uman. Și, desigur, dacă microorganismul în cauză a fost modificat genetic.
„În unele regiuni ale lumii, [depinde] dacă drojdia este un organism modificat genetic sau nu. Unele drojdii nu sunt modificate genetic, dar se lucrează și pentru a le modifica. ”
Cercetătorul a subliniat că, pentru moment, nu lucrează cu organisme modificate genetic: „Drojdiile acumulează cantități mari de lipide fără nicio manipulare moleculară ”
Drojdia oleaginoasă are, de asemenea, potențialul de a înlocui cel puțin o parte din uleiul de palmier folosit în biocombustibili, a sugerat cercetătorul.
O alternativă durabilă la uleiul de palmier și nucă de cocos?
Start-up-urile din domeniul tehnologiei alimentare prind potențialul drojdiei oleaginoase ca ingredient gras în formularea alimentelor.
Compania olandeză Cultivated Biosciences, de exemplu, hrănește drojdia cu fluxuri secundare agricole pentru a face o alternativă de „cremă bogată în grăsimi”, despre care spune că poate fi folosită într-un „mod foarte asemănător” cu omologul său convențional.
Utilizarea uleiului de drojdie în acest fel vine cu beneficii atât nutriționale, cât și de durabilitate, a declarat CEO-ul Cultivated Biosciences, Tomas Turner, pentru FoodNavigator, într-un interviu anul trecut .
„Nu avem colesterol în grăsimi și putem lucra și regla nivelul saturat în funcție de produs. Deci, în unele produse, vom putea avea un nivel de saturatie mai scăzut în comparație cu produsele lactate de origine animală, precum și alternativele de ulei de cocos și palmier. ”
Din punct de vedere al durabilității, o estimare prin comparație unu-la-unu cu smântâna convențională a sugerat că alternativa Cultivated Biosciences a produs de 70-80 de ori mai puține emisii de CO2. Ingredientul start-up-ului a avut și o amprentă de apă mai mică.
Turner lucrează la mai multe specii de drojdie și a confirmat că ingredientul gras al start-up-ului va fi clasificat ca un aliment nou. Ca atare, va trebui să treacă printr-un proces de aprobare de reglementare mai strict.
