PROTEINE

PROTEINE (XXVIII, p. 371; App. II, 11, p. 621)

Proteine da idrocarburi. - Le crescenti richieste di p. derivanti dall'aumento della popolazione impongono la ricerca di fonti proteiche diverse da quelle convenzionali (carne, pesce, uova, latte, leguminose); pertanto sono stati studiati metodi di coltivazione di microrganismi da utilizzare come costituenti di mangimi per l'alimentazione animale. Data la loro straordinaria velocità di crescita, utilizzando come nutrienti substrati di tipo diverso, la coltivazione dei microrganismi è il metodo più rapido per produrre proteine. Altri vantaggi derivano dal fatto che la produzione di p. microbiche è praticamente indipendente dalle condizioni climatiche, richiede materie prime poco costose o addirittura di scarto; inoltre le condizioni ottimali di produzione sono programmabili e ben controllabili, la composizione chimica (e quindi il valore alimentare) è costante.

Come fonte di carbonio (substrato) per la coltivazione (impropriamente detta fermentazione) di questi microrganismi prevalentemente monocellulari (cioè costituiti da una sola cellula), può essere usata una grande varietà di prodotti, naturali o sintetici, come melassi da barbabietola o da canna da zucchero, sieri di caseificio, liscivie solfitiche, scarti amidacei dalla lavorazione di patate o di cereali, alcole etilico, alcole metilico, acido acetico, gasolio, n-paraffine e metano. L'interesse che rivestono come substrato gl'idrocarburi (gasolio, n-paraffine e metano) deriva dal loro costo non elevato e dalla larga disponibilità. Un ulteriore vantaggio deriva dall'assenza di costi di raccolta e trasporto, essendo essi disponibili in grande quantità come prodotti della raffinazione del petrolio (gasolio) o delle sue prime trasformazioni petrolchimiche. Le n-paraffine usate per la produzione di biomasse derivano dalla frazione di gasolio a punto di ebollizione 250 ÷ 350 °C per trattamento con setacci molecolari o con urea. Le n-paraffine così ottenute hanno una composizione statistica C₁₂ ÷ C₂₀ (dal n-dodecano al n-eicosano), con prevalenza di C₁₅, C₁₆ e C₁₇.

Microbiologia e biochimica. - Una grande varietà di microrganismi ubiquitari in natura e molto comuni nel terreno può crescere utilizzando n-paraffine liquide come unica fonte di carbonio e di energia: i batteri appartengono prevalentemente ai generi Mycobacterium, Pseudomonas, Nocardia, Corynebacterium e Micrococcus, mentre i lieviti appartengono soprattutto ai generi Candida, Torulopsis, Rhodotorula e Pichia. Il metano è invece metabolizzato quasi esclusivamente da batteri Methanomonas methanooxidans e Metlylococcus capsulatus, specialmente in colture miste.

Benché il processo fosse noto da tempo, spetta ad A. Champagnat il merito di aver iniziato nel 1950 lo studio della produzione industriale di proteine da gasolio con lieviti del genere Candida. Le n-paraffine vengono metabolizzate dai microrganismi attraverso una serie di ossidazioni enzimatiche a livello del gruppo metilico terminale, che è ossidato ad alcole primario (probabilmente attraverso la formazione di un idroperossido). Enzimi deidrogenasici ossidano poi gli alcoli ad aldeidi e quindi ad acidi carbossilici, che vengono degradati poi, attraverso la via della β-ossidazione, con formazione di acetil-coenzima A. Il metano è degradato con meccanismo analogo, con formazione di metanolo, formaldeide e acido formico come intermedi. Da questi intermedi vengono poi sintetizzati gli amminoacidi, gli zuccheri e gli altri costituenti la cellula microbica.

Processo di fermentazione. - Le materie prime necessarie per la crescita dei microrganismi sono, oltre al substrato e all'acqua, l'ossigeno, che è fornito insufflando aria nel fermentatore vigorosamente agitato, composti azotati (ammoniaca, nitrati o urea), sali (fosfati, solfati), vari ioni, particolarmente sodio, potassio, calcio, magnesio. Da 100 kg di paraffine si ottengono circa 100 kg di cellule. La fermentazione, che è condotta a pH e temperatura costanti, è iniziata inoculando i fermentatori con una certa quantità di cellule, ed è poi condotta in continuo. Vantaggi della coltura continua sono una maggior produttività (anche 10 volte rispetto al processo discontinuo) e minore probabilità d'inquinamento della coltura. La brodocoltura che esce dal fermentatore viene centrifugata per separare le cellule che sono poi lavate ed essiccate.

I processi sviluppati a livello di tecnologia industriale usano prevalentemente lieviti su n-paraffine. La British Petroleum Company (BP) produce a Grangemonth (Scozia) 4000 t/anno di Candida lipolytica, commercializzata col nome Toprina®. Un primo impianto industriale da 100.000 t/anno di Toprina è in costruzione a Sarroch in Sardegna, a opera dell'Italproteine (società paritetica ANIC-BP). In URSS è in funzione vicino a Gorki un impianto da 70.000 t/anno (annunciata una prossima espansione a 700.000 t/anno). Anche in Giappone è stato messo a punto questo processo, ma le prime realizzazioni avverranno in Italia, a Saline di Montebello in Calabria da parte della Liquichimica (processo Kanegafuchi) e in Romania (processo Dainippon). La BP ha anche sviluppato un processo con lieviti (Candida tropicalis) su gasolio a Lavéra (Francia), dove ha un impianto da 20.000 t/anno. I lieviti utilizzano solo le n-paraffine contenute nel gasolio; alla fine della fermentazione il gasolio residuo (più pregiato perché privo di paraffine) è recuperato e separato dalle cellule, che in questo caso devono essere lavate con un solvente per eliminare gl'idrocarburi adsorbiti.

Valore nutritivo e uso. - La composizione media delle biomasse ottenute con i due processi BP è riportata nella tab. 1.

La tab. 2 riporta la composizione in amminoacidi (AA) essenziali delle p. contenute nei lieviti da idrocarburi raffrontata a quella di altre p. animali o vegetali.

Come risulta dalla tab. 2 i lieviti sono, come la farina di soia, carenti in AA solforati (metionina e cistina). È quindi necessario, allo scopo di aumentare il grado di utilizzazione della frazione proteica del lievito da parte degli animali, integrarla con D-L-metionina (0,5% sul lievito secco totale). Il lievito così additivato può sostituire la farina di pesce in formulazioni mangimistiche per pollami, suini e vitelli. La percentuale massima ammessa dalla legislazione italiana è il 10% del formulato.

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