Una microalga promettente per la produzione di proteine dalle elevate qualità nutrizionali, Galdieria sulphuraria, si caratterizza anche per la presenza della C-ficocianina, una proteina dal caratteristico pigmento blu. La sua coltivazione è oggetto di studi anche nell’ambito del progetto di ricerca ProFuture, in Horizon 2020. (1)
Le microalghe sono una delle fonti di proteine e acidi grassi Omega 3, fibre e micronutrienti di origine vegetale più preziose per contribuire alle esigenze di food security e nutrition security. Oltreché per donare colore naturale ai cibi (colouring food). In aggiunta a servizi ecosistemici essenziali, come il sequestro di CO2 (2) e il biorisanamento.
1) Galdieria sulphuraria. Introduzione
Galdieria sulphuraria è una microalga poliestremofila, in grado di sopravvivere a condizioni estreme di acidità (pH fino a 0,2 e optimum di 2), temperatura (fino a 56-57 °C) e pressione osmotica (fino a 400 g/L di zuccheri e circa 180 g/L di sale). È inoltre in grado di sintetizzare:
– C-ficocianina, una ficobiliproteina nota per conferire il colore azzurro-blu al cianobatterio Spirulina (Arthrospira platensis), (3)
– vitamina E e glicerolo.
Il suo utilizzo come alimento non è ancora autorizzato in UE, come si è visto, in attesa di un’opinione dell’EFSA prevista il 28.3.23. (4) Viene già frattanto utilizzata per produrre biocombustibili e opere di biorisanamento. (5)
2) Ricerca
La ricerca su Galdieria sulphuraria progredisce, anche in Italia, grazie al ceppo di G. sulphuraria ACUF (Algae Collection University Federico II) 064 reso disponibile dal laboratorio di Biologia delle Alghe del Dipartimento di Biologia dell’Università Federico II di Napoli, sotto la responsabilità del Prof. Antonino Pollio. Ove è custodita una collezione di oltre 800 microrganismi oggetto di studio per finalità di ricerca e industriali. (6)
I principali obiettivi di ricerca attengono all’ottimizzazione della produzione di biomassa e l’estrazione di sostanze nutrizionali e funzionali, come le stesse C-ficocianine, già confrontate con la spirulina per valutarne la produzione in termini quantitativi e di qualità (es. stabilità).
3) Metodi di coltivazione
Il mixotrofismo, cioè la combinazione tra fotosintesi e impiego di metaboliti a base di carbonio (es. zuccheri), è la condizione di prova di Galdieria sulphuraria finora risultata più efficiente – rispetto all’autotrofismo (che invece permette il solo svolgimento di attività fotosintetica) – per ottimizzare la produzione di biomassa e di componenti bioattivi.
La coltivazione è stata effettuata tramite un chemostato, per mantenere la produzione costante nel tempo, dopo avere impostato i principali parametri operativi (es. substrato da fornire e da rimuovere, luce, temperatura, gas). Il sistema è risultato efficace anche con elevate concentrazioni di biomassa (> 4 g/L), senza subire fotoinibizione (a cui è generalmente sensibile) a una concentrazione di 8 g/L.
I rendimenti di conversione tra fonti di carbonio e biomassa sono risultati molto soddisfacenti, con valori fino all’89%, quindi solo l’11% di perdita in forma di CO2. Grazie alla mixotrofia, è possibile bilanciare O2 e CO2. Per produrre biomassa senza necessità di aerazione, così da incrementare rese e rendimenti nonché ridurre i costi di produzione.
3.1) Disponibilità di amminoacidi essenziali
Gli amminoacidi presenti in Galdieria sulphuraria sono stati messi a confronto tra i due metodi di coltivazione, senza osservare differenze sostanziali in termini quantitativi. Glutammato, aspartato e leucina sono gli amminoacidi più abbondanti, triptofano, cisteina ed istidina quelli limitanti. Ed è peculiare la presenza di taurina, caratteristica dei tessuti animali.
La concentrazione di proteine è molto elevata, aggirandosi tra il 63-65%. Con una potenziale problematica che merita ulteriore ricerca in merito ai potenziali limiti di biodisponibilità di tali proteine legata alla rigidità della parete cellulare, come può avvenire nel caso dei funghi. (7)
Il profilo degli amminoacidi essenziali di Galdieria sulphuraria è stato confrontato con Spirulina e Chlorella – due delle principali microalghe studiate in ProFuture – e la soia, principale fonte proteica di origine vegetale. G. sulphuraria ha dimostrato il miglior profilo amminoacidico, in grado di soddisfare il fabbisogno calcolato dalla FAO, seguito dalla soia e dalle due microalghe.
3.2) Produzione di C-ficocianina
La produzione mixotrofica di Galdieria sulphuraria ha permesso di ottenere una delle rese più elevate di C-ficocianina (10% p/p), sebbene la differenza con la produzione autotrofica non sia stata significativa. La resa è invece molto inferiore (< 3% p/p) in condizioni di eterotrofismo (tramite il solo impiego di fonti di carbonio).
L’estratto di Galdieria sulphuraria resiste fino ad un pH di 3 e una temperatura di 55 °C. Quello di spirulina, che pure contiene C-ficocianina, perde invece gran parte della sua intensità cromatica a condizioni di pH superiori, nonché già a 45 °C. Galdieria sulphuraria può quindi venire utilizzata nella formulazione di alimenti acidi (es. succhi di frutta, confetture) e altri alimenti che li contengano, oltreché in quelli soggetti a trattamenti termici (es. pastorizzazione).
4) Novel food, colouring food, additivo alimentare?
Gli estratti ottenuti da matrici alimentari possono venire qualificati in UE come colouring foods, cioè come ingredienti alimentari, al ricorrere di una serie di condizioni. In essenza, quando l’estratto primario mantenga caratteristiche simili (nell’equilibrio tra pigmenti, costituenti nutrizionali o aromatizzanti) a quelle della materia prima. Nel diverso caso di estrazione selettiva, con una forte concentrazione di pigmenti, gli estratti si qualificano invece come additivi alimentari e sono soggetti, in UE, ad apposita procedura di autorizzazione. (8)
G. sulphuraria deve anzitutto venire autorizzata come novel food, per il suo impiego (anche sotto forma di estratto) quale ingrediente alimentare, ai sensi del reg. UE 2015/2283. Spirulina (Arthrospira platensis), invece considerata come ‘not novel’, può già venire utilizzata in UE senza particolari restrizioni. E anche il suo estratto acquoso con ficocianobiliproteine è stato approvato in Francia come ingrediente alimentare tradizionale (9,10).
5) Conclusioni provvisorie
L’ampia dotazione di proteine veg, amminoacidi essenziali (inclusa la taurina) e il caratteristico pigmento blu indicano Galdieria sulphuraria come una microalga molto promettente per l’impiego nel settore alimentare.
Si attende con fiducia la sua autorizzazione come novel food in UE per sfruttare al meglio questo potenziale, anche in vista del suo impiego in prodotti alimentari innovativi ispirati alla phycogastronomy, nel binomio tra salute e gusto. (11)
Dario Dongo e Andrea Adelmo Della Penna
Note
(1) Dario Dongo. ProFuture, microalghe per nutrire il pianeta. Il progetto di ricerca UE. GIFT (Great Italian Food Trade). 18.6.19
(2) Prasad,R.;Gupta,S.K.; Shabnam, N.; Oliveira, C.Y.B.; Nema, A.K.; Ansari, F.A.; Bux, F. (2021). Role of Microalgae in Global CO2 Sequestration: Physiological Mechanism, Recent Development, Challenges, and Future Prospective. Sustainability 2021, 13, 13061. https://doi.org/10.3390/su132313061
(3) Abiusi et al. (2022). Mixotrophic cultivation of Galdieria sulphuraria for C-phycocyanin and protein production. Algal Research 61:102603, https://doi.org/10.1016/j.algal.2021.102603
(4) Dario Dongo, Giulia Torre. Microalghe per uso alimentare e disciplina dei Novel Foods, lo stato dell’arte in UE. GIFT (Great Italian Food Trade). 29.1.22
(5) Perez Saura et al. (2022). Cell adaptation of the extremophilic red microalga Galdieria sulphuraria to the availability of carbon sources. Front. Plant Sci. 15:978246, https://doi.org/10.3389/fpls.2022.978246
(6) V. http://www.dipartimentodibiologia.unina.it/laboratoriobiologiaalghe/
(7) Dario Dongo, Andrea Adelmo Della Penna. Alternative vegetali alle carni, le sfide nutrizionali. GIFT (Great Italian Food Trade). 19.12.22
(8) Dario Dongo, Andrea Adelmo Della Penna. Alimenti coloranti e loro estratti. Ingredienti o additivi? GIFT (Great Italian Food Trade). 24.12.22
(9) Conseil Superieur D’Hygiene Publique De France. Rapport approuvé par le groupe de travail ‘Aliments non traditionnels’. 30.9.86
(10) L’utilizzo dell’estratto acquoso di Spirulina è autorizzato in Francia, ma non è riportato nel Novel Food Catalogue. Pertanto, per sapere se il suo utilizzo è ammesso anche nel resto dell’Europa, è necessario inviare una richiesta di consultazione alla Commissione Europea, secondo le modalità previste dal reg. UE 2018/456
(11) Dario Dongo, Andrea Adelmo Della Penna. Alghe e microalghe per uso alimentare in Europa, l’ABC. GIFT (Great Italian Food Trade). 14.11.22
Dario Dongo, avvocato e giornalista, PhD in diritto alimentare internazionale, fondatore di WIISE (FARE - GIFT – Food Times) ed Égalité.
Laureato in Tecnologie e Biotecnologie degli Alimenti, tecnologo alimentare abilitato, segue l’area di ricerca e sviluppo. Con particolare riguardo ai progetti di ricerca europei (in Horizon 2020, PRIMA) ove la divisione FARE di WIISE S.r.l. società benefit partecipa.
