Il sistema scientifico del Friuli Venezia Giulia e la collaborazione tra Ricerca, Impresa e Governance Pubblica nell'ambito delle Biotecnologie

1. C. Nicoli, A.F. De Toni
Università degli Studi di Udine
XIII Conferenza annuale del Coordinamento
regionale degli Enti di Ricerca
Padriciano 99, Trieste, 16 dicembre 2014
Le biotecnologie per la
qualità e la sicurezza
nel campo alimentare

2. 4
AGENDA
LA STORIA

3. DA BIOTECNOLOGIE «SPONTANEE» A «TRADIZIONALI»
Attraverso le biotecnologie, l’uomo ha iniziato
a produrre le prime conserve delle storia,
ovvero alimenti stabili da un punto di vista
microbiologico e dunque salubri, in grado di
mantenersi inalterati per tempi lunghi.
In altre parole l’ottenimento di questi alimenti
ha consentito all’uomo di mangiare anche nei
periodi avversi, quando cioè le condizioni
ambientali o stagionali non consentivano di
disporre quotidianamente di alimenti freschi.

4. I PRIMI PROCESSI «BIOTECH»
• Birra: Sumeri, 4000 a C
• Vino: Egizi, 3000 a C
• Pane: Egizi, 3500 a.C.
La storia
Gli etruschi e i romani presumibilmente
facevano già consumo di insaccati ottenuti
dalla carne di maiale

5. “….l’universo ha inizio dal pane e dal vino che
consentono all’uomo di diventare civile…..”
Pitagora, 500 a C
Produrre in modo quasi miracoloso
alimenti così perfetti era indice del
raggiungimento di un grande
livello di civiltà.

6. IERI COME ALLORA……
La capacità di un popolo di conservare gli alimenti
secondo le proprie esigenze e necessità è sempre stato
l’indicatore più sensibile del grado di sviluppo
scientifico e tecnologico raggiunto.
Alimenti trasformati e
confezionati per le missioni
spaziali.
Esempi di coltivazioni
chiuse ed autorigeneranti
per la missione su Marte.
La storia

7. 9
Il taglio a croce che si effettua sull’impasto prima
della lievitazione è un gesto antico e pieno di
significati. Rimanda all’idea che la lievitazione
fosse un evento divino
• Trasformazione del mosto in vino
• Lievitazione di impasti
• Coagulazione del latte
EVENTI MAGICI

8. 1860 - Pasteur, il padre della moderna
microbiologia, inizia a comprendere i
fenomeni fermentativi.
1859 - Darwin “On the Origin of
Species by Means of Natural Selection”
in cui individuava nell’evoluzione della
specie il motore della vita.
1865 - Mendel teorizzava la presenza di
“fattori” indipendenti responsabili della
trasmissione di tratti ereditari da una
generazione all’altra.
IL LUNGO PERCORSO DELLA SCIENZA (1/3)

9. 11
1954 James D. Watson and Francis H.
C. Crick individuano la
struttura del DNA
IL LUNGO PERCORSO DELLA SCIENZA (2/3)
1879 Walter Fleming osserva la
separazione dei cromosomi
durante la mitosi cellulare
1996 Sequenziamento del genoma del
lievito per la panificazione

10. 12
2007 Sequenziamento del
genoma della vite (Uniud)
IL LUNGO PERCORSO DELLA SCIENZA (3/3)
1997 Primo esempio di
clonazione animale:
la pecora Dolly
2001 Sequenziamento del
genoma umano

11. IL TRIANGOLO ALIMENTARE
Sostenibilità
Security
disponibilità
Safety
salubrità

12. 14
AGENDA
SFIDE E RISPOSTE

13. La popolazione mondiale raggiungerà i 9 miliardi di
individui entro il 2050, con conseguente necessità di
aumentare le produzioni alimentari del 30-50% rispetto a
quelle attuali. Tuttavia, terra coltivabile ed acqua sono beni
sempre meno disponibili sul pianeta
Attualmente circa 1/3 delle derrate alimentari prodotte a
livello globale viene sprecato perché non adeguatamente
trasformato e conservato; contestualmente oltre 1/3 dei
prodotti trasformati e conservati industrialmente viene
“buttato” poiché non consumato nei tempi e nelle modalità
previste
LE SFIDE

14. Modificazione del DNA di piante, animali
e microrganismi utilizzati come fonti
alimentari (OGM):
PRIMA RISPOSTA DELLE BIOTECNOLOGIE
• più resistenti alle
avversità
• alte rese di produzione
• materie prime con
predeterminate
performance nutrizionali
e/o tecnologiche

15. 17
VEGETALI MODIFICAZIONE VANTAGGI
Pomodoro ed
altri vegetali
Rallentamento processi di
maturazione
Miglioramento della
qualità e delle modalità
di trasporto e
distribuzione
Mais, colza Composizione della
frazione lipidica
Miglioramento profilo
nutrizionale dell’olio
Piante varie Addizione di fitasi Riduzione del contenuto
di componenti
antinutrizionali (fitati)
Legumi Soppressione degli
inibitori delle proteasi
Aumento della
digeribilità
Frumento Aumento della glutenina
ad alto peso molecolare
Miglioramento della
qualità del pane
Arachidi ed
altre piante
Inibizione della formazione
di proteine allergeniche
Riduzione allergenicità
Riso,
pomodoro
Aumento precursori
viamina A
Aumento potere
nutrizionale
ESEMPI DI PIANTE GENETICAMENTE MODIFICATE
Fonte: elaborazione da Johnson-Green, 2002

16. Utilizzo di microrganismi e/o enzimi nelle
fasi di trasformazione, formulazione e
conservazione degli alimenti
SECONDA RISPOSTA DELLE BIOTECNOLOGIE
a. Produzione di alimenti tradizionali
b. Produzione di starter microbici, biomassa,
enzimi, ingredienti, nutrienti, additivi e
coadiuvanti tecnologici
c. Produzione di alimenti di nuova
generazione
d. Miglioramento della sicurezza alimentare
degli alimenti

17. 19
a. PRODUZIONE DI ALIMENTI TRADIZIONALI
Prodotti Batteri
lattici
Lieviti e
batteri
lattici
Lieviti,
batteri
lattici e
muffe
Birre
europee
Yoghurt Kefir Salsa di
soia
Pane Vegetali
(crauti,
olive,
cetrioli ecc.)
Birre
africane
Sofu
Vino Insaccati Miso Sake
Sidro Formaggi

18. Le proteine ottenute dai microrganismi
potranno rappresentare un’alternativa a quella
che sarà una cronica carenza di proteine di
origine vegetale ed animale?
Proteine da
microrganismi
Proteine
animali
b. PRODUZIONE DI BIOMASSA (1/2)

19. 22
b. PRODUZIONE DI BIOMASSA (2/2)
Organismo Tempo
Batteri e lieviti 20-120 min
Muffe e alghe 2-6 h
Pollame 1-2 settimane
Suini 2-4 settimane
Bovini (giovani) 1-2 mesi
Uomo (giovane) 3-6 mesi
Tempi richiesti per raddoppiare la massa
di vari organismi fornitori di proteine

20. 24
c. PRODUZIONE DI ALIMENTI DI NUOVA GENERAZIONE
Contengono:
• microrganismi probiotici (batteri lattici)
• composti prebiotici (frutto oligosaccaridi)
I microrganismi probiotici, se somministrati vivi ed in
concentrazioni adeguate, apportano un beneficio alla
salute, favorendo l’incremento delle difese immunitarie,
proteggendo l’apparato gastrointestinale da patologie
diverse, anche di natura cronica e degenerativa.
I composti prebiotici sono molecole, non assorbite a
livello intestinale, ma in grado di favorire la crescita e
l’attività dei microrganismi probiotici.

21. 26
d. MIGLIORAMENTO DELLA SICUREZZA ALIMENTARE
Rimuovere allergeni o costituenti coinvolti nell’innesco di
fenomeni di intolleranza alimentare o addirittura tossine.
Esempio 1: processo di delattosazione del latte operato
per via enzimatica.
Esempio 2: rimuovere dalle derrate alimentari
micotossine (pericolossissime per la salute formate da
microrganismi patogeni) attraverso l’utilizzo di specifici
enzimi.
Esempio 3: bioconservazione. Uso di microorganismi
selezionati e/o loro metaboliti antibatterici per migliorare
la qualità igienica e prolungare la shelf-life degli alimenti.

22. 28
AGENDA
3 STORIE DI SUCCESSI

23. 1. PRODUZIONE DI ZUCCHERI DALL’AMIDO (1/2)
Negli USA dagli anni ‘70 il mercato dello zucchero
è stato rivoluzionato da un’innovazione biotech
che ha soppiantato l’estrazione dello zucchero
dalla canna e barbabietola.
Amido di mais
Enzimi
Glucosio e fruttosio

24. 1. PRODUZIONE DI ZUCCHERI DALL’AMIDO (2/2)

25. 2. PRODUZIONE DI LATTE DELATTOSATO
Il processo di delattosazione
del latte si basa sull’impiego
dell’enzima β-galattosidasi
(lattasi) che idrolizza il
lattosio nei suoi due
costituenti monomerici,
glucosio e galattosio.
Latte contenente lattosio
Reattore
contenente
lattasi
immobilizzata
Confezionamento in asettico
Trattamento termico
Addizione di
lattasi
Latte UHT
delattosato
Latte fresco
delattosato
MetodoTetrapack
MetodoHD

26. 3. BIOCONSERVAZIONE
Utilizzo di batteri lattici come antagonisti di
microganismi alterativi e patogeni in alimenti molto
deperibili. Non modificano le caratteristiche sensoriali
e aumentano sicurezza e vita da scaffale.
Tempo di conservazione (giorni)
Contamicrobicatotale(UFC/g)
Prodotto tradizionale
Prodotto “bioconservato”

27. Prof. Alberto F. De Toni
detoni@uniud.it
www.diegm.uniud.it/detoni/word
press/
33
Prof.ssa Cristina Nicoli
mariacristina.nicoli@uniud.it
http://people.uniud.it/page/mar
iacristina.nicoli