Single Cell Protein: la alternativa a las proteínas de origen animal

Por: Ana Torrejón, Centro Tecnológico AINIA (España)

El ser humano necesita consumir proteína en su alimentación como fuente de nitrógeno y aminoácidos esenciales, que son transformados en nuevas proteínas con funciones estructurales (músculos) y funcionales (hormonas) que les permiten sobrevivir. El rápido incremento de la población mundial ha generado el reto de producir los alimentos necesarios para cumplir con las necesidades nutricionales de la población. Se estima que en 2050 se deberán obtener al menos 1.250 millones de toneladas de carne y lácteos al año para cumplir con la demanda mundial de proteína animal si se mantiene el consumo actual. De la misma forma que los seres humanos, los animales necesitan consumir proteína para poder sobrevivir. La industria cárnica y láctea emplea proteína vegetal que se transforma en proteína animal al ser consumida por los animales de granja.

El principal problema para alcanzar la demanda futura de proteína animal es que, aunque el sector puede asumir dicho incremento en la producción, la producción de proteína animal no es sostenible debido principalmente a la baja conversión entre las materias primas (proteínas de origen vegetal) y la proteína animal obtenida. Las proteínas de origen vegetal, como legumbres o verduras de hoja son muy interesantes desde el punto de vista nutricional, pero requieren de grandes extensiones de tierra en forma de campos de cultivo y de agua, siendo estos factores limitantes para cumplir con la demanda global de proteínas. A su vez, la proteína vegetal se convierte de forma muy ineficiente en proteína animal, siendo necesarios aproximadamente 6 kg de proteína vegetal para producir 1 kg de proteína cárnica.

Existen otras fuentes de proteína que pueden ser una alternativa viable a la proteína animal. Estas proteínas pueden ser obtenidas a partir del cultivo de microorganismos, lo que se llama proteína microbiana o Single Cell Protein (SCP). Es la proteína obtenida a partir de la biomasa de organismos unicelulares como bacterias, hongos, levaduras y microalgas y otros macroorganismos multicelulares como hongos filamentosos o las algas filamentosas. Al igual que ocurre con la proteína de origen animal, los microorganismos son alimentados con distintas fuentes de carbono y nitrógeno y éstos los transforman en proteínas con propiedades estructurales y funcionales.

Ventajas medioambientales y nutricionales de la producción de SCP:

Alta productividad: la ventaja que presenta el SCP desde el punto de vista de sostenibilidad con respecto de otros procesos de producción de proteínas (tanto vegetales como animales) es principalmente la alta productividad debido a las altas tasas de crecimiento de los microorganismos y el alto grado de conversión entre las materias primas y la proteína obtenida.

Suministro constante: la producción de SCP presenta otra serie de ventajas desde el punto de vista medioambiental que incluyen los bajos requerimientos de suelo, ya que el cultivo de los microorganismos se suele realizar en reactores y la independencia de las condiciones climáticas, lo que asegura un suministro constante.

Cumplimiento de requisitos nutricionales: desde el punto de vista nutricional, el SCP presenta una composición de aminoácidos que es adecuada y cumple los requerimientos de la FAO, si bien es cierto que la composición final de aminoácidos depende de la tipología de microorganismo empleada para su producción.

Aporte ácidos grasos o vitaminas (Grupo B): además de proteínas, los microorganismos empleados para la obtención de SCP suelen aportar otra serie de compuestos que son muy interesantes desde el punto de vista nutricional como son los ácidos grasos o las vitaminas, principalmente del grupo B.

El SCP destinado a alimentación se genera a partir de un número limitado de microorganismos, particularmente cuando se considera el consumo humano. Las fuentes de SCP utilizadas en la alimentación animal son más amplias que las aprobadas para consumo humano y se están expandiendo.

Microalgas, hongos y bacterias como alternativas a las proteínas de origen animal

En la actualidad hay diferentes fuentes de proteínas alternativas a la proteína animal tanto para alimentación humana como animal. Entre ellas, destacamos la producción de SCP a partir de microalgas, hongos y bacterias.

Microalgas: la mayor parte de SCP producido se obtiene a partir de las microalgas. Las especies que se cultivan para consumo humano o animal generalmente tienen un alto contenido en proteínas (pueden llegar al 60%). También proporcionan grasas (ácidos grasos ω-3 y carotenoides), vitaminas A, B, C y E, sales minerales y clorofila (Gouveia et al., 2008). El SCP producido por microalgas es el que está más ampliamente integrado en el mercado, y se puede encontrar en forma de suplementos, disponibles en tabletas, cápsulas o en forma líquida, pero también como ingredientes que se pueden incluir en pastas, productos horneados, bocadillos, entre otros.

Hongos: la proteína de origen fúngico o micoproteína es la segunda en importancia dentro de la producción de SCP. Existe una amplia gama de hongos (que engloban mohos y levaduras) que tienen potencial para su uso como SCP debido a su alto contenido en proteína (que ronda entre el 30-50%) y presentan un perfil aminoacídico que cumple las directrices de la FAO. En concreto el contenido de treonina y lisina en estos productos es típicamente alto y, aunque el contenido de metionina es relativamente bajo, siguen cumpliendo los requerimientos indicados por la FAO. Además de la proteína, el SCP derivado de hongos proporciona vitaminas principalmente del grupo complejo B (tiamina, riboflavina, biotina, niacina, ácido pantoténico, piridoxina, colina, estreptogenina, glutatión, ácido fólico y ácido p-amino benzoico) y las paredes celulares de los hongos son ricas en glucanos, que aportan fibra a la dieta.

Bacterias: el SCP bacteriano es el más prometedor en cuestión de nuevos desarrollos, aunque actualmente no se emplea para alimentación humana y su uso está restringido a alimentación animal. El SCP procedente de bacterias, generalmente contiene 50 a 80% de proteína en peso seco y el contenido de aminoácidos esenciales es equiparable o superior a las recomendaciones de la FAO, con unos contenidos de metionina de hasta el 3%, que es más alto que el obtenido generalmente en SCP de algas o hongos. Además, el SCP bacteriano proporciona algunos lípidos y vitaminas del grupo B.

Fuentes alternativas de proteínas para el desarrollo de nuevos ingredientes: lemna, insectos y Single Cell Protein

Actualmente, el SCP representa un porcentaje residual dentro de las fuentes de proteínas destinadas a uso humano, pero es probable que la creciente demanda mundial de proteína haga que el SCP adquiera un rol más relevante dentro de la nutrición humana.

Por ello, desde AINIA estamos trabajando en un proyecto sobre investigación de fuentes alternativas de proteínas para el desarrollo de nuevos ingredientes con propiedades tecnológicas y saludables mejoradas denominado ProALTII. En este proyecto estamos estudiando fuentes de potencial interés para la obtención y mejora de ingredientes proteicos sostenibles como la lemna, los insectos y el single cell protein (SCP), fuentes de proteínas que puedan presentarse en la industria como alternativa a la proteína de origen animal.

A partir las diferentes fuentes proteínicas y con el objetivo de optimizar la obtención de nuevos ingredientes proteicos, estamos estudiando la aplicación de procesos que contribuyan a mejorar las propiedades tecno-funcionales y nutricionales de los nuevos ingredientes proteicos. En el caso del single cell protein, además de estudiar y definir nuevos procesos más sostenibles para su obtención, estamos aplicando herramientas de biología computacional para evaluar la viabilidad peptídica y la optimización de procesos enzimáticos para la obtención de péptidos bioactivos a partir de single cell protein.

Asimismo, estamos evaluando el potencial de los nuevos ingredientes proteicos obtenidos en sistemas alimentarios modelo. Con especial hincapié en las propiedades tecnológicas de los nuevos ingredientes proteicos a partir de parámetros intrínsecos a la propia naturaleza de las fuentes proteicas o como consecuencia de las modificaciones que puedan haber tenido por la aplicación de las diferentes operaciones de transformación.

También estamos llevando a cabo una evaluación de la viabilidad legal, así como una evaluación de la sostenibilidad ambiental de la producción y/u obtención de los ingredientes proteicos a partir de las fuentes propuestas, validando de este modo la sostenibilidad de dichos procesos en toda la cadena de valor.