Formulazione e analisi di laboratorio delle alternative alla carne

Le alternative alla carne di origine vegetale impiegano generalmente cereali o legumi. I cereali utilizzati includono frumento, avena e mais. Tra i legumi troviamo i semi commestibili di piante leguminose, ad esempio lenticchie, fagioli neri, fagioli di soia e piselli.

I legumi sono ricchi di proteine, vitamine, minerali, fibre alimentari e carboidrati complessi, e i sostituti a base di soia e piselli tendono a essere preferiti dai consumatori. Vengono venduti come concentrati contenenti circa il 65% di proteine o come isolati con circa l'85% di proteine. Fagioli di soia e piselli sono azotofissatori e contribuiscono alle condizioni e alla biodiversità del terreno, rendendoli tra i legumi con il minore impatto ambientale.

I prezzi bassi, il rischio ridotto associato agli allergeni e gli investimenti nell'intera filiera produttiva fanno delle proteine di origine vegetale una delle migliori alternative alla carne per i consumatori consapevoli.

Anche se gli insetti sono una fonte di nutrimento comune per 2 miliardi di persone in tutto il mondo, i prodotti a base di insetti sono ancora considerati una novità nei paesi occidentali. Il concentrato di proteine di insetti ha un impatto ambientale inferiore alle proteine animali, ma superiore alle fonti di proteine vegetali. Grazie alla bassa solubilità e alle proprietà nutrizionali variabili, le proteine degli insetti sono ideali come fonte aggiuntiva di proteine negli analoghi della carne, ad esempio in combinazione con proteine vegetali o di soia. Benché siano un'importante fonte proteica, gli alimenti derivati dagli insetti comportano alcuni rischi di reazioni allergiche o di contaminazione con metalli pesanti o batteri sporigeni.

Mentre le proteine vegetali e a base di insetti vengono generalmente ricavate da colture o allevamenti agricoli, le alternative alla carne a base di funghi, alghe e cellule coltivate vengono prodotte principalmente nei bioreattori mediante bioprocessi.

Le alternative alla carne a base di funghi utilizzano comunemente micoproteine come componente principale. La micoproteina è una fonte proteica alimentare ottenuta dal fungo Fusarium venenatum, reperibile in natura e successivamente trattato per produrre proteine ad uso alimentare.

Le micoproteine possono essere convertite in un'ampia gamma di prodotti alimentari sostitutivi. È possibile controllare la lunghezza delle fibre dei funghi attraverso il processo di fermentazione: maggiore è la crescita e più le fibre si allungano, creando una consistenza più ruvida nel prodotto finale.

Le micoproteine sono ideali per sostituire la carne, poiché il peso a secco contiene circa il 50% di proteine, una quantità paragonabile alla composizione di una bistecca alla griglia. Inoltre, hanno un contenuto di grassi inferiore rispetto alle bistecche: solo il 13% di grasso vegetale, senza colesterolo e con il 25% di fibre.

Alternativa alla carne a base di alghe - Sebbene in passato siano state utilizzate diverse specie di alghe come additivi alimentari, oggi sono le microalghe ad attirare l'attenzione degli esperti come nuovo ingrediente promettente per la formulazione di analoghi della carne. Le microalghe come la clorella e la spirulina hanno un tasso di crescita superiore, un contenuto di proteine più elevato e una migliore qualità nutrizionale rispetto alle colture a terra utilizzate per le proteine vegetali. Oltre all'elevato contenuto di proteine, le microalghe contengono anche micronutrienti, acidi grassi polinsaturi, carotenoidi e composti bioattivi con proprietà funzionali che offrono ulteriori vantaggi per la salute.

Anche se i concentrati di proteine algali hanno un colore verde o giallo e un odore di pesce generalmente poco allettanti, sono in grado di aumentare il valore nutrizionale degli analoghi della carne a base vegetale, purché vengano soddisfatte le condizioni di processo appropriate.

La carne coltivata è un'altra alternativa ai prodotti a base di carne di allevamento. A differenza di altre offerte, tuttavia, questo approccio non si traduce in un'imitazione a base proteica, ma è un prodotto di origine animale che consente di ridurre il numero di capi di bestiame da allevare e macellare.

Grazie alla carne coltivata, le aziende puntano a produrre carne in vitro biologicamente equivalente alla carne di allevamento mediante coltura di cellule animali. La carne deriva dalla coltivazione di cellule staminali animali in bioreattori, le quali vengono successivamente indotte a differenziarsi in cellule muscolari che formano un tessuto su una specifica struttura.

Anche se le carni coltivate rimangono tuttora molto costose, i processi a base cellulare sono sempre più ottimizzati in termini di costi per risultare competitivi nel mercato delle alternative alla carne.

La formulazione di alternative alla carne è molto impegnativa per quanto riguarda gusto, consistenza, sensazione al palato e valore nutrizionale.

La carne e il pesce contengono una vasta gamma di sostanze nutritive, inclusi vitamine e minerali essenziali, che possono risultare assenti nei loro omologhi "senza carne". Anche la sensazione del grasso che si scioglie in bocca, la succosità, la compattezza e la masticabilità della carne potrebbero essere difficili da replicare. Pertanto, i formulatori che lavorano per sviluppare alternative alla carne devono aggiungere altri ingredienti a integrazione delle proteine per conferire al prodotto l'aspetto, il sapore, la consistenza e il profilo nutrizionale corretti. Anche mantenere basso il livello di sodio rappresenta un'ulteriore sfida.

Per far fronte ai timori legati alla salute nello sviluppo delle alternative alla carne, è essenziale garantire la coerenza della produzione, soddisfare gli standard di etichettatura e verificare la correttezza dei valori nutrizionali indicati sulla confezione. Pertanto, l'analisi di laboratorio, il controllo in linea e il controllo qualità dei sostituti della carne sono aspetti fondamentali.

Vengono utilizzati diversi metodi analitici per valutare il gusto e il comportamento delle alternative alla carne e assicurare il rispetto dei requisiti nutrizionali, di consistenza e di sensazione al palato.

• La pesata è importante per la formulazione delle ricette, la preparazione di mezzi di coltura o il controllo qualità durante la preparazione di campioni o standard per analisi come HPLC/GC (pesticidi, tracce di metalli), la determinazione delle proteine, la pesata della sostanza secca, la determinazione del contenuto di grassi prima e dopo l'estrazione Soxhlet o la valutazione del contenuto di minerali totali dopo l'incenerimento.
• L'analisi del contenuto di umidità e acqua utilizza analizzatori di umidità alogeni, perdita per essiccamento o titolazione Karl Fischer per misurare il contenuto di umidità o acqua nelle materie prime o in un prodotto durante le diverse fasi della formulazione. Gli analizzatori di umidità alogeni contribuiscono a garantire la qualità degli ingredienti e dei prodotti e a determinarne la durata di conservazione.
• La determinazione del pH può essere importante durante lo sviluppo del prodotto per garantire la solubilità delle proteine alternative all'interno della formulazione. Ad esempio, mentre le proteine di soia sono solubili a pH da 4,5 a 6,0, le proteine della clorella necessitano di un pH da 2,0 a 12,0. La determinazione del pH è importante anche nel controllo qualità per verificare che il prodotto finale non sia contaminato.
• Le analisi quantitative come la titolazione per la determinazione del contenuto di sodio o di proteine con metodo Kjeldahl, l'analisi UV VIS per il contenuto di glucosio/fruttosio e vitamine, e la pesata per la definizione del contenuto di cenere, fibre e grasso con estrattore Soxhlet vengono comunemente eseguite durante il controllo qualità delle alternative alla carne.
• Le analisi fisiche come densità, indice di rifrazione, punto di fusione o UV VIS forniscono indicazioni sulla purezza degli ingredienti e delle materie prime.
• Gli studi microbiologici sono importanti per valutare la natura e l'entità della potenziale contaminazione batterica e per stabilire il periodo di conservazione del prodotto finale. Strumenti come pipette, bilance e misuratori di pH sono comunemente utilizzati per preparare i terreni di coltura con agar.
• Le analisi termiche vengono impiegate per valutare la durata di conservazione del prodotto e il comportamento degli additivi alimentari durante l'intero processo di produzione. La TGA (analisi termogravimetrica) può essere usata per studiare la massa e la decomposizione di un'alternativa alla carne durante il riscaldamento, mentre la DSC consente di valutare la denaturazione delle proteine, il comportamento di cristallizzazione dei grassi o le variazioni termiche a cui sono soggetti gli additivi durante i processi di riscaldamento e raffreddamento impiegati nella produzione di alternative alla carne.
• Il monitoraggio delle colture cellulari è importante per le alternative alla carne derivanti da bioprocessi. Parametri come pH e ossigeno disciolto consentono di valutare la crescita cellulare e devono essere monitorati in linea durante l'intero processo di coltura.

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