Por Emiro Alejandro Leal / Ciencia Amateur
¿Qué pasaría si tu hamburguesa favorita o tu batido de proteínas no estuvieran hechos de carne ni de plantas, sino de microorganismos cultivados en un laboratorio? Puede sonar a ciencia ficción, pero las proteínas unicelulares (SCP, por las siglas en inglés de Single Cell-Proteins) están convirtiendo esta visión en realidad.
Los microbios han estado con nosotros durante milenios, desde las bebidas fermentadas como la cerveza y el té hasta en los panes más deliciosos, pero hoy, estos organismos podrían abordar uno de los mayores desafíos de la ciencia de los alimentos.
El crecimiento demográfico intensificará la competencia por la tierra, el agua y la energía para mantener la ganadería. Con una población proyectada de 9,800 millones de personas para 2050 [1], en lugar de preguntar “¿Qué comeremos?”, deberíamos preguntarnos “¿Cómo produciremos suficiente alimento?” y “¿Qué pasará con nuestros recursos?”.
Para abordar estos problemas, los científicos de alimentos han desarrollado enfoques innovadores, incluyendo subproductos vegetales, alimentos a base de insectos y proteínas unicelulares (SCP), estas últimas se definen como células microbianas secas y muertas o proteínas derivadas de microorganismos como algas, bacterias, cianobacterias, levaduras y otros hongos [2].
De hecho, las SCP están ganando atención debido a su alto contenido de proteínas, vitaminas y minerales, además de su bajo contenido en grasas. Pueden producirse sin necesidad de tierras y utilizando materias primas renovables, incluyendo residuos alimentarios o flujos de subproductos de la industria alimentaria.
Las proteínas unicelulares son diminutas centrales energéticas que crecen rápidamente, producen grandes cantidades de proteínas y prosperan en diversos sustratos [3].
Una granja microscópica
La producción de proteínas unicelulares depende de los sustratos disponibles, pero generalmente sigue varias etapas: pretratamiento del sustrato, fermentación, separación de proteínas, tratamientos posteriores y, si corresponde, incorporación en productos alimentarios.
Los sustratos deben contener suficiente carbono, nitrógeno y otros nutrientes como fósforo para el crecimiento microbiano. Si bien los sustratos tradicionales son una opción, la industria utiliza cada vez más residuos o subproductos orgánicos, lo que mejora la rentabilidad y sostenibilidad [4].
Microorganismos como levaduras, hongos, algas y bacterias han sido cultivados en aguas residuales, residuos municipales y restos de alimentos o plantas. Los sustratos se pretratan para descomponer estructuras orgánicas complejas mediante técnicas físicas, biológicas o químicas [4].
Por ejemplo, el Grupo de Investigación en Bioproductos Sustentables del Tecnológico de Monterrey, campus Querétaro, está desarrollando proteínas unicelulares utilizando bagazo de agave mezcalero como sustrato. Los primeros resultados muestran que el pretratamiento del bagazo mediante alcalinización y fermentación en estado sólido mejora su disponibilidad y permite su uso en una segunda fermentación para obtener proteína unicelular.
Durante la fermentación, los microorganismos consumen la fuente de carbono del sustrato, generando biomasa. Si bien las SCP pueden producirse en diversos sistemas, los biorreactores agitados son los más comunes y los que logran mayores rendimientos. El postratamiento incluye la separación, concentración y secado de las SCP, a veces con esterilización o pasteurización para prevenir la contaminación.
El producto final suele convertirse en polvo, similar a los suplementos proteicos comerciales, para su uso en productos alimentarios.
Del reactor a la mesa
Los beneficios de las fuentes de proteína alternativa son claros, pero ¿aceptarían los consumidores productos enriquecidos con proteínas microbianas deshidratadas?
Un estudio reciente [3] muestra que, si bien las proteínas vegetales son las más preferidas (58%), las SCP tienen una aceptación considerable (20%), por ejemplo, un pan enriquecido 4% con proteínas unicelulares derivadas de residuos alimentarios mantuvo sus propiedades sensoriales.
Del mismo modo, en dicho estudio, alimentos como barras de cereal y pasta enriquecidos con SCP mejoraron su contenido nutricional sin comprometer el sabor ni la textura. Los consumidores percibieron productos enriquecidos con SCP, como colines de pan, como más saludables y con un mayor valor percibido.
La industria de las SCP está en rápida expansión, impulsada por la creciente demanda de proteínas a medida que aumenta la población mundial. Se espera que supere los 18,500 millones de dólares para 2030.
Además, el uso de recursos renovables como residuos alimentarios y agrícolas hace que las SCP sean una solución económicamente viable y ambientalmente prometedora. Sin embargo, aún existen desafíos, como la optimización de los procesos de fermentación, la integración de principios de economía circular y la exploración de nuevas aplicaciones en productos.
La aceptación de los consumidores hacia los alimentos basados en microorganismos también será crucial. Si se superan estos desafíos, la producción de este tipo de proteínas con sustratos renovables podría ayudar a reducir el desperdicio de alimentos y abordar la escasez global de estas moléculas fundamentales para la nutrición.
Nota: La investigación a la que se hace referencia en el Grupo de Investigación en Bioproductos Sustentables del Tecnológico de Monterrey cuenta con el apoyo de The Good Food Institute, Inc., bajo la subvención GFI número 23-FM-MX-FC-1-602_Ramírez Jiménez.
Referencias
- United Nations. (n.d.). The world population projected to reach 9.8 billion in 2050 and 11.2 billion in 2100. Department of Economic and Social Affairs.
- Reihani, S. F. S., & Khosravi-Darani, K. (2019). Influencing factors on single-cell protein production by submerged fermentation: A review. In Electronic Journal of Biotechnology (Vol. 37, pp. 34–40). Elsevier BV.
- Koukoumaki, D. I., Tsouko, E., Papanikolaou, S., Ioannou, Z., Diamantopoulou, P., & Sarris, D. (2024). Recent advances in the production of single cell protein from renewable resources and applications. In Carbon Resources Conversion (Vol. 7, Issue 2, p. 100195). Elsevier BV.
- Fernández-López, L., González-García, P., Fernández-Ríos, A., Aldaco, R., Laso, J., Martínez-Ibáñez, E., Gutiérrez-Fernández, D., Pérez-Martínez, M. M., Marchisio, V., Figueroa, M., de Sousa, D. B., Méndez, D., & Margallo, M. (2024). Life cycle assessment of single cell protein production–A review of current technologies and emerging challenges. In Cleaner and Circular Bioeconomy (Vol. 8, p. 100079). Elsevier BV.
- García-Segovia, P., García Alcaraz, V., Tárrega, A., & Martínez-Monzó, J. (2020). Consumer perception and acceptability of microalgae based breadstick. Food science and technology international – Ciencia y tecnologia de los alimentos internacional, 26(6), 493–502.
Autor
Emiro Alejandro Leal Urbina. Ingeniero en Biotecnología, graduado con honores del Tec de Monterrey, Campus Toluca. Actualmente, cursa la Maestría en Ciencias con especialización en Biotecnología, en el Grupo de Investigación Sustainable Bioproducts del Tec de Monterrey, Campus Querétaro. Su investigación se centra en la optimización de la producción de proteínas unicelulares utilizando residuos de la industria alimentaria mexicana.
Revisoras
Este artículo fue supervisado por Aurea K. Ramírez Jiménez y Elisa Dufoo Hurtado del Grupo de Investigación Sustainable Bioproducts, enfocado en estudios nutrigenómicos de alimentos funcionales y en la revalorización de residuos agroindustriales, en particular bagazo, vinaza de agave y otros subproductos de la industria alimentaria.
Aurea K. Ramírez Jiménez. Profesora investigadora de la Escuela de Ingeniería y Ciencias, del Tec de Monterrey. Es líder del grupo de investigación Sustainable Bioproducts. Su línea de investigación se centra en estudios de nutrigenómica de alimentos funcionales mediante la revalorización de residuos agroindustriales. Es miembro de la Red Internacional AlfaNutra de Alimentos Funcionales y Nutracéuticos, la Asociación Mexicana de Ciencia de Alimentos, la OWSD (Organization for Women in Science for the Developing World) y parte de la red de científicos del Good Food Institute.
Elisa Dufoo Hurtado. Investigadora posdoctoral en el Grupo de Investigación Sustainable Bioproducts, especializada en la valorización de residuos agroindustriales, como el bagazo de agave, para el desarrollo de proteínas alimentarias sostenibles mediante procesos innovadores de fermentación. Contribuye al proyecto internacional «From Waste to Feast: Fostering Sustainable Proteins with Agave Bagasse Using Two-Stage Fermentation», además de investigar sobre alimentos funcionales y sus efectos nutrigenómicos.
