Nuevas tecnologías de alimentos: una forma de ayudar a alimentar a la población en crecimiento
Con una población mundial que alcanzará los 10 mil millones en 20501, necesitamos producir más alimentos. Pero no basta con ampliar la agricultura: no hay suficiente tierra cultivable. ¿Las nuevas tecnologías de alimentos podrían proporcionar una fuente alternativa de alimentos al mismo tiempo que mejoran la sostenibilidad de la producción mundial de alimentos en términos de impacto climático, uso de los recursos y de la tierra, y huella de carbono en general?
Alimentar a una población en crecimiento
De los numerosos desafíos a los que se enfrenta actualmente el sistema alimentario mundial, alimentar a una población en rápido aumento es uno de los más acuciantes. Para 2050, se espera que la población mundial haya crecido más de un 25 % con respecto a 2020, hasta alcanzar aproximadamente los 10 mil millones de personas1, pero dado que los sistemas alimentarios ya son responsables de más de un tercio de las emisiones de gases de efecto invernadero2 y dependen en gran medida de prácticas industriales y agrícolas que consumen muchos recursos, no es sostenible limitarse a ampliar estas prácticas y consumir recursos al ritmo actual.
Y no disponer de suficiente tierra cultivable es solo un aspecto. Dado que gran parte de ese crecimiento demográfico se concentrará probablemente en África, así como en el sur y el este de Asia, la inseguridad alimentaria y el acceso de la población a una dieta sana y nutritiva se convertirán en preocupaciones crecientes. También lo será la pérdida continua de biodiversidad por el uso excesivo del agua, la tierra y los productos agroquímicos.
¿Cómo pueden las nuevas tecnologías de alimentos hacer frente a esta situación?
Las nuevas tecnologías de alimentos podrían aportar una posible solución a estos problemas. Aunque las nuevas tecnologías de alimentos pueden abarcar toda una serie de tecnologías proteínicas alternativas, aquí nos referimos principalmente a dos tecnologías basadas en la fermentación: la fermentación de biomasa, en la que los análogos ricos en nutrientes de las proteínas convencionales están formados por microorganismos como los hongos; y la fermentación de precisión, en la que los microorganismos se utilizan como "fábricas celulares" para crear otros ingredientes funcionales.
Como forma de producir esas proteínas alternativas, ambos métodos comparten ventajas distintas en comparación con las prácticas agrícolas actuales, entre las que destaca una reducción significativa de la cantidad de tierra necesaria para la producción3. En comparación con las proteínas convencionales, estas proteínas alternativas requieren menos insumos para producir nutrientes y calorías equivalentes, lo que se traduce en un menor consumo de energía y otros recursos naturales a lo largo de la cadena de producción3. Pero cada tecnología tiene también un conjunto específico de consideraciones a tener en cuenta en relación con su respectivo impacto climático y las implicaciones de su adopción a escala.
Fermentación de biomasa
Cuando se trata del aspecto de sostenibilidad de la fermentación de biomasa, "la industria de alimentos y bebidas está apenas al comienzo de la curva de aprendizaje", afirma Lilly Li, gerente de sostenibilidad de Tetra Pak. "Y dependiendo precisamente de lo que estés produciendo el proceso (y el impacto subsiguiente en términos de agua, tierra, uso de la energía y residuos) puede variar".
Las micoproteínas (biomasa proteica fúngica) son actualmente uno de los principales ingredientes utilizados para producir sustitutos de la carne vegetarianos y veganos mediante la fermentación de biomasa. Los primeros estudios sugieren que la sustitución de la carne de res en la dieta mundial por este tipo de micoproteínas podría tener un efecto significativo sobre la deforestación y las emisiones de CO2.
Fuente: Humpenöder, F. et al. Nature 605, 90–96 (2022).
Del mismo modo, un análisis del impacto medioambiental de la micoproteína (incluidas las huellas de carbono, agua y uso de la tierra de cada producto proteínico) con productos comparables, como las proteínas de origen vegetal y animal para consumo humano, mediante un enfoque de análisis del ciclo de vida arroja resultados igualmente alentadores.
La ventaja más llamativa se da en el uso del suelo. Como demuestra el siguiente diagrama, los productos alimenticios producidos tradicionalmente, como la carne molida de res, el corte primario de cerdo y la pechuga de pollo, requieren un espacio mucho mayor para producir la cantidad equivalente de proteína en comparación con la micoproteína (es casi 80 veces más eficiente en comparación con la carne molida de res sueca)5.
Fuentes: Quorn Carbon-Trust-Comparison-Report-2022.pdf; Quorn Sustainability-Report-2022.pdf, Informe Mycorenaimpact 2022; J Hadi, G Brightwell-Foods, 2021
La micoproteína también utiliza menos agua en términos de litros por kg necesarios para producir un producto proteico acabado (l/kg): para uno de los principales productores de micoproteína, esta cifra es de solo 31 l/kg, lo que la hace un 62 % más eficiente en comparación con el tofu, un 71 % más eficiente en comparación con la soja y un 84 % más eficiente en comparación con la carne molida de res sueca6.
Fuentes: Quorn Carbon-Trust-Comparison-Report-2022.pdf; Quorn Sustainability-Report-2022.pdf, Informe Mycorenaimpact 2022; J Hadi, G Brightwell-Foods, 2021
En línea generales, esto significa que la huella de carbono total (definida como todos los gases de efecto invernadero liberados por los diversos procesos necesarios para producir el producto proteínico acabado desde la "cuna hasta la puerta de procesamiento") para la micoproteína es drásticamente inferior; solo 0.79 kg CO2e/kg para un productor líder de micoproteína. Esto representa una reducción del 82 % en comparación con la pechuga de pollo, una reducción del 92 % en comparación con el corte primario de cerdo y una reducción del 98 % en comparación con la carne molida de res sueca7.
Fuentes: Quorn Carbon-Trust-Comparison-Report-2022.pdf; Quorn Sustainability-Report-2022.pdf, Informe Mycorenaimpact 2022; J Hadi, G Brightwell-Foods, 2021
Fermentación de precisión
Según Ashish Acharya, director de tecnología alimentaria de Tetra Pak, hay dos vertientes distintas de la fermentación de precisión, que deben considerarse por separado: su uso para biomateriales y en la industria biofarmacéutica, y para la generación de nuevos componentes alimentarios. "La fermentación de precisión no es nueva: se viene utilizando desde hace muchos años, a veces incluso décadas, para producir o cosechar componentes raros o complejos que, de otro modo, consumirían enormes cantidades de recursos o serían imposibles de obtener de forma natural", afirma. Ejemplos de ello son muchos ingredientes alimentarios y productos nutricionales diferentes, como la quimosina, un componente clave del cuajo, que se utiliza en la producción de queso, y los oligosacáridos que se encuentran en la leche materna humana, una parte vital de la nutrición infantil.
"Algunos de estos procesos de fermentación consumen mucha agua y energía, pero en el caso de otros productos, como los oligosacáridos, no es posible producirlos de forma natural a gran escala. Por supuesto, podemos buscar formas de reciclar el calor, purificar las aguas residuales y desplegar algunas de nuestras otras tecnologías avanzadas para hacer el proceso más eficiente, pero actualmente no existen alternativas de producción para estos componentes".
Pero la fermentación de precisión es cada vez más importante, incluso desde el punto de vista de la sostenibilidad, en lo que respecta a la producción de leche y proteínas animales. "Si nos fijamos en el creciente impacto de las prácticas agroindustriales en la deforestación o en las emisiones de gases de efecto invernadero, la fermentación de precisión puede ayudar a resolver algunos de esos problemas", señala Acharya. "Por ejemplo, las proteínas de la leche: en el futuro, con nuevos avances en la fermentación de precisión, no harían falta tantas vacas, lo que significaría que no se necesitaría esa cantidad de tierra o agua, y no harían falta los alimentos para animales, o incluso más tierra para cultivarlos". Y también se reducirían las emisiones de gas metano asociadas al ganado, un gas de efecto invernadero que tiene un impacto 25 veces superior al del CO28".
Ocurre lo mismo con la carne de res, un producto que, en palabras de Acharya, "se considera que tiene el mayor impacto negativo en términos de cambio climático9" y otras proteínas animales. Utilizar la fermentación de precisión y de biomasa a escala significa que podríamos reducir significativamente aspectos sustanciales del impacto climático de la cadena de producción: la deforestación, el agua para los animales y la tierra necesaria para el pastoreo y el cultivo de alimentos para animales.
Lidiar con los residuos y subproductos
Sin embargo, la fermentación de precisión y la de biomasa producen residuos y subproductos, factores que deben tomarse en cuenta al evaluar el impacto climático global del proceso. "Produce una cantidad considerable de gas, al igual que la fermentación de la biomasa", explica Acharya. "En la mayoría de los casos, se trata de CO2, pero también hay otros gases, dependiendo del compuesto que se produzca, del tipo de fermentación y del tipo de microorganismo que se utilice". Con los avances en biotecnología, quizá en el futuro estos gases puedan purificarse o volver a introducirse en el circuito como fuente de alimentación de carbono; actualmente se está investigando mucho en este campo10.
Y luego está el asunto de los microorganismos usados y cómo se tratan estos residuos. La fermentación de precisión involucra la modificación del genoma de los microbios utilizados. Por ello, existe un estricto marco normativo para tratar los residuos producidos.
"En la actualidad, se lleva a cabo lo que se denomina eliminación de OGM (organismos genéticamente modificados)", sostiene Acharya. "Se añade hidróxido de sodio concentrado y se aumenta el pH a >11, lo que neutraliza y desnaturaliza/desfragmenta todo el ADN". Y dependiendo del nivel de contención específico del OGM, los residuos se tratan de forma diferente, pero el objetivo final es el mismo: que no se libere material genético activo al medioambiente11.
"En el caso de los OGM con un nivel de contención más bajo, estos pueden eliminarse mediante desinfección química o tratamiento del calor", explica Christina Schornack, especialista en seguridad de equipos de Tetra Pak. "Es el nivel de contención el que especifica los requisitos del procedimiento de manipulación12, esto protege a quienes trabajan con patógenos, a la comunidad en general y al medioambiente, especialmente en lo que respecta al tratamiento de residuos".
Además, añade Lilly Li, "los residuos de OGM requieren un completo análisis del ciclo de vida, especialmente en lo que respecta a sus riesgos potenciales de toxicidad para los ecosistemas y los seres humanos". También se está investigando el reciclaje o la reutilización de este flujo de residuos, señala Li, sobre todo en lo que respecta a la fermentación de biomasa. "El potencial de reutilización, y de recuperación de una cantidad sustancial de agua de los flujos de residuos de la fermentación de biomasa, es bastante significativo", afirma. "Esperamos ver más resultados de la investigación y el desarrollo en la integración de conceptos de circularidad en el diseño del proceso en los próximos años".
En la actualidad se dispone de muy pocos datos sobre comparaciones directas entre los productos de producción tradicional y los que incorporan proteínas fermentadas con precisión. "Este tipo de producción de ingredientes aún está en pañales, pero se desarrolla rápidamente", afirma Acharya. "Así que hay análisis del ciclo de vida en el proceso utilizado para producir componentes individuales, como la proteína de la leche, pero eso es solo un compuesto en el producto final, no es el espectro completo de los componentes de la leche producidos utilizando la fermentación de precisión".
Pero para Acharya, el potencial de la fermentación de precisión y de la de biomasa es algo que está muy claro. "Las posibilidades son enormes, sobre todo si nos fijamos en la creación de alimentos funcionales: proteínas nutricionalmente superiores y eliminación de las alergias a las proteínas", sostiene. "Y si tomamos en cuenta el rendimiento actual del componente proteínico de interés que se puede producir por tiempo y volumen, en los próximos cinco años podremos aumentar la eficiencia del proceso de fermentación y, por tanto, el rendimiento, en un factor de cinco o seis. Será algo que cambiará las reglas del juego".
Enlaces relacionados
Notas al pie:
- Fuente: https://sdg.iisd.org/news/world-population-to-reach-9-9-billion-by-2050/
- Fuente: https://www.unido.org/stories/new-research-shows-food-system-responsible-third-global-anthropogenic-emissions
- Fuente: https://gfi.org/blog/regenerative-agriculture-and-alternative-proteins/
- Fuente: Humpenöder, F. et al. Nature 605, 90–96 (2022).
- La huella terrestre se centra en la superficie física necesaria para producir el producto final. En el caso de los productos cárnicos, se trata principalmente de la tierra en la que se cría el ganado (es decir, la superficie que necesita el ganado para vivir) y la tierra utilizada para cultivar los alimentos que consume el ganado. La huella terrestre se expresa en términos de metros cuadrados anuales por kg de producto acabado como proteínas o proteínas contenidas en los alimentos (m2a/kg).
Fuentes de la información: Quorn Carbon-Trust-Comparison-Report-2022.pdf; Quorn Sustainability-Report-2022.pdf, Informe Mycorenaimpact 2022; J Hadi, G Brightwell-Foods, 2021 - La cantidad total de agua utilizada durante los procesos necesarios para producir el producto final. Esto incluye el agua consumida por los animales (como el agua que ha bebido el ganado), el agua utilizada para producir el alimento para los animales y los cultivos, y el agua consumida durante el procesamiento. La huella hídrica se expresa en litros por kg de producto proteínico acabado (L/kg).
Fuentes de la información: Quorn Carbon-Trust-Comparison-Report-2022.pdf; Quorn Sustainability-Report-2022.pdf, Informe Mycorenaimpact 2022; J Hadi, G Brightwell-Foods, 2021 - Las unidades de medida son dióxido de carbono equivalente (CO2e). El CO2e es una unidad de referencia para evaluar el potencial de calentamiento global de varios GEI, como el dióxido de carbono y el metano. La huella de carbono se expresa en términos de kg de producto acabado como proteínas o que contenga proteínas (kg CO2e/kg).
Fuentes de la información: Quorn Carbon-Trust-Comparison-Report-2022.pdf; Quorn Sustainability-Report-2022.pdf, Informe Mycorenaimpact 2022; J Hadi, G Brightwell-Foods, 2021 - Fuente: https://www.epa.gov/gmi/importance-methane#:~:text=Methane%20is%20more%20than%2025,due%20to%20human%2Drelated%20activities
- Fuente: https://www.nature.com/articles/s43016-021-00358-x
- Fuente: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S095816692200057X
- Fuente: La desnaturalización alcalina del ADN Biophys J. 1969 Nov; 9(11): 1281–1311.
- Referencia a la DIRECTIVA 2009/41/CE DEL PARLAMENTO Y DEL CONSEJO EUROPEO de 6 de mayo de 2009 relativa a la utilización confinada de microorganismos genéticamente modificados