L’aumento globale della domanda di carne ha portato a una rapida crescita del mercato dei sostituti della carne, che imitano l’aspetto, la forma e la consistenza di tagli di carne reali. Novameat è una startup di Barcellona che sta portando una rivoluzione nel settore alimentare: facendo uso della stampa 3D, è in grado di produrre carne sintetica che con buona probabilità diventerà la nuova carne del futuro. Il fondatore e CEO è Giuseppe Scionti, un ingegnere biomedico italiano che ha come obiettivo, oltre a quello di ridurre l’impatto ambientale, superare in qualità i tagli più pregiati di carne.
Che cos’è la carne artificiale
Oltre alla recente notizia che dal 24 gennaio di questo anno in tutta l’Unione Europea potranno essere venduti e comprati prodotti alimentari a base di polvere di insetti, negli ultimi anni si sente sempre più spesso parlare anche di carne artificiale. Ma di che cosa si tratta?
Esistono principalmente due tipologie:
- alternative vegetali (“plant-based meat”) – vengono utilizzate le piante come materie prime, imitando però il gusto e la consistenza della vera carne. Sono prodotte a partire da legumi come piselli, fagioli, barbabietole o da derivati della soia e delle patate per poi essere processate;
- carne coltivata in laboratorio (“cultured meat”) – sono impiegate cellule staminali vive dei muscoli degli animali, che prima vengono coltivate separatamente e poi vengono incubate in una matrice di origine vegetale (i.e., scaffold) per farle crescere, differenziare e interagire fino ad ottenere la consistenza e la qualità di un filetto di carne.
La carne prodotta in laboratorio
Il processo inizia fabbricando in laboratorio un sistema che si ispira al sistema vascolare di un animale – e che permette alle cellule staminali di maturare e differenziare. Dopo la preparazione dello scaffold (i.e., l’impalcatura 3D), avviene la coltura delle cellule sul supporto stesso. Le cellule staminali dei muscoli, stimolate opportunamente, si differenziano in cellule muscolari fino a formare un tessuto muscolare simile a quello che si forma negli animali. Bastano infatti poche cellule prelevate con una biopsia da un animale per ottenere una coltura cellulare. Prima di essere incapsulate, le cellule vengono mantenute in coltura con una soluzione chiamata terreno di coltura che contiene nutrienti tra cui sali minerali, grassi, proteine e carboidrati. Tutto ciò si traduce in un taglio con forma e struttura simili a quelle di un filetto tradizionale. Il prodotto finale sembra riflettere la consistenza e la qualità sensoriale di un “vero” pezzo di carne, che può persino essere adattato al gusto del consumatore, migliorando la palatabilità delle fibre muscolari cresciute in vitro.
Credits: Vascolarizzazione di Scaffold.
Uno dei problemi di questa innovazione è la difficoltà nel produrre carne di più grandi dimensioni, in quanto servirebbe una struttura microporosa ed interconnessa per far sì che vi sia diffusione di nutrienti e di ossigeno nella parte centrale per evitare la morte delle cellule (Figura 1).
La stampa 3D in campo alimentare
A partire da una combinazione di materiali commestibili, le stampanti 3D sono in grado di produrre filetti sintetici, che sono visivamente identici alla carne tradizionale. L’utilizzo della stampante 3D in campo alimentare rappresenta una novità tecnologica emergente con un grande potenziale, perché offre l’opportunità di progettare nuovi prodotti alimentari, con la possibilità di migliorarne il valore nutrizionale e il profilo sensoriale.
I vantaggi però non si fermano qui: oltre a realizzare dei prodotti più sostenibili dal punto di vista ambientale, l’utilizzo della stampa 3D permetterebbe anche di personalizzare i pasti per persone con problemi di deglutizione e/o masticazione.
- Ne abbiamo parlato anche qui: “3D-printing alimentare: la frontiera della nutrizione personalizzata a supporto della disfagia“
Come avviene la stampa 3D?
Prima della stampa, il modello deve essere salvato in formato STL (“Standard Triangulation Language”) che, tramite una serie di triangoli, riesce a riprodurre la superficie dell’oggetto (Figura 2).
Successivamente, il modello subisce il processo di “slicing” in cui un apposito software lo va ad “affettare” in strati orizzontali, che poi verranno depositati sul piatto di stampa sovrapponendosi l’un l’altro fino a formare il pezzo 3D desiderato. Affinché il modello possa essere stampato è però necessario un set di istruzioni: il G-code.
Grazie a quest’ultimo, la stampante potrà leggere ed eseguire le istruzioni per la stampa (Figura 3). A partire quindi da un modello 3D digitale ottenuto di solito con un software di progettazione assistita CAD, si costruisce la carne aggiungendo del materiale uno strato alla volta, motivo per cui questa modalità di produzione prende il nome di additive manufacturing.
Il materiale deve essere poco viscoso affinché riesca a scorrere facilmente attraverso l’ugello, ma allo stesso tempo deve riuscire a mantenere la forma una volta che è stato depositato sul piatto di stampa.
Uno dei parametri di cui è importante avere il controllo continuo per un motivo di igiene e di sicurezza dell’alimento è la temperatura dell’ugello. Soprattutto in ambito alimentare, si vanno a trattare dei materiali deperibili in cui è necessario prevenire la crescita microbica.
Naturalmente non tutti gli ingredienti alimentari hanno le stesse caratteristiche, e quindi la stessa stampabilità, che dipende dalle condizioni di stampa e dalle proprietà reologiche degli ingredienti. Sulla base di quanto appena detto, possiamo identificare tre categorie di ingredienti:
- A stampabilità nativa: questi ingredienti vengono facilmente estrusi dall’ugello della stampante 3D – come ad esempio la crema di formaggio.
- Alimenti tradizionali stampabili – ma non per natura: si tratta della maggior parte degli alimenti che, non avendo delle caratteristiche di stampabilità native, richiedono delle modifiche per migliorarne il comportamento reologico durante la stampa, come con l’aggiunta di collagene per migliorare la viscosità o di altri additivi come pectina, gomma di xantano, amido e alginato. Un esempio è appunto la carne che, essendo di per sé un materiale fibroso, richiede l’aggiunta di potenziatori di flusso per ottenere un materiale estrudibile.
- Ingredienti alternativi: si fa riferimento a ingredienti emergenti come alghe, insetti, funghi e batteri.
La stampa 3D basata su estrusione è la tipologia maggiormente impiegata per la produzione di carne artificiale, poichè in grado di estrudere il materiale in modo continuo attraverso l’ugello, che deposita strato per strato il materiale, secondo gli input forniti dall’utente (Figura 4). Si applica a materiali morbidi come cioccolato e impasti, anche di carne.
Novameat: l’innovazione a tavola
Novameat è una startup spagnola con sede a Barcellona che si occupa di tecnologie alimentari, in particolare della produzione di carne con l’ausilio della stampa 3D. L’azienda intende vendere le sue “bistecche” direttamente ai consumatori e alle imprese come ristoranti e supermercati. Al momento vanta la produzione del più grande pezzo di carne al mondo stampato in 3D e una velocità del processo di stampa 150 volte maggiore rispetto ai loro competitors, permettendo loro di produrre 1.5 tonnellate di carne artificiale all’ora.
Novameat utilizza una tecnologia a microestrusione che permette di combinare in modo preciso e organizzato diversi ingredienti (principalmente grassi vegetali e proteine vegetali diverse dalla soia) per imitare il gusto, l’aspetto e le proprietà nutrizionali della carne animale (Figura 5). In particolare, ciò che caratterizza questa startup è la profonda cura dei dettagli come la disposizione delle molecole proteiche e l’allineamento dei filamenti muscolari per ricreare un tessuto molto affine al tessuto muscolare animale.
Novameat ha infatti il merito di aver stampato la prima “bistecca” vegetale costituita da un 60-70% di acqua e da un 20% di proteine derivanti da piselli gialli, gli stessi valori nutrizionali di una comune bistecca.
La startup sta anche testando la fattibilità di prodotti ibridi oltre a valutare la produzione di pesce e frutti di mare artificiali. La sua mission è quella di fornire nuove soluzioni per nutrire la sempre più crescente popolazione, promuovendo un approvvigionamento alimentare sano e sostenibile.
Fondatore e CEO di questa startup innovativa è un ingegnere biomedico italiano esperto in ingegneria dei tessuti e in 3D bioprinting, Giuseppe Scionti, che è ostinato ad andare oltre:
Vogliamo creare la Tesla Roadster o l’i-Phone per il cibo del futuro. La carne alternativa non va sviluppata solo in ottica di migliorare l’ambiente e la salute nostra o degli animali, ma deve superare in qualità i tagli più pregiati. Ad oggi il Sacro Graal della carne sintetica rimane la carne di maiale, o la bistecca.
L’azienda sta già collaborando con un ristorante stellato Michelin di Barcellona per testare i propri prodotti stampati in 3D.
I motivi alla base
Alla base di questa innovazione ci sono dei motivi etici, di salute e di sostenibilità ambientale. Numerosi studi infatti dimostrano che il sistema di produzione tradizionale, oltre ad avere delle ripercussioni negative sulla salute umana, porta a uno sfruttamento non etico degli animali e ad un depauperamento delle risorse ambientali devastante, tale da portare al rischio di non avere più cibo a sufficienza per sfamare tutta la popolazione mondiale.
La produzione dei sostituti della carne, richiedendo complessivamente meno energia e risorse rispetto alla carne tradizionale, andrebbe a ridurre l’impatto ambientale della produzione zootecnica, con una minor emissione di gas serra e un minor sfruttamento dei terreni (Figura 6).
Limiti, sviluppi futuri e conclusioni
Una delle difficoltà maggiori è l’accettazione dei sostituti della carne da parte dei consumatori, spesso troppo scettici all’idea di mangiare alimenti non naturali. Anche gli elevati costi di produzione sono uno dei motivi principali per cui la commercializzazione di questi prodotti su larga scala è ancora nelle prime fasi. Infatti, mentre i prodotti vegetali alternativi alla carne hanno in media un costo leggermente superiore a quello della carne tradizionale, la carne coltivata al momento è molto costosa e quindi poco accessibile. Da non dimenticare anche il fatto che l’industria della carne tradizionale ha un ruolo importante nel rallentare o nell’accelerare il mercato dei sostituti della carne.
Per i motivi appena spiegati ed essendo tutt’oggi in fase di miglioramento, questi prodotti sono ancora di nicchia o hanno successo soltanto in alcuni paesi. L’interesse per gli analoghi della carne sta però crescendo rapidamente e sta guadagnando anche l’attenzione dei media, così come sta aumentando la consapevolezza dei consumatori, ad oggi più sensibili ai temi del cambiamento climatico e della salute. Partendo da questi presupposti, nel futuro si prospetta un progresso nella produzione dei sostituti della carne che riuscirà a soddisfare sempre più le esigenze dei consumatori.
Fonti ed approfondimenti
- Elsevier – 3D printing based on meat materials: Challenges and opportunities
- Elsevier – 3D printing of meat
- MDPI – A Review of the Challenges Facing Global Commercialization of the Artificial Meat Industry
- IEEE Spectrum – Beyond Burgers: Animal and Plant Cells Combined for 3D-Printed Steaks – Startup Novameat’s hybrid meat analog chews like sirloin, pulls like pork
- 3Dnatives – La carne stampata in 3D arriva nei ristoranti e supermercati
- 3D4growth – file stl: il file della stampa 3d
- Elsevier – Extrusion-based sustainable 3D bioprinting of meat & its analogues: A review
- 3D Printing Industry – Immagine di copertina
