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Proyecto H2020 BIOSEA: Tecnología innovadora y rentable para maximizar las moléculas basadas en biomasa acuática para alimentos, piensos y aplicaciones cosméticas

  • Tipo Proxecto
  • Estado Completado
  • Execución 2017 -2020
  • Orzamento asignado 2.611.223,01 €
  • Ámbito Europeo
  • Fonte principal de financiamento H2020
  • Páxina web do proxecto BIOSEA
Descrición

La sociedad de la UE necesita nuevas materias primas sostenibles de origen biológico para satisfacer el crecimiento demográfico y reducir la dependencia de los combustibles fósiles. Lamentablemente, los principales factores que obstaculizan la sostenibilidad del mercado europeo son el elevado coste de los ingredientes y la baja calidad de los productos. Por lo tanto, el objetivo principal de una industria europea de origen biológico sostenible y competitiva se basa en una biosociedad circular con una producción de biomasa altamente eficiente y sostenible para alimentos, piensos y productos de origen biológico.

Se debe prestar especial atención al uso múltiple del sector marino como principal alternativa a los recursos naturales convencionales, en particular a la biomasa de algas, debido a sus propiedades, que permiten conceptos de producción en las cadenas alimentaria, de piensos y no alimentaria, considerablemente más sostenibles que las cadenas de valor existentes. Sin embargo, el mercado de materias primas de algas aún se enfrenta a tecnologías de producción inmaduras. El proyecto incluye etapas de procesamiento previas y posteriores para la obtención de compuestos activos seleccionados y la evaluación de sus propiedades bioactivas. Se prestó especial atención a la extracción y fraccionamiento/purificación de los compuestos de interés, maximizando el rendimiento por unidad de masa y optimizando el coste para permitir una ampliación rentable del proceso.

Descrición das actividades

El proyecto se centró en la validación y ampliación de un proceso completo de producción de ingredientes a partir de 4 algas, utilizando un enfoque de biorrefinería en cascada que incluye tecnologías de pretratamiento, fraccionamiento y conversión, para su uso en alimentos, piensos y productos cosméticos, y dio como resultado una gama de ingredientes de reemplazo procedentes de microalgas (Spirulina platensis y Nannochloropsis sp.) y macroalgas (Ulva ohnoi y Saccharina latissima). En este sentido, IGV optimizó, cultivó (hasta escala piloto) y cosechó biomasa de microalgas Spirulina platensis y Nannochloropsis sp., producida en fotobiorreactores cerrados de interior, empleando fotobiorreactores de vidrio y MUTL ®, la ¨tecnología de capa ultrafina de malla¨. Este proceso de optimización involucró el control de parámetros como: nutrientes, luz, CO2, temperatura, logrando así un aumento del rendimiento de los ingredientes de interés.

CTAQUA se centró en el cultivo de la macroalga (Ulva ohnoi) en fotobiorreactores de laboratorio, para posteriormente ampliarlo a estanques abiertos y cultivarlo en jaulas, priorizando la siembra, la cosecha y la protección de especies invasoras.

Por otro lado, AT-SEA Nova optimizó un cultivo textil avanzado patentado de Saccharina latissima en mares europeos, centrándose en la tecnología de siembra, el momento de siembra y la cosecha, y la adaptación a las influencias climáticas. Este enfoque innovador, que sustituye la cuerda 2D convencional, ofrece un mayor rendimiento de producción gracias a una mayor superficie de cultivo.

Investigadores de VITO, CNTA y Feyecon han desarrollado y ampliado protocolos de extracción de «residuo cero», adaptados a cada una de las cuatro cepas de algas del proyecto, con el objetivo de extraer productos útiles en cascada, de modo que cada etapa de refinación produzca nuevos productos útiles y no se descarte nada. Los reactivos y productos químicos utilizados se han seleccionado para garantizar la máxima sostenibilidad. Esto ha dado como resultado una gama de ingredientes de reemplazo de algas, que incluyen proteínas, ficocianina, ácidos grasos, carbohidratos, carotenoides, lípidos y extractos enriquecidos con azúcar.

BIOPOLIS, CNTA y AITEX han identificado valor añadido en los productos de algas obtenidos, aplicable a las industrias contempladas en el proyecto, incluyendo efecto antimicrobiano, protección contra los rayos UV, reducción de grasa y propiedades antioxidantes.

Estos compuestos se emplean en el desarrollo de alimentos funcionales, piensos y productos cosméticos, con el objetivo de reemplazar ingredientes convencionales, que pueden ser importados o generar contaminación, por ingredientes de algas de alto valor añadido. Además, VLCI determinó las propiedades de solubilidad y compatibilidad de estos ingredientes mediante el flujo de trabajo de parámetros de solubilidad de Hansen, para encontrar eficientemente los ingredientes compatibles y formularlos con la máxima eficacia.

Por ejemplo, Soria Natural ha sustituido la proteína de soja por proteína de algas para hamburguesas vegetarianas; CPCFEED sugirió sustituir el plasma de pescado por proteínas de algas e incluyó biomasa de microalgas en la alimentación de lechones; DIBAQ y CTAQUA experimentaron con la sustitución de proteínas y polisacáridos en dietas para peces y desarrollaron antioxidantes; y HENKEL probó otros ingredientes derivados de algas, como lípidos o azúcares, para su uso en productos cosméticos, como abonos marinos, caviar de algas y productos de cuidado personal.

TABU realizó una evaluación de ACV y sACV para validar la viabilidad de este proceso completo de producción de ingredientes de algas en productos industriales, considerando la definición del perfil de cada producto y la aceptación social de esta nueva fuente sostenible de ingredientes.

Obxectivos

La sociedad de la UE necesita nuevas materias primas sostenibles de origen biológico para satisfacer las crecientes necesidades de la población y reducir la dependencia de los combustibles fósiles. En cuanto a las necesidades potenciales del mercado en la UE, la demanda de alimentos y combustibles se cubre principalmente con importaciones extranjeras, que alcanzan el 68 % del suministro total de proteínas. Las materias primas acuáticas pueden ser una solución a estas necesidades; sin embargo, el mercado europeo de materias primas de algas aún se enfrenta a tecnologías de producción inmaduras, que no están diseñadas específicamente para la biorrefinería de algas.

El objetivo general de BIOSEA es el desarrollo y la validación de procesos innovadores, competitivos y rentables, tanto upstream como downstream, para el cultivo de dos microalgas (Spirulina platensis e Isochrysis galbana) y dos macroalgas (Ulva intestinalis y Saccharina latissima) con el fin de producir y extraer al menos seis principios activos de alto valor a bajo coste (hasta un 55 % inferior al de los procesos actuales) para su uso en alimentos, piensos y productos cosméticos/de cuidado personal como productos de alto valor añadido.

Para lograr este objetivo, el consorcio BIOSEA está formado por especialistas en las áreas o disciplinas específicas involucradas en el proyecto (IGV, AT SEA y CTAQUA en Ciencias Biológicas y Biotecnología; VITO y FEYECON en Ciencias Químicas e Ingeniería; CNTA, BIOPOLIS, DIBAQ, SORIA NATURAL y CPCFEED en Tecnología de Alimentos/Piensos; VLCI y HENKEL en Ciencias Cosméticas; AITEX en Ciencia de Materiales y TABU en Ciencias Ambientales). El presupuesto total de BIOSEA asciende a 4.633.447 €, por lo que se ajusta plenamente al rango considerado en el tema. Cabe añadir que la contribución industrial ascenderá a 2.611.321 €, lo que representa un porcentaje del 44 % del presupuesto total e indica la fuerte participación de la industria en la propuesta.

Resultados

BIOSEA se centró en el desarrollo de metodologías innovadoras para el cultivo de algas y la optimización de procesos, con el fin de aumentar la producción de compuestos bioactivos y reducir costos. Para el cultivo de macroalgas, se emplean nuevos materiales textiles y procesos optimizados de cultivo de algas en fotobiorreactores optimizados. Para el cultivo de microalgas, se aplicó a escala piloto un nuevo diseño de PBR escalable basado en los principios de funcionamiento de la tecnología de capa ultrafina de malla (MUTL).

En cuanto a la obtención de compuestos bioactivos, BIOSEA se centró en protocolos de extracción en cascada sostenibles y optimizados, adaptados a cada cepa de algas cultivadas en el proyecto, utilizando tecnologías que superan las deficiencias existentes en la extracción por solventes convencional, centrándose en diferentes pretratamientos y métodos de extracción alternativos que reducen los costos y el impacto ambiental negativo, con un enfoque de generación de cero residuos.

El principal aspecto innovador en la evaluación de los principios activos para las aplicaciones objetivo se basa en el análisis de las pruebas de digestibilidad de proteínas, utilizando la metodología PDCAAS modificada para superar las discrepancias con otras metodologías. También se utilizaron condiciones simuladas para las propiedades reológicas y métodos in vitro para pruebas de citotoxicidad. Los procesos de microencapsulación se optimizaron en términos de ajustes de parámetros y definición de sistemas innovadores de encapsulación de marinosomas y caviar de algas, basados ​​en materias primas obtenidas del proceso BIOSEA.

Los principales resultados: Biomasa acuática específica, con nuevas condiciones de crecimiento (para rendimientos sustancialmente mayores, involucrando PBR a escala piloto, PBR MUTL, jaulas flotantes, textiles 3D en mar abierto) adecuados para su aplicación en los mercados de alimentos, piensos y cuidado personal, utilizando micro y macroalgas del entorno acuático. (4 cepas de algas: Spirulina platensis, Nannochloropsis sp., Ulva ohnoi y Sacharinna latissima). Se obtuvo un mínimo de 6 ingredientes sostenibles como fracciones proteicas y antioxidantes a través de una nueva conversión en cascada ecoeficiente/ecosostenible. Estos se validaron funcionalmente utilizando el nematodo Caenorhabditis elegans (C. elegans) como organismo modelo, y posteriormente se utilizaron en alimentos, piensos y productos cosméticos finales.

El impacto del proyecto se basa en la innovación, ofreciendo a la mayoría de las empresas participantes nuevas posibilidades para mejorar su capacidad de innovación y expandir sus modelos de negocio. Las aplicaciones desarrolladas en el marco del proyecto representan un primer paso para futuras aplicaciones, por lo que el impacto no se limitará al consorcio participante, ya que los compuestos obtenidos tendrán aplicaciones adicionales en diferentes subsectores relacionados.

Coordinadores
  • ASOCIACION DE INVESTIGACION DE LAINDUSTRIA TEXTIL Y COSMETICA (AITEX)
Colaboradores
  • FONDAZIONE ISTITUTO ITALIANO DI TECNOLOGIA (IIT)
  • ATMOSTAT (ATMOSTAT)
  • TECHNISCHE UNIVERSITAET WIEN (TU WIEN)
  • BEST - BIOENERGY AND SUSTAINABLE TECHNOLOGIES GMBH (BEST)
  • CENTRO RICERCHE FIAT SCPA (CENTRO RICERCHE FIAT)
  • COMMISSARIAT A L ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES (CEA)
  • R2M SOLUTION SPAIN SL
  • CONSORZIO PER LA RICERCA E LA DIMOSTRAZIONE SULLE ENERGIE RINNOVABILI (RE-CORD)
  • KHIMOD
  • TECNOL SRL (TECNOL)
  • FUNDACIO INSTITUT DE RECERCA DE L'ENERGIA DE CATALUNYA (IREC-CERCA)
  • SKUPINA FABRIKA RAZISKAVE IN RAZVOJ DOO (SKUPINA FABRIKA DOO)
  • POLITECNICO DI TORINO (POLITO)
  • INSTYTUT TECHNOLOGII PALIW I ENERGII (INSTITUTE OF ENERGY AND FUEL PROCESSING TECHNOLOGY)
  • JOHNSON MATTHEY PLC