Cheese whey wastewater-derived Chlorella biomass promotes growth and β-galactosidase activity of Pediococcus sp. isolated from Gundurk

Nel mondo della produzione alimentare, lo scarto è spesso un sottoprodotto inevitabile, ma per gli scienziati può essere una risorsa nascosta. Uno di questi sottoprodotti è il siero di latte, il liquido che rimane dopo che il latte viene trasformato in formaggio. Sebbene sia ricco di nutrienti come zuccheri e proteine, questo liquido è difficile da smaltire perché può esaurire l'ossigeno nei corsi d'acqua se rilasciato non trattato. Per risolvere questo problema, i ricercatori guardano ai piccoli riciclatori della natura: le microalghe. Queste sono organismi microscopici, simili alle piante, che utilizzano la luce solare per crescere, ma possono anche nutrirsi dei nutrienti organici presenti nei flussi di scarto. Quando queste alghe crescono, trasformano lo scarto in una biomassa solida e densa di nutrienti. Questa biomassa non è solo un trattamento dei rifiuti; è un potenziale ingrediente alimentare ricco di proteine e grassi. Dall'altro lato dell'equazione ci sono i batteri dell'acido lattico, i motori dietro i cibi fermentati come lo yogurt e il crauti. Questi batteri sono essenziali per la salute umana e la conservazione degli alimenti, ma richiedono condizioni specifiche per prosperare e produrre enzimi benefici. La domanda che ha guidato questa ricerca era se le alghe coltivate sullo scarto potessero effettivamente aiutare questi batteri a svolgere meglio il loro lavoro, creando un ciclo in cui lo scarto diventa uno strumento per produrre alimenti più sani.

Un team di ricercatori presso l'Istituto di Ricerca per la Bioscienza e la Biotecnologia in Nepal si è posto l'obiettivo di testare questa idea utilizzando due tipi specifici di microrganismi locali. Per prima cosa, hanno raccolto acqua da uno stagno di acqua dolce a Banepa per trovare un ceppo selvatico di Chlorella, un tipo comune di microalga verde. Hanno anche raccolto campioni di Gundurk, un piatto di verdure fermentate tradizionali fatto con foglie di senape, per isolare un ceppo specifico di batterio dell'acido lattico chiamato Pediococcus. I ricercatori hanno poi creato due diversi ambienti per la crescita delle alghe. Uno era una soluzione nutritiva standard da laboratorio, e l'altro era una miscela di acque reflue di siero di latte e acqua. Hanno lasciato crescere le alghe in entrambi gli ambienti per otto giorni. I risultati hanno mostrato che le alghe crescevano altrettanto bene nel siero di latte come nella soluzione standard da laboratorio. Infatti, alla fine dell'esperimento, le alghe coltivate nel siero di latte producevano un numero leggermente superiore di cellule, raggiungendo una densità di 17,3 milioni di cellule per millilitro, rispetto ai 15,9 milioni della soluzione standard. Ancora più importante, le alghe cresciute nello scarto producevano significativamente più materiale solido, con una resa di 1,40 grammi di biomassa secca per litro, mentre la soluzione standard ne produceva solo 0,30 grammi.

I ricercatori hanno poi esaminato cosa ci fosse all'interno di queste cellule algali per vedere se lo scarto ne cambiasse la composizione. Utilizzando una tecnica che misura come la luce rimbalza sulle molecole, hanno scoperto che le alghe cresciute nel siero di latte avevano una composizione chimica diversa da quelle cresciute in laboratorio. Nello specifico, le alghe cresciute nello scarto contenevano più lipidi, ovvero grassi e oli, mentre le alghe cresciute in laboratorio sembravano avere una firma proteica più forte. Ciò suggerisce che i nutrienti presenti nel siero di latte, come il lattosio e altri composti organici, abbiano spinto le alghe a immagazzinare più energia sotto forma di grassi. Il team ha poi preso questa biomassa algale essiccata e l'ha aggiunta al terreno alimentare per i batteri Pediococcus. Volevano vedere se nutrire i batteri con questa alga aiutasse loro a crescere più velocemente o a lavorare con più intensità. I risultati sono stati chiari: l'aggiunta della biomassa algale ha aiutato i batteri a moltiplicarsi più rapidamente durante la loro fase di crescita attiva. I batteri sono cresciuti significativamente meglio in presenza delle alghe rispetto a quando non le avevano, particolarmente dopo 18 o 24 ore di crescita.

Oltre ad aiutare la crescita dei batteri, le alghe hanno anche potenziato una funzione specifica che è altamente preziosa per la salute umana: la capacità di scomporre il lattosio. I batteri Pediococcus producono naturalmente un enzima chiamato beta-galattosidasi, che aiuta a digerire lo zucchero presente nel latte. Questo è fondamentale perché una grande parte della popolazione adulta non riesce a digerire correttamente il lattosio. Quando i ricercatori hanno misurato l'attività di questo enzima, hanno scoperto che i batteri nutriti con le alghe producevano molto più di esso rispetto a quelli con una dieta standard. I batteri nutriti con le alghe cresciute nella soluzione standard da laboratorio producevano un livello di attività enzimatica di 49,33 unità, mentre quelli nutriti con le alghe cresciute nel siero di latte ne producevano 38,82 unità. Entrambi i numeri erano significativamente superiori alle 18,34 unità prodotte dal gruppo di controllo senza alghe. Ciò indica che la biomassa algale agisce come un potente booster per la performance enzimatica dei batteri, anche se le alghe cresciute nello scarto hanno prodotto un'attività enzimatica leggermente inferiore rispetto a quelle cresciute in laboratorio.

Lo studio conclude che questo approccio offre un duplice beneficio per l'ambiente e la scienza alimentare. Utilizzando il siero di latte per far crescere le alghe, i ricercatori hanno dimostrato un modo per pulire un flusso di scarto problematico, creando contemporaneamente una biomassa ad alto valore. Questa biomassa, a sua volta, funge da additivo alimentare funzionale che migliora le prestazioni dei batteri benefici. I risultati suggeriscono che i microrganismi selvatici provenienti da ambienti locali, come stagni di acqua dolce e cibi fermentati tradizionali, possono essere combinati in un sistema unificato. Questo sistema non solo recupera i nutrienti dagli scarti lattieri, ma genera anche un prodotto che può migliorare la qualità dei cibi fermentati e potenzialmente aiutare la digestione dei latticini per chi è intollerante al lattosio. Sebbene il processo abbia mostrato che le alghe cresciute nello scarto avevano un effetto leggermente diverso sulla produzione enzimatica rispetto alle alghe cresciute in laboratorio, il risultato complessivo conferma che la biomassa derivata dagli scarti è uno strumento vitale ed efficace per sostenere la crescita e la funzione dei batteri benefici.