Micologia

Fermentazioni spaziali e dove trovarle

Foto dell'autore

By Francesco Centorrino

Le fermentazioni nello spazio

La fermentazione è uno dei metodi più antichi di conservazione e preparazione degli alimenti. I processi fermentativi conferiscono al cibo una varietà di attributi sensoriali, come sapori e consistenze, e valori nutrizionali.

Nella produzione alimentare, la fermentazione è il processo di trasformazione di substrati organici, come proteine, carboidrati, lipidi o altre tipologie di materiale organico, attraverso l’azione di enzimi prodotti da diversi microrganismi.

La fermentazione è significativamente influenzata dall’ambiente. In particolare, parametri come la temperatura, l’umidità e la qualità dell’aria sono i fattori principali che determinano non solo l’avvio o meno della fermentazione ma che influiscono sulla qualità dei prodotti finali. È affascinante immaginare come l’ambiente dello spazio possa alterare in modo univoco questo processo.

I processi di fermentazione e la vita nello spazio

Mentre le agenzie spaziali di tutto il mondo si preparano per una nuova era di esplorazione spaziale e future missioni di lunga durata sulla Luna e/o su Marte, dovranno affrontare la complessa esigenza di fornire agli equipaggi cibo sicuro e nutriente per la propria sopravvivenza.

Gli astronauti non potranno portare tutto con sé e dovranno imparare a produrre il proprio cibo da risorse limitate, minimizzando la produzione di rifiuti o trasformando i rifiuti in risorse. Per ottenere sistemi alimentari sostenibili in applicazioni di supporto vitale a ciclo chiuso come veicoli spaziali e habitat, sono state proposte tecnologie e sistemi di produzione alimentare basati sulla fermentazione.

L’obiettivo di tante innovative ricerche scientifiche è quello di portare la ricca cultura delle pratiche di fermentazione terrestre nello spazio per progettare applicazioni benefiche per gli astronauti e nuovi modi di gestire i rifiuti. Nello spazio, la fermentazione potrebbe essere sfruttata per riutilizzare i rifiuti alimentari per un sistema a ciclo chiuso, preservare ingredienti freschi limitati, diversificare la selezione degli alimenti, coltivare sostanze nutritive e migliorare la salute dell’intestino degli astronauti (Fig. 1).

Test di fermentazione nello spazio.
Figura 1 – Test di fermentazione nello spazio.

Fermentazione del miso sulla Stazione Spaziale Internazionale

Nuovi sapori possono evolversi man mano che i cibi della terra migrano nello spazio. Una ricerca in corso, condotta dal Massachusetts Institute of Technology (Cambridge) in collaborazione con l’Università di Oxford, mira a mappare l’emergere di questo nuovo “terroir” spaziale, ossia l’insieme delle condizioni ambientali uniche che caratterizzano le fermentazioni nello spazio.

Per iniziare a definire il “terroir” dello spazio, sono stati monitorati dei tradizionali processi fermentativi al fine di osservare la naturale trasformazione di un campione in ambienti spaziali (es. in assenza di gravità). Durante questo esperimento, un campione di semi di soia (Fig. 2) è stato inviato alla Stazione Spaziale Internazionale (SSI) durante il lancio di SpaceX CRS-20 nella primavera del 2020 per una missione interna di 30 giorni. La fermentazione dei semi di soia per la produzione del miso condotta nello spazio è stata confrontata con due campioni di controllo a terra.

Campione di semi di soia inviato alla Stazione Spaziale Internazionale per dei test di fermentazione e produzione del miso in assenza di gravità.
Figura 2 – Campione di semi di soia inviato alla Stazione Spaziale Internazionale per dei test di fermentazione e produzione del miso in assenza di gravità.

Il miso è un condimento tradizionale giapponese, ricco di sostanze nutritive e sapore, prodotto dalla fermentazione dei semi di soia con sale da parte del fungo Aspergillus oryzae (Fig. 3).

Prodotto della fermentazione del miso da parte del fungo Aspergillus oryzae.
Figura 3 – Prodotto della fermentazione del miso da parte del fungo Aspergillus oryzae.

L’esperimento scientifico

L’A. oryzae è in grado di idrolizzare gli amidi dei cereali e trasformarli in zuccheri più semplici. Il miso è un alimento di sola origine vegetale, contiene tutte le proteine nobili in buona quantità. Inoltre, esso è ricco di enzimi, simili a quelli dello yogurt, e migliora la flora batterica simbionte, venendo in aiuto nei disturbi intestinali. Infine, il miso è anche ricco di sodio e di vitamine del gruppo B per cui rappresenta un ottimo cibo per le dure missioni spaziali.

I campioni a bordo della SSI erano contenuti in camere singole dotate di sensori per raccogliere i principali dati ambientali, tra cui radiazioni, temperatura, umidità, pressione, gas, qualità dell’aria (VOC e CO2) e cambiamenti visivi osservabili in superficie.

Attraverso il sequenziamento del genoma del fungo e le analisi biochimiche, si è cercato di capire quali cambiamenti ecologici possono essersi verificati all’interno della popolazione di funghi, batteri e lieviti presenti nei campioni, oltre ai cambiamenti nella chimica del sapore.

I risultati di questo sequenziamento aiuteranno a capire come monitorare e mantenere le condizioni ambientali delle materie prime alimentari per lo sviluppo di processi fermentativi nello spazio di successo. I risultati di questo studio sono ancora in fase di elaborazione e saranno pubblicati nei prossimi mesi.

Fermentazioni spaziali ed economia circolare

La seconda fase di questa ricerca sarà focalizzata sull’ottimizzazione della fermentazione in ambienti chiusi (ad es. stazioni spaziali e habitat) per aiutare gli equipaggi a preparare cibi sicuri e appetibili con infrastrutture minime.

È difficile e spesso impossibile coltivare prodotti freschi in ambienti spaziali. È in fase di sviluppo un prototipo per una camera di fermentazione spaziale per gestire e acquisire dati sui prodotti alimentari fermentati, lavorando verso un sistema alimentare a ciclo chiuso con vantaggi a breve termine mirati alla gestione degli sprechi alimentari e alla conservazione di ingredienti freschi limitati.

La camera sarà dotata di controlli della temperatura, di un sistema di degassamento, di sensori per acquisire dati ambientali e di un sistema modulare di conservazione degli alimenti.

Non solo la camera di fermentazione spaziale potrà coltivare cibo, ma potrebbe supportare l’ecosistema delle future stazioni spaziali, utilizzando acqua riciclata e reimmettendo la CO2 prodotta dai microrganismi nei sistemi di crescita delle piante (Fig. 4), in accordo con i moderni concetti di sistemi integrati ed economia circolare in cui lo scarto diviene risorsa.

Rappresentazione schematica dei sistemi bio-rigenerativi alla base del concetto di sostenibilità ed economia circolare da applicare durante l’esplorazione dello spazio.
Figura 4 – Rappresentazione schematica dei sistemi bio-rigenerativi alla base del concetto di sostenibilità ed economia circolare da applicare durante l’esplorazione dello spazio.

Questa ricerca scientifica avrà anche benefici diretti per la Terra, poiché lo spazio è uno dei migliori test di sostenibilità, basandosi su sistemi a circuito chiuso. Se la camera di fermentazione spaziale avrà successo negli habitat spaziali chiusi, potrebbe anche fornire soluzioni terrestri dove le risorse naturali sono scarse.

Nicola Di Fidio

Sitografia:

Bibliografia:

  • Klaus, D. M. (1998). Microgravity and its implications for fermentation biotechnology. Trends in biotechnology, 16(9), 369-373.
  • Van Mulders, S. E., Stassen, C., Daenen, L., Devreese, B., Siewers, V., van Eijsden, R. G., … & Willaert, R. (2011). The influence of microgravity on invasive growth in Saccharomyces cerevisiae. Astrobiology, 11(1), 45-55.
  • Huang, B., Li, D. G., Huang, Y., & Liu, C. T. (2018). Effects of spaceflight and simulated microgravity on microbial growth and secondary metabolism. Military Medical Research, 5(1), 1-14.
  • Singh, N. K., Blachowicz, A., Romsdahl, J., Wang, C., Torok, T., & Venkateswaran, K. (2017). Draft Genome Sequences of Several Fungal Strains Selected for Exposure to Microgravity at the International Space Station. Genome announcements, 5(15), e01602-e01616.

Crediti immagini:

Haloquadratum walsbyi: un microrganismo a forma di wafer

Histoplasma capsulatum