Alghe Spiaggiate e Scarti di Gamberi: La Ricetta Segreta per il Bioetanolo?

Ciao a tutti! Oggi voglio parlarvi di un’idea che trovo semplicemente geniale, un esempio perfetto di come la natura, con un piccolo aiuto dalla scienza, possa offrirci soluzioni incredibili a problemi apparentemente insormontabili. Immaginate due scenari: da una parte, le nostre coste, specialmente in certe aree del mondo, invase da enormi quantità di alghe brune, le famigerate Sargassum, che spiaggiano creando non pochi problemi ambientali ed economici. Dall’altra parte, l’industria dell’acquacoltura, in particolare quella di gamberi e gamberetti, che produce tonnellate di scarti di lavorazione, soprattutto le “teste”, considerate rifiuto. E se vi dicessi che questi due “rifiuti” potrebbero essere la chiave l’uno per l’altro? Sembra pazzesco, vero? Eppure, è proprio quello che abbiamo iniziato a esplorare in laboratorio.

Un Problema, Due Soluzioni? L’Idea Scintillante

L’idea di base è affascinante: e se potessimo usare qualcosa presente negli scarti dei crostacei per “digerire” le alghe e trasformarle in qualcosa di utile? Beh, abbiamo scoperto che le teste dei gamberi (come il comune Penaeus vannamei) e dei gamberi d’acqua dolce (come il Cherax quadricarinatus) sono una miniera d’oro di enzimi digestivi. Gli enzimi, per chi non lo sapesse, sono come delle forbici molecolari super efficienti, capaci di spezzettare molecole complesse in parti più piccole.

Nello specifico, ci siamo concentrati su enzimi chiamati glucanasi, che sono specializzati nel rompere i legami chimici dei glucani, zuccheri complessi che abbondano nelle alghe. Le alghe brune come il Sargassum contengono principalmente due tipi di glucani interessanti per noi:

• La laminarina (un polisaccaride di riserva, con legami β-1,3)
• La cellulosa (un polisaccaride strutturale, con legami β-1,4)

La nostra ipotesi era: forse gli enzimi degli scarti dei crostacei possono trasformare questi polisaccaridi in zuccheri semplici, come il glucosio? E se sì, potremmo poi usare quel glucosio per produrre… bioetanolo! Un carburante rinnovabile ottenuto da biomassa. Un classico esempio di economia circolare: trasformare rifiuti in risorsa.

L’Esperimento in Laboratorio: Mani in Pasta (o meglio, in Alghe!)

Ci siamo messi al lavoro. Prima di tutto, abbiamo raccolto le alghe Sargassum horridum, le abbiamo pulite, essiccate e polverizzate. Poi le abbiamo pre-trattate (un po’ come “cuocerle” in autoclave) per rendere i loro zuccheri più accessibili.

Nel frattempo, abbiamo preso gli scarti di lavorazione (le teste) dei gamberi Penaeus vannamei e il fluido gastrico dei gamberi d’acqua dolce Cherax quadricarinatus. Da questi “rifiuti”, abbiamo estratto gli enzimi in modo piuttosto semplice, usando acqua e ultrasuoni. Abbiamo ottenuto degli estratti grezzi, pronti per essere testati.

Abbiamo analizzato l’attività di questi enzimi. Ed ecco la sorpresa:

• Gli estratti di gambero (P. vannamei) erano bravissimi a rompere la laminarina (legami β-1,3).
• Gli estratti di gambero d’acqua dolce (C. quadricarinatus) erano invece più potenti sulla cellulosa (legami β-1,4).

Interessante, vero? Due specializzazioni diverse! Abbiamo anche studiato le condizioni ottimali per farli lavorare al meglio: preferiscono un ambiente leggermente acido (pH tra 4 e 6) e temperature tra i 50 e i 60 °C, anche se il compromesso migliore tra attività e stabilità sembra essere tra i 30 e i 40 °C. Temperature e pH moderati sono un vantaggio enorme se pensiamo a un’applicazione industriale: meno costi energetici e meno problemi di corrosione degli impianti.

La Prova del Nove: La Saccarificazione delle Alghe

A questo punto, abbiamo messo insieme i pezzi. Abbiamo preso la polvere di Sargassum pre-trattata e l’abbiamo messa a “incubare” con i nostri estratti enzimatici di crostacei, alle condizioni ottimali che avevamo trovato (pH 5, 40 °C). Abbiamo provato gli estratti separatamente e anche una miscela dei due. Come controllo positivo, abbiamo usato un preparato enzimatico commerciale super performante (Cellic®CTec3-HS), sviluppato apposta per produrre bioetanolo.

I risultati? Emozionanti! Tutti i nostri estratti “fatti in casa” sono stati capaci di rompere i polisaccaridi delle alghe e liberare glucosio. Certo, l’enzima commerciale è stato più veloce e ha prodotto più glucosio (è fatto apposta!), ma la cosa fondamentale è che *anche i nostri enzimi da scarti hanno funzionato*. E indovinate un po’? La miscela di enzimi di gambero e gambero d’acqua dolce ha funzionato meglio dell’estratto di solo gambero, confermando che le loro diverse specializzazioni (laminarina e cellulosa) lavorano bene insieme!

Abbiamo analizzato il “succo” ottenuto dopo la reazione (l’idrolizzato) con tecniche sofisticate come la spettroscopia NMR e abbiamo confermato la presenza di glucosio, insieme ad altri composti come il mannitolo (un altro zucchero presente nelle alghe).

Dallo Zucchero all’Alcol: La Fermentazione

Ma non ci siamo fermati qui. Il glucosio è ottimo, ma il nostro obiettivo finale era il bioetanolo. Quindi, abbiamo preso l’idrolizzato ricco di glucosio ottenuto dalla saccarificazione con i nostri enzimi da scarti, lo abbiamo sterilizzato e ci abbiamo aggiunto un lievito comunissimo, il Saccharomyces cerevisiae (lo stesso usato per pane e birra). Lo abbiamo lasciato fermentare a 37 °C per qualche ora.

E voilà! Il lievito si è pappato il glucosio e lo ha trasformato in etanolo. In poche ore, quasi tutto il glucosio era sparito e avevamo prodotto alcol. È stato interessante notare che la conversione del glucosio in etanolo sembrava essere persino più efficiente con il nostro idrolizzato “casalingo” rispetto a quello ottenuto con l’enzima commerciale. Forse perché i nostri estratti grezzi contengono meno inibitori della fermentazione? È un’ipotesi da approfondire.

Perché Questo Studio è Importante? Uno Sguardo al Futuro

Quello che abbiamo fatto è un “proof of concept”, una dimostrazione di fattibilità in laboratorio. Abbiamo dimostrato che è possibile prendere due tipi di biomassa marina considerata rifiuto – le alghe spiaggiate e gli scarti dell’acquacoltura di crostacei – e combinarli in modo complementare per produrre qualcosa di valore come il bioetanolo.

I vantaggi potenziali sono enormi:

• Valorizzazione dei rifiuti: Trasformiamo un costo (smaltimento alghe e scarti) in una potenziale fonte di reddito.
• Economia circolare: Chiudiamo il cerchio, riutilizzando risorse che altrimenti andrebbero perse.
• Produzione di biocarburanti: Contribuiamo a trovare alternative ai combustibili fossili.
• Sostenibilità ambientale: Riduciamo l’accumulo di rifiuti organici, mitigando problemi come le emissioni di metano dalle discariche e l’impatto negativo delle alghe spiaggiate sugli ecosistemi costieri e sul turismo.
• Nuove opportunità biotecnologiche: Apriamo la strada all’uso di enzimi “low-cost” estratti da scarti per vari processi industriali. Si potrebbe persino pensare a bioraffinerie integrate che estraggono non solo enzimi, ma anche altre molecole utili (chitina, astaxantina, proteine) dagli scarti dei crostacei.

Certo, la strada è ancora lunga. Bisogna ottimizzare il processo: migliorare il pre-trattamento delle alghe, trovare le concentrazioni giuste di enzimi e substrato, magari purificare un po’ gli estratti enzimatici (anche se la semplicità dell’estrazione acquosa è un punto di forza). Bisognerà fare analisi economiche dettagliate per capire se il gioco vale la candela su larga scala, considerando che gli enzimi commerciali sono costosi. Ma l’idea di usare enzimi “salvati” dagli scarti è davvero allettante.

Insomma, la prossima volta che vedrete alghe sulla spiaggia o mangerete gamberetti, pensateci: potrebbero essere parte della soluzione per un futuro più sostenibile, grazie al lavoro instancabile di minuscole forbici molecolari nascoste dove meno ce lo aspetteremmo! È o non è affascinante?

Fonte: Springer