Fermentazione di precisione: dalle cellule al prodotto finito con la strumentazione giusta

Un settore in esplosione che richiede strumenti all’altezza

La fermentazione di precisione è una delle tecnologie alimentari più promettenti del momento: utilizzando microrganismi ingegnerizzati — batteri, lieviti o funghi — come vere e proprie “fabbriche molecolari”, è oggi possibile produrre proteine del latte, proteine dell’uovo, eme per i sostituti della carne, collagene vegano, enzimi alimentari, aromi, coloranti e molto altro ancora, senza coinvolgere animali e con un impatto ambientale drasticamente ridotto rispetto all’agricoltura tradizionale.

I dati di mercato parlano chiaro: il settore vale circa 4,5 miliardi di dollari nel 2025 e cresce a ritmi superiori al 40% annuo. Aziende come Perfect Day, Impossible Foods, Formo e The EVERY Company hanno già portato sugli scaffali prodotti commerciali. I grandi gruppi alimentari — da Nestlé¹ a Danone², da Fonterra³ a DSM-Firmenich⁴ — hanno avviato investimenti e joint venture nel settore.

Per i laboratori di ricerca, le startup food-tech e le aziende del bioprocessing che vogliono sviluppare e ottimizzare processi di fermentazione di precisione, disporre della strumentazione giusta lungo tutto il flusso di lavoro è oggi più importante che mai. In AlfatestBio proponiamo tecnologie complementari che coprono le fasi cruciali di questo percorso, dalla fermentazione al prodotto finito:

1. Il bioreattore da banco AUXO V® per la produzione e l’ottimizzazione del processo fermentativo
2. I processori Microfluidizer® di Microfluidics per la lisi cellulare e l’incapsulamento degli ingredienti
3. Il Mastersizer 3000 di Malvern Panalytical per il controllo della dimensione delle particelle nei prodotti finali

Vediamoli nel dettaglio, seguendo il flusso logico del processo.

AUXO V®: il bioreattore da banco pensato per la prossima generazione di bioprocessi

Il bioreattore da banco AUXO V®, sviluppato dall’azienda tedesco-canadese The Cultivated B e distribuito in esclusiva in Italia da AlfatestBio, è uno strumento pluripremiato — Red Dot Award, World Cell-based Innovation Awards 2023, German Stevie Awards 2024, Titan Innovation Awards 2024, Global Tech Awards 2024 — progettato specificamente per rispondere alle esigenze dei bioprocessi moderni, dalla ricerca di base fino allo scale-up industriale.

Il concetto “fit-for-purpose”

Il principio guida di AUXO V® è la configurabilità: ogni sistema viene allestito esattamente in base alle esigenze dell’applicazione e del budget, senza pagare per funzionalità non necessarie e senza rinunciare a quelle essenziali. I vessel in vetro borosilicato autoclavabili sono disponibili nei volumi da 2L, 3L, 7L e 15L, con possibilità di vessel in acciaio inossidabile 316L per volumi superiori, fino a scala pilota e industriale.

Il cuore elettronico del sistema si basa su PLC industriali Siemens, con controllo preciso di tutti i parametri critici di fermentazione:

• Temperatura, pH e ossigeno disciolto (DO) tramite sensori all’avanguardia
• Flusso gassoso con regolazione fino a 4 gas (aria compressa, O₂, CO₂ e N₂)
• Sensori aggiuntivi su richiesta per schiuma, densità cellulare e altri

Le giranti disponibili (Rushton e marine) consentono una coltivazione efficiente sia di microrganismi come batteri, lieviti e funghi — i principali host della fermentazione di precisione — sia di colture cellulari animali.

Semplicità d’uso e accesso remoto

L’interfaccia intuitiva di AUXO V® è pensata per essere accessibile indipendentemente dal livello di esperienza dell’operatore. Il software permette di programmare ricette di processo preconfigurate su specifiche linee cellulari o interamente customizzabili, ridurre gli errori umani e i tempi di avviamento, e monitorare il bioprocesso da remoto via web da qualsiasi luogo, con registrazione dei dati fino a 30 giorni.

Microfluidizer®: lisi cellulare ad alta resa e incapsulamento degli ingredienti

Una volta completata la fermentazione, inizia il downstream processing: le operazioni necessarie per estrarre, purificare e formulare le molecole prodotte dai microrganismi. È in questa fase che i processori Microfluidizer® di Microfluidics diventano uno strumento indispensabile, con due applicazioni distinte ma egualmente importanti nel contesto della fermentazione di precisione.

Lisi cellulare: liberare le proteine senza danneggiarle

Molte delle proteine prodotte per fermentazione di precisione rimangono all’interno delle cellule microbiche e non vengono secrete nel mezzo di coltura. In questi casi — comuni con ceppi di E. coli, lieviti e funghi ingegnerizzati — la lisi cellulare è un passaggio obbligatorio prima della purificazione. Questa fase è critica: se condotta in modo aggressivo rischia di denaturare le stesse proteine che si vogliono recuperare, vanificando l’intero processo a monte.

Alghe processate a 690 bar (10,000 psi) – 1 passaggio

I processori Microfluidizer® affrontano questa sfida in modo unico grazie alla loro camera d’interazione a geometria fissa: le cellule vengono forzate attraverso microcanali a pressioni controllate (fino a 30.000 psi / 2.070 bar), subendo forze di taglio uniformi e riproducibili. Il sistema di raffreddamento integrato minimizza l’esposizione del campione a temperature elevate immediatamente dopo la lisi, riducendo la denaturazione e aumentando la resa. Rispetto ad altre tecniche di disruzione cellulare — ultrasonicazione, French press, lisi chimica, bead beating — i processori Microfluidizer® permettono di recuperare quantità significativamente maggiori di proteina utilizzabile. In applicazioni su E. coli e lievito, tassi di rottura superiori al 99% sono stati documentati con questa tecnologia.

Un punto di forza determinante nel percorso verso la produzione è la scalabilità garantita: il metodo messo a punto su piccoli volumi in laboratorio (con il modello LV1, a partire da 1 mL di campione) è direttamente trasferibile agli strumenti Microfluidizer® da produzione senza ulteriori sviluppi di metodo, grazie al principio invariante della camera d’interazione a geometria fissa.
Questo allinea perfettamente la filosofia del Microfluidizer® con quella del bioreattore AUXO V®, rendendo i due strumenti complementari naturali nell’intero percorso dallo sviluppo alla produzione.

Incapsulamento: proteggere e valorizzare gli ingredienti della fermentazione

La tecnologia Microfluidizer® è un alleato potente anche per la formulazione e l’incapsulamento degli ingredienti ottenuti dalla fermentazione di precisione, un’applicazione destinata a crescere significativamente man mano che questi prodotti si avvicinano al mercato consumer.

La tecnica Microfluidizer utilizza le elevate forze di taglio per creare nanoemulsioni e incapsulare principi attivi in particelle di dimensioni nanometriche (nanoincapsulamento). Il suo utilizzo, comune nei settori farmaceutico, nutraceutico e cosmetico, garantisce un’alta efficienza di incapsulamento, una distribuzione dimensionale uniforme e stabilità dei prodotti, spesso in forma di liposomi o particelle lipidiche solide

Molte delle proteine, degli enzimi e dei composti bioattivi prodotti tramite fermentazione di precisione — aromi, coloranti come il beta-carotene, pigmenti come il limonene — sono molecole delicate che degradano facilmente durante la lavorazione, lo stoccaggio o il transito nel tratto gastrointestinale. L’incapsulamento in nanoemulsioni, liposomi o nanoparticelle polimeriche prodotti con il Microfluidizer® è la strategia più efficace per proteggerle e garantirne la biodisponibilità.

Per i produttori di ingredienti da fermentazione di precisione, questo apre scenari applicativi concreti: incapsulare proteine del latte animal-free in liposomi per proteggerle durante la fase di spray-drying, produrre nanoemulsioni di aromi fermentati per garantirne la stabilità nelle bevande, o formulare enzimi in sistemi a rilascio controllato per applicazioni specifiche nel processo alimentare.

Mastersizer: il controllo della dimensione delle particelle nel prodotto finito

Molti degli ingredienti ottenuti dalla fermentazione di precisione — proteine del latte, proteine dell’uovo, enzimi, farine proteiche alternative — vengono processati e commercializzati in forma di polvere: più stabile, più facile da trasportare, più versatile nelle formulazioni alimentari. Il processo di trasformazione dal brodo fermentativo alla polvere finale (tipicamente tramite spray-drying o liofilizzazione) introduce una variabile critica: la dimensione delle particelle.

Perché la dimensione delle particelle conta
La distribuzione granulometrica di una polvere proteica da fermentazione di precisione non è un dato puramente fisico: influenza direttamente le proprietà funzionali del prodotto finale.
Texture e sensazione in bocca: particelle superiori a circa 30 micron vengono percepite al palato e conferiscono una sensazione grassa o sabbiosa, inaccettabile nei prodotti premium. Particelle più fini garantiscono texture liscia e omogenea.
Solubilità e reidratazione: una distribuzione granulometrica controllata garantisce una solubilizzazione uniforme in acqua o altri liquidi, fondamentale per polveri proteiche destinate a bevande e integratori.
Stabilità durante lo stoccaggio: la dimensione delle particelle influenza la tendenza all’aggregazione e la stabilità nel tempo.
Riproducibilità batch-to-batch: nel contesto della fermentazione di precisione, dove il costo di produzione è ancora elevato, garantire la riproducibilità tra lotti è essenziale. La granulometria è uno dei controlli di qualità più informativi disponibili.

Mastersizer 3000+: lo standard di riferimento

Il Mastersizer 3000+ di Malvern Panalytical, distribuito in Italia da Alfatest, è lo strumento di riferimento mondiale per la misura della dimensione delle particelle tramite diffrazione laser. È ampiamente utilizzato nella ricerca e nella produzione alimentare, con caratteristiche ideali per le applicazioni di fermentazione di precisione:

• Range di misura esteso, da decine di nanometri a 3.5 millimetri, adatto sia a polveri grossolane che alle polveri fini ottenute per spray-drying
• Misure rapide e riproducibili in pochi secondi per campione, ideali per il controllo di processo e il controllo qualità
• Analisi in modalità secca e umida, per misurare le polveri tal quali o disperse in liquido
• Software intuitivo con reporting automatizzato

Un flusso di lavoro integrato: dalle cellule al prodotto finito

Le tre tecnologie proposte da Alfatest coprono in modo coerente e complementare l’intero percorso della fermentazione di precisione:

Fase del processo	Strumento AlfatestBio	Funzione
Sviluppo e ottimizzazione della fermentazione	AUXO V®	Controllo preciso dei parametri di crescita microbica (pH, DO, T°, gas, agitazione, densità cellulare) > prevenire stress cellulare, contaminazioni e variazioni indesiderate nel metabolismo
Scale-up del processo fermentativo	AUXO V® (2L → 15L e oltre)	Trasferimento fedele delle condizioni dal laboratorio alla produzione
Lisi cellulare e recupero proteico	Microfluidizer®	Alta resa, minima denaturazione, scalabilità garantita
Formulazione, incapsulamento, nanoemulsioni	Microfluidizer®	Protezione degli ingredienti, stabilità, biodisponibilità
Controllo qualità del prodotto finito in polvere	Mastersizer 3000+	Granulometria, texture, riproducibilità batch

Alfatest, il vostro partner lungo tutto il percorso della fermentazione di precisione

La fermentazione di precisione sta ridefinendo il futuro della produzione alimentare, spostando la catena del valore dall’agricoltura tradizionale verso il laboratorio di bioprocessing. Ma per fare questo salto — dal ceppo microbico ingegnerizzato al prodotto alimentare sullo scaffale — servono strumenti di processo e di analisi all’altezza in ogni fase.

Alfatest vi supporta in questo percorso. Con il bioreattore da banco AUXO V® di Cultivated B, i processori Microfluidizer® e il Mastersizer 3000+ di Malvern Panalytical, disponiamo di tre soluzioni integrate e scalabili per supportarvi dallo sviluppo del processo fermentativo, alla lisi cellulare e all’incapsulamento degli ingredienti, fino al controllo della qualità del prodotto finito in polvere. Un’unica fonte di competenza tecnica per un percorso che, dalla provetta al mercato, non ammette punti deboli.

[1] https://www.greenqueen.com.hk/nestle-orgain-better-whey-protein-fermentation/
[2] https://www.foodnavigator.com/Article/2025/02/13/danones-work-with-precision-fermentation/
[3] https://dairynews.today/news/fonterra-expands-into-precision-fermentation-with-uae-facility-investment.html
[4] https://www.dsm-firmenich.com/en/businesses/taste-texture-health/solutions/protein-transition/cultivated-meat-and-fish.html