L’acquacoltura rappresenta oggi la principale fonte di prodotti ittici a livello globale, sostenuta da una domanda in costante crescita dovuta sia all’aumento della popolazione mondiale che al maggiore consumo pro capite. Quest’ultimo è infatti passato da circa 10 kg annui negli anni ’60 ad oltre 20,5 kg nel 2019. In questo contesto, il pesce allevato riveste un ruolo fondamentale nella sicurezza alimentare, fornendo proteine ad alto valore biologico, acidi grassi essenziali Omega-3, oltre a vitamine e minerali indispensabili per la salute umana.
In Europa, la produzione acquicola è dominata dai salmonidi, in particolare salmone atlantico e trota iridea, seguiti da specie marine di grande rilevanza commerciale come orata e spigola europea. Tuttavia, l’espansione significativa dei volumi produttivi registrata negli ultimi decenni ha comportato un incremento della domanda di materie prime per la produzione di mangimi, incluse quelle di origine marina, evidenziando crescenti criticità legate alla sostenibilità e all’impatto sugli ecosistemi.
Per far fronte a queste sfide, la formulazione dei mangimi per acquacoltura ha subito una profonda trasformazione. Le fonti proteiche di origine marina, come la farina di pesce, sono state progressivamente sostituite con alternative più sostenibili, tra cui proteine vegetali (soia, colza, leguminose), farine di insetti, sottoprodotti di origine animale e biomasse microbiche (lieviti e batteri). Questo processo ha permesso di ridurre significativamente la dipendenza dagli stock ittici naturali, mantenendo al contempo adeguate performance produttive.
Più complessa si è rivelata, invece, la sostituzione della frazione lipidica, e in particolare dell’olio di pesce, che rappresenta tuttora la principale fonte di acidi grassi polinsaturi a lunga catena della serie Omega-3 (lc-PUFA). Questi composti sono essenziali non solo per la crescita, lo sviluppo e la riproduzione dei pesci allevati, ma anche per garantire l’elevato valore nutrizionale del prodotto destinato al consumo umano.
Ad oggi, le fonti di lc-PUFA nei mangimi per acquacoltura dipendono ancora in larga misura dall’olio di pesce, sebbene in parte proveniente da pesca certificata sostenibile, e solo marginalmente da alternative quali oli vegetali (soia, colza, lino) e oli derivati da microalghe. Tuttavia, tali soluzioni presentano limiti rilevanti: gli oli vegetali risultano carenti in lc-PUFA, mentre le microalghe, pur rappresentando una fonte diretta di questi composti, sono ancora caratterizzate da costi elevati e difficoltà di produzione su larga scala. A ciò si aggiungono ulteriori criticità, come la riduzione degli stock ittici naturali e la competizione tra colture vegetali e alimentazione umana, che rendono sempre più urgente l’individuazione di alternative sostenibili.
In questo scenario, un approccio particolarmente promettente è rappresentato dall’impiego di microrganismi, come lieviti e batteri, coltivabili in ambienti controllati e caratterizzati da rapidi tassi di crescita ed elevata resa produttiva. Questi sistemi consentono la produzione continua di lc-PUFA, indipendentemente dalle variazioni stagionali e dalla disponibilità di risorse naturali. Inoltre, in un’ottica di economia circolare, tali microrganismi possono essere coltivati utilizzando sottoprodotti organici derivanti da industrie agroalimentari, contribuendo alla valorizzazione degli scarti e alla produzione di biomasse ad alto valore nutrizionale, ricche di acidi grassi Omega-3.
In questo contesto si inserisce ONE EARTH, un progetto finanziato dall’Unione Europea nell’ambito del programma Horizon Europe, che riunisce università, centri di ricerca e partner industriali provenienti da diversi Paesi europei. Il progetto si basa su un principio operativo chiaro: utilizzare residui organici provenienti da filiere agroalimentari terrestri, in particolare dall’industria lattiero-casearia, come substrato per la produzione di composti bioattivi ad alto valore aggiunto. I prodotti target spaziano dalla nutraceutica e cosmetica ai fertilizzanti per l’agricoltura, dai mangimi per l’acquacoltura ai bioadesivi per l’industria chimica. Questo approccio si inserisce pienamente nel paradigma della bioeconomia circolare, in cui i sottoprodotti di un processo produttivo diventano risorse per altre filiere, contribuendo a ridurre gli sprechi e l’impatto ambientale complessivo.
Il contributo dell’Università Politecnica delle Marche
All’interno del progetto, l’Università Politecnica delle Marche svolge un ruolo chiave e multidisciplinare, grazie al coinvolgimento di due dipartimenti con competenze complementari. Da un lato, il gruppo di ricerca WWEELab del Dipartimento SIMAU è impegnato nell’ottimizzazione della produzione di acidi grassi volatili (VFA) a partire da residui organici mediante processi di fermentazione anaerobica; dall’altro, il Dipartimento di Scienze della Vita e dell’Ambiente (DiSVA) si occupa di valutare gli effetti della nuova generazione di mangimi sul benessere animale e sulla qualità di specie ittiche di interesse commerciale. I VFA ottenuti rappresentano una piattaforma di carbonio strategica per la fase successiva del processo, alimentando la crescita di microrganismi oleaginosi.
Le attività sono attualmente condotte a scala di laboratorio, con un percorso di scale-up già avviato: superata la fase TRL 3, il progetto prevede la progressiva implementazione e ottimizzazione del sistema fino alla scala pilota (TRL 5). In questa fase rientrano lo sviluppo di protocolli di pre-trattamento dei feedstock e l’ottimizzazione dei sistemi di separazione e recupero degli intermedi, basati su tecnologie quali centrifugazione e microfiltrazione, integrate con sistemi di monitoraggio e controllo dei parametri operativi per garantire qualità e riproducibilità.
L’impianto pilota è costituito da un sistema di stoccaggio del siero di latte refrigerato a 4 °C, un fermentatore da 500 litri e un’unità di separazione a membrana per ultrafiltrazione. All’interno del fermentatore, il siero viene sottoposto a fermentazione microbica controllata, durante la quale comunità microbiche selezionate convertono la materia organica in VFA e altri intermedi metabolici. L’ultrafiltrazione consente quindi di separare e concentrare le frazioni di interesse, migliorando l’efficienza complessiva e la riproducibilità del processo su scala pilota.
Nella fase a valle, l’attenzione si concentra sulla valorizzazione lipidica degli intermedi prodotti. Attraverso processi fermentativi mirati, vengono selezionati e ottimizzati microrganismi oleaginosi — tra cui batteri marini e lieviti come Yarrowia lipolytica — capaci di accumulare elevate quantità di lc-PUFA utilizzando i VFA come fonte di carbonio. I ceppi più promettenti vengono quindi trasferiti alla scala pilota per ottimizzare le condizioni di coltivazione e massimizzare la resa produttiva. La biomassa microbica ottenuta e gli acidi grassi estratti sono successivamente impiegati per la formulazione di mangimi sperimentali destinati a trota iridea e spigola europea, due specie di primaria importanza per l’acquacoltura mediterranea. Le prove di alimentazione, sono condotte in sistemi a ricircolo presso le strutture dell’Ateneo di Ancona e valutano diversi parametri chiave: performance di crescita, efficienza di conversione alimentare, stato di salute di intestino e fegato, risposta immunitaria e valori nutrizionali della parte edibile.
E inoltre…
Il progetto ONE EARTH affronta in modo integrato anche la gestione degli scarti generati dall’industria ittica. Residui quali teste, scaglie, pelle e lische dei pesci rappresentano una biomassa ricca di composti organici e minerali che, se non adeguatamente valorizzata, costituisce un costo ambientale ed economico legato allo smaltimento.
Tra le soluzioni investigate, un ruolo di rilievo è rivestito dalla pirolisi, un processo termochimico che consente di convertire tali biomasse in biochar, bioolio e gas di sintesi. In particolare, il biochar ottenuto da residui ittici si distingue per l’elevato contenuto di calcio e fosforo, elementi nutritivi di grande interesse per applicazioni agronomiche, ad esempio come ammendante del suolo. Le attività di ricerca hanno permesso di individuare le condizioni operative in grado di massimizzare la resa del processo, preservando al contempo le proprietà nutritive del biochar. In questo modo, si completa il ciclo di valorizzazione della materia organica all’interno della filiera, dimostrando come sottoprodotti provenienti da diversi comparti possano essere trasformati in nuove risorse attraverso l’integrazione di processi biotecnologici e termochimici.
Prospettive
La crescente domanda globale di prodotti ittici richiede lo sviluppo di soluzioni capaci di incrementare la produzione senza compromettere l’equilibrio degli ecosistemi naturali. In questo contesto, ONE EARTH propone un modello innovativo basato sull’integrazione di fermentazione anaerobica, biotecnologie microbiche e processi di valorizzazione termochimica, in cui i residui di una filiera diventano risorse per quella successiva.
I risultati attesi forniranno indicazioni quantitative sulla reale possibilità di sostituire l’olio di pesce con biomassa microbica/acidi grassi microbici nelle diete di specie carnivore di interesse mediterraneo. Si tratta di elementi chiave per orientare le scelte dell’industria mangimistica e supportare la transizione verso sistemi acquicoli più sostenibili e meno dipendenti dalle risorse marine.
Matteo Zarantoniello
Daniele Caterino
Salman Nisar
Federica Simonetti
Federico Conti
Carla Maggetti
Raffaele Verrillo
Laura Eusebi
Francesco Fatone
Ike Olivotto
>> Link: www.oneearth-project.eu
Coordinato dall’Università di Bologna
Per informazioni
Prof Francesco Fatone (f.fatone@univpm.it)
Prof.ssa Anna Laura Eusebi (a.l.eusebi@staff.univpm.it)
Prof Ike Olivotto (i.olivotto@unidpm.it)
In foto: impianto pilota per la valorizzazione di sottoprodotti organici mediante processi di fermentazione anaerobica e separazione a membrana installato presso il sito di Falconara (AN).
