Proteínas del futuro: Alternativas sostenibles para una nutrición saludable
Zaida M. Aranda
Mónica L. Chávez-González
Bioprocesess & Bioproducts Group, Food Research Department, School of Chemistry, Universidad Autónoma de Coahuila, Saltillo, Coahuila México
¿Te imaginas que en el futuro se pueda consumir proteína hecha de insectos, hongos, levaduras o incluso bacterias? Esto es posible hoy en día gracias a las múltiples investigaciones y avances tecnológicos desarrollados por miles de científicos. Pero, antes de entrar en más detalles, definamos el concepto de proteína. Las proteínas son cadenas muy largas formadas por pequeños bloques conocidos como aminoácidos que están compuestos principalmente por carbono, nitrógeno, oxígeno y azufre en menor medida. Dentro de estos nutrimentos se encuentran los aminoácidos esenciales los cuales son compuestos indispensables que el cuerpo requiere para funcionar adecuadamente, sin embargo, el organismo no puede producirlos por sí solo, se requiere ingerirlos a través de los alimentos.
Las cadenas largas de aminoácidos forman proteínas que, junto con los carbohidratos y lípidos, dan funcionalidad a los tejidos y células del cuerpo humano. Además, reparan tejidos, evitan enfermedades, producen enzimas, anticuerpos y hormonas promoviendo el bienestar y el correcto funcionamiento del organismo. Estas macromoléculas son las encargadas de asegurar un equilibrio energético en el cuerpo. Imagina que los aminoácidos son las cuentas que forman un collar, entonces, cuando se consume proteína el cuerpo las descompone en aminoácidos y a su vez estos forman nuevamente largas cadenas de proteína.
La principal fuente de aminoácidos en el cuerpo de los seres humanos son las proteínas; diversos estudios han determinado el consumo de 0.8 gramos de proteína por kilogramo de peso corporal como la cantidad mínima requerida para asegurar el abastecimiento adecuado de aminoácidos, aunque esto puede variar debido a diversos factores como la masa muscular, el estado de salud y la edad. A pesar de que es un tema que se encuentra en debate, la ingesta diaria de un adulto de 50 a 100kg se establece entre los 40 a 80g de proteína dietética (Kumar et al; 2024).
Desde la antigüedad, los seres humanos se han alimentado de alimentos proteicos tanto de origen animal como vegetal. Sin embargo, es imposible ignorar los múltiples beneficios de la proteína convencional (de origen animal) debido a su alto valor biológico comparado con cualquier otra fuente proteica no convencional. No obstante, las proteínas de origen animal generar una huella ambiental importante y se enfrenta a una distribución desigual debido principalmente a factores socioeconómicos por un importante sector de la población mundial que se encuentra en situación vulnerable y no puede costear una alimentación basada en productos cárnicos. Por lo que encontrar soluciones a esas problemáticas ambientales y sociales es un reto, sin dejar de lado una nutrición completa, abriendo paso de esta manera a las proteínas alternativas que buscan cubrir tanto los requerimientos nutricionales como el que los procesos para su obtención sean sostenibles para el medio ambiente (Weindl y colaboradores, 2020).
Hoy en día la humanidad se enfrenta a enormes cambios dentro de los sistemas alimentarios con la finalidad de alcanzar dietas saludables para todas las personas, salvaguardando al mismo tiempo el bienestar del planeta. Desafortunadamente, el aumento de la producción de alimentos sanos y de origen vegetal no asegura la sostenibilidad. Aspectos como la inclusión social, reducción de la pobreza, equidad, conservación de la biodiversidad y la disminución del cambio climático también entran en la ecuación y no deben dejarse de lado (Herrero y colaboradores, 2021).
Según datos proporcionados por la FAO, se estima que para el año 2050 la demanda de alimentos incremente mundialmente un 60%, con un aumento significativo en el consumo de proteína de origen animal. Se proyecta que el consumo de carne y sus derivados ascenderá a 465 millones de toneladas en el 2050. De este modo, la demanda excesiva de la proteína animal genera el uso desmedido de la ganadería que afecta significativamente la biodiversidad debido a la gran superficie de tierra que requiere y por las emisiones de amoniaco generado por el estiércol de los animales. Esta situación pronostica un “pico del fosfato”, alteraciones de los ciclos de nitrógeno y de carbono, pérdida de la biodiversidad y un importante deterioro en la calidad del suelo.
De igual forma, la sobreproducción de alimentos de origen animal se concentra en solo unos cuantos, a nivel mundial, es decir solo un reducido número de corporaciones comerciales y cadenas de supermercados están a cargo de la producción de alimentos como la carne y los lácteos agravando el problema de la hambruna y desnutrición en los países en vías de desarrollo, aunque se considera un problema de talla mundial (Aiking y Boer; 2020).
La huella ambiental de los productos proteicos de origen animal depende de una variedad de factores, por ejemplo, genera un impacto alto en el caso de la carne de vacuno, intermedia para los mariscos, el cerdo, las aves de corral, los huevos y la leche, y es más bajo para los alimentos de origen vegetal, pero depende en gran medida de los sistemas de producción y de los recursos con los que se cuente. A pesar de que ya existen diversas proteínas alternativas en el mercado, se considera que el estudio de su impacto con respecto al medio ambiente aún se encuentra en etapas iniciales. Sin embargo, la evaluación de la producción de proteína convencional y su relación con los gases de efecto invernadero es preocupante: la proteína de origen animal tiene un alto valor nutricional, pero de igual manera provoca graves daños en el medio ambiente. Este panorama parece ser más optimista en el caso de las proteínas no convencionales principalmente por su bajo impacto ambiental (Weindl y colaboradores, 2020).
Proteína vegetal
En los últimos años, el área de los alimentos ha dado un giro hacia la producción e investigación de proteínas de origen vegetal debido a que brinda beneficios al reducir la huella de carbono y reduce la emisión de gases de efecto invernadero. Aunado a esto, es una fuente de nutrimentos importantes, sobre todo cuando se tienen recursos naturales limitados. Asimismo, la proteína vegetal tiene un gran potencial para combatir la malnutrición en las regiones más vulnerables ya que son de fácil acceso comparada con la proteína de origen animal y contiene nutrimentos esenciales para la dieta. Esta orientación hacia la sostenibilidad es cada vez más evidente y establece un punto de partida para mitigar los efectos del cambio climático y mejorar la salud a nivel mundial (Aschemann y colaboradores, 2020).
Antes de profundizar en las proteínas alternativas es importante conocer el concepto de lo que se conoce como una dieta basada en plantas, tendencia que reduce o en ocasiones suprime los productos de origen animal y en su lugar consume alimentos de origen vegetal. No obstante, la definición según Ostfeld (2017), es más específica, ya que considera que una dieta basada en plantas consiste en consumir verduras, frutas, cereales integrales, legumbres, semillas, hierbas y especias poco procesados evitando alimentos cárnicos, huevos y lácteos. Normalmente las proteínas vegetales provienen de fuentes como la soya, legumbres, cáñamo, semillas, hierba, quinoa, frijoles, chícharo, etc. Sin embargo, hay estudios recientes de proteínas de origen vegetal a partir de avena o papa. En la búsqueda de una transición sostenible para mitigar la sobreproducción de proteínas de origen animal, el sector industrial favorece todas aquellas innovaciones en cuanto a factores como la aceptación del consumidor, la escalabilidad, la seguridad alimentaria y los costos de producción con el fin de generar proteínas vegetales que sean económicamente viables y, al mismo tiempo, frenar la destrucción de los ecosistemas y las emisiones de gases de efecto invernadero. Por consiguiente, se debe tomar en cuenta no solo la cantidad de proteína si no también hacer hincapié en su calidad, en donde se involucra la proporción adecuada de aminoácidos esenciales presentes. Desafortunadamente, las proteínas vegetales son mayoritariamente deficientes en aminoácidos esenciales específicos, como lisina y treonina (Kumar y colaboradores, 2024).
Proteína a partir de insectos
El incipiente crecimiento de los insectos comestibles dentro del mercado de proteínas alimentarias ha tenido un enorme desarrollo en el siglo XXI. De acuerdo con las estadísticas reportadas por la FAO, dentro de los insectos más consumidos se encuentran los grillos y las termitas, desafortunadamente, el consumo de insectos no es común en muchos países a pesar de que se calcula que su contenido proteico es comparable con la proteína de los productos cárnicos más comunes (Dolganyuk y colaboradores, 2023). En cuanto a sus características nutricionales, los insectos contienen un porcentaje proteico del 20 a 75%, además la OMS confirma la importancia de esto debido a su destacado contendido de aminoácidos esenciales como: fenilalanina, tirosina, triptófano, lisina y treonina.
Los insectos comestibles tienen un menor impacto ambiental comparado con los animales para la producción de proteína convencional, esto debido principalmente a que no se requiere un espacio significativo de tierra, se disminuye el uso de agua y se reduce la emisión de gases de efecto invernadero y de dióxido de carbono. Sumado a estos beneficios, los insectos son capaces de aportar un porcentaje proteico similar al de los cárnicos, mientras que consumen menos comida que los animales. Por ejemplo, si se hace una comparación de 1 kilogramo de grillos vivos solamente necesitan 1.7 kg de comida, en cambio se requieren 2.5 kg para aves de corral, 5 kg para el ganado porcino y hasta 10 kg para el ganado vacuno. Asimismo, los insectos tienen un mayor porcentaje de masa comestible, alcanzando un 80% en comparación con el 55% del pollo, el 70% del cerdo y solo el 40% proveniente de las vacas.
Otra de las grandes ventajas de esta fuente proteica no convencional es su cultivo, ya que los insectos pueden recolectarse de la naturaleza o criarse con técnicas e instalaciones simples que requieren un mínimo de tierra o capital y tienen una tasa de crecimiento rápida. Los beneficios mencionados anteriormente nos muestran el alto potencial de este sector emergente en donde se espera un aumento significativo en la cría de insectos generando “granjas”, tanto a pequeña como a gran escala. De la misma manera, se espera fortalecer la conciencia de su consumo específicamente en cuanto al marketing de este tipo de productos para contribuir a una cultura circular (Moruzzo y colaboradores, 2021).
Sin embargo, a pesar de que los entomólogos (científicos especialistas en insectos) y zoólogos han estudiado insectos comestibles, se ha encontrado una deficiencia de información acerca de la funcionalidad y características específicas sobre el contenido proteico de los insectos, esto lo convierte en un área con enorme potencial sobre todo en la ciencia y tecnología de los alimentos. Actualmente, los insectos comestibles se consideran una fuente de proteína alternativa prometedora debido a sus múltiples aportes en pro de una cultura más sostenible debido a sus beneficios ambientales, rentabilidad, seguridad social, y efectos positivos en la salud y la nutrición.
Proteína unicelular
El término proteína unicelular, (SCP por sus siglas en inglés, Single Cell Protein) provienen de células secas y purificadas de microorganismos como microalgas, bacterias, hongos o levaduras, cuyo contenido proteico se reporta aún más elevado que las proteínas de origen vegetal, además de contener un importante porcentaje de aminoácidos esenciales (lisina y metionina), bajo contenido de lípidos, una prominente relación proteína-carbohidratos. Además, contienen vitaminas como tiamina, riboflavina, piridoxina, ácido nicotínico, ácido pantoténico, ácido fólico, biotina, cianocobalamina, ácido ascórbico, β-caroteno y α tocoferol, diversos minerales y ácidos nucleicos (Bratosin y colaboradores, 2021).
Aunque podría parecer que esta proteína es reciente, su producción y consumo data desde la década de 1970, en donde se generaba a gran escala a partir de fuentes no renovables, sin embargo, esto no fue una opción viable. Por otro lado, durante la Primera Guerra Mundial los alemanes adicionaban una especie de levadura Candida a sopas y salchichas para combatir la desnutrición, similar a lo que se hacía en el lago Chad en África, en donde se alimentaban con el alga espirulina con el fin de frenar la hambruna. Actualmente dentro de las principales aplicaciones de la SCP se encuentran: suplementos alimenticios para aumentar el valor nutricional de diversos productos, alimentación para el ganado, aves de corral, cerdos, pescados, son portadores de aromas, portadores de vitaminas y ácidos emulsionantes en la industria alimenticia (Bratosin y colaboradores, 2021).
Para la obtención de este tipo de proteína el microorganismo, ya sea microalga, bacteria, hongo o levadura, se somete a un proceso de fermentación con determinadas características específicas en donde normalmente se hace uso de residuos agroindustriales como almidón, residuos de fruta, melaza, etc., que cumplen la función de ser el sustrato de la fermentación por ser ricos en azúcar. Es decir, estos residuos son el alimento que utilizan los microorganismos para crecer y de esta manera producir proteína (Koukoumaki y colaboradores, 2024).
Por ahora, el desafío más importante es hacer una transición de la proteína convencional a las proteínas no convencionales. En el caso de la proteína a partir de microorganismos, los procesos fermentativos para su obtención son prometedores debido a que son no tóxicos, ni estacionales, pero sí son renovables y rentables. La proteína unicelular representa una potencial solución tanto a la deficiencia proteica que atraviesa la sociedad, así como el innegable daño al medio ambiente provocado por los gases de efecto invernadero generados por la agricultura para la producción de proteína convencional, posicionando a las levaduras y a los residuos agroindustriales como parte fundamental de la solución a las problemáticas anteriormente mencionadas. De este modo, la valorización y gestión de estos residuos, así como la comercialización de la proteína son los principales desafíos a vencer.
En este sentido, el panorama luce prometedor pues se prevé que para el año 2030 el mercado de la proteína unicelular supere los 18 500 millones de dólares, simultáneamente se espera que el avance relacionado al procesamiento de este tipo de proteína también aumente (Koukoumaki y colaboradores, 2024). La ciencia y la tecnología hacen posible que el sistema alimentario se reestructure ofreciendo soluciones a los problemas ambientales y sociales del siglo XXI. Sin embargo, es nuestra responsabilidad innovar nuestra dieta y diversificar las fuentes de proteína que consumimos, para un mundo más justo y sostenible.
Referencias:
Aiking, H., & de Boer, J. (2020). The next protein transition. In Trends in Food Science and Technology (Vol. 105, pp. 515–522). Elsevier Ltd.
Aschemann-Witzel, J., Gantriis, R. F., Fraga, P., & Perez-Cueto, F. J. A. (2020). Plant-based food and protein trend from a business perspective: markets, consumers, and the challenges and opportunities in the future. In Critical Reviews in Food Science and Nutrition (pp. 1–10). Taylor and Francis Inc.
Bratosin, B. C., Darjan, S., & Vodnar, D. C. (2021). Single cell protein: A potential substitute in human and animal nutrition. In Sustainability (Switzerland) (Vol. 13, Issue 16). MDPI.
Dolganyuk, V., Sukhikh, S., Kalashnikova, O., Ivanova, S., Kashirskikh, E., Prosekov, A., Michaud, P., & Babich, O. (2023). Food Proteins: Potential Resources. In Sustainability (Switzerland) (Vol. 15, Issue 7). MDPI.
Herrero, M., Thornton, P. K., Mason-D’Croz, D., Palmer, J., Bodirsky, B. L., Pradhan, P., Barrett, C. B., Benton, T. G., Hall, A., Pikaar, I., Bogard, J. R., Bonnett, G. D., Bryan, B. A., Campbell, B. M., Christensen, S., Clark, M., Fanzo, J., Godde, C. M., Jarvis, A., … Rockström, J. (2021). Articulating the effect of food systems innovation on the Sustainable Development Goals. In The Lancet Planetary Health (Vol. 5, Issue 1, pp. e50–e62). Elsevier B.V.
Koukoumaki, D. I., Papanikolaou, S., Ioannou, Z., Mourtzinos, I., & Sarris, D. (2024). Single-Cell Protein and Ethanol Production of a Newly Isolated Kluyveromyces marxianus Strain through Cheese Whey Valorization. Foods, 13(12).
Kumar, R., Raj, T., Næss, G., Sørensen, M., & Dhawan, V. (2024). Opportunities and challenges in single-cell protein production using lignocellulosic material. In Biofuels, Bioproducts and Biorefining (Vol. 18, Issue 1, pp. 310–321). John Wiley and Sons Ltd.
Moruzzo, R., Mancini, S., & Guidi, A. (2021). Edible insects and sustainable development goals. In Insects (Vol. 12, Issue 6). MDPI AG.
Weindl, I., Ost, M., Wiedmer, P., Schreiner, M., Neugart, S., Klopsch, R., Kühnhold, H., Kloas, W., Henkel, I. M., Schlüter, O., Bußler, S., Bellingrath-Kimura, S. D., Ma, H., Grune, T., Rolinski, S., & Klaus, S. (2020). Sustainable food protein supply reconciling human and ecosystem health: A Leibniz Position. Global Food Security, 25.
