Il previsto forte aumento della domanda di alimenti per una popolazione che nel mondo, tra soli 30 anni, sfiorerà i dieci milioni di persone comporta la necessità di produrre più alimenti, quindi più prodotti agricoli e in particolare più alimenti di origine animale. L’Europa gode di una buona autosufficienza in termini di produzione di proteine per il consumo umano, che si basa però su una massivvia importazione di alimenti proteici, principalmente rappresentati dalla soia.
Per il settore della zootecnia biologica, questa dipendenza dalle importazioni estere viene ulteriormente aggravata dal fatto che la maggior parte della soia prodotta nel continente americano è geneticamente modificata; che la produzione di soia biologica non riesce a soddisfare in modo adeguato la domanda attestandosi ancora oggi al di sotto dello 0,1% della produzione mondiale. Il settore dell’allevamento biologico e più in generale Ogm free è quindi in carenza cronica di alimenti proteici per l’alimentazione animale, in particolar modo per gli animali monogastrici.
Questa richiesta di fonti proteiche non-Ogm è in buona misura soddisfatta ricorrendo ai semi di proteaginose, la cui produttività rimane però ancora insoddisfacente in termini sia quantitativi che di costanza delle produzioni. Inoltre, pur presentando un buon profilo aminoacidico, le loro proteine presentano delle carenze in alcuni aminoacidi essenziali, in particolar modo triptofano, metionina e cisteina, importanti nell’alimentazione dei monogastrici la cui compensazione con aminoacidi di sintesi non è possibile nell’allevamento biologico.
Bioraffinerie verdi
Una possibile alternativa all’impiego dei semi di leguminose è rappresentata dalla estrazione di proteine da piante foraggere, soprattutto, ma non solo, leguminose, attraverso tecniche di “biorefinery” o “bioraffinerie verdi”, che porta alla separazione del foraggio in due o più componenti (spesso foglie e steli). Questo processo consente una successiva ricombinazione controllata di questi frazioni per raggiungere specifiche esigenze nutrizionali o il possibile impiego di una frazione, solitamente la componente fogliare, ad altri scopi quali l’uso per l’estrazione di nutraceutici o la produzione di prodotti erboristici.
Tale prospettiva è interessante per diversi motivi: le leguminose foraggere sono azotofissatrici, tratto molto importante in agricoltura biologica; i nostri agricoltori ne conoscono bene le tecniche di coltivazione e dispongono delle relative attrezzature.
In questo contesto, l’erba medica si distingue in quanto rappresenta la coltura con la più elevata produzione di proteine per ettaro, pari a 2.0-2.5 t/ha ma con punte di oltre 4 t/ha all’anno. La produzione di proteine da leguminose foraggere da destinare all’alimentazione di animali monogastrici potrebbero inoltre incentivare lo sviluppo di filiere produttive più sostenibili, basate sull’impiego di alimenti prodotti localmente.
Le proteine fogliari
Le foglie costituiscono la più grande fonte di proteine al mondo e circa l’80% delle loro proteine si ritrova nei cloroplasti. Di queste, circa la metà è solubile in acqua e rappresentata per circa il 50% da Rubisco, enzima chiave dei processi fotosintetici. Le foglie sono quindi un’interessante fonte di proteine, solitamente utilizzate dai ruminanti ma potenzialmente in grado di poter soddisfare anche i fabbisogni nutritivi di animali monogastrici. L’ostacolo principale al loro impiego nell’alimentazione di suini e avicoli è rappresentato soprattutto dall’elevata quota di fibra di queste foraggere.
Due sono le principali strategie che possono essere seguite per estrarre la componente proteica dalla pianta: la pressatura/spremitura meccanica che genera un succo nel quale è contenuta una quota rilevante delle proteine solubili, oppure raccogliere selettivamente la componente fogliare, più ricca in proteine e più povera in fibra.
L’estrazione di proteine fogliari non è un concetto nuovo poiché già durante la seconda guerra mondiale si è studiata la possibilità di utilizzarle addirittura per l’alimentazione umana di emergenza in caso di carenza di cibo.
La biomassa verde disponibile comprende, accanto a colture foraggere quali l’erba medica e il trifoglio, anche l’erba proveniente da prati permanenti, cereali immaturi come pure le foglie di colture agroindustriali come ad esempio la barbabietola da zucchero.
Le leguminose da foraggio come l’erba medica e il trifoglio sono colture diffuse a livello europeo e utilizzate nelle rotazioni colturali soprattutto nell’agricoltura biologica a causa del loro effetto residuo di apporto di azoto per le colture successive e per l’alimentazione dei ruminanti. La fissazione biologica dell’N atmosferico effettuata dalle leguminose, in simbiosi con i rizobi, fornisce infatti azoto al terreno e alle piante riducendo la necessità di fertilizzanti azotati inorganici di sintesi chimica.
La coltivazione di queste foraggere si è notevolmente ridotta in Europa negli ultimi decenni, soprattutto per la disponibilità di fertilizzanti inorganici azotati a basso costo e per la convenienza economica dell’impiego della soia per l’alimentazione del bestiame. L’utilizzo di colture leguminose nelle bioraffinerie verdi può però stimolarne la coltivazione promuovendo così un’agricoltura più sostenibile.
La resa in succo e la correlata capacità di estrarre le proteine è influenzata da diversi fattori quali certamente le caratteristiche costruttive dell’impianto, in genere basato su presse a doppia vite, ma anche dai livelli di pH, i cui valori ottimali sono compresi tra 7,0 e 8,0, anche per evitare il rischio di denaturazione delle proteine.
Dalla prima spremitura si ottiene un succo con un basso tenore in sostanza secca, compreso tra il 5 e il 10% circa, dal quale le proteine in soluzione possono essere estratte in diversi modi. Uno dei più rilevanti si basa sulla loro precipitazione mediante acidificazione, ottenuta per fermentazione naturale o indotta mediante aggiunta di acidi, fino al raggiungimento del punto isoelettrico (quello del Rubisco è compreso tra pH 4,4 e 4,7) al quale la solubilità proteica si riduce drasticamente determinando la formazione di una massa proteica che si deposita sul fondo dei serbatoi.
La seconda principale strategia si basa invece la denaturazione termica delle proteine, quindi sul riscaldamento dell’estratto acquoso a temperature comprese tra 60 °C e 95 °C. Si tratta in ogni caso di procedimenti complessi, che prevedono la movimentazione di elevate quantità sia di foraggio verde che di succhi di estrazione e dispendiosi in termini di energia richiesta.
Gli amminoacidi essenziali dell’estratto proteico di erba medica o di trifoglio violetto ammontano complessivamente a circa la metà degli amminoacidi totali. Il loro profilo, leggermente diverso da quello del solo Rubisco, indica che, accanto a questo complesso proteico, sono estratte anche altre proteine. Nel complesso, l’apporto di amminoacidi essenziali per l’alimentazione di animali monogastrici è paragonabile a quello della soia e, cosa interessante, è molto simile tra estratti ottenuti dalla spremitura di diverse specie botaniche per cui gli estratti proteici derivanti da medica, trifoglio o anche di graminacee possono essere impiegati allo stesso modo.
L’estratto proteico da erba medica, in particolare, costituisce una buona fonte di proteine alimentari per l’alimentazione di animali monogastrici, con un contenuto relativamente elevato di metionina e cisteina, che rimane tuttavia leggermente inferiore ai fabbisogni di suini e pollame. Le leggere carenze di amminoacidi specifici possono essere compensate inserendo nella dieta altre fonti proteiche complementari, quali ad esempio il lupino.
Qualche dubbio può sussistere relativamente alla biodisponibilità di questi aminoacidi ma alcune esperienze suggeriscono la sostituzione della farina di estrazione di soia con questo concentrato proteico nell’alimentazioni dei suini non avrebbe effetti negativi sulle performance animali e sulla qualità della carne.
La raccolta delle foglie
Un secondo approccio, anch’esso non nuovo concettualmente ma rivitalizzato dalla messa a punto di nuovi macchinari, si basa invece sulla raccolta selettiva direttamente in campo delle foglie o, meglio, di una frazione costituita prevalentemente da foglie unitamente alla parte più apicale, e meno fibrosa, degli steli. Con un’adeguata strumentazione è possibile raccogliere circa l’80% e più delle foglie inizialmente presenti sulla pianta e in tal modo si ottiene un prodotto ad alto titolo proteico e con bassi livelli di fibra, oltretutto molto digeribile, che può trovare due diverse destinazioni:
la pressatura per ottenere un succo da cui separare poi la frazione proteica, come nel caso precedente ma con il vantaggio di partire da un materiale di più facile spremitura e con una più elevata percentuale di proteine e quindi una maggiore efficienza, anche energetica, del processo;
l’uso diretto per l’alimentazione animale. Questa seconda opzione, indubbiamente molto interessante, richiede però che ne possa essere garantita una buona conservazione senza comprometterne il valore nutritivo per i monogastrici. Due le vie percorribili: la disidratazione oppure l’insilamento. La prima opzione è certamente più onerosa in termini energetici ed economici e richiede l’adattamento, peraltro non particolarmente complesso, degli attuali impianti utilizzati per la disidratazione della pianta intera. Essa avrebbe indubbiamente notevoli vantaggi logistici generando un prodotto secco che può essere conservato, trasportato e impiegato agevolmente. L’insilamento richiede invece di adottare tecniche che permettano la buona conservazione di un materiale inizialmente troppo umido evitando anche la degradazione delle proteine.
Da questi procedimenti di estrazione delle proteine e/o di frazionamento residuano rispettivamente una polpa di spremitura e gli steli, privati di gran parte delle foglie.
Questi ultimi possono essere sfalciati ed affienati, operazione che richiede tempi nettamente più brevi rispetto all’affienamento della pianta intera in quanto gli steli essiccano rapidamente soprattutto perché la mancanza di foglie favorisce la penetrazione della radiazione solare e la circolazione dell’aria. In alternativa, possono essere insilati direttamente o, meglio, dopo un breve appassimento in campo.
Questi prodotti, impoveriti in proteine ma anche in zuccheri e con una aumentata concentrazione di fibra trovano certamente la loro migliore valorizzazione nell’alimentazione dei ruminanti, anche se sono possibili altre destinazioni quali ad esempio la produzione di biogas.
Ricerche in corso alla Cattolica
Sono tuttavia prodotti abbastanza nuovi, per i quali ancora poco conosciamo circa le migliori tecniche di conservazione e di impiego nell’alimentazione animale, anche se alcune sperimentazioni condotte in nord Europa fanno intravvedere un grande interesse per l’uso di questi prodotti nell’alimentazione delle bovine da latte.
Queste tematiche sono affrontate, insieme ad altre di carattere più agronomico, dalle attività di ricerca in corso presso Il Dipartimento di scienze Animali, della Nutrizione e degli Alimenti dell’Università Cattolica del Sacro Cuore di Piacenza nell’ambito del progetto europeo ProRefine - New methods for producing high quality feed locally. Le attività svolte fino ad ora hanno prodotto interessanti risultati circa le rese nelle diverse frazioni ottenibili “bioraffinando” la medica prodotta dai diversi tagli condotti in appezzamenti di diversa età.
I risultati preliminari indicano che nelle nostre condizioni padane, molto diverse da quelle dei paesi nord-europei, le proteine recuperate mediante la raccolta selettiva delle foglie e parte apicale degli steli rappresentano una quota variabile e compresa tra il 50 e il 75% circa di quelle inizialmente presenti sulla pianta al momento della raccolta, con un trend crescente dal primo al quarto taglio, ma dipendente anche dell’età del prato, essendo maggiori per la coltura nel primo anno dopo la semina (circa il 70%) rispetto ai due anni successivi (circa il 65%).
Più stabile invece la quota di proteine recuperato nel succo di spremitura della pianta intera, che si attesta attorno al 60%.
I valori di recupero proteico leggermente inferiori rispetto a quanto riportato in letteratura sono facilmente spiegabili tenendo in considerazione le differenze agronomiche e soprattutto climatiche della Pianura Padana rispetto ai Paesi nordici dove questo approccio è stato inizialmente studiato e che si riflettono in diverse tipologie di piante.
Come sempre dovrebbe accadere, è di estrema importanza verificare l’applicabilità di soluzioni innovative nei diversi contesti agro-zootecnici e proprio con questa finalità il progetto ProRefine punta a verificare le rese agronomiche in campo e del successivo frazionamento con il coinvolgimento di diversi centri di ricerca europei ed extrauropei, dalla Finlandia alla Turchia.
In linea invece con i dati della letteratura, la parte ottenuta per raccolta preferenziale delle foglie ha dimostrato un elevato tenore proteico (29 circa della sostanza secca), di circa 2.5 volte superiore a quello degli steli residui. Questo alto contenuto proteico si accompagna a un ridotto contenuto in NDF, circa dimezzato rispetto agli steli (24 vs 57% ss), anche se i livelli di lignificazione della fibra delle due frazioni non sono molto dissimili e attorno al 18-20%.
Aspetto, questo della digeribilità della fibra, che è in corso di approfondimento presso il Dipartimento DiANA con prove in vivo e in vitro.
Prove di insilamento
Interessanti anche i primi responsi delle prove di insilamento condotte sui diversi prodotti ottenuti sia con la raccolta selettiva in campo sia con la pressatura della pianta intera di medica.
Le polpe derivanti dalla spremitura della pianta intera sono fortemente impoverite di zuccheri. Questo limita il normale procedere dei processi fermentativi e, benché se insilate come tali senza alcuna aggiunta o trattamento siano risultate ben conservate, l’aggiunta di piccole quantità di zuccheri sotto forma di melasso, soprattutto se abbinata al concomitante impiego di un inoculo di lattobacilli, consente un’ulteriore abbassamento del pH con maggiori garanzie di stabilità del prodotto.
Lo stesso succo estratto per spremitura può essere conservato mediante insilamento se opportunamente addizionato di materiali che ne possano assorbire l’umidità in eccesso in quanto la buona dotazione in zuccheri, estratti insieme alle proteine solubili, consente un rapido avvio e un buon decorso delle fermentazioni. Rimane tuttavia da verificare quale grado di degradazione subiscano le proteine, un tratto di grande importanze soprattutto per l’alimentazione dei monogastrici. La conservazione per questa via potrebbe comunque costituire una soluzione molto interessante che evita i costi di concentrazione ed eventuale essiccazione, producendo un mix da impiegare nelle diete di suini ed avicoli.
L’aggiunta di una piccola aliquota di zuccheri si è dimostrata utile per migliorare il processo di conservazione anche nel caso degli steli, per i quali si è avuta conferma che il solo impiego di un inoculo batterico non consente di ovviare al ridotto contenuto in zuccheri, soprattutto quando sia abbinato a un basso tenore in sostanza secca. Anche il loro preventivo e parziale appassimento si è dimostrato utile per ottenere un prodotto di buona qualità.
