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*Spinlife Spin-off dell’Università di Padova
**AETHERA BIOTECH
***Università degli Studi di Padova, Dipartimento di Ingegneria Civile Edile e Ambientale (DICEA)
Aethera Biotech, azienda vicentina attiva nel settore di ingredienti cosmetici derivati da plant-cell cultures, utilizza una piattaforma tecnologica proprietaria e innovativa denominata CROP® (Controlled Release of Optimized Plants) per la ricerca, sviluppo e produzione di ingredienti vegetali per applicazioni cosmetiche e nutraceutiche. La piattaforma CROP® è basata sulla tecnologia delle colture cellulari vegetali in sospensione.
La tecnologia vegetale delle colture cellulari sta guadagnando sempre più attenzione dalle industrie cosmetiche e alimentari per trovare fonti sostenibili di ingredienti a basso impatto ambientale. Affronta sfide cruciali come il cambiamento climatico, l’offerta limitata di cibo, la scarsità d’acqua e la perdita di biodiversità. Questa tecnologia si basa sulla coltivazione di cellule vegetali de-differenziate in un ambiente controllato e sterile senza antibiotici, pesticidi o fertilizzanti. Tutte le fasi del processo, dalla generazione delle cellule alla produzione finale, fino al confezionamento del prodotto finito avvengono nello stesso luogo, garantendo una supply chain più breve.
Negli ultimi anni, il fenomeno del cambiamento climatico e dell’utilizzo non sostenibile delle risorse del nostro pianeta ha assunto un ruolo centrale nei dibattiti politici a causa degli impatti negativi che potrebbe provocare al nostro sistema economico e sociale. In parallelo alla crescita della consapevolezza ambientale da parte di aziende e clienti, è aumentata anche la varietà di etichette e schemi ambientali disponibili nel mercato. Tra gli strumenti disponibili, l’analisi del ciclo di vita (Life Cycle Assessment, LCA) è stata riconosciuta dall’Unione Europea come lo strumento di valutazione più autorevole per la valutazione e il confronto dei potenziali impatti ambientali dei prodotti.
Questo metodo si basa sull’approccio del ciclo di vita, riconoscendo quindi la necessità e l’importanza di considerare gli impatti ambientali, a partire dall’estrazione delle materie prime fino alla gestione del fine vita. Recenti sviluppi scientifici hanno inoltre dimostrato come i benefici dell’LCA possano venir estesi anche alla più complessa valutazione ambientale delle organizzazioni, considerando l’insieme delle attività aziendali volte a creare e vendere un prodotto o un servizio. I settori industriali per i quali già esistono studi LCA o affini sono molti, tuttavia, nell’ambito delle colture vegetali, sono ancora molto limitati i dati disponibili, sia quelli primari delle aziende interessate sia quelli secondari da letteratura scientifica. Allo scopo di analizzare l’impatto ambientale del processo CROP® e di raccogliere evidenze scientifiche legate alla sostenibilità della tecnologia, Aethera Biotech ha deciso di eseguire uno studio del ciclo di vita (OLCA) in collaborazione con Spinlife Spin-off dell’Università di Padova. L’obiettivo dello studio è stato quello di analizzare i potenziali impatti ambientali associati alle attività dell’azienda, in ottica di ciclo di vita, al fine di identificare gli hot-spot ambientali e possibili traiettorie di miglioramento oltre che calcolare specifici indici di potenziale impatto ambientale su base prodotto.
In Tabella 1 sono riportati, per le diverse categorie d’impatto analizzate, i potenziali impatti ambientali associati all’intera organizzazione dell’Azienda nel 2021. Per alcune categorie d’impatto si riporta inoltre la rappresentazione grafica, da cui è possibile individuare come le diverse fasi del ciclo di vita influiscono sul totale (Figura 2).
Dai risultati ottenuti, emerge chiaramente come il contributo dei consumi energetici di stabilimento sia il più rilevante, in termini di potenziali impatti ambientali, per la maggior parte delle categorie d’impatto analizzate. Di conseguenza, sono state svolte ulteriori analisi fino a individuarne il maggior contribuente: l’energia elettrica consumata e necessaria per la movimentazione dei macchinari di produzione. A seguire, risultano considerevoli il contributo del gas metano, necessario per il mantenimento della specifica temperatura richiesta nei laboratori e nel sito produttivo. Tuttavia, la principale fonte di impatto resta il consumo energetico ed è per questo che si è deciso di approfondire tale aspetto attraverso un’analisi di sensibilità. Quest’ultima permette di investigare uno scenario alternativo a quello studiato, assumendo che una quota dell’energia impiegata sia da fonte rinnovabile.
In Tabella 2 si riporta come varierebbero i risultati, anche percentualmente in relazione alla Tabella 1, se l’energia consumata annualmente dall’Azienda venisse coperta per un 30% da energia rinnovabile, come quella autoprodotta da un impianto fotovoltaico. Si noti che tale analisi è stata svolta in riferimento ai dati del 2021. In questi anni, l’Azienda, in collaborazione con il Gruppo Cereal Docks di cui fa parte, ha introdotto un impianto fotovoltaico di 2 MWp che, nel 2022, ha permesso di coprire circa il 30% dell’energia impiegata e quindi ridurre di circa il 13% l’impatto di Carbon Footprint precedentemente espresso. Inoltre, ad oggi nel 2023, l’impianto fotovoltaico ha già prodotto in energia rinnovabile il totale annuale necessario all’Azienda per la completa indipendenza energetica.
Lo studio OLCA descritto è stato svolto a livello di organizzazione, ossia i dati e i risultati sono espressi in riferimento all’intera attività svolta dall’Azienda e all’unità di riferimento precedentemente espressa (l’insieme dei fitocomplessi prodotti nel 2021). I diversi fitocomplessi e le diverse CROP®-G in output dall’Azienda, a questo stadio di lavorazione, possono considerarsi tra loro equivalenti (solo successivamente varieranno i prodotti in base all’impiego in ambito nutraceutico o cosmetico). Inoltre, all’interno dell’Azienda, tali fitocomplessi sono ottenuti da processi di lavorazione analoghi tra loro in termini di consumi di materia ed energia coinvolti. Per questo motivo, a partire dall’impatto totale associato all’organizzazione e dai quantitativi generati nell’anno in esame, è stato calcolato il potenziale impatto ambientale associato a un prodotto medio dell’azienda.
Tale conversione a un impatto espresso in termini di prodotto è stata svolta per permettere il confronto della tecnologia innovativa proposta con quella di coltura tradizionale. Si vuole sottolineare, sin da subito, una delle principali limitazioni a questo confronto: la difficile reperibilità di informazioni, studi, articoli per la caratterizzazione della tecnologia tradizionale, sia per quanto riguarda i dati di input e output che, per quanto riguarda i risultati di studi LCA o affini. Dalla ricerca svolta, sono stati individuati solamente due articoli scienti ci rappresentativi dell’agricoltura tradizionale, rappresentativi di due prodotti generati anche dalle linee cellulari dell’Azienda (carota, DauVes CROP®-G e melissa, MetropolePure CROP®-G) e in linea con la metodologia adottata per lo studio OLCA.
Tuttavia, va evidenziata una limitazione: i risultati dello studio dell’Azienda si riferiscono al prodotto cosmetico CROP®-G, già pronto per l’uso, mentre negli articoli di confronto si fa riferimento solo alla biomassa vegetale essiccata, non ancora l’ingrediente finale. Per equiparare i dati, si è utilizzato un rapporto farmaco-estratto (DER), ma questo considera solo la materia impiegata, non i consumi di processo come energia e solventi d’estrazione, difficili da quantificare a causa della mancanza di dati.
Si ipotizza che l’impatto della coltivazione tradizionale sia sottovalutato. Inoltre, non sono stati considerati i benefici derivanti dall’utilizzo dei fitocomplessi dell’Azienda, che potrebbero consentire dosaggi inferiori rispetto agli estratti vegetali nei prodotti finali.
Tenendo in considerazione le limitazioni sopra riportate, si riportano qui i risultati del confronto, a titolo rappresentativo, per la categoria del climate change (Tabella 3): tali valori rappresentano l’impatto dei gas effetto serra sul riscaldamento globale e sono riferiti ad 1 kg di prodotto. Ad esempio, per ottenere 1 kg di sospensione CROP®-G prodotto dall’Azienda, si ha un’emissione pari a 45 kgCO2 eq.
L’Azienda presenta una tecnologia innovativa che riduce l’uso del suolo ed elimina l’impiego di antibiotici, pesticidi e fertilizzanti. Attraverso uno studio scientifico LCA, è emerso che la principale area critica per Aethera Biotech è il consumo di energia. Tuttavia, dall’inizio del 2022, l’Azienda ha adottato energia rinnovabile, diventando totalmente autosufficiente nel 2023. Questo passo ha notevolmente ridotto l’impatto ambientale del loro processo.
Nonostante le sfide nel reperire dati di letteratura scientifica e informazioni sulle colture tradizionali, l’Azienda ha esaminato attentamente le proprie emissioni e il posizionamento sul mercato, soprattutto in termini di sostenibilità ambientale. Quest’analisi ha dimostrato che la loro piattaforma rappresenta una valida e più sostenibile alternativa per produrre ingredienti cosmetici bioattivi rispetto alle colture tradizionali su suolo.
Leggi ora la versione integrale dell’articolo pubblicato da Aethera Biotech su Cosmetic Technology 5, 2023
Il processo della piattaforma CROP® inizia con la raccolta della pianta madre che viene selezionata e certificata attraverso l’analisi di DNA fingerprint, un’analisi che prevede l’estrazione del DNA dalla matrice vegetale e l’identificazione della specie tramite sequenziamento di almeno tre geni target. L’induzione della linea cellulare vegetale viene ottenuta utilizzando piccole porzioni di tessuto (foglie, gemme, radici o altre parti di tessuto vegetale). I tessuti vegetali raccolti vengono sanitizzati (utilizzando soluzioni di etanolo/acqua e ipoclorito di sodio) e successivamente tagliati, con l’ausilio di un bisturi, in piccoli frammenti sub-centrimetrici che vengono deposti sulla superficie di terreni colturali solidi (contenenti i nutrienti per la crescita delle cellule vegetali) contenuti in piastre Petri. I frammenti di tessuto vegetale sanitizzati deposti sui terreni colturali vengono incubati, e dopo 4-8 settimane compaiono le prime cellule de-differenziate nelle aree corrispondenti al taglio. Le cellule de-differenziate vengono successivamente selezionate e trasferite in terreno colturale liquido, contenuto in beute con capacità crescenti da 50 ml no ad 1 litro, per incrementare la crescita della biomassa cellulare. In questa fase vengono identificati i metaboliti primari e secondari presenti nelle cellule (utilizzando analisi di spettrometria di massa e NMR) e selezionati i metaboliti bioattivi più rappresentati (metaboliti markers).
Dopo la messa a punto di un metodo analitico basato sulla cromatografa a liquida (UPLC-DAD) per quantificare i metaboliti markers, si inizia lo studio dell’elicitazione(applicazione di uno stress alle cellule). Durante questa fase si applicano alle sospensioni cellulari degli stress (per esempio, variazione della temperatura, stress osmotico, aggiunta di estratto di lievito, modi che delle concentrazioni dei nutrienti ecc.) in modo da incrementare la biosintesi dei metaboliti markers. Una volta ultimata la fase di studio della crescita in terreno colturale liquido e dell’elicitazione, su scala di laboratorio, si trasferiscono i parametri ottimizzati in bioreattore per l’espansione della biomassa cellulare vegetale. Al termine della crescita delle cellule vegetali in bioreattore si inizia la preparazione del fitocomplesso ( filtrazione delle cellule, lisi, omogeneizzazione ed essiccamento). Il prodotto finale ottenuto è rappresentato da un fitocomplesso in polvere standardizzato in metaboliti markers.
Il fitocomplesso standardizzato viene successivamente disperso in glicerina vegetale (CROP®-G). Lo studio, in conformità con i principi della LCA, è stato strutturato in quattro diversi step. (Figura 1).
Ocimum centraliafricanum, Copper flower, indicatore di giacimenti di rame (5)