Fermentazione allo stato solido (SSF): la nuova frontiera foodtech e il ruolo dei gas tecnici

Negli ultimi anni, l’industria alimentare globale sta attraversando una profonda trasformazione guidata dalla necessità di coniugare innovazione, sicurezza e sostenibilità. Se la fermentazione tradizionale è un processo conosciuto da millenni, oggi l’attenzione della ricerca Foodtech si sta concentrando su una metodologia antica ma riscoperta in chiave iper-tecnologica: la fermentazione allo stato solido (SSF – solid state fermentation).

Questa tecnica, che si differenzia nettamente dalla più comune fermentazione in sommersione (SmF), sta aprendo scenari inediti per la produzione di alimenti funzionali, enzimi e nuovi ingredienti. Tuttavia, scalare questo processo a livello industriale presenta sfide termodinamiche e biologiche complesse, dove l’impiego strategico dei gas tecnici gioca un ruolo assolutamente determinante.

Cos’è la fermentazione allo stato solido (SSF)?

La fermentazione allo stato solido è un processo biologico in cui i microrganismi (principalmente funghi filamentosi, ma anche lieviti e batteri) vengono coltivati su substrati solidi in assenza, o quasi, di acqua libera. L’umidità presente è solo quella strettamente necessaria a supportare il metabolismo microbico, simulando di fatto l’ambiente naturale in cui molti di questi organismi crescono (come, ad esempio, su cereali, legumi o scarti agricoli).

Rispetto alla fermentazione in mezzo liquido, la SSF offre vantaggi straordinari in ottica di sostenibilità:

• ridotto consumo idrico: richiede frazioni minime di acqua, abbattendo i costi di gestione e di smaltimento dei reflui;
• valorizzazione degli scarti: permette di utilizzare sottoprodotti dell’industria agroalimentare (crusche, bucce, polpe) come substrato nutritivo, inserendosi perfettamente nei modelli di economia circolare;
• rese superiori: favorisce una maggiore concentrazione di metaboliti secondari, enzimi e composti bioattivi.

Le applicazioni: dalle proteine alternative ai cibi funzionali

Il potenziale della SSF si esprime al massimo nello sviluppo di nuovi alimenti: è la tecnologia alla base di molti cibi tradizionali asiatici (come il tempeh o il koji), ma oggi è anche il motore per la creazione di  proteine alternative, come le micoproteine. Tramite la SSF, infatti, è possibile migliorare il profilo nutrizionale di substrati vegetali poveri, arricchendoli di proteine di alta qualità, riducendone i fattori antinutrizionali e migliorandone digeribilità e sapore.

Il gap tecnologico: la gestione del calore e il ruolo dei gas tecnici

Se i vantaggi della SSF sono evidenti, il suo scale-up industriale rappresenta una sfida ingegneristica notevole per un motivo molto semplice: a causa della bassa presenza di acqua e della scarsa conducibilità termica dei substrati solidi, il calore metabolico generato dai microrganismi tende ad accumularsi rapidamente. Un innalzamento incontrollato della temperatura può alterare la flora batterica, inibire il processo o, nel peggiore dei casi, distruggere la coltura.

È in questa fase critica che i gas tecnici diventano coadiuvanti di processo insostituibili per l’industria Foodtech.

• Controllo termico criogenico: l’utilizzo di gas liquefatti, come l’azoto (N₂) o l’anidride carbonica (CO₂) sotto forma di neve carbonica, permette di asportare il calore in eccesso in modo rapido e millimetrico. A differenza dei sistemi di raffreddamento ad acqua, l’impiego di fluidi criogenici non altera l’equilibrio igrometrico (l’attività dell’acqua – AW) del substrato solido, preservando l’ambiente ideale per la coltura. Per approfondire come l’uso del freddo estremo sia essenziale nella gestione dei processi alimentari, è possibile consultare la pagina dedicata all’abbattimento e surgelazione criogenica.
• Ossigenazione e aerazione: la maggior parte dei processi SSF è di tipo aerobico. Flussi calibrati di ossigeno (O₂) o aria arricchita sono necessari per sostenere la respirazione cellulare. Miscele di gas specifiche garantiscono che anche gli strati più profondi del bioreattore ricevano il corretto apporto di ossigeno.
• Inertizzazione a fine ciclo: una volta raggiunto il picco di maturazione, l’immissione di gas inerti come l’azoto o l’argon (spesso utilizzati anche in enologia sostenibile) permette di arrestare l’ossidazione e bloccare l’evoluzione enzimatica, stabilizzando il prodotto prima delle lavorazioni successive o del confezionamento.

Innovazione e sicurezza con l’atelier alimentare

L’implementazione della fermentazione allo stato solido richiede un approccio multidisciplinare in cui la biologia incontra la fluidodinamica. Progettare l’atmosfera corretta, gestire gli scambi termici e garantire la totale assenza di contaminazioni crociate sono passaggi che necessitano di test rigorosi.

All’interno dell’atelier alimentare il “food team”, composto da tecnologi, biologi e ricercatori, studia costantemente queste interazioni. Attraverso laboratori chimico-fisici e microbiologici dedicati vengono analizzate le migliori combinazioni di gas e temperature per ottimizzare i processi fermentativi. L’obiettivo è supportare l’industria B2B nella transizione verso processi sempre più efficienti e sicuri, garantendo il rispetto dei massimi standard di sicurezza alimentare, un tema oggi più che mai cruciale.