Growing Stevia in Vertical Farming?

Coltivare Stevia in Vertical Farm: perché no?

Più bibite zuccherate si bevono più è alto il rischio di morte prematura.
Le coltivazioni indoor permettono di coltivare un particolare tipo di Stevia, la Rebaudiana B, ed estrarne i principi contro Diabete e molti problemi di salute odierni.

Vogliamo lanciare una provocazione, un quesito aperto: la verifica della validità dei modelli di coltivazione indoor su piani verticali di Stevia Rebaudiana B e successiva trasformazione in idrolato, considerando gli scarti di lavorazione come biomassa da microcogenerare, generando una filiera controllata e chiusa.

L’Idrolato di Stevia è un derivato dal processo di estrazione in acqua da parti di Stevia, principalmente foglie. E’ una sorta di Acqua Aromatica con un contenuto calorico nullo, che può anche essere aromatizzata secondo le esigenze, circa 70 volte più dolce dello Zucchero e può essere utilizzata in molti settori, compreso l’alimentare.
L’Idrolato può essere assunto senza restrizioni particolari da persone affette da DT2 Diabete di Tipo 2, da donne in gravidanza, persone affette da obesità, aiuta la Glicemia e le problematiche cardiovascolari. Diluito in apposte concentrazioni può essere utilizzato in Agricoltura in aerosol sulla parte aerea delle piante per stimolarne la fotosintesi aumentandone il tenore zuccherino e migliorarne il sapore (vite, fragola, pomodoro, melone ed altre).
Oggi la Stevia, nelle sue numerose specie, è prevalentemente coltivata in campo aperto. Crediamo possibile valutarne la crescita in ambienti controllati, al chiuso sicuramente, ma, andando oltre, anche con tecnologie più avanzate, idroponiche, magari in piani verticali sovrapposti.
Se coltivare Stevia Rebaudiana B in campo aperto o serra porta ad una resa di circa 4,000 Kg per ettaro coltivato, in Vertical Farming è possibile quadruplicarne i cicli per arrivare a 8 cicli/anno ed oltretutto garantire aree di crescita superiori per unità di superficie di suolo occupato, o volume.

Di seguito abbiamo analizzato il landscape su cui poter esprimere valutazioni, in particolare i benefici della pianta, le possibili entrate sul mercato, il bisogno che soddisfa, le necessità che copre e, non ultima, la possibilità di validazione di un modello di crescita in ambiente controllato.
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Meno bevande gassate, crescita delle acque aromatizzate.
Sì, gli italiani bevono sempre meno aranciate, gassose, chinotti, cole, tè freddi e più in generale assumono minori quantità di bibite gassate. Sarà per le diete e anche per ragioni economiche il fatto è che in dieci anni, dal 2006 al 2016, le vendite sono letteralmente crollate, il 20% in meno (-19,43%). E' un vero e proprio grido d'allarme quello che arriva da Assobibe-Confindustria, l'associazione italiana degli industriali delle bevande analcoliche. Si tratta di una crisi profonda per il settore che fattura 1,9 miliardi di euro e che in termini di Pil vale lo 0,8%.
(source: Adnkronos)
Secondo Whole Foods, di contro, le acque aromatizzate saranno sempre più protagoniste, con nuove proposte a base vegetale, ben lontane per composizione dalle bevande zuccherate e gassate. Questo mercato sta evolvendo anche rispetto alla crescente sensibilità, e informazione, del consumatore sui prodotti zuccherati e calorici. Le aziende hanno fatto molto per aumentare l’offerta di bevande con meno calorie o senza zuccheri, lavorando tanto sull’innovazione.
(source: Whole Foods Amazon / Assobibe)
La consapevolezza del consumatore è quindi orientata oramai verso bevande più naturali, senza zucchero, con basso apporto calorico.
Ultimamente un recentissimo studio della American Heart Association (www.heart.org) condotto da un Team di Ricercatori di Harvard University (www.harvard.edu) testimonia come il rischio di morte prematura è tanto maggiore, tanto più elevato è il consumo di bevande zuccherate, sia che si tratti di concentrati, di drink sportivi e dietetici o di bibite addizionate artificialmente.
L’unica fonte che non causa rischio è la bevanda edulcorata con estratti naturali.
È questa la prima ricerca ad associare direttamente il consumo di bibite zuccherate con il rischio di morte precoce.
Il team di Harvard ha analizzato le informazioni sulle abitudini di consumo e lo stile di vita di oltre 100 mila persone ( uomini e donne americani ) raccolte nell’arco di trent’anni. L’indagine ha messo in luce che al maggiore consumo di bevande zuccherate corrispondeva un rischio più alto di morte prematura del 21%. Le donne, poi, sembrano essere più a rischio degli uomini
(source: American Heart Association // Harvard University - https://www.ahajournals.org/doi/pdf/10.1161/CIRCULATIONAHA.118.037401)

Ma quali sono i rimedi naturali alla edulcorazione degli alimenti e delle bevande, nello specifico?
La Stevia è considerata tra i primi dolcificanti al mondo.
Nel 2017 ha infatti superato i prodotti a base di aspartame, generando un turnover globale di circa 17 miliardi USD. La recente domanda italiana di prodotti a base di Stevia è stata di circa 80 mila tonnellate (360 milioni di euro) e a livello europeo di 285 mila tonnellate (1 miliardo di euro). La crescita è stimolata dalla sempre maggiore necessità delle persone di perdere peso, dallo sviluppo di cibo ipocalorico per diabetici e per le maggiori preoccupazioni relative alle carie dentarie. Oggi il 50% ca. degli integratori alimentari attualmente in commercio in Italia sono a base vegetale, mentre il 70% del fabbisogno nazionale è importato. Per quanto riguarda la Stevia dipendiamo per il 75% circa dalla produzione cinese, con enorme disagio ed incertezza per gli utilizzatori.
(Source FAO)
A tutto ciò va aggiunta la necessità di molte industrie del settore alimentare di ovviare al problema della volatilità dei prezzi del mercato dello zucchero.
Il mercato della dolcificazione vive infatti una fase molto critica dovuta in parte alla demonizzazione del consumo eccessivo di zuccheri e in parte al crollo del prezzo della materia prima. In Italia il comparto è fortemente concentrato con i primi tre produttori (Eridania, Italia Zuccheri e Sadam zuccherifici) che a valore coprono il 52,2%, seppur la quota di private-labe sia in aumento, ancorché attestata sul 26,2%. Nel 2018 il mercato dello zucchero perde perciò complessivamente 7,3% punti a volume e ben 9.3% a valore.
Invece, quanto ai dolcificanti, la Stevia continua il suo trend positivo e oggi vale circa il 25% del totale comparto dolcificanti.

Cosa è la Stevia?
La Stevia Rebaudiana B si è conquistata negli anni l’attenzione in crescendo della comunità scientifica ed è stata sempre più oggetto di approfondite ricerche.
La pianta viene coltivata come coltura commerciale in Giappone, Cina, Kenya, Vietnam, India, Argentina, Colombia, Tailandia, Paraguay e Brasile. Attualmente, la Cina è il principale esportatore di prodotti a base di Stevia.
Le piante crescono a 2-4 piedi di altezza con steli sottili e ramificati, e prosperano nelle regioni temperate e in alcune zone tropicali. Esistono infatti circa 150 specie di stevia, tutte originarie del Sud e del Nord America.
La dolcezza delle foglie di stevia è causata da otto glicosidi contenuti al loro interno. Questi glicosidi sono stevioside, rebaudioside A, C, D, E e F, steviolbioside e dulcoside A. Lo Stevioside è il più abbondante di questi componenti; le foglie di alcune colture contengono fino al 18% di stevioside.
Dal punto di vista contro-climatico ed ambientale , uno studio del 2013 attesta come la carbon-footprint della stevia sia inferiore del 79% rispetto allo sciroppo di mais ad alto contenuto di fruttosio (HFCS), inferiore del 55% rispetto allo zucchero di barbabietola e del 29% inferiore allo zucchero di canna, in base agli standard di produzione del settore.
I glicosidi della stevia sono presenti in diverse forme nelle foglie della stevia e hanno gusti diversi sulla lingua umana. Lo Stevioside è da 250 a 300 volte la dolcezza del saccarosio, il reb-A è da 350 a 450 volte la dolcezza del saccarosio, il reb-B è da 300 a 350 volte la dolcezza del saccarosio, il reb-C è 50 a 120 volte la dolcezza del saccarosio, il reb-D è da 200 a 300 volte la dolcezza del saccarosio, il reb-E è da 520 a 300 volte la dolcezza del saccarosio, il dulcoside-A è da 50 a 120 volte la dolcezza del saccarosio e lo steviolbioside è da 100 a 125 volte la dolcezza del saccarosio.
Nessuno dei composti dolci di stevia, però, metabolizza nel corpo umano. Quindi questo indica che sono non-calorici, non causano diabete e non causano cavità dentali. Ciò rende la stevia una coltura preziosa per l'agricoltura mondiale, in cerca di sostituti di saccarosio e fruttosio.

Ma perché proprio la Stevia? Quali benefici apporta?
Se l’assunzione di Stevia sembra anche capace di uccidere il desiderio di nicotina.
(source: University of Southern California), oltre ad essere un importante antiossidante e amica del cuore, la crescita di interesse nei confronti della Stevia è dovuta principalmente per i suoi notevoli benefici nei confronti di Glicemia e DT2 Diabete di Tipo 2.
Vediamo in dettaglio.
Gli edulcoranti naturali hanno effetti trascurabili o nulli su Glicemia o Insulina. Gli studi mostrano che il consumo dei dolcificanti naturali non ha effetti sull'indice glicemico ed è ben tollerato dalle persone che soffrono di DT2 Diabete di tipo 2. La stevia purificata non ha infatti effetti immediati sulla concentrazione glicemica (glucosio) o sull'insulina in soggetti diabetici in dosi fino a 1000 mg/giorno. Non sono state rilevate differenze negli effetti collaterali riportati dai consumatori di estratto di foglie di stevia rispetto ai consumatori di placebo. Lo studio è stato condotto sull'estratto di foglie di stevia e presentato al pubblico durante un convegno scientifico nell'aprile del 2009.
(source: Glycemic and Blood Pressure Responses to Acute Doses of Rebaudioside A, a Steviol Glycoside, in Subjects with Normal Glucose Tolerance or Type 2 Diabetes Mellitus)
Molti studi rivelano inoltre che le molecole attive presenti nella pianta amplificano la percezione dei gusti e stimolano la produzione di insulina nel pancreas, tenendo a bada la Glicemia, un beneficio nei confronti del DT2. Il Diabete Mellito di tipo 2 DT2 è una malattia metabolica, caratterizzata da glicemia alta in un contesto di insulino-resistenza e insulino-deficienza relativa e rappresenta circa il 90% dei casi di diabete e l’obesità è considerata la causa principale di diabete di tipo 2.
(source: Universitè de Lovanio, B)
Ad oggi i tassi di DT2 Diabete di Tipo 2 sono aumentati notevolmente negli ultimi decenni, in parallelo con la crescita dell'obesità. Nel 2016 erano circa 422 milioni le persone affette dalla condizione, rispetto ai circa 285 milioni nel 2010 e ai 100 milioni registrati nel 1980. Peraltro i bambini italiani sono tra i più grassi d’Europa. L'Italia ha infatti il maggior tasso europeo di obesità infantile tra i maschi, il 21%, mentre il 42% dei maschi è obeso o in sovrappeso. Le bambine italiane hanno uno dei tassi europei più alti di obesità e sovrappeso, il 38% e viene naturale considerare come gli estratti edulcoranti di Stevia hanno zero calorie e, a parità di quantità assunta, possono dolcificare fino a 340 volte il normale zucchero.
(source: Childhood Obesity Surveillance initiative 2015-17 OMS)
La prevalenza globale del diabete negli adulti è circa l’8% (dei quali più del 90% soffre di DT2), con una proiezione d’incremento di più del 10% entro il 2040. Sono numeri a cui oggi si somma il crescente numero di persone giovani che scoprono di avere DT2. Negli USA, alcune stime di prevalenza riportano un aumento del 31% in giovani tra i 10-19 anni tra il 2001 e il 2009 e del 7% annuo in giovani della stessa età valutati tra il 2002 e il 2012.
Nel 2000, l’International Diabetes Federation ha stimato che siano circa 23 milioni i giovani adulti tra i 20-39 anni con DT2 (l’11% di 177 milioni di adulti con diabete di tipo 2). Nel 2013, questa stima era aumentata fino a 63 milioni (16% di 382 milioni di adulti con DT2).
(source: International Diabetes Federation)
(source: www.cdc.gov/obesity/data/facts.html)
L’assunzione di Estratti di Stevia stimola le cellule beta del Pancreas, inducendole a produrre autonomamente insulina, ecco perché ha un importante ruolo anti iperglicemico nei pazienti di Diabete 2. Nell'ambito di uno studio il consumo ricorrente di estratto purificato di foglie di stevia non ha avuto effetti su concentrazione glicemica (glucosio), insulina, emoglobina A1c, lipidi nel sangue quali colesterolo e trigliceridi in soggetti con DT2. Questo studio ha monitorato 122 soggetti che hanno consumato quotidianamente 1000mg di estratto di foglie di stevia o placebo per 4 mesi. Non sono state rilevate differenze negli effetti collaterali riportati dai consumatori di estratto di foglie di stevia rispetto ai consumatori di placebo.
(source: Chronic consumption of rebaudioside A, a steviol glycoside, in men and women with type 2 diabetes mellitus)

Dal 2008 la FDA Food and Drug Administration ha dichiarato sicuro l’utilizzo di Stevia in alimenti e bevande. Sulla base della ricchezza degli studi scientifici effettuati si evince che la DMG di principio attivo è di 4mg/kg di peso corporeo.
Nel Novembre 2011 la EFSA European Food and Safety Authority ha adottato il regolamento UE 1131/2011 che ha concesso l'autorizzazione all'uso dei glicosidi steviolici come dolcificanti negli alimenti. All'additivo alimentare è stato assegnato il codice "E960" e lo stesso additivo è stato aggiunto all'elenco UE degli additivi alimentari autorizzati.
(source: Regolamento UE 1131/2011)

Coltivazione e futuro.
La stevia è originaria del Sud America ed è considerata una pianta “freddolosa”, un piccolo cespuglio perenne molto sensibile al freddo. Predilige posizioni di pieno sole, ma cresce senza particolari problemi, anche a mezz’ombra. Ad una prima analisi sembrerebbe non trovarsi una valida giustificazione per coltivare la Stevia in serra o in ambiente chiuso. Nei paesi come Cina, Sudafrica, Indonesia e Centro America, infatti, la coltivazione è fatta in pieno campo e con manodopera a basso costo, spesso ampiamente meccanizzata, un settore in cui si sono impegnate importanti aziende di produzione di prodotti edulcoranti anche alternativi, come Coca Cola, Unilever, Cargill tra le altre.
La coltivazione della Stevia in campo aperto sembra richiedere la stessa quantità d'acqua di insalata, radicchio o carota. Il fattore produttivo limitante è quindi l’acqua. Ecco che ne consegue la possibilità che una mirata gestione delle soluzioni fertilizzanti porti la coltivazione di Stevia di diretto interesse per le tecniche idroponiche, al pari degli sviluppi del pomodoro per esempio, smarcandola da naturale alternativa alla barbabietola da zucchero, tradizionalmente coltivazione da grandi superfici.
Inoltre la stevia cresce rapidamente e dal punto di vista dei fitopatogeni non presenta parassiti fortemente condizionati, solamente alcuni funghi spontanei se coltivata per aspersione, ma sono problematiche gestibili in ambiente anche solo parzialmente controllato.
Coltivare la stevia in CEA sembrerebbe, perciò, una valida alternativa.
Le fasi primarie di breeding e prima crescita potrebbero trarre enorme vantaggio dall’utilizzo di un ambiente controllato e sopratutto della resa spaziale considerando lo sviluppo in verticale.
Secondo un recente studio di North Carolina State University at Raleigh la velocità di germinazione dei semi di stevia è maggiore su un vassoio riscaldato anche a temperature elevate, attorno a 40 ° C per meno di 24 ore, mentre la relativa percentuale di germinazione totale sarà inferiore. Pertanto, i progressi nel breeding possono essere migliorati (più cicli all'anno) utilizzando metodi che promuovono una germinazione più rapida (pur sacrificando una percentuale di germinazione più elevata). Questi parametri sono più gestibili se affranchiamo la fase di germinazione dall’ambiente esterno o, meglio, se la controlliamo totalmente inducendo le condizioni di gestione parametrica. Il lavoro di ottimizzazione, poi, della resa fogliare, può essere importante. Se i dati laboratoriali ci danno per massima la resa da 1/180 ( resa da 1 raccolto ogni 180 giorni), anziché 2/90 o 3/60, l’acquisizione di un maggior numero di dati ad una velocità di input maggiore potrebbe indicare meglio quale strada seguire per la ottimizzazione della resa.
La stevia è peraltro auto-sterile, pertanto, i programmi di breeding dovranno evitare l’auto-impollinazione e utilizzare l'impollinazione aperta o l'impollinazione incrociata controllata per produrre semi per la riproduzione e il test, evitando i metodi che utilizzano linee pure o ibridi.
La fase di germinazione può quindi trovare ampio aiuto e beneficio dagli ambienti controllati indoor. Una problematica diffusa è la difficoltà di controllo delle infestanti. Si utilizzano sistemi empirici, come la pre-irrigazione, ma anche sostanze chimiche e erbicidi che lavorano in stevia per colture sia annuali che perenni.
La dolcezza ottenuta dalle foglie di stevia è dovuta, come detto, allo stevioside e al rebaudioside. Lo Stevioside ha un retrogusto amaro, che lo rende meno adatto per l'uso come dolcificante, mentre il Rebaudioside-A è dolce senza retrogusto amaro, quindi è il composto preferito per l'isolamento dalle foglie essiccate.
Ma nessuno dei composti dolci di stevia metabolizza nel corpo umano, rendendoli perciò non-calorici.
Inoltre, se la ricerca degli ultimi anni è sostanzialmente mirata sia all’incremento delle proprietà edulcoranti che alla riduzione assoluta delle sostanze amareggianti o amaricanti - in Italia per esempio retaggio di pochi laboratori universitari in collaborazione con limitate aziende florovivaistiche -, è presumibile che uno studio sui corretti spettri e esposizione luminosi potrebbe contribuire all’abbattimento della parte amaricante e generare un nuovo prodotto che entrerebbe prepotentemente sul mercato degli edulcoranti naturali.
Sembra oramai appurato come lo sforzo di estrazione della parte edulcorante debba concentrarsi sull’apparato fogliare, anche se sia il genotipo che l'ambiente influenzano il contenuto di glicosidi steviolici nel raccolto di stevia.
A pari condizioni di luce naturale e di micromoli, una corretta esposizione agli spettri UV, anche in particolare oltre i 400 nm, area dell’UV-A (400‒315 nm), sembra poter ridurre il bitterness, la percentuale di amaricante in foglie, così come accade nelle lattughe per esempio, agendo sulla biosintesi di metaboliti secondari come i flavonoidi colorati. Inoltre una amarezza più acuta sembra correlata alla diminuzione della temperatura delle foglie -da 5 a 9 ° C inferiore all'ombra dell’ambiente naturale circostante - e alla traspirazione nella scala diurna, così come ad alcuni parametri di interscambio gassoso tra le stesse.
I dati, prevalentemente ricavati da analisi su stevia, yerba mate e menta, forniscono solo una basilare indicazione delle possibilità, in quanto spesso ricavati da feedback sensoristici su piante in campo aperto o in porzioni di ambiente controllato, in serra o in laboratorio. Peraltro sono dati forniti elaborando solo il 2-10% di PPFD, percentuale derivante dalla naturale sovrapposizione fogliare, considerando che in ambiente aperto si perdevano percentuali di PPFD dal 10% al 30%, a seconda se si analizzavano le punte fogliari o le corone.
Esistono infine numerosi studi sull’abbattimento degli amaricanti nelle lattughe e nelle insalate in genere che potrebbero essere un punto di partenza importante per lo sviluppo di una stevia ottimizzata alla trasformazione in sostanza idrolata.
Non ultimo, le grandi aziende detengono numerose patenti internazionali sulla pianta e sui suoi processi di trasformazione, ma modificare il processo di crescita potrebbe incunearsi nei meandri dei brevetti e fornire un prodotto in valore di massa assoluta molto più alto e con qualità spiccatamente elevate.

I canali di entrata sul mercato potrebbero essere molteplici, come numerose le loro ibridazioni.
Dalla coltivazione industriale del prodotto, sino alla sua trasformazione e anche alla fornitura di piante ottimizzate da poter crescere.
Rimane, infine, la validazione dei vari modelli che possono essere costruiti intorno alla coltivazione della stevia. Negli ultimi anni si è visto spesso paragonare le iniziative su stevia alle bolle costruite attorno alle coltivazioni di bambù o di zafferano. Ma le valutazioni mancavano di un dato importante, la possibilità di coltivare in CEA. Non sappiamo se modelli creati su questa base possano funzionare in relazione ai ROI o ad indici di profitto industriale, andrebbero prima costruiti e poi correttamente analizzati.
Certo è che gli scenari di consapevolezza di un mercato, che sempre più si affranca da edulcoranti chimici o sintetici a favore di sostanze naturali, spingono almeno ad una necessità di valutazione.

Source: Bernardo Cigliano All Rights Reserved
Photo Credits: North Carolina State University at Raleigh

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