Producción inteligente y sostenible de nutracéuticos

La industria de los complementos nutricionales tiene dificultades inherentes como la reducida eficiencia de los procesos o las limitaciones de trazabilidad de las materias primas e ingredientes de origen natural. El presente proyecto identifica dichas áreas y propone nuevas soluciones tecnológicas de la Industria 4.0, como son el empleo de tecnologías de digitalización, que permitan monitorizar, simular y predecir un proceso biotecnológico de obtención de nutracéuticos.

Los socios de este proyecto lo tuvieron claro desde el principio, la trasformación de la cadena productiva en un sistema de producción en continuo maximizará la eficiencia del proceso global, disminuyendo la necesidad de almacenamiento y los costes, a la vez que incrementará el rendimiento, la calidad del producto y la capacidad de producción.

Para lograr este ambicioso objetivo de alcanzar una producción automatizada y en continuo, en primer lugar, y gracias a la Ingeniería Avanzada de Procesos, se está realizando un análisis de los procesos y equipos implicados en la producción de complementos nutricionales en sus diferentes fases. Desde la generación de materia prima a partir de insumos vegetales, pasando por el proceso de extracción de compuestos bioactivos, su almacenamiento y finalmente la formulación de los nutracéuticos. El control de los parámetros del proceso está siendo automatizado o semiautomatizado a través de la integración de datos recogidos mediante sensórica de control. Para ello se están midiendo diversos parámetros funcionales y se está evaluando la posibilidad de aplicar tecnologías de fotónica avanzada (sensores NIR y cámaras hiperespectrales) para su monitorización. Toda la información recogida se transfiere a una plataforma de adquisición y almacenamiento de datos. Este sistema Smart Factory, que centralizará toda la información, permitirá la toma de decisiones de manera automatizada y la generación de alarmas.

En paralelo a este trabajo de estudio y monitorización de los procesos productivos, se está realizando un estudio de simulación de la funcionalidad de los hongos mediante la aplicación de tecnologías ómicas y el análisis bioinformático. Para ello, se ha secuenciado el genoma de una de las cepas autóctonas propiedad de la empresa, y se ha realizado un análisis comparativo con el genoma de cepas asiáticas de referencia de la especie.

El análisis bioinformático se centra en genes implicados en la síntesis de metabolitos secundarios, que pueden tener un impacto muy importante en las relaciones de competición por los recursos disponibles o en la capacidad de adaptarse a ciertas condiciones medioambientales. Este tipo de genes son de gran interés para el proyecto, ya que pueden permitir la identificación de capacidades específicas en la cepa de hongos, que permitan generar un producto diferenciador y su futura explotación comercial. Este estudio in silico también permitirá predecir cómo incrementar la producción y concentración de dichos metabolitos. Posteriormente, con el fin de validar las posibles funcionalidades de estos genomas a escala laboratorio se realizará una evaluación de su expresión mediante la secuenciación del transcriptoma completo. Según los posibles tipos de muestra, y teniendo en cuenta consideraciones como las condiciones de cultivo, la complejidad de la muestra, la reproducibilidad, etc., se ha llevado a cabo una evaluación de las distintas condiciones experimentales a tener en cuenta en el análisis transcriptómico. 

Por último, los investigadores involucrados en el proyecto han comenzado a trabajar en la puesta a punto de los protocolos para la determinación de las posibles actividades funcionales de los extractos de hongos. Además de la capacidad antimicrobiana e inmunomoduladora, se explorarán otras funcionalidades que se han atribuido en la literatura científica a los compuestos bioactivos de ciertas especies de hongos, como la actividad antioxidante o la hepatoprotectora. En este sentido, se han detectado cambios en la actividad antioxidante en función del protocolo de extracción y el método de detección empleados. Para evitar estas incongruencias y alcanzar una perspectiva más biológica, se ha puesto a punto un método para determinar la actividad antioxidante utilizando líneas celulares.

También se ha comenzado el estudio para la determinación de la bioaccesibilidad y biodisponibilidad de las moléculas de interés utilizando distintas aproximaciones. En una fase más avanzada del proyecto se llevará a cabo un estudio clínico con suplementación oral y recogida de datos de secuenciación masiva para la identificación de patrones de intervención y personalización.

En la fase final del proyecto, de cara a perfeccionar los modelos de predicción desarrollados y su correlación con los procesos biotecnológicos reales, en función del tipo de metabolito secundario escogido, se seleccionarán los procesos y parámetros más adecuados, se optimizará el tiempo de ejecución y el gasto energético, y se automatizarán los procesos. Se tendrán en cuenta factores como el rendimiento, la reducción de residuos, limitación de riesgos microbiológicos, coordinación con otras fases del proceso, la producción de metabolitos específicos con concentraciones estandarizadas y la selección de fracciones con potenciales efectos a nivel sistémico en humanos.

En resumen, gracias a la aplicación de herramientas de cálculo avanzado y modelización, así como a herramientas de big data, se obtendrán productos innovadores y personalizados, adaptados a las necesidades de los pacientes y al consumidor final.