Пищевая промышленность
Сегодня проводится множество исследований применения ферментов Trametes versicolor (траметеса разноцветного) в области продуктов питания. Ферментация их компонентов может привести к значительному улучшению функциональных характеристик. Ферменты траметеса — лакказа, пероксидаза и тирозиназа, способны катализировать окисление белков, полисахаридов и полифенолов и обладают хорошим потенциалом для создания пищевых коллоидов [1].
Кроме этого, T. versicolor содержит различные биологически активные вещества: полисахариды, стерины, фенолы и тритерпеноиды. Они обладают антирадикальной, антиоксидантной, антибактериальной активностью и ингибируют (подавляют) ацетилхолинэстеразу — важное свойство с точки зрения неврологии. Все это открывает возможности использования гриба в пищевой промышленности в виде биомассы или экстрактов.
Еще один аспект применения в этой области траметеса разноцветного — получение ценных полифенолов для продуктов питания. Некоторые виды лигноцеллюлозной биомассы богаты «хорошими» фенольными соединениями, такими как эллаговая кислота, галловая кислота, кофейная кислота, пирокатехол, катехин, феруловая кислота и другие. Но традиционные способы их извлечения, как правило, не отвечают требованиям пищевой промышленности. Твердофазная ферментация или ферментативная обработка траметесом, может стать «чистой» альтернативой технологий производства полифенолов из субстратов, богатых фенолом [2].
Кормопроизводство
В животноводстве лигноцеллюлозные биомассы часто используются как полноценный корм или как добавки в кормовой смеси. Затраты на корма составляют 60-70% от всех затрат в животноводстве. Причем 25% кормов переходят в отходы, поскольку не перевариваются скотом. Плохое усвоение корма приводит к выделению животными большого количества паров метана (в результате отрыжки и газоиспускания). По этой причине животноводство рассматривают в качестве одного из основных источников выбросов метана — фактора глобального потепления. Помимо этого, неполное переваривание кормов отражается на составе и объемах сточных вод и навоза в животноводстве, что также вызывает серьезные экологические проблемы.
В ходе многочисленных экспериментов выяснилось, что различные виды фуража, ферментированного Trametes versicolor, обладают более высокой питательной ценностью и лучше усваиваются крупным рогатым скотом. В настоящее время активно разрабатываются стратегии питания крупного рогатого скота, включающие соответствующую рецептуру и надлежащее использование ферментированных добавок [3].
Очищение воды
Ранее мы описывали, как использование грибных культур способствует биодеградации органических микрозагрязнений (фармацевтические препараты, красители другие). Ферментативная система T. versicolor характеризуется высокими показателями разрыва межмолекулярных связей, деметилирования, гидроксилирования, дехлорирования и раскрытия ароматических колец. Но продукты биодеградации с участием грибных культур могут быть более токсичными, чем исходные вещества, поэтому в настоящее время исследования ориентированы на идентификацию этих продуктов и анализ их токсичности [4].
В процессе очистки сточных вод образуются значительные объемы осадков, которые могут быть утилизированы в качестве почвенных добавок. Но, как правило, этому препятствует наличие целого ряда загрязняющих веществ. Гранулы мицелия T. versicolor были успешно использованы для удаления различных загрязняющих веществ из такого рода осадков [5].
Очищение почвы
T. versicolor имеет хорошие перспективы использования для удаления загрязняющих веществ из почвы. В этой области грибные культуры обладают значительными преимуществами перед бактериями — они устойчивы к токсичным соединениям, благодаря содержащемуся в клеточных стенках хитину и внеклеточным ферментам. Кроме этого, форма роста гиф (нитевидных образований, поглощающих воду и питательные вещества) позволяет T. versicolor распространяться далеко от исходной точки (например, лигноцеллюлозной биомассы). Это также повышает эффективность биоремедиации почв [6].
Мицелиальные композиты
Известны примеры успешного культивирования T. versicolor на побочных продуктах сельского хозяйства для получения мицелиальных композитов, а также выделенного из мицелия хитина. Композиты из биомассы мицелия, привлекают коммерческий и научный интерес, благодаря экологически чистому процессу производства.
Мицелиальные композиты состоят из сетей нитевидных гиф. Вместо энергоемких процессов химического синтеза, для их создания используют биосинтез, в результате которого дешевые органические отходы превращаются в экономичные экологически чистые материалы. Эти продукты (вспененные полимеры) используются в основном для производства упаковки и строительных материалов. Их механические характеристики значительно варьируются и определяются архитектурой гиф, составом клеточной стенки и композитов и кинетикой роста.
В последнее время предложен целый ряд новых потенциальных областей применения мицелиальных композитов, включая акустические демпферы, суперсорбенты, бумагу, текстиль, конструкционные и электронные элементы. Но медленный рост биомассы ухудшает технико-экономические показатели крупномасштабного производства, которые должны конкурировать с показателями производства синтетических материалов.
T. versicolor имеет тримитическую гифальную систему, которая обладает более высокой скоростью удлинения гиф по сравнению с мономитическими гифальными системами. Благодаря этому гриб может быть хорошим производителем биомассы для мицелиальных композитов [7].
Производство биотоплива
Лигноцеллюлозная биомасса имеет хорошие перспективы использования в качестве возобновляемого ресурса для производства биоэтанола и биогаза. Но ее прямое преобразование в биотопливо представляет собой сложную задачу, из-за высокого содержания в сырье лигнина. Аналогичная проблема характерна для биогазовых заводов, поскольку лигнин не может быть преобразован в метан в процессе анаэробного сбраживания и оказывается в непереработанном остатке.
Для производства биоэтанола требуется селективная лигнинолитическая ферментная система, обеспечивающая удаление лигнина. Основное препятствие, ограничивающее крупномасштабное производство — стоимость отвечающих требованиям коммерческих ферментов для обработки лигноцеллюлозной биомассы. По этой причине лигнолитический потенциал T. Versicolor является предметом исследований в приложении к производству биоэтанола [8].
Биогаз в большинстве случаев производят путем совместного анаэробного сбраживания навоза и лигноцеллюлозной биомассы. Однако в этом процессе оба субстрата имеют низкую скорость гидролиза, что снижает эффективность производства биоэнергии. Выход метана часто не превышает 60% от теоретического,но в остатке анаэробного сбраживания присутствует значительная доля лигноцеллюлозной биомассы. Для ее предварительной обработки используют траметес разноцветный. Этот процесс прошел испытания на пилотных установках и имеет хорошие перспективы промышленного использования [9].
Статья подготовлена с использованием материалов Михаила Владимировича Вишневского.
Источники:
- Li X., Li S., Liang X. et al. Applications of oxidases in modification of food molecules and colloidal systems: Laccase, peroxidase and tyrosinase. Trends in Food Science and Technology, v. 103, pp. 78–93.
- Maderia Jr., J.V., Teixeria C.B., Macedo G.A. Biotransformation and bioconversion of phenolic compounds obtainment: an overview. Critical Reviews in Biotechnology, 2015, v. 35, pp. 75–81.
- Tan B., Yin Y., 2017. Environmental sustainability analysis and nutritional strategies of animal production in China. Annual Review of Animal Bioscience, 2017, v . 5, pp. 171–184.
- Dalecka B., Strods M., Juhna T., Rajarao G.K., 2020. Removal of total phosphorus, ammonia nitrogen and organic carbon from non-sterile municipal wastewater with Trametes versicolor and Aspergillus luchuensis. Microbiology Research, 2020, v. 241.
- Tisma M., Znidarsic-Plazl P., Selo G. et al. Trametes versicolor in lignocellulose-based bioeconomy: State of the art, challenges and opportunities Bioresource Technology, 2021, v. 330, an 124997.
- Nyanhongo G.S., Gübitz G., Sukyai P. et al. Oxidoreductases from Trametes spp. in Biotechnology: A Wealth of Catalytic Activity. Food Technology and Biotechnology, 2007, v. 45, pp. 250–268.
- Jones, M., Huynh, T., Dekiwadia, C., Daver, F., John, S., 2017. Mycelium composites: a review of engineering characteristics and growth kinetics. J. Bionanosci. 11, 241–257.
- Kudahettige R.L., Holmgren M., Imerzeel P., Sellstedt A.Characterization of bioethanol production from hexoses and xylose by the white rot fungus Trametes versicolor. Bioenergy Research, v. 5, pp. 277–285.
- Pecar D., Pohleven F., Gorsek, A. Kinetics of methane production during anaerobic fermentation of chicken manure with sawdust and fungi pre-treated wheat straw. Waste Management, 2020, v. 102, pp. 170–178.