Закулисье культивирования и переработки съедобных грибов

культивирование 1

В 2017 г. объем рынка грибов в мире составил около 80 млрд долларов США. На этом рынке представлены лекарственные грибы (38%), а также дикорастущие (8%) и культивируемые съедобные грибы (54%). В глобальном масштабе потребление культивируемых съедобных грибов увеличилось с 1 до 5,3 кг на душу населения в период с 1997 по 2017 г. Потребление съедобных грибов продолжает расти, в результате чего можно ожидать, что объем их продаж возрастет вдвое [1].

Какая за этим кроется проблема?

Учитывая приведенные данные, можно ожидать и значительное увеличение отходов грибного производства — культивирование съедобных грибов влечет за собой значительное количество отходов (отработанный грибной субстрат, на котором происходит культивирование грибов,  а также обрезки шляпок и ножек в качестве отходов кулинарной обработки). Эти отходы могут стать как источником экологических проблем, так и сырьем для производства целого ряда полезных продуктов, в том числе и продуктов с высокой добавленной стоимостью.

Масштаб производства отработанного грибного субстрата весьма значителен — по оценкам на 1 кг свежих грибов приходится 5 кг субстрата или 2 кг в пересчете на сухой вес. И отсутствие надлежащих решений относительно обращения отработанного грибного субстрата приведет к проблеме его утилизации в основных странах-производителях, которая по масштабам может сравниться с собственно задачей обеспечения населения пищевой продукцией в виде съедобных грибов.

В настоящее время культивирование грибов происходит на субстрате, состоящем из отдельных лигноцеллюлозных материалов (кукурузные початки, опилки, рожь, рисовая солома, пшеница и другие), либо в сочетании с добавками, для устранения дефицита питательных веществ. Эти материалы, частично подвергшиеся ферментации в процессе культивирования грибов, и определяют состав и свойства отработанного грибного субстрата.

Области применения грибных отходов

культивирование 2
Фото: Adobe Stock/M.Dörr & M.Frommherz

Переработке отработанных грибных субстратов посвящено множество теоретических и практический научных работ. Для их обобщения потребуется специальный очерк. Здесь упомяну лишь основные (безусловно, не все!) направления исследовательской активности в данной области:

  • изготовление субстратов для выращивания различных сельскохозяйственных культур, в том числе грибов;
  • удобрения и добавки для улучшения свойств почвы;
  • добавки в корма для животных;
  • производство энергии;
  • синтез сорбентов для очистки воды и ферментов для биоремедиации сточных вод;
  • производство не содержащих формальдегида фанерных материалов;
  • синтез средств для лечения животных и растений.

Биосорбенты

Одним из вариантов утилизации отходов переработки плодовых тел грибов является производство биосорбентов, которые можно использовать для очистки воды от ионов тяжелых металлов, красителей и других веществ [2, 3]. Это возможно, благодаря присутствию в биомассе плодовых тел (исходных или модифицированных химической обработкой) хитина и различных функциональных групп (амиды, амины, карбоксилы, карбонилы, гидроксилы, сульфонаты, сульфгидрилы, фосфаты и фенольные группы). Чтобы получить биосорбент, нужно подвергнуть биомассу сушке при температуре 40–80 С в течение суток.

Еще один вид биосорбента, который можно получить из грибного субстрата — это биоугли. Их получают путем пиролиза биомассы грибов при 450–750 С в течение 2–4 часов, как правило, в анаэробных условиях. Структура и физико-химические свойства биоугля обуславливают хорошие перспективы его использования для очистки воды, например, от ионов тяжелых металлов [4].

Нанотехнологии

культивирование 3
Фото: Adobe Stock/Cloudy Design

В последние годы активно развиваются технологии синтеза биогенных наночастиц с использованием растительных экстрактов и разного рода биоактивных материалов. Когда для этих целей используются грибы, синтезируемые наночастицы называют микогенными. При воздействии токсичных соединений металлов, для детоксификации грибы выделяют ферменты, белки и пептиды. В этих условиях происходит реакция восстановления солей металлов до металлов в виде наночастиц. Таким путем получают микогенные наночастицы серебра, золота, селена, меди, оксида титана, оксида цинка, которые подходят для использования промышленности, медицине и сельском хозяйстве [5].

Наличие в биомассе грибов углеводов, аминокислот, полисахаридов, лимонной кислоты, флавоноидов, липидов, витаминов и белков позволяет синтезировать из биомассы грибов еще один наноматериал — углеродные точки. Это наночастицы размером до 10 нм, которые находят применение в биомедицине, системах хранения энергии и очистки воды, синтезе пищевых добавок, идентификации патогенов и обнаружения тяжелых металлов [6].

Косметология

Благодаря наличию в биомассе съедобных грибов лентинана, каротиноидов, керамидов, схизофиллана, жирных кислот и ресвератрола, грибные отходы могут использоваться в составах средств для ухода за кожей. Согласно исследованиям, антиоксидантные и противовоспалительные свойства грибов помогают решить многие косметологические проблемы. Одним из наиболее перспективных подходов производства грибной косметической продукции считается создание полутвердых базовых кремов с микрокапсулированными грибными экстрактами [7].

Статья подготовлена с использованием материалов Михаила Владимировича Вишневского.

Источники:

  1. Royse D.J., Baars J., Tan Q. Current overview of mushroom production in the world. In: Zied D.C., Pardo-Giminez A. (eds) Edible and medicinal mushrooms: technology and applications. JohnWiley & Sons LtD, Hoboken, 2017, pp 5–13.
  2. Eliescu A., Georgescu A.A., Nicolescu C.M. et al. Biosorption of Pb(II) from aqueous solution using mushroom (Pleurotus ostreatus) biomass and spent mushroom substrate. Analytical. Letters, 2020, v. 53, pp. 2292–2319.
  3. Akar S.T., Gorgulu A., Kaynak Z. et al. Biosorption of reactive blue 49 dye under batch and continuous mode using a mixed biosorbent of macro-fungus Agaricus bisporus and Thuja orientalis cones. Chemical Engineering Journal, 2009, v. 148, pp. 26–34.
  4. Wang X., Li X., Liu G. et al. Mixed heavy metals removal from wastewater by discarded mushroom-stick biochar: Adsorption properties and mechanisms. Environmental Science. Processes & Impacts, 2019, v. 21, pp. 584–592.
  5. Sriramulu M., Shanmugam S., Ponnusamy V.K. Agaricus bisporus mediated biosynthesis of copper nanoparticles and its biological effects: An in-vitro study. Colloid and Interface Science Communications, 2020, v. 35, an 100254.
  6. Zulfajri M., Rasool A., Huang G.G. A fluorescent sensor from oyster mushroom-carbon dots for sensing nitroarenes in aqueous solutions. New Journal of Chemistry, 2020, v. 44, pp. 10525–10535.
  7. Taofiq O., Heleno S.A.,  Calhelha R.C. et al. Mushroom-based cosmeceutical ingredients: Microencapsulation and in vitro release profile. Industrial Crops and Products, 2018, v. 124, pp. 44–52.