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
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
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:
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.