Производство мицелия: Производство мицелия грибов в домашних условиях

Содержание

Производство мицелия грибов в домашних условиях

Грибы в природе размножаются преимущественно спорами, однако они способны и к вегетативному размножению с помощью кусочков грибной ткани. Эту особенность давно подметили грибоводы и до конца прошлого столетия в качестве посадочного материала использовали дикорастущую грибницу. Для выращивания шампиньона брали грибницу на навозной свалке, если же в неблагоприятные годы на свалках грибница развивалась плохо, то ее размножали в специальных разведочных теплицах. Для этого грибницу высаживали в подготовленные навозные грунты, но сверху землю не насыпали, с тем чтобы не вызвать плодоношение. Когда субстрат почти полностью был пронизан разросшейся грибницей, его вынимали и использовали как посадочный материал. Слегка подсушенный субстрат, пронизанный грибницей, мог сохраняться годами. В СССР таким методом получения мицелия шампиньона пользовались уже в 30-е годы. Однако такая грибница не давала высоких урожаев, быстро вырождалась, при посадке такого мицелия заносились и посторонние микроорганизмы, грибы (контаминанты), тормозящие рост и ухудшающие плодоношение шампиньона. Поэтому ученые вели поиск новых возможностей. В 1894 г. в Пастеровском институте во Франции была получена первая чистая культура гриба, выращенная на специальной питательной среде из спор шампиньона. Грибница, выращенная в стерильных условиях, имела значительно больший потенциал. Споровая грибница быстро приживалась, активно росла на компосте, плодоношение ее наступало значительно раньше, чем при использовании «дикого» мицелия. Поэтому уже с середины 20-х годов в большинстве стран — производителей шампиньона работали лаборатории по производству мицелия. В Советском Союзе способ получения стерильной грибницы был разработан в начале 30-х годов. Вначале грибницу выращивали на простерилизованном компосте, одновременно велся поиск других питательных сред. В 1932 году был запатентован способ выращивания мицелия на пшеничном зерне. Сейчас зерновой мицелий использует большинство грибоводов мира. В современных грибоводческих хозяйствах для культивирования грибов используют мицелий, выращенный на зерне пшеницы, ржи, ячменя, овса, проса, кукурузы и других злаков. При выращивании вешенки и других грибов, растущих в природе на древесине, посевной мицелий можно готовить как на зерне, так и на лузге подсолнечника, соломе, виноградных выжимках, смеси опилок и т.д.

Технология получения мицелия

Маточную культуру (мицелий) получают в результате посева спор, выделения из части плодового тела и в результате селекционной работы. В качестве питательных сред для культивирования высших базидиомицетов рекомендуются следующие:

сусло-агар: для его приготовления берут 1 литр пивного сусла 7—8° по Баллингу, добавляют 20 г агар-агара и варят до полного его растворения. Сусло-агар в горячем виде разливают по пробиркам (примерно 1/3 объема), закрывают ватно-марлевыми пробками и стерилизуют в течение получаса при давлении 1,5 атмосферы и температуре 101° С. После стерилизации пробирки устанавливают на столе в сильно наклонном положении так, чтобы среда не доходила до пробки на 3-4 см и при застывании имела большую поверхность.
овсяной агар: овсяная мука — 30 г, вода — 970 мл, агар —15 г. Овсяная мука кипятится в воде 1 час при помешивании, затем фильтруется через фильтр Гаузе;
морковный агар: экстракт моркови — 400 мл, вода — 600 мл, агар —15 г, рН=6,0.

Раздробленная морковь смешивается с водой в отношении 2:5, отваривается в течение 30 минут, фильтруется. Кроме приведенных примеров питательных сред имеется ряд других. Наиболее часто употребляемой является сусло-агар. После того как среда застыла, в пробирку в стерильных условиях вносят маточную культуру, споры или часть плодового тела гриба.

Рис.1. Этапы выращивания посевного мицелия:

1 — кусочек плодового тела гриба; 2 — пробирка с чистой культурой; 3 — чашка Петри с культурой гриба; 4 — молочная бутылка с зерновым мицелием; 5 — трехлитровая банка с мицелием; 6 — готовый посевной мицелий в полиэтиленовом пакете

Эту операцию проводят при помощи инокуляционной петли, которую можно изготовить из обыкновенной вязальной спицы или стальной проволоки, загнув на 100 мм: ее конец и сточив его на нет. Во избежание попадания посторонних микроорганизмов инокуляционную петлю перед применением прокаливают над открытым огнем. Затем, если для получения культуры используют часть плодового тела, гриб аккуратно разламывают на две половинки и из верхней части ножки при помощи инокуляционной петли вырезают кусочек ткани гриба. Для обеспечения стерильности его окунают в перекись водорода, а затем над пламенем горелки открывают пробирку с питательной средой и помещают на нее кусочек ткани гриба. Петлю вынимают, пробирку закрывают предварительно обожженной над огнем пробкой. Во время этой операции нельзя класть пробку на стол, ее придерживают мизинцем правой руки.

Рис.2. Последовательность операций при внесении кусочка плодового тела гриба на стерильную питательную среду

Пробирки на период зарастания кладут в термостат или затемненное помещение с температурой воздуха 24°С. Через пару недель грибница полностью освоит питательную среду, и ее можно будет использовать для дальнейшего размножения. Маточные культуры хранят при температуре 1—2° С, ежегодно пересевая на свежую питательную среду. При длительном хранении и частых пересевах маточных культур проводят микробиологический контроль. При выращивании шампиньона в качестве посевного материала используют компостный и зерновой мицелий. Для приготовления компостного мицелия берут готовый шампиньонный компост, приготовленный по вышеописанной технологии, и помещают его в трехлитровые банки. Банки заполняют на 2/3 объема, субстрат уплотняют, в центре компоста делают отверстие диаметром 2,5-3 см. После этого банку закатывают металлической крышкой, имеющей отверстие диаметром 2,5-3 см. Отверстие затыкают ватно-марлевой пробкой. Банки с компостом стерилизуют в автоклавах в течение 1,5-2 часов при давлении 2 атмосферы. После остывания субстрата до 24° С в специальном стерильном помещении (бокс, инокуляционная) в банку вносят чистую культуру гриба, выращенного на питательной среде или на зерне.

В каждую банку через отверстие в крышке вносят 25-35 г зернового мицелия или содержание одной пробирки с чистой культурой. Если инокуляцию проводят культурой, выращенной на агаровой среде, то для того, чтобы отслоить содержание пробирки от ее стенок, пробирку и инокуляционную петлю некоторое время держат над пламенем горелки. Затем над пламенем открывают пробирку, вводят в нее инокуляционную петлю и отслаивают среду с чистой культурой от стекла. После этого быстро вынимают пробку из крышки банки и с помощью инокуляционной петли вносят содержимое пробирки в банку. Отверстие в крышке банки сразу закрывают.

Рис.3. Внесение чистой культуры на стерильный субстрат при получении субстратного (зернового, компостного) мицелия

Более подробно мы остановимся на подготовке зерна. Для получения зернового мицелия к 10 кг зерна добавляют 15 литров воды и варят, в зависимости от твердости зерна, в течение 0,5-1 часа на слабом огне. Готовое зерно должно быть не разваренным, но мягким. Для производства мицелия шампиньонов варить зерно придется несколько дольше, чем для приготовления мицелия вешенки. Затем воду сливают, а зерно помещают на чистую поверхность слоем 2-3 см для подсыхания. Иногда для ускорения процесса поверхностного подсыхания зерна используют приспособление, показанное на рис .4, состоящее из деревянного короба 1 с вмонтированным в него обычным комнатным вентилятором. Сверху короб накрывается мелкоячеистыми сетками 3, на которые насыпают зерно 4. К зерну добавляют 120 г гипса и 30 г мела.

Рис.4. Приспособление для ускоренной сушки зерна

При помощи этой операции регулируется кислотность субстрата и улучшается его структура. Затем зерном заполняют литровые молочные бутылки, одно-, двух-, трехлитровые банки или полипропиленовые пакеты. Емкости закрывают ватно-марлевыми пробками и помещают в автоклав. Автоклавирование проводят в течение 1-1,5 часа при давлении 1,5 — 2 атмосферы. После того как субстрат остынет, емкости переносят в инокуляционную, включают бактерицидную лампу и оставляют на час. Через 15 минут после выключения бактерицидной лампы в емкости со стерильным зерном вносят мицелий, таким же образом, как и при производстве компостного мицелия, описанного выше. После инокуляции емкости ставят в термостаты с температурой 24°С, до полного освоения субстрата мицелием. Качественный зерновой мицелий может быть использован для засева новых емкостей с зерном, в зависимости от вида гриба таких пересевов может быть 5-7, после чего нужно снова использовать свежую маточную культуру. Готовый зерновой мицелий (если при его производстве использовалась стеклянная тара) расфасовывают в полиэтиленовые пакеты и реализуют, а стеклянные емкости используют для дальнейшего производства грибницы. Полипропиленовые пакеты используют однократно, при их применении отпадает необходимость в фасовке и уменьшается вероятность попадания на зерно посторонних микроорганизмов. Зерновой мицелий можно хранить при температуре 0 +2° С 3-4 месяца, а компостный — около года. Во время культивирования емкости с развивающейся грибницей нужно периодически просматривать. При обнаружении на зерне пятен зеленого, бурого или оранжевого цвета (грибных загрязнителей) или потемневших слизистых зерен и жидкости с характерным запахом (бактериальное заражение) такие емкости немедленно удаляют из термостатировочного помещения и стерилизуют в специально отведенном для этих целей автоклаве при давлении 2-2,5 атмосферы в течение двух часов.

Скорость роста у мицелия разных видов грибов неодинакова. Так, мицелий вешенки способен освоить объем зерна, размещенного в литровой молочной бутылке, за неделю, а кольцевику и шампиньону для этого понадобится в три раза больше времени. Эти особенности необходимо учитывать при производстве мицелия.

Рис.5. Схема лаборатории по производству мицелия

Для получения качественного посевного мицелия необходима специальная лаборатория и квалифицированные специалисты-микологи. На рис. 5 показано примерное расположение комнат в такой лаборатории.

В ней имеется: кладовая для хранения зерна, мела, гипса, банок, бутылок и другого инвентаря; варочная, оборудованная варочными котлами или плитами, в которой происходит процесс варки зерна, его просушивание и фасовка в емкости, моечная, в которой моют стеклотару; автоклавная с, желательно, проходными автоклавами; бокс (инокуляционная комната), оборудованный бактерицидной лампой и оснащенный бактерицидными фильтрами (хорошо зарекомендовал себя фильтр Петрянинова), в котором должна поддерживаться стерильность и где проводят пересевы; инкубационная, в которой на стеллажах размещают емкости с растущим мицелием; холодильная камера для хранения маточных культур и готового к реализации мицелия. У грибоводов-любителей часто возникает вопрос: можно ли приготовить мицелий в домашних условиях? В принципе можно, хотя ориентироваться на это вряд ли стоит. Зерно, приготовленное по вышеописанной технологии, расфасовывают в литровые молочные бутылки, закрывают пробками, а сверху алюминиевой фольгой. Затем бутылки помещают в кастрюлю с водой и кипятят два раза по два часа с интервалом в сутки. При этом происходит стерилизация субстрата, и микробы, присутствующие на зерне, погибают. При кипячении нужно следить за тем, чтобы вода не намочила пробки.

Рис.6. Дробная стерилизация в домашних условиях

Камнем преткновения при выращивании мицелия в домашних условиях может стать момент внесения чистой культуры в емкости с зерном. Дело в том, что в 1 м3 воздуха содержится от 5 до 20 тысяч микроорганизмов, поэтому в обычных условиях трудно избежать заражения. Для того чтобы обеспечить стерильность в момент инокуляции используют микробиологическую микролабораторию, общий вид которой показан на рисунке 7. Домашняя микролаборатория представляет собой герметично закрывающийся ящик с вмонтированным стеклом на верхней крышке, бактерицидной лампой и обычной лампой накаливания, прикрепленными к боковым стенкам, и рукавами с резинками, расположенными на передней стенке. Имея такую микролабораторию и поддерживая в ней стерильность, вы сможете делать пересевы практически в любом помещении.

Рис.7. Домашняя микролаборатория

Самой лучшей заменой натуральной кожи оказались грибы

В своё время слово дерматин было исковеркано народом и превратилось в «дермантин». Качество этой замены натуральной кожи было настолько низким, что маркетологи магазинов придумали новое слово ‒ «экокожа». Эдакая кожа, но более экологичная. В том смысле, что при её производстве не погибло ни одно живое существо.

От замены названия, впрочем, мало что изменилось. Но учёные продолжают совершенствовать технологии во благо природы и человека. На днях международная команда исследователей, возглавляемая материаловедами Венского университета и Имперского колледжа Лондона, опубликовала обзор материалов и технологий, позволяющих создать замену натуральной коже… из грибов.

Как показали учёные, экокожа из грибов потенциально может обходиться дешевле и быть более экологически безопасным вариантом, чем кожа животных или её полимерные аналоги.

При ближайшем рассмотрении кожа, «выращенная»; из мицелия гриба, выглядит вполне прилично.

Почему же традиционное производство кожи вредит окружающей среде? Во-первых, разведение скота требует создания больших пастбищ и заготовки для животных корма и воды. Кроме того, крупный рогатый скот выделяет большое количество парниковых газов, усиливающих глобальное потепление.

Во-вторых, многие люди сегодня озабочены этической стороной проблемы. Они не хотят, чтобы из-за них умирали животные. Всё больше жителей развитых стран готовы отказаться от кожи и меха в пользу современных материалов с теми же функциональными свойствами (например, купить пуховик вместо шубы).

Однако и существующие варианты замены натуральной коже далеки от совершенства. Выглядят они не очень красиво, носятся плохо, да ещё и, как правило, не разлагаются естественным способом.

«Мы склонны думать, что синтетическая кожа лучше защищает окружающую среду», – отмечает Александр Бисмарк (Alexander Bismarck) из Венского университета.

Идея использования грибов в качестве основы для материалов и текстиля не нова. Грибной мицелий – практически неиссякаемый источник биомассы. Ещё в 1950-х годах производители бумаги обнаружили в клеточных стенках грибов полимер под названием хитин. Позднее его стали использовать для производства строительных материалов и даже модных тканей. К слову, в 2020 году клеточные стенки грибов обнаружили в огромных количествах в атмосфере Земли.

На протяжении тысяч лет люди совершенствовали технологии обработки кожи животных. Однако они до сих пор являются весьма экологически вредными из-за использования большого количества химикатов.

Те, кто хоть раз интересовался наукой о грибах микологией, знают, что тело гриба, которое растёт над поверхностью, – это лишь небольшая часть любого гриба. Под землей располагается гигантская грибница, которая представляет собой разветвлённую сеть нитевидных отростков, известных под общим названием мицелий. Именно из мицелия грибов можно производить новую кожу.

Бисмарк и его коллеги предполагают, что успехи в совершенствовании производственных процессов привели к тому, что кожа, полученная из грибов, теперь может соответствовать «функциональным и эстетическим ожиданиям потребителей».

В статье, вышедшей в журнале Nature Sustainability, учёные утверждают, что кожа, сделанная из грибов, решает этические проблемы, с которыми сталкивается кожа, полученная от животных, и экологические проблемы, с которыми сталкивается кожа синтетическая.

Такое производство более экологически устойчиво, чем кожа и её искусственные альтернативы, поскольку они не зависят от успехов животноводства или использования ископаемых ресурсов, пишут исследователи. Кроме того, замена кожи на основе биомассы грибов также поддаётся биологическому разложению по окончании своего срока службы и дешева в производстве.

Всё, что нужно сделать на данном этапе – это масштабировать производство такой «грибной» кожи. Если человек научится производить такую замену в больших количествах (а подобные разработки уже ведутся), то это станет новой большой отраслью промышленности.

«Значительный прогресс в производстве кожи на основе грибов и рост числа компаний, производящих [такой продукт], говорят о том, что этот новый материал будет играть значительную роль в будущем этически и экологически ответственных тканей», – добавляет Бисмарк.

Ранее Вести.Ru рассказывали о технологии создания обуви из зелёного чая и посуды из фруктового пюре, а также о том, что экологически чистые батареи можно сделать из листьев. Кроме того, дизайнер предложила использовать грибницу для экологически чистых похорон.

Климат и экология: Среда обитания: Lenta.ru

Спасти планету от глобального потепления и отказаться от сырья на основе полезных ископаемых миру помогут грибы — они оказались универсальным и полностью биоразлагаемым материалом. Как пишет Deutsche Welle, из грибов можно построить дом, собрать мебель и сшить обувь.

Выращивание грибов не потребует особых затрат — они не занимают много места, почти не требуют воды, а для питания используют мусор и побочные продукты сельского хозяйства, попутно очищая их от токсинов. Из мицелия (вегетативное тело грибов и актиномицетов, состоящее из тонких разветвленных нитей) можно производить практически все, что угодно — от обуви до гробов, упаковки и прочных строительных материалов.

Голландский дизайнер и исследователь Маурицио Монтальти (Maurizio Montalti) работает с мицелием уже десять лет. В 2018 году он основал компанию Mogu, которая выпускает продукцию на основе грибов — в том числе, мебель и прочную звукопоглощающую плитку. Мицелий Монтальти выращивает на отходах кукурузы, рисовой соломе, использованной кофейной гуще, морских водорослях и даже на раковинах моллюсков.

Материалы по теме

00:01 — 16 августа

Точка невозврата.

Глобальную климатическую катастрофу признали неизбежной. Что человечество может сделать для спасения?

00:01 — 3 августа

Убийственная мгла.

Как месторождение угля разрушило благополучие американского города и погубило его жителей

Крупные бренды, среди которых Adidas, Stella McCartney и Gucci, тоже обратили внимание на мицелий как на перспективный биоматериал. Однако производство на основе грибов пока что не стало массовым. Монтальти связывает это со сложностью создать из полностью разлагаемого сырья конкурентоспособный продукт.

Но у некоторых компаний все-таки это получилось. К примеру, голландская фирма Loop выпускает гробы из мицелия, которые после смерти сделают человеческое тело натуральным удобрением для почвы и помогут восстановить биоразнообразие планеты. В отличие от обычных гробов они не изолируют тело от микроорганизмов и позволяют образовавшимся в процессе разложения полезным веществам проникать в землю.

В Индонезии компания Mycotech делает обувь из эко-кожи на основе грибов — при ее производстве не приходится убивать животных, расходовать много воды и загрязнять атмосферу химикатами. Недавно обувь из грибов начал производить и Adidas — примером продукции из мицелия стала линейка кед Stan Smith Mylo.

Кроме того, с помощью грибов можно удалять токсины из строительных материалов вроде асфальта и нефтехимических отходов, чтобы использовать их повторно — так делает компания американская компания Mycocycle. Тем временем немецкая компания My-Co Space строит дома из композитных материалов, переработанных с помощью грибов. Постройки представляют собой фанерный каркас, который обшит блоками из мицелия. По мнению основательницы компании My-Co Space Веры Мейер, у материалов из грибов огромный потенциал, который поможет миру отказаться от использования полезных ископаемых.

Ранее ученые из Дании и Нидерландов предсказывали возникновение «грибных» городов. Они увидели в мицелии потенциал для строительства углеродно нейтральных домов, которые помогут противостоять климатическим изменениям и будут простыми в ремонте. По словам исследователей, если зданию потребуется ремонт, нужно будет добавить воды, чтобы стимулировать рост гриба.

Как вырастить мицелий вешенки в домашних условиях: технология производства и хранения

Все царство грибов можно условно разделить на три вида: шляпочные, плесневые и дрожжевые. Первая группа грибов самая распространенная, именно ее съедобных представителей употребляют люди и животные. Каждая из этих групп делится на различные подвиды, отличающиеся своими характеристиками, но их общей чертой является маточное тело, научное название которого – мицелий. О том, как вырастить и получить мицелий вешенки вы сможете узнать из этой статьи.

Что такое мицелий

Мицелий – это вегетативное тело гриба, которое способно менять свою структуру, зависимо от окружающей среды, путем образования специальных органов.

Он имеет тоненькие отростки, которые создают целую сеть микроскопических волокон. Эти волокна проникают в самые разные структуры (ткани деревьев, кору, корни), в субстрат, омертвленные ткани живых организмов и прочее, чтобы получать оттуда полезные и питательные вещества для своего роста. Мицелий является маточным материалом, который производят из грибковых спор в специальных лабораториях. Чтобы понять больше, стоит кратко рассмотреть его структуру.

Грифы. Это те нити, которые проникают в плодородную поверхность (древесину, корни растений, грунт, субстрат) и впитывают все необходимые для роста грибов минералы.

Склероции. Такое странное название получили плотные, твердые новообразования, которые возникают в результате изменений вегетативного тела грибов. Это защитная реакция микроорганизма на неблагоприятные условия. Таким образом, он погружается в твердую капсулу и способен сохранить свои споры при неблагоприятных условиях.
Стромы – отделенные от основного тела небольшие коконы (мумии). Это мелкие, плотные образования, которые появляются в тканях зараженного грибным мицелием растения. Стромы принимают участие в образовании новых форм мицелия.

Это три основных элемента строения промежуточной грибницы. Существуют и другие структурные элементы, которые образует грибница в результате своего прорастания на определенной почве и в определенной среде.

Особенности выращивания мицелий вешенок в домашних условиях: преимущества в сравнении с покупкой готовых

Огромной популярностью среди грибников-любителей пользуется технология выращивания мицелия вешенки из зерна в домашних условиях.

Зерновой мицелий вешенки, как правило, изготавливают в специализированных лабораториях, в стерильных условиях и при необходимом температурном режиме. Это дает гарантию качества, быстрого роста и формирования грибниц. Естественно, что наиболее продуктивным будет выращивание мицелия вешенок в специальных парниках, где соблюдены все климатические условия, при наличии качественного, профессионального оборудования и специально обученного персонала.

Но часто случается так, что люди, которые хотят самостоятельно и в небольших количествах выращивать грибы, не имеют возможности приобретения в своем регионе мицелия желаемого вида грибов.

В таком случаи более рациональным будет самостоятельное приготовление мицелия вешенок для домашнего выращивания. Необходимость в этом может быть обусловлена плохим качеством покупного материала. Такое бывает очень часто, ведь многие посредники нацелены лишь на получение прибыли, не соблюдая все условия хранения. Такой мицелий теряет свои свойства и не способен полноценно плодоносить. Поэтому более опытные грибоводы предпочитают самостоятельно готовить посадочный материал.

Исходя из этого, можно выделить несколько преимуществ домашнего производства мицелия вешенки:

В первую очередь, это цена. Как ни крути, приготовленный своими силами материал будет стоить гораздо дешевле готового покупного.
Вы будете на 100% уверены в его качестве, а в некоторых случаях домашний мицелий превосходит лабораторный.

Единственный недостаток домашнего мицелия – длительный темп роста.

Технология производства в домашних условиях: поэтапная инструкция выращивания мицелий вешенок

Вырастить мицелий вешенок в домашних условиях не составит большого труда. Необходимо запастись терпением и верой, так как это процесс длительный и трудоемкий. Чаще всего вегетативное тело разводят на рифленом картоне или на дереве, но для этого понадобятся большие площади и специальные условия. Проще всего вырастить хороший мицелий на субстрате злакового зерна – зерновой. Именно эту технологию использует большинство лидирующих компаний производителей.

Весь процесс получения мицелий вешенки можно условно разделить на несколько этапов.

Добыча маточного мицелия

Маточное тело (споры) – это основа зарождения и развития грибницы в целом. Производят его из плодового тела грибов, а точнее их верхней части (шляпки). Именно под шляпкой вешенки находятся споры. Для выращивания используют только свежие грибы, без повреждений и заболеваний.

Обратите внимание! Самое важное в этом деле – стерильность. Необходимо полностью исключить контакт мицелия и субстрата с окружающей средой. Все инструменты должны быть стерильны, иначе существует большой шанс развития бактерий в субстрате.

Вот пошаговая инструкция получения маточного мицелия вешенки.

Разрезаем гриб пополам и и при помощи пинцета отделяем небольшой кусочек (лучше всего выбирать участок ближе к шапочке).
Далее, нужно обработать этот кусок при помощи перекиси водорода, иначе говоря, обеззаразить. Таким образом избавляемся от возможных паразитов или личинок, которые могли находиться внутри грибочка.
Затем обработанный кусочек вешенки помещают в пробирку с измельченным зерном и плотно закрывают. В качестве субстрата также можно использовать агар (морковный, картофельный, овсяной).
Теперь необходимо оставить сосуд на 2 недели в теплом месте, в которое не попадают ни сквозняки, ни прямые солнечные лучи.

Памятка! Развивающийся качественный мицелий вешенки выглядит как пушистый белый налет, имеющий аромат свежесрезанных грибов.

Получение промежуточной грибницы

Питательную почву для выращивания маточного мицелия можно приготовить самостоятельно. Отличным вариантом станут зерна овса или ржи.

Важно! Для приготовления субстрата не стоит использовать зерна двух видов. При взаимодействии друг с другом они могут забродить, а маточный мицелий пропадет.

Поэтапная инструкция получения промежуточной грибницы:

Зерна помещают в кастрюлю и заливают водой так, чтобы зерно было покрыто на 3-4 сантиметра, и проваривают в течение получаса.
Далее, зерно процеживают, просушивают и смешивают с гипсом и известью.
Тем временем необходимо простерилизовать банки (привычным способом, как для консервации).
Затем уложить в банки субстрат на 2/3 (зерно с гипсом и известью).
Теперь в полученную субстанцию необходимо добавить посадочный материал, полученный на предыдущем этапе.
Результатов следует ждать около 2 недель, опять же оставив банки в теплом помещении.

Важно! Если вы заметили, что в процессе прорастания мицелия, на зернах начали появляться темные пятна и черные точки – это значит, что в субстрате присутствуют посторонние бактерии. Вероятнее всего, субстрат или рабочий инструмент был недостаточно стерилен. Не стоит сразу паниковать! Поместите банки под свет кварцевой лампы на сутки, это поможет убить все бактерии и предотвратить дальнейшее их распространение.

Пошаговая видеоинструкция по выращиванию мицелий вешенки в домашних условиях

Как хранить мицелий вешенки

Хранить мицелий вешенки не очень сложно, т.к. он не является скоропортящимся продуктом.

При температуре +1…+5 С на нижней полке холодильника (в зимнее время это может быть подвал) мицелий вешенки может храниться на протяжении до 1 года.

Испортиться мицелий может при температуре выше +30…+32 С.

Также существует еще 2 способа долгого хранения мицелия вешенки. Первый — это хранение в морозильной камере при температуре -20 С, второй — его помещение в жидкий азот. Второй способ, как правило, используется в промышленных условиях. Поэтому для домашнего хранения мицелия вешенки необходимо использовать морозильную камеру.

Обратите внимание! Многократные оттаивания и последующие замораживания могут привести к порче материала.

Для более удобного хранения, мицелий можно расфасовать в вакуумные пакеты, которые предварительно подвергаются термической обработке. Их помещают в кипящую воду на 15 минут, после чего просушивают, а уже потом в них расфасовывают сам посевной материал. При таком хранении, необходимо быть особо осторожным. Если вы раскрыли пакет или его разгерметизация произошла вследствие разрыва, необходимо в срочном порядке произвести высадку, иначе мицелий станет непригодным. Повторную фасовку делать не имеет смысла.

Видео: как правильно хранить мицелий вешенки

Как уже стало понятно, вырастить маточный мицелий вешенки в домашних условиях вполне возможно и очень просто. Необходимо немного терпения и ответственного отношения к делу. Главное то, что в качестве собственноручно произведенного посадочного материала вы будете уверены на 100%. Немаловажным является тот факт, что себестоимость такого продукта будет в три, а то и в четыре раза ниже, чем у продукции крупных компаний по производству мицелия. Придерживаясь четкого руководства по производству мицелия, вы сможете вырастить качественный промежуточный материал для культивации грибов вешенок.

Видео: как сделать зерновой мицелий вешенки дома

Вконтакте

Одноклассники

Мой мир

Facebook

Twitter

Поставщики оборудования для грибоводства и мицелия — Грибы: шампиньоны, вешенка

Выращивание грибов на продажу сегодня перспективный и динамично развивающийся вид бизнеса. Наибольшей популярностью среди грибоводов пользуются вешенки, благодаря несложной технологии их выращивания. Сбор урожая каждый день, небольшие капиталовложения и высокий спрос на продукцию — все это позволяет выйти на достаточно быструю окупаемость. Однако, предприниматель может столкнуться и с недостатками, среди которых небольшой срок хранения и хрупкость продукта, организация транспортировки и т.д. Субстрат для вешенок можно изготовить самим, а можно приобрести уже готовый. О перспективах развития грибоводства мы поговорили с генеральным директором ООО «Мир сладостей» Николаем Подлесновым.

– Николай Меркурьевич, сначала хочется спросить: почему вы называетесь «Мир сладостей» и при этом занимаетесь другими видами бизнеса, основным из которых сегодня является грибоводство?

– Предпринимательской деятельностью я начал заниматься еще с 1994 года. ООО «Мир сладостей» мы зарегистрировали в 2011 году по инициативе главного бухгалтера Шахнозы Юнусовны Сарваровой, которая и является вдохновителем концепции формирования бизнеса. Компания активно развивалась, и для повышения эффективности технологических решений стало необходимо отдельно выделить деятельность по производству выпечки и кондитерских изделий, от которой по ряду причин скоро пришлось отказаться. При этом название компании мы решили сохранить, потому что рассчитываем в будущем расширить деятельность и вернуться к бизнесу производства хлебобулочных изделий и сладостей.

– Когда и почему вы перешли на грибоводство и каких результатов удалось достичь на сегодняшний день?

– Выращиванием грибов мы начали заниматься плотно в 2019 году. Мысль об этом давно меня посещала: родители были работниками сельского хозяйства в советское время, и представление об этом виде деятельности я имел. Но непосредственно заняться грибным производством меня вдохновил наш, на тот момент будущий, инженер-технолог Михаил Анзорович Барканов, с которым я волей случая познакомился несколько лет назад и который оказался настоящим мастером своего дела. Он смог убедить меня, что производство грибов – простой, доходный и малозатратный бизнес, не требующий особых технологий. Но на деле все оказалось не так просто: требовалось изучать не столько процесс выращивания грибов, сколько рынок сбыта. Столкнувшись с различными проблемами, мы обратились к руководителю Всероссийского научно-исследовательского института овощеводства — филиала ФГБНУ «Федеральный научный центр овощеводства», доктору экономических наук, академику общероссийской академии нетрадиционных и редких растений Анатолию Федоровичу Разину. Сотрудничество с Институтом обеспечило научную основу для нашего бизнеса и придало уверенности. А благодаря консультационному участию доктора сельскохозяйственных наук, главного специалиста отдела защищенного грунта Натальи Леонидовны Девочкиной, мы, в конечном итоге, остановились на выращивании вешенок. Штаммы были выбраны самые простые — НК-35 и П-80, они дают хороший урожай, неприхотливы, не требуют больших технических вложений, практичные по сравнению с другими видами (сортами) грибного царства. Помощь и информационная поддержка таких крупных специалистов способствует большей продуктивности нашего бизнеса.

– У каждого грибовода свои условия выращивания грибов. Расскажите, в каких условиях располагаются именно ваши грибницы?

– Помещение у нас большое, 1300 кв. м. Это бывшее советское овощехранилище, полузаглубленное в землю. Помещение, можно сказать, специализированное – это не коровник и не сарай. Оно поделено на камеры, которые оборудованы своим приточно-вытяжным комплексом и системой освещения. По объему каждая камера планируется согласно производительности вентиляционных установок. Вообще при выращивании грибов самое важное – это определенная влажность и температура. Для поддержания необходимых параметров в помещении стоят приборы, которые регулируют подачу теплого и охлажденного воздуха, а также температуру и освещение. Сбор грибов происходит почти круглосуточно. Готовый субстрат мы закупаем у компании «Саратовских грибных технологий». В субстрате мицелий уже прорастает, но находится в спящем состоянии. Когда устанавливаются благоприятные условия, грибы начинают расти. С момента, когда мы устанавливаем новый субстрат в камере до момента сбора первого урожая проходит около недели. При этом с одной партии мы собираем 3 урожая. Первый — самый богатый, второй — уже меньше, третий — довольно скудный.

– Спрос рождает предложение, а спрос на грибы сегодня довольно высокий. Кто является вашим заказчиком? Сотрудничаете ли вы с розничными сетями и ресторанами?

– Наши основные покупатели — это посредники, которые, в свою очередь, продают наши грибы в рестораны и розничные сети. Работать напрямую с сетями пока мы не можем: для этого нужно наладить доставку, а у нас на данный момент сложности с транспортом. Так как доставка продукции ведет к ее значительному удорожанию, мы перешли на самовывоз. Сейчас с нами работает три фирмы-посредника, и на данный момент мы полностью реализуем свой объем продукции. Надо сказать, что летом спрос на грибы ниже, т.к. рынок ими насыщен. А зимой, напротив, на рынке ощущается нехватка грибов, особенно спрос возрастает во время христианских постов.

– А что было весной, в период локдауна? Был спад спроса на грибы?

– Да, этой весной в связи с пандемией товар было очень сложно реализовать. Мы понесли убытки, потому что никто не знал, как долго это продлится, все хотели переждать сложный момент. У нас такой товар, который ждать не может, ведь для продажи в сети грибы должны четко соответствовать требованиям ГОСТа: определенный размер, толщина ножки, цвет.

Продажи затормозились, временами случалось, что мы больше продукции выбрасывали, чем продавали. Стараясь как-то выходить из положения, мы отдавали часть грибов на переработку. Вся эта ситуация кого-то ввела в апатию, кого-то привела к банкротству, а нас, например, она заставила больше думать и больше работать. Еще одним последствием стало то, что люди стали менее расточительны и теперь стараются экономить на всем, в том числе и на продуктах. И наша прибыль в этом году, если сравнивать со статистикой прошлого года, сократилась в 2 раза. Но на данный момент все пришло в норму: сегодня наша производительность составляет до 700 кг грибов в день, и весь этот объем реализуется. И это не предел: есть технические условия и перспективы для повышения качественного и количественного расширения производства.

– Понимаю, что этот год не располагает к строительству долгосрочных планов, но, наверное, вы предполагаете, как дальше будете развивать свое производство?

– Грибоводство – перспективный бизнес, но, как и любой другой, он требует денежных вливаний. Мы планируем перейти на новое оборудование, автоматизировать кондиционирование и вентиляцию. Так мы сможем постепенно выйти на необходимые объемы и сотрудничать непосредственно с сетями. Сети, прежде чем заключить договор на поставку, приезжают, осматривают, оценивают технические возможности, они должны убедиться, что мы сможем поставлять требуемый объем.

Еще в наших планах расширение ассортимента выращиваемых грибов, возможно, возьмемся за шампиньоны. Также хотелось бы перейти и к производству продукции из переработанных грибов – тех, которые не проходят по ГОСТу сетей.

Испытываем мы некоторые сложности и с поиском персонала. Мне бы хотелось, чтобы на производстве работали люди, которые имеют опыт в сельском хозяйстве, но таких найти бывает непросто. Специалистов высоко класса компания не может себе позволить из материальных соображений, а заниматься самообразованием хотят не все. Но мы уже привыкли преодолевать трудности и не пасовать перед сложными ситуациями, поэтому я уверен, что все планы нам постепенно удастся реализовать.

Визит на производство компании Amycel и французкие грибные предприятия

На прошлой неделе нам представилась возможность посетить завод по производству мицелия компании Amycel, расположенный в г. Вендом во Франции, а также компостное производство, грибное производство и экспериментальную станцию.

Компания Amycel занимает около четверти рынка мицелия в Европейском союзе и доминирует в США. В планах компании – выход на рынок Украины и Молдовы.

Завод по производству мицелия

Производственная мощность завода по производству мицелия компании составляет 16 млн. литров мицелия в год. Завод по производству мицелия – это четырехэтажное здание, на каждом этатаже которого происходит определенный этап технологического процесса – начиная от варки зерна (верхний этаж) до расфасовки готового мицелия в ящики (нижний этаж). На производстве строго соблюдается режим гигиены и стерильности (для стерильной зоны), а процесс на каждом этапе контролируется современной лабораторией. Естественно, стерильную зону гости могут наблюдать только через стекло.

Показывал завод гостям директор завода Хуберт Хэй (Hubert Hay).

Компания Amycel производит и продает мицелий шампиньона, представленный штаммами XXX, Phoenixx, Delta, Maxx, Magnum и Fusion для белого шампиньона, и штаммами Heirloom, Brawn, Bella и Fusion для коричневого шампиньона. Также компания предлагает своим клиентам мицелий вешенки, шиитаке, агроцибе. Фотографии с производства мицелия ниже.

Производство компоста и выращивание грибов во Франции

Во Франции производится около 120 000 тонн шампиньона в год, подавляющее большинство которого поступает в переработку. В стране работают около грибных 50 ферм. Около 70% всего шампиньона, выращенного в стране, покупается для переработки компанией Bonduelle. В связи с тем, что производство ориентированно на переработку, практически все производство во Франции производится на 4 фазе компоста, а сбор происходит машинным способом.

IV фаза компоста – это когда на грибное производство поступает зарощенный мицелием компост, уже с покровной почвой и завязями гриба. Это сокращает цикл выращивания гриба на 20-22 дня в сравнении с 3 фазой и на 35-36 дней в сравнении с фазой 2. Компост поступает на выращивание в специальных контейнерах по 310 кг компоста в каждом. Контейнеры ставятся один на другой, образовывая стеллаж, с расстоянием около 15 см между верхом покровки нижней полки и дном следующей. Поливается компост деревом полива. Когда грибы готовы к сбору, погрузчик подаеет каждый контейнер на автоматическую сборочную машину, и когда грибы срезаны – возвращает контейнер на место в камеру выращивания – ожидать следующей волны плодоношения.

На 1 кв. метре полки располагается более 100 кг компоста, а урожайность при машинном сборе достигает около 33% от массы компоста и более 33 кг с метра квадратного соответсвенно. На ферме которую мы посетили, выращивают более 500 тонн гриба в месяц силами всего-лишь 35 человек. Выращивают в три волны. Первая волна плодоношения дает около 50% урожая (не путать с процентными пунктами), вторая – 30 и третья – 20.

Интересно, что для производства гриба для консервации, соврешенно отличается покровная почва. Используемый слой покровной почвы в толщину всего 3 см. И торф составляет в покровной почве только 50%. Остальные 50% напополам делят песок и известняк. Заметим, что такая покровка совершенно не подходит для ручного сбора, так как очень плохо удерживает воду. Из-за своего состава покровка приобретает серый цвет (см. фото).

Компост делают на основе конского навоза. Как я понял, фаза 2 расфасовывается по контейнерам, после чего они заращиваются в камерах, образуя то, что называют фазой “два с половиной”. Далее компост рыхлится и на него наносится покровка. Происходит это, само собой, механизированным способом. Компост с покровкой далее попадает в камеры, где ожидает полного заращивания и образования примордий. Интересно, что для завязывания используется не температурный шок, а шок по CO2, поскольку опустить температуру в камере, где компост стоит так плотно, очень сложно. Ведь в камере, где происходит заращивание, на протяжении всего заращивания температура воздуха поддерживается на уровне всего лишь 15С, при том что температура в компосте в это же время – 24 С.

После завязывания компост отгружается на грибную ферму.

Примечательно, что во Франции, в общем, отсутствует такое понятие как “цена компоста”. Поскольку нет рынка компоста: весь используемый компост произведен или на компостных дворах, которые имеют тех же собственников, что и грибные производства – или в рамках одной компании, или в рамках кооператива. Так, например, та ферма которую мы посетили, входит в кооператив, который в свою очередь владеет компостным производством.

Исследования

Также мы посетили исследовательский центр, принадлежащий Ассоциации грибоводов Франции. На мини-копиях грибных камер в этом центре тестируют разные штаммы, болезни, составы покровной почвы и влияние условий выращивания. Камеры, несмотря на свой малый размер, обрудованы точно так же как и их промышленные собратья. Все данные, собранные в результате работы исследовательского центра передаются во благо грибоводов Франции (которые за это платят), таким образом повышая конкурентноспособность страны на международном рынке.

Напомним, компания Amycel является спонсором конференции “Украинское грибоводство: стратегия успеха“, которая пройдет 6-8 ноября в г.Львов. На конференции вы сможете пообщаться с представителями компании и посетить презентацию компании.

Фотографии, сделанные во время визита смотрите ниже.

Максим Енченко, директор Информационного агентства “Умдис”.

Производство мицелия компании Amycel (фотографии)

Производство компоста

Производство грибов

Экспериментальная станция

Ученые смогут вырастить из мицелия все — от имитации мяса до искусственных органов

К концу этого года, вероятно, в ресторанах появится первое «чистое мясо», выращенное в биореакторе – и оно, скорее всего, будет предложено в форме фарша, а не куриных крылышек или стейка. На фабрике возможно вырастить клетки животных, но пока не целые части тела. Решение этому можно найти в грибах: при помощи мицелия можно создать реалистичный кусок мяса.

«Наша новая платформа дает возможность создавать такие сложные структуры. Вы будете разрезать такое мясо ножом и думать: “Ого, тут действительно есть волокна”», – утверждает Эбен Байер, основатель Ecovative, компании, которая недавно выпустила новую платформу для биофабрикации на основе мицелия.

Фото: Tim Calabro/Ecovative

Выращивание мяса без скота — лишь одно из многих применений платформы. Компания Ecovative появилась десять лет назад. Тогда она создала упаковку, которую сейчас используют Dell и IKEA: в специальную форму добавляются сельскохозяйственные отходы вместе с мицелием. Спустя несколько дней мицелий заполняет ее и получается готовый продукт, который можно использовать в качестве компостируемой альтернативы пенополистиролу. К такому же процессу можно прибегнуть для выращивания стройматериалов.

Фото: Tim Calabro/Ecovative

Новая платформа MycoFlex может создавать более сложные материалы. Процесс роста включает в себя выращивание мицелия вместе с питательным субстратом в длинных туннелях. Контролируя температуру, влажность, углекислый газ, воздушный поток и другие факторы в помещении, можно контролировать геометрию, плотность, размер и форму материала.

Болт Трэдс при помощи новой платформы создал Mylo, биосфабрикованную кожу, которая благодаря сети мицелиальных волокон практически не отличается от шкуры коровы. Сумочка, сделанная из нового материала, была представлена в сентябре. Вполне вероятно, что чистое мясо будет также создаваться при помощи этой платформы. Люди, работающие в области регенеративной медицины – включая стартапы, пытающиеся напечатать на 3D-принтере искусственные сердца и другие части тела – возможно, также будут ее использовать.

Фото: Tim Calabro/Ecovative

Сложности, возникающие в процессе выращивания органов, похожи на те, что возникают в процессе выращивания мяса: дело именно в структуре. Очень сложно вырастить сеть рабочих кровеносных сосудов. Некоторые исследователи провели успешные эксперименты с растениями. Вполне возможно убрать растительные клетки с листьев шпината, а затем использовать их прожилки для переноса крови. Но «в случае с яблоком или листком шпината, вы столкнетесь с геометрией естественной структуры», – говорит Байер. «Мицелий – отличный выбор, поскольку у нас есть контроль над формированием этих структур». В теории, если вы собираетесь вырастить легкие, вы можете сами создать правильную форму и структуру.

Платформу можно также использовать для разных устойчивых потребительских продуктов. Ecovative ведет переговоры с обувными компаниями, которые хотят мицелиальной пеной заменить нефтяную версию, при помощи которой они создают стельки, снизить углеродный след продукта и создать что-то, что можно компостировать самостоятельно. Косметические компании также заинтересованы в использовании пены для макияжа. В конечном счете, Байер верит, что мицелий можно широко применять в производстве. «Расходы на эту платформу в больших масштабах не так уж и велики. Таким образом, замена пластика мицелием вполне имеет смысл по экономическим и экологическим причинам», – говорит он.

Источник.

Материалы по теме:

Долго, дорого и перспективно: почему вам нужно инвестировать в науку?

Ученые случайно создали фермент, который уничтожает пластиковые бутылки

Как жизнь в городе научила птиц решать проблемы

Ради эксперимента ученые наблюдали за часами 14 лет. Вот что они выяснили

усовершенствованных материалов из мицелия грибов: изготовление и настройка физических свойств

Морфологическая характеристика

Характерный материал мицелия P. ostreatus после его роста в течение 20 дней на целлюлозной подложке показан на рис. 2А. Самостоятельно выращенная волокнистая пленка покрывает всю площадь питательного субстрата (круглая область диаметром 9,5 см) после определенного периода выращивания. Как и ожидалось, период роста был идентичным для обоих видов мицелия на двух использованных субстратах, поскольку эти два вида принадлежат к одной и той же группе грибов белой гнили, поэтому они могут выделять сходные ферменты, и субстраты в обоих случаях были богаты полисахаридами.Хотя конечные полностью выращенные материалы мицелия макроскопически проявляются во всех случаях в виде волокнистых мембран, подобных той, что показана на фиг. 2А, их индивидуальная микроскопическая морфология имеет различия как на начальной, так и на поздней стадии роста.

Рис. 2: Топографические характеристики.

( A ) фотография пленки P. ostreatus , обработанной аморфной целлюлозой в течение 20 дней. ( B ) Топографические АСМ изображения гиф грибов на ранней стадии развития (2 дня) на целлюлозных и PDB-целлюлозных субстратах.Масштабная линейка: 5 мкм. ( C) профилей нитей по высоте, соответствующих зеленым линиям в « B ».

Морфология молодых (двухдневных) гиф (филаментов волокнистого мицелия) была охарактеризована с помощью AFM, рис. 2B и C. Характеристика была проведена на концах гиф, чтобы выявить различия на этой стадии. Как показано на профилях характерных гиф, представленных на рис. 2В, гифы P. ostreatus в целом имеют больший диаметр, чем гифы G.lucidum независимо от растущего субстрата. В обоих случаях гифы относительно плоские, с соотношением сторон ширины / толщины, близким к 3. Что касается различий, связанных с растущими субстратами, можно увидеть, что морфология гифов G. lucidum , выращенных на PDB-целлюлозе и целлюлозе субстраты выглядят очень похожими. С другой стороны, смена субстрата оказывает сильное влияние на гиф P. ostreatus , поскольку в случае их роста на PDB-целлюлозном субстрате видны только клеточные стенки на их периферии, что предполагает коллапс гиф , явление, которое будет дополнительно проанализировано с помощью SEM.

Особенности поверхности саморазращенных образцов в разное время роста были проанализированы с помощью SEM на рис. 3A. Плотность волокон явно увеличивалась со временем роста, достигая компактной микропористой структуры примерно через 20 дней. В частности, пленки G. lucidum демонстрируют два типа структур: трубчатые и нитевидные на каждой фазе роста. Короткие и сильно запутанные трубчатые структуры чаще встречаются в первые дни роста, но со временем присутствие компактных нитей увеличивается.Также можно заметить, что диаметр компактных нитей практически не меняется со временем. Никаких значительных различий в диаметре волокон, выращенных на двух питающих субстратах, через 20 дней не наблюдалось, рис. 3В. Более конкретно, средняя ширина нитей волокнистых пленок G. lucidum составляла 0,8 мкм для роста как на целлюлозных, так и на целлюлозно-PDB субстратах. С другой стороны, пленок P. ostreatus представляют собой уникальный тип сжатых волокон, рис.3А. В этом случае ширина нитей явно зависит от питающих субстратов, показывающих более высокие значения, когда пленки были выращены на целлюлозе, по сравнению с субстратом целлюлоза-PDB, рис. 3B. Для последнего субстрата нити мицелия кажутся сжатыми вдоль их центральной части, эффект, уже наблюдаемый при АСМ (рис. 2В), и этот коллапс, скорее всего, ответственен за их уменьшенную ширину по сравнению с нитями, выращенными из целлюлозы. Внутреннее гидростатическое давление (тургор) обеспечивает механическую поддержку гиф, а также способствует росту гиф, вызывая массовый поток цитоплазмы к кончикам гиф ⁴³.Клеточная стенка защищает гифы от осмотического лизиса из-за внутреннего гидростатического давления. Когда рост мицелия прекращается термической обработкой в течение 2 часов при 60 ° C, их нити больше не поддерживаются внутренним гидростатическим давлением, и по этой причине они кажутся плоскими на изображениях АСМ и СЭМ, особенно в случае P. ostreatus . Нити G. lucidum намного меньше по размеру и, следовательно, их структура меньше подвержена влиянию термической обработки. Центральный обвал P.ostreatus , выращенные на PDB-целлюлозе, можно оценить по их химической природе, что обсуждается в следующем разделе, посвященном измерениям ATR-FTIR.

Рисунок 3: Морфологическая характеристика.

( A ) СЭМ-микрофотографии G. lucidum и P. ostreatus на целлюлозных и PDB-целлюлозных субстратах через 5, 10 и 20 дней роста. Масштабная линейка: 5 мкм. ( B ) гистограммы ширины роста гиф через 20 дней.

Химическая характеристика

ATR-FTIR-спектроскопия использовалась для характеристики химической природы саморазвитых волокнистых пленок мицелия, и между ними были обнаружены важные различия из-за различных питающих субстратов.На рис. 4А показаны типичные спектры НПВО-ИК-Фурье четырех различных типов образцов после 20 дней выращивания. В общем, инфракрасные спектры поглощения мицелия связаны с биомолекулами, которые их составляют, например, . липидов (3000–2800 см ^–1, ∼1740 см ^–1), белков (амид I при 1700–1600 см ^–1, амид II и III при 1575–1300 см ^–1), нуклеиновые кислоты (1255–1245 см, ^–1) и полисахариды (1200–900 см, ^–1) ^44,45.Подробное распределение полос образцов показано в таблице 1.

Рисунок 4: Характеристики химического, термического и водного поглощения.

( A ) ATR-FTIR-спектры образцов 20-дневной давности в диапазоне 3800–600 см ⁻¹. Выделены основные абсорбции, связанные с липидами, белками, хитином, нуклеиновыми кислотами и полисахаридами. ( B ) Поглощение воды различными образцами в возрасте 20 дней. ( C ) термогравиметрический анализ образцов возрастом 20 дней.

Таблица 1 Наблюдаемые полосы в ИК-спектрах (3800–600 см, ^–1) образцов мицелия, выращенных на различных питающих подложках.

Общее наблюдение при сравнении спектров двух видов мицелия состоит в том, что, независимо от питающих субстратов, волокнистые пленки G. lucidum показали более высокий вклад липидов, тогда как пленки P. ostreatus показали относительно более интенсивный полосы, приписываемые полисахаридам. Интересно, что химическая природа питающих субстратов также ответственна за отчетливые изменения инфракрасных спектров пленок мицелия.В частности, пленки из G. lucidum , выращенные на подложках из PDB-целлюлозы, показали значительное увеличение полос, приписываемых липидам (CH ₂ асимметричный и симметричный режимы растяжения при ∼2930 и 2855 см, ⁻¹, соответственно, и валентное колебание сложного эфира C = O при 1743 см (^-1) по сравнению с колебаниями, которые росли на подложках из чистой аморфной целлюлозы. Также был оценен большой сдвиг (18 см ^-1, от 1686 до 1668 см ^-1) в сторону более низких волновых чисел полосы, приписываемой амиду I β-витков.Это связано с изменениями молекулярного окружения таких вторичных структур как следствие химической модификации состава мицелия при изменении их питающего субстрата ⁴⁶. Кроме того, относительное присутствие хитина снижалось, когда PDB-целлюлоза использовалась для подкормки мицелия G. lucidum . Отношение пиковой интенсивности поглощения, связанного с изгибной модой CH хитина (∼1374 см, ⁻¹), к пиковой интенсивности поглощения полисахаридов (∼1043 см, ⁻¹), уменьшилось со значения 0 .3 для питательных субстратов из чистой целлюлозы до примерно 0,1 для питательных субстратов из PDB-целлюлозы.

Для образцов P. ostreatus было обнаружено относительное увеличение белков и липидов при выращивании пленок на PDB-целлюлозе по сравнению с пленками, выращенными на чистой целлюлозе. Действительно, отношение полосы на 1645 см ^-1 (амид I во вторичных структурах β-листов) к полосе на 1030 см ^-1 (CC-растяжение полисахаридов) составляло 0,3 для целлюлозы и 0,5 для PDB-целлюлозы. образцы, выращенные на подложках.Кроме того, аналогично G. lucidum соотношение хитин / полисахарид (1371 см ^-1/1030 см ^-1) было снижено со значения 0,08 для целлюлозы до 0,06 для PDB-целлюлозы. Такое уменьшение относительного количества жесткого хитина в клеточной стенке, скорее всего, связано с коллапсом центральной области мицелиевых волокон, когда они растут на субстратах целлюлоза-PDB, как наблюдается с помощью AFM и SEM (рис. 3A). Действительно, сообщалось, что грибковые мутанты, неспособные синтезировать хитин, морфологически изменены и осмотически чувствительны ⁴⁷.

Гидродинамические и термомеханические характеристики

Измерения водопоглощения проводили на волокнистых пленках мицелия после 20 дней роста, рис. 4В. Все пленки достаточно устойчивы к влажности, впитывая небольшое количество воды. При относительной влажности до 50% поглощение было низким (<4%) и не зависело от субстрата и исходного организма. При относительной влажности 85% поглощение становится немного больше, около 6%, при этом различий между различными образцами по-прежнему не наблюдается. Наконец, при 100% относительной влажности P.ostreatus , выращенный на PDB-целлюлозе, показал наибольшее поглощение, 20% против 12-13% других материалов. Это значение поглощения P. ostreatus , выращенного на PDB-целлюлозе, должно быть связано с его другим химическим составом и особенно с одним из его клеточных стенок, где относительное снижение хитина может быть ответственно за его чувствительность к влажности. Низкое водопоглощение согласуется с гидрофобной природой саморазвитых пленок, которые показали значения WCA (122 ± 3) ° и (121 ± 2) ° для Гс.lucidum и P. ostreatus соответственно, независимо от питательных субстратов. Такие высокие значения WCA могут быть связаны с гидрофобной природой определенных белков (таких как маннопротеины и гидрофобины), которые могут быть обнаружены во внешнем слое клеточной стенки грибов ^48,49, а также с микрометрической шероховатостью соответствующих образцов. волокнистой природе пленок (см. раздел АСМ ниже). Термогравиметрический анализ саморазвитых волокнистых пленок через 20 дней роста (рис.4C) не показали значительных различий между различными образцами, с уникальной стадией разложения, начинающейся около 225 ° C и заканчивающейся около 300 ° C. Такая высокая температура разложения разработанных саморазвитых материалов доказывает, что они также являются термостойкими, что расширяет области их применения. Кроме того, вес остатка полукокса был весьма значительным для всех образцов — от 15 до 25% по весу.

Механические характеристики

Испытания механических характеристик показаны на рис.5, где также показаны типичные экспериментальные кривые для каждого типа пленки, выращенной в течение 20 дней (фиг. 5A). Кривые напряжение-деформация довольно линейны, с хрупким разрушением, которому предшествуют некоторые перегибы, только в материалах с подачей целлюлозы, что указывает на прогрессирующее разрушение сети. Измеренные параметры показывают значительные различия между всеми образцами, учитывая как виды грибов, так и субстраты. В целом материалы на основе P. ostreatus- жестче, чем материалы на основе G. lucidum-, и имеют меньшее удлинение при разрыве.Более высокую жесткость P. ostreatus по сравнению с волокнистыми пленками G. lucidum можно объяснить, рассматривая результаты анализа ATR-FTIR, который показывает более высокое содержание полисахаридов в первом материале. Соответственно, большее удлинение G. lucidum согласуется с большим количеством белковых и липидных компонентов, которые могут действовать как пластификаторы.

Рисунок 5: Механические характеристики.

( A ) типичные кривые напряжение-деформация 20-дневных пленок мицелия.( B ) Модуль Юнга, удлинение и прочность различных образцов. ( C) Гистограммы измерений модуля Юнга, рассчитанные методом АСМ индентирования на образцах двухдневного возраста.

Смена питательного субстрата оказала схожий эффект как на жесткость, так и на удлинение саморастущих мицелиевых материалов, что, естественно, обусловлено их различным химическим составом. В частности, когда PDB присутствовал в питательных субстратах, материалы мицелия были богаче липидами или белками и беднее хитином.Следовательно, добавление бульона картофельной декстрозы, богатого сахарами, легко абсорбируемого мицелием по сравнению с целлюлозой, стимулирует биосинтез пластификаторов (липидов, белков) и снижает образование жестких полимеров (хитина), вызывая более высокая пластичность нитей мицелия.

С другой стороны, на предельную прочность почти не влияет происхождение материала, рис. 5В. Общая оценка механических свойств может быть получена с помощью энергии разрушения, параметра, который представляет собой комбинацию прочности и удлинения: оба значения Гс.lucidum имеет более высокие значения по сравнению с P. ostreatus , соответственно. Такое поведение объясняется различием в морфологии с большей гибкостью скрученной и разветвленной структуры G. lucidum , что делает разрушение более прогрессивным и, следовательно, более плавным.

Механические результаты измерений вдавливания с помощью АСМ на образцах двухдневной давности показаны на рис. 5C. Измеренные модули следуют той же тенденции, что и макроскопические тесты, при этом материалы, полученные из PDB-целлюлозы, систематически более мягкие, чем материалы, полученные из чистой целлюлозы, из-за повышенного присутствия липидов или белков, которые могут действовать как пластификаторы, и уменьшенного присутствия жесткого хитина в первый случай, как показано в исследовании FTIR.С другой стороны, значения распределения модуля Юнга аналогичны для G. lucidum и P. ostreatu s, хотя материалы на основе G. lucidum демонстрируют более широкое распределение модуля Юнга на обоих субстратах. Сходные значения модуля Юнга для двух типов мицелия являются основным отличием в отношении макроскопических тестов и могут быть связаны с локальным характером индентирования АСМ, когда на измерения влияет клеточная стенка и, в меньшей степени, внутренняя структура ячеек, в которой могут иметь место многие композиционные различия.АСМ использовался также для оценки шероховатости разработанных волокнистых материалов и был обнаружен между 6000 и 7500 нм со средней величиной полосы погрешности 1500 нм для всех выращенных материалов, кроме P. ostreatus , шероховатость которого достигла 10000 нм, скорее всего, из-за распада центральной части нитей гиф.

Сравнение пленок мицелия с другими саморазрастающими материалами, производимыми бактериями

Бактериальная целлюлоза и полигидроксиалканоаты (в частности, поли (3-гидроксибутират) или P (3HB)) представляют собой два интересных биополимера, альтернативных пластикам на нефтяной основе ^50,51, которые можно рассматривать как саморастущие, как материалы мицелия, поскольку они производятся микроорганизмами.По этой причине мы представляем в таблице 2 сравнение основных характеристик пленок на основе мицелия и этих биополимеров. Основные различия можно объяснить природой этих трех систем: в то время как бактериальная целлюлоза и P (3HB) являются гомополимерами с очень большой молекулярной массой, пленки мицелия представляют собой полимерные композиционные материалы, состоящие из множества биополимеров (в основном липидов, полисахаридов и белков). . Изменения химического состава питательных веществ могут привести к различиям в конечном выходе бактериальной целлюлозы и P (3HB), а также в их молекулярной массе.Однако для пленок мицелия эти изменения могут вызывать определенные модификации относительного вклада биополимеров и их формы, что позволяет лучше контролировать конечные свойства. Другие важные отличия заключаются в очистке и выделении конечных материалов. Как было описано выше, материалы мицелия получают с помощью процесса мягкой термообработки в конце процедуры выращивания. С другой стороны, бактериальную целлюлозу обычно очищают несколькими промывками в горячих растворах гидроксида натрия с последующей промывкой водой до достижения нейтрального значения pH.В случае P (3HB) в процессе очистки используются такие органические растворители, как хлороформ.

Таблица 2 Сводка основных свойств грибковых волокон, бактериальной целлюлозы и поли (3-гидроксибутирата).

Что касается механических свойств, то значения модуля Юнга и напряжения при разрыве для бактериальной целлюлозы и P (3HB) намного выше, чем у грибковых пленок. Однако бактериальная целлюлоза меняет свои свойства в зависимости от содержания воды и становится чрезвычайно хрупкой, и поэтому с ней трудно обращаться, когда она сухая.Это также отражается на удлинении при разрыве, которое имеет наименьшее значение для бактериальной целлюлозы. P (3HB) имеет значения удлинения при разрыве между значениями удлинения при разрыве материалов P. ostreatus , выращенных на целлюлозе и выращенных на целлюлозе-PDB, тогда как значительно более высокие значения были обнаружены для материалов G. lucidum (особенно для образцов, питаемых целлюлозой-PDB). Подложки PDB). Следовательно, материалы на основе мицелия более мягкие, менее хрупкие и, следовательно, более удобные, чем бактериальная целлюлоза и P (3HB).

Кроме того, пленки мицелия представляют собой гидрофобные материалы с высокими значениями краевого угла смачивания (более 120 °) и низким водопоглощением. P (3HB) близок к гидрофобному пределу со значениями краевого угла смачивания 89 °, что значительно ниже значений, полученных на волокнистых материалах мицелия. Напротив, бактериальная целлюлоза демонстрирует значительный гидрофильный характер с низкими значениями краевого угла (~ 26 °). Гидрофобность является очень важным свойством материалов мицелия, представленных в этой работе, поскольку сильная гидрофильность и чувствительность к воде являются важным недостатком большинства природных полимеров, доступных в настоящее время в промышленных количествах (т.е. крахмал, целлюлоза) по сравнению с обычными синтетическими полимерами, что сильно ограничивает их рыночное применение ⁵². Наконец, термическая стабильность аналогична пленкам мицелия и P (3HB) (с температурой термического разложения около 300 ° C, что соответствует большинству пластмасс на основе бензина). Бактериальная целлюлоза термически более устойчива с температурой разложения 365 ° C.

Выводы

В данном исследовании мы изготовили волокнистые пленки на основе мицелия из двух видов съедобных и лекарственных грибов, которые принадлежат к той же группе грибов белой гнили ( G.lucidum и P. ostreatus ), таким образом, они могут секретировать одни и те же ферменты и расщеплять одни и те же природные полимеры, чтобы поглощать их и расти. Рост материалов мицелия осуществлялся путем подачи на них двух природных полимерных субстратов, чистой аморфной целлюлозы и смеси целлюлозы и PDB. Питающие биополимерные субстраты были гомогенными, что гарантировало равномерное поглощение питательных веществ мицелием на протяжении всего процесса выращивания и, таким образом, развитие гомогенных материалов мицелия.Оба питательных субстрата были на основе полисахаридов, в то время как тот, который содержал PBD, легче абсорбировался мицелием из-за его более высокой концентрации в простых сахарах. В конце периода роста пленки мицелия подвергали термообработке для прекращения роста и получения окончательных волокнистых мембран.

Физико-химические свойства саморазвитых пленок определяются внутренними физиологическими характеристиками этих двух видов и, что наиболее важно, различными питательными субстратами.Фактически, присутствие PDB влияло на вторичную структуру белков G. lucidum и было ответственно за увеличение относительного процента липидов в материалах на основе G. lucidum и белков в P. ostreatus . и для уменьшения относительного присутствия хитина у обоих видов. Хитин — это жесткий полимер, который синтезируется на клеточной стенке мицелия, чтобы защитить его волокна от внутреннего осмотического давления, внешней влажности и других химических и физических факторов.В этой работе мы обнаружили, что мицелии синтезируют больше хитина, когда питаются чистой целлюлозой. Поскольку целлюлозу труднее гидролизовать по сравнению с PDB и механически труднее проникнуть в нее (см. Дополнительный рисунок S1 для получения информации о механических свойствах двух питающих субстратов), волокнам мицелия необходимо синтезировать прочный хитиновый полимер для выполнения этого действия.

Все эти химические модификации вызывают различия в механических свойствах материалов собственного выращенного мицелия.Когда питающие субстраты содержали PDB, саморазвитые волокнистые материалы демонстрировали более низкие значения модуля Юнга и повышенное удлинение при разрыве и энергию разрушения по сравнению с материалами, подаваемыми целлюлозой. Таким образом, присутствие PDB делает материалы мицелия менее жесткими и более пластичными. С другой стороны, все образцы показали высокие температуры разложения, что указывает на их термическую стабильность. Кроме того, эти грибковые материалы были гидрофобными с высокими значениями краевого угла смачивания воды и относительно низкими значениями водопоглощения.Эти свойства важны для многих приложений как малого, так и большого масштаба.

Волокнистые мицелиевые материалы, исследованные в этой работе, могут быть реальной альтернативой пластмассам на нефтяной основе, предоставляя дополнительные свойства некоторым биополимерам, производимым бактериями, такими как бактериальная целлюлоза и P (3HB). Поскольку многие развитые страны постепенно переходят к использованию экологически чистых материалов в качестве стратегии снижения загрязнения окружающей среды, эти новые материалы на основе мицелия, предложенные здесь, решительно поддерживают эту стратегию.Разработанные мицелиевые материалы представляют собой природные полимерные композиты (хитин, целлюлоза, белки и т. Д.), Которые требуют минимума энергии для производства (саморазвития), а их характеристики можно регулировать, изменяя их питательные субстраты. Следовательно, эта работа может проложить путь к контролируемому саморазвитию различных функциональных материалов мицелия в больших количествах с низкими затратами.

Комплексная основа для производства лигноцеллюлозных композитов на основе мицелия

https: // doi.org / 10.1016 / j.scitotenv.2020.138431Получить права и контент

Основные моменты

•: Мицелийные материалы циркулируют за счет вторичной переработки побочных продуктов лигноцеллюлозы.
•: На основе имеющихся знаний представлена исчерпывающая структура.
•: Между множеством производственных параметров существуют сильные взаимосвязи.
•: Представленные характеристики служат прототипом множества новых беспрецедентных приложений.
•: Будущие исследования и разработки должны быть направлены на стандартизацию производственных процессов.

Реферат

Загрязнение окружающей среды и нехватка природных ресурсов вызывают повышенный интерес к разработке более экологичных материалов. Например, ставится под сомнение традиционная строительная отрасль, которая в значительной степени основана на добыче ископаемого топлива и сырья. Решение можно найти в биологически усиленных материалах, которые производятся путем выращивания грибковых микроорганизмов, образующих мицелий, на натуральных волокнах, богатых целлюлозой, гемицеллюлозой и лигнином.Таким образом, потоки органических отходов, таких как сельскохозяйственные отходы, повышаются, создавая биоразлагаемый материал в конце его жизненного цикла — процесс, который соответствует духу экономики замкнутого цикла. Материалы на основе мицелия имеют многообещающие свойства для широкого спектра применений, включая использование в качестве строительных материалов. Несмотря на это обещание, применимость и практичность этих материалов в значительной степени не исследованы, и, более того, в отдельных исследованиях используется широкий спектр различных экспериментальных подходов и нестандартных процедур.В этом обзоре мы критически оцениваем существующие данные о составе материалов на основе мицелия и переменных процесса с целью предоставления исчерпывающей основы производственного процесса. Структура иллюстрирует множество входных факторов во время производства, которые влияют на конечные характеристики материала, а также уникальный потенциал для развертывания более настраиваемых уровней в процессе изготовления, которые могут служить прототипом множества новых беспрецедентных приложений. Кроме того, мы определяем применимость существующих данных и выявляем пробелы в знаниях.Эта структура полезна для определения стандартизированных подходов для будущих исследований и для информирования о разработке и процессе новых применений материалов на основе мицелия.

Ключевые слова

Композиты на основе мицелия

грибки

Лигноцеллюлозные волокна

Армирование натуральным волокном

Механические характеристики

Производственные переменные

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

Посмотреть полный текст

Ссылки на статьи

Революция мицелия приближается к нам

Люди использовали силу дрожжей на протяжении тысячелетий. Эти грибы обеспечивают ферментацию — молекулярный процесс, посредством которого живые клетки обычно превращают сахар или крахмал в более сложные молекулы или химические вещества. Открытая 10 000 лет назад технология жидкого брожения — от медовухи до пива и спиртных напитков — и твердотельного брожения — хлеба и сыра — помогла человечеству встать на быстро ускоряющийся путь эволюции и прогресса.

Перенесемся вперед на 9 950 лет. Около трех десятилетий назад люди применили потенциал жидкого брожения для создания лекарств. В 1978 году Артур Риггс и Кейичи Итакура произвели первый биосинтетический инсулин, используя E. coli в качестве одноклеточного завода по производству. Осознание того, что одноклеточные бактерии и дрожжи представляют собой микрофабрики на основе сахара, которые можно использовать для синтеза новых соединений, является одним из самых значительных открытий за последние 100 лет.

С тех пор, как произошло это революционное открытие, наука была посвящена пониманию, культивированию и, в конечном итоге, перепрограммированию одноклеточных организмов, таких как дрожжи, бактерии и водоросли, и мы использовали этот процесс для создания большего количества жизненно важных лекарств, биотоплива, такого как кукурузный этанол. , ароматы и растущий набор малых биологических молекул.Жидкая ферментация — это сейчас отрасль с оборотом 150 миллиардов долларов, которая быстро растет: многие продукты, которые мы используем сегодня, переходят с химических заводов в биологические ферментеры.

Но клетки могут делать гораздо больше, чем просто производить соединения. Растения, животные и грибы делают молекулы и , собирая их в большие структуры. Мы можем видеть это на собственном теле: наши клетки строят кости, кожу и органы, включая человеческий мозг, самый мощный суперкомпьютер на Земле. Это сочетание 1) создания небольших молекул и 2) их сборки в структуры, которые придают природным технологиям их чудесные свойства.Это то, что позволяет растению улавливать фотон от солнца и производить ягоду или яблоко — потрясающе (это прекрасный британец!) Точные и сложные комбинации материалов.

Наши собственные попытки имитировать способность природы строить структуры до сих пор зависели от таких технологий 20-го века, как экструзия и отвод тепла, процессов, которые превращают малые молекулы в грубые полимеризованные структуры. В конечном итоге благодаря этим процессам мы получаем продукты, которые намного уступают оригиналам природы — кожзаменители против кожи, ДСП против дерева и синтетический текстиль, и это лишь некоторые из них.Без способности природы к микросборке теряются лучшие свойства природных материалов.

Введите мицелий . Мицелий чем-то похож на дрожжи (оба являются грибами), но в отличие от большинства дрожжевых клеток, которые растут как одиночные клетки, мицелий является многоклеточным и может вырастать в структуры макро-размера, которые мы чаще всего распознаем как грибы. Мицелий не только производит маленькие молекулы, но и аккуратно и с высочайшей точностью собирает их в сложные структуры, настолько маленькие, что они невидимы для человеческого глаза.

Работая во многом как одноклеточные дрожжи, мицелий поглощает небольшие молекулы пищи — обычно сахар, но часто из таких источников, как древесина или растительные отходы — путем выделения ферментов, которые расщепляют эти материалы на легкоусвояемые кусочки. По мере роста мицелий собирает плотную сеть из длинных микроскопических волокон, которые растут через субстрат, как система супермагистрали.

После того, как мицелий полностью построил свою сеть, он переходит к следующему этапу: построению гриба. Вот где люди могут вмешаться.Вместо того, чтобы позволить грибам выскочить из субстрата, мицелий можно уговорить построить предсказуемые структуры, контролируя температуру, CO ₂, влажность и поток воздуха, чтобы влиять на рост ткани. Это быстрый процесс: скопление волокон становится видимым пятном через несколько часов, видимым листом через день или два и листом 18 на 2 на 12 дюймов весом пару фунтов в течение курса. недели.

Направление роста грибовидных волокон может показаться не таким уж большим делом, но эта эволюция в области биопроизводства должна изменить то, как мы производим, потребляем и живем. Какие возможности? Из быстрорастущих волокон мицелия производятся материалы, используемые для упаковки, одежды, продуктов питания и строительства — все, от кожи до стейков на растительной основе и строительных лесов для растущих органов. При использовании мицелия в качестве технологии он помогает заменить пластик, который быстро накапливается в окружающей среде.

Mycelium также обеспечивает безжалостный способ создания мясоподобных структур с гораздо меньшим воздействием на окружающую среду, чем традиционное животноводство, сокращение выбросов парниковых газов, использование пищевых культур для кормов и преобразование землепользования.Все эти преимущества сопровождаются небольшими экологическими издержками: процесс выращивания мицелия приводит к ограниченному количеству отходов (в основном, компостируемых) и требует минимального потребления энергии.

Это не гипотетически. Технология использования мицелия для сборки необходимых нам вещей в больших масштабах уже существует. Упаковка Mushroom® представлена на рынке в качестве замены пенополистирола и доступна как в США, так и в Европе. Тем временем исследования мицелия ускоряются, поскольку группы по всему миру, включая ведущие академические институты, начинают разрабатывать программы на основе материалов мицелия.Например, самовосстанавливающиеся структуры на основе мицелия — просто добавьте воды и наблюдайте, как они растут — которые также реагируют синтезом антидотов при воздействии токсинов, в настоящее время разрабатываются DARPA.

Человечеству нужно найти способы выбраться из созданного нами беспорядка. Наш мир — это экосистема, поддерживаемая самосборными организмами. Теперь, когда мы взяли штурвал, мы должны использовать эти организмы, чтобы управлять, ремонтировать и перестраивать наш напряженный, но верный небесный транспорт. Биологическая технология — это самая мощная технология, к которой у нас есть доступ, и при правильном использовании мы можем использовать ее, чтобы жить в гармонии на космическом корабле Земля.

Границы | Материальная функция биокомпозита на основе мицелия: обзор

Введение

Строительная отрасль подверглась значительному давлению за последнее десятилетие, поскольку методы производства строительных материалов ограничены, а спрос мирового населения растет (Madurwar et al. др., 2013; Pheng, Hou, 2019). Производство традиционных строительных материалов (например, стали, бетона) требует значительных затрат энергии. Он загрязняет нашу окружающую среду, и это можно измерить и отследить с помощью воплощенного углерода, что ограничивает их массовое производство и использование (Madurwar et al., 2013; Маравеас, 2020). В то же время быстро увеличивающееся население мира ведет к увеличению годового потребления сельскохозяйственной продукции, что приводит к увеличению количества побочных продуктов (например, рисовой шелухи, стеблей хлопка и соломы), большинство из которых отслеживается как чисто сельскохозяйственные отходы, которые в значительной степени выбрасываются или сжигаются. , выделяющих углекислый газ, атмосферные твердые частицы и другие парниковые газы (Bhuvaneshwari et al., 2019; Defonseka, 2019; Maraveas, 2020). Они частично использовались в качестве добавки к удобрениям, подстилке для животных и некачественным строительным материалам для инфраструктур (например,g., кирпичные элементы и зеленый бетон для малоэтажных зданий, изоляционные материалы, ДСП для неструктурных применений) и заполнители для дорожного строительства (например, местная битумная дорога, содержащая золу рисовой шелухи, может выдерживать более высокую нагрузку и иметь водонепроницаемость. ) (Дефонсека, 2019).

В последние годы мицелий вызывает все больший интерес в академических и коммерческих исследованиях из-за его низкого энергопотребления при росте, отсутствия побочных продуктов и широкого потенциального применения (Holt et al., 2012; Pelletier et al., 2013; Джонс и др., 2017; Nawawi et al., 2020) (Рисунок 1). Мицелий — это вегетативная часть гриба, состоящая из сети мелких белых нитей диаметром 1–30 мкм, которые распространяются от единственной споры во все уголки субстрата (Fricker et al., 2007; Islam et al. , 2017). Каждая нить мицелия состоит из нескольких слоев, которые различаются по химическому составу, включая белки, глюканы и хитин (Haneef et al., 2017). Субстрат, состоящий из органических веществ, обеспечивает питание для роста сети мицелия.В природе эти органические вещества поступают из остатков организмов, таких как растения и животные, и их отходов в окружающей среде (Steigerwald, 2014; Swift, 2018). Их элементный состав включает целлюлозу, танин, кутин и лигнин, а также другие различные белки, липиды и углеводы (Sejian et al., 2015). Общая процедура, используемая для выращивания композита мицелия, аналогична стандартному протоколу выращивания грибов, который включает 1) засеять культуральную чашку спорами грибов и достаточным количеством питательных веществ и воды.Время инкубации, чтобы мицелий полностью покрыл чашку, составляет около 7–14 дней. 2) Подготовьте стерилизованный субстрат для выращивания, состоящий из различных органических веществ (например, коричневый рис, жареную гречку, пшеницу и солому), и перенесите небольшой кусочек мицелия. образец, вырезанный из чашки для культивирования, в субстрат для выращивания для дальнейшей инкубации. 3) Когда субстрат заполнен мицелием, его сушат при высокой температуре в течение нескольких часов, чтобы инактивировать гифы и остановить процесс роста до получения композита мицелия.Влажность и температура — два важных фактора, которые могут повлиять на рост мицелия на втором этапе. Высокая влажность (относительно влажность 98%) и теплая комнатная температура (24–25 °) со свежим воздухом создают прекрасные условия для выращивания мицелия (Hoa and Wang, 2015).

РИСУНОК 1 . Изучение мицелия, включая его многомасштабную структуру, функции материала и то, как факторы окружающей среды определяют эти характеристики. Важно выявить их взаимосвязь с помощью экспериментов в сочетании с методами моделирования и симуляции (моделирование методом конечных элементов Islam et al., 2017 и структуры на основе мицелия Haneef et al., 2017 повторно используются по лицензии Creative Commons Attribution).

Материал на основе мицелия может достигать определенных структур и функций материала, контролируя субстрат и метод обработки. Мицелий соединяется с органическими веществами, образующимися из сельскохозяйственных и промышленных отходов, с образованием биокомпозитного материала, который можно использовать для производства малоценных материалов (например, для заполнения зазоров, упаковки) и ценных композитных материалов для структурных применений (Holt et al., 2012; Пеллетье и др., 2013; Haneef et al., 2017; Ислам и др., 2017; Jones et al., 2017). В отличие от металлического сплава или полимерного композита, которые требуют энергии или сложного оборудования для плавления сырья и смешивания различных частей, можно равномерно смешивать различные компоненты в виде небольших кусочков, чтобы сформировать субстрат перед выращиванием мицелия, который естественным образом связывает и интегрирует элементы во время его рост. Различные субстраты могут выполнять определенные функции путем выращивания композитов мицелия (например, структурной поддержки, огнестойкости и звукоизоляции).Например, добавляя рисовую шелуху и стеклянную мелочь к субстратам, можно значительно повысить огнестойкость биокомпозита мицелия, поскольку он может выделять много полукокса и кремнеземной золы, чтобы выдерживать высокие температуры во время обжига (Bansal et al. , 2006; Jones et al., 2018). Кроме того, биокомпозитный мицелий может использоваться в качестве звукоизоляционного материала с выдающейся способностью поглощать шум. При тестировании различных биокомпозитных панелей из мицелия с использованием различных субстратов даже самые худшие образцы имеют более 70–75% акустического поглощения на частоте 1000 Гц.Подложка, состоящая из 50% проса и 50% сорго, дает композит с самым высоким акустическим поглощением, что позволяет создавать акустические панели с экономическими преимуществами и способностью к биоразложению после воздействия на них природы (Pelletier et al., 2013).

Два различных композиционных материала на основе мицелия были изучены и изготовлены для строительства: пена на основе мицелия (MBF) и многослойные композиты на основе мицелия (MBSC) показаны на рисунке 2 (Girometta et al., 2019). MBF получают путем гомогенного выращивания грибов в сельскохозяйственных отходах небольшими кусочками (Appels et al., 2019). По мере роста сети мицелия образуются волокна, которые связывают эти части вместе, образуя пористый материал (Bartnicki-Garcia, 1968; Jiang et al., 2017; Karana et al., 2018). MBSC добавляет ткань из натуральных волокон (например, джут, пеньку и целлюлозу) в качестве верхнего и нижнего слоев, помимо центрального ядра, поскольку сельскохозяйственные отходы в сочетании с мицелием образуют многослойную структуру с более высокой жесткостью на изгиб (Jiang et al., 2017). И MBF, и MBSC в качестве «мицелиевых кирпичей» или «панелей» продемонстрировали механическую прочность, легкие и имеют экологические преимущества при упаковке, теплоизоляции зданий и дизайне интерьера по сравнению с пенополистиролом (EPS) (Holt et al., 2012; Джонс и др., 2017, 2018; Xing et al., 2018; Girometta et al., 2019).

РИСУНОК 2 . Снимок MBF (слева) (Karana et al., 2018) (повторно используется под лицензией Creative Commons Attribution) и схематическое изображение MBSC (справа) .

Как один из основных строительных блоков мицелия, хитин представляет собой природный полимер, который в большом количестве содержится как в стенках клеток грибов, так и в экзоскелетах ракообразных (Jones et al., 2020a). Он был применен в биомедицинских приложениях (Morganti and Morganti, 2008; Danti et al., 2019; Джонс и др., 2020a; Азими и др., 2020). Хитин и его производное хитозан представляют собой длинные линейные макромолекулы, которые можно использовать для изготовления волокон для перевязки ран с помощью электропрядения (Naseri et al., 2014; Danti et al., 2019; Morganti et al., 2019; Azimi et al., 2020). ), который представляет собой метод производства волокна, который использует силу электрического поля для вытягивания заряженных полимерных цепей из растворов с образованием непрерывного волокна в виде пучка выровненных цепей (Wang et al., 2019). Хитин использовался для производства нетканых полотен и гелей, которые покрывают рану и взаимодействуют с открытой тканью для заживления, что делает необходимым изучение их многомасштабных структур на границе с биологическими тканями (Muzzarelli et al., 2007; Джаякумар и др., 2011; Муццарелли, 2012). И хитин ракообразных, и хитин грибов используются в исследованиях перевязки ран, но между ними есть существенные различия в структуре, свойствах и способах обработки (Morin-Crini et al., 2019; Jones et al., 2020a). Оба эти вещества необходимо экстрагировать из соединения, поскольку хитин ракообразных часто связывается со склеротизированными белками и минералами, а хитин грибов связывается с другими полисахаридами (например, глюканами) (Muzzarelli, 2011). Более широко используются высокоочищенные хитин и хитозан, полученные из ракообразных.Тем не менее, меньше исследований было проведено по хитину, полученному из грибов, хотя процесс экстракции грибного хитина более прост (Di Mario et al., 2008; Hassainia et al., 2018; Jones et al., 2020a; Azimi et al. ., 2021). Кроме того, хитин, полученный из грибов, имеет преимущества в количестве и доступности, поскольку рост мицелия не подвержен сезонным и региональным ограничениям, как у ракообразных (Di Mario et al., 2008; Hassainia et al., 2018).

Остальная часть статьи в основном состоит из трех разделов, которые мы рассматриваем.1) Текущее состояние исследования мицелия на предмет его взаимосвязи между структурой и функцией и того, как факторы окружающей среды (например, субстрат, температура, влажность и метод обработки) участвуют в определении структуры и функции материала; 2) методы обработки мицелия и его продуктов от макрокосмических до микроскопических масштабов для достижения надлежащих функций материала, подходящих для широкого применения от строительства до биомедицины; и 3) возможный способ моделирования и оптимизации материальных функций материалов на основе мицелия и их использования для более широкого применения.

Среда для производства мицелия

Типы субстратов

Субстрат для роста мицелия обычно представляет собой смесь, состоящую из отходов сельскохозяйственных культур, таких как хлопок, кукуруза, пшеница и конопля, и остатков льна как лигноцеллюлозных отходов (Jiang et al., 2017; Appels et al., 2019; Girometta et al., 2019). В качестве субстрата для пен на основе мицелия всегда используются лигноцеллюлозные отходы, поскольку грибы могут преимущественно разрушать целлюлозу или лигнин в биомассе растений (Girometta et al., 2017). Haneef et al. (2017) заявили, что субстрат, состоящий из смеси чистой целлюлозы и бульона с картофельной декстрозой (PDB), прост и имеет преимущества при выращивании мицелия. Целлюлоза — это самый распространенный природный полимер, доступный во всех твердых древесных отходах и отходах сельскохозяйственных культур. Он обеспечивает материал для роста мицелия, в то время как PDB, богатый простыми сахарами, легко усваивается мицелием и содержит энергию для роста мицелия. Два компонента равномерно измельчаются и смешиваются в весовом соотношении 1: 1 для формирования субстрата, что гарантирует, что процесс роста мицелия происходит на неизменной платформе и дает однородный материал (Haneef et al., 2017).

Влажность и температура для роста мицелия и его влажность

Температура и влажность являются важными факторами, которые могут повлиять на рост мицелия. Лучшая температура для выращивания мицелия — комнатная температура (24–25 ° C) (Hoa and Wang, 2015). Более того, растущий мицелий должен оставаться в среде с относительно высокой влажностью. Поэтому для роста мицелия обычно используются увлажнители или спринклерные системы. Например, Jiang et al. (2017) создали среду с высокой влажностью (до 98% относительной влажности) для дыхания мицелия грибов с помощью полупроницаемого полипропиленового мешка, который обеспечивает среду с высокой влажностью и стерильную среду для роста мицелия.

Мицелий после естественного роста богат водой (более 60%) (Elsacker et al., 2019). Большую часть воды необходимо удалить, чтобы предотвратить ее рост и обеспечить высокие и надежные механические характеристики. В существующей литературе не упоминается окончательный процент остаточной влаги в MBF или MBSC, но он должен быть достаточно сухим, чтобы прекратить рост грибков (Girometta et al., 2019). Субстрат и вид грибов определили окончательное содержание воды в мицелии. Например, субстрат из пульпы конопли поглощает больше воды, чем субстрат из ваты (Ziegler et al., 2016). Кроме того, различные покрытия могут повлиять на поглощение влаги. Обычно считается, что влажность до дезактивации составляет около 59% (Velasco et al., 2014) или 70–80% (Deacon, 2013), но остаточный процент в конечном материале, признанный исследователями, составляет примерно 10–15% ( Диакон, 2013). Следовательно, содержание воды в конечных биокомпозитах на основе мицелия является основным фактором, учитывающим механику образцов мицелия.

Из-за отсутствия согласованных результатов мы проводим наши тесты, чтобы понять потерю воды чистой сеткой мицелия в образцах грибов после запекания в течение определенного времени, как показано на рисунке 3.Мы используем грибы королевской вешенки ( Pleurotus Eryngii ) и готовим группы образцов с общим весом M0≈100 г для каждой группы, поддерживаем температуру на повышенном уровне, постоянной 80 ° C в духовке, и запекаем образцы в течение различное количество времени ( t ) перед измерением и записью веса остаточных материалов (M (t)). Мы намеренно измеряем эту температуру, чтобы не нарушить молекулярную структуру мицелия. Процент потери воды определяется как Pwat = [M0-M (t)] / M0.Каждые 15 мин запекания извлекали и взвешивали два набора образцов (кожица и сердцевина гриба). Повторяйте измерение до выпекания в течение 4 ч, когда кривая Pwat сходится без дальнейшего изменения. Кривая на Рисунке 4 показывает, что общая потеря воды образцами около кожуры гриба достигает Pwat = 90% после 4 часов обжига, а образец около сердцевины имеет Pwat = 91%, что не так сильно отличается от образцы кожи. Кроме того, мы замечаем, что запекание образцов более 4 часов не приведет к большей потере воды, что позволяет предположить, что содержание воды в естественном мицелии этого королевского гриба вешенки составляет ~ 90%, что даже выше, чем у многих гидрогелей (Wu et al. al., 2019; Лю и др., 2020). С помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM) показано, что естественный мицелий внутри гриба представлен полностью связанной сетью трубок, частично заполненных водой, которые становятся массивом плоских лент, когда они теряют воду (вставленные рисунки на рис. ).

РИСУНОК 3 . Процент потери воды по сравнению с исходным весом. Вставленная фигура (слева) : натуральное мицелиевое волокно из кожи королевской вешенки.Вставленная фигура (справа) : 30 минут запеченные мицелиевые волокна из кожи королевской вешенки. Показано, что натуральные волокна представляют собой трубки с естественным изгибом в целом. Напротив, сухие ленты превращаются в плоскую ленту, изогнутую вверх в радиальном направлении, с прямой общей формой, что свидетельствует о более значительной жесткости волокна на изгиб.

РИСУНОК 4 . Основные виды грибов, используемые для изготовления композитов мицелия в литературе настоящего обзора.Структурные особенности мицелия разных масштабов.

Процесс изготовления

Различные производственные процессы будут создавать различные функциональные биокомпозиты мицелия. Наиболее распространенным методом является сушка в печи для удаления остатков воды из мицелия и субстрата с получением легких и высокопрочных пен (47), которые можно использовать в качестве сердцевины многослойных структур MBSC за счет включения тканей из натуральных волокон с обеих сторон. Помимо образования пены, мицелий играет роль приклеивания материала сердцевины к волокнистым тканям (хотя граница раздела формируется во время роста мицелия), чтобы противостоять расслаиванию на границе раздела материалов, когда сэндвич-пластина подвергается воздействию сдвигающей силы при нагрузке, что приводит к прочная композитная плита с высокой жесткостью на изгиб (Jiang et al., 2017). Другие натуральные клеи (например, биорезина) могут быть добавлены перед объединением тканей с основной частью, чтобы увеличить адгезию биокомпозитов вместе с пеной мицелия. Они не препятствуют росту грибка через большее количество слоев волокнистой ткани, что имеет решающее значение для формирования прочной границы раздела с большой когезионной зоной в адгезии, которая препятствует легкому отделению ткани от поролоновой части через острую одиночную трещину от дефектов (Jiang et al. ., 2019).

Процесс изготовления, который регулирует содержание воды в сети мицелия, может существенно повлиять на ее механику, как показали предыдущие исследования.Appels et al. (2019) показывают, что прессование может существенно повлиять на содержание воды и, следовательно, на механические свойства композитов мицелия. Этот результат является ожидаемым, поскольку прессование может выдавливать воду и воздух из пористой сети мицелия, уменьшать пористость материала и увеличивать плотность материала, что приводит к увеличению модуля Юнга и прочности (Gibson and Ashby, 1982; Dai et al., 2007; Qin et al., 2017). Нажатие также помогает переориентировать волокна по горизонтали в плоскости панели (Butterfield et al., 1992) и уменьшают толщину пластины во время прессования, увеличивая соединение волокон между стенками волокон в точках перекрытия (Carvalho and Costa, 1998). Прессование также может помочь уменьшить большие пустоты как структурные дефекты в композите мицелия, предотвращая образование трещин во время нагрузки (Girometta et al., 2019; Jones et al., 2020b). По сравнению с холодным прессованием горячее прессование с давлением, исходящим от пары горячих плит, может дополнительно улучшить механические свойства, как показано в раннем исследовании (Appels et al., 2019).

Многоуровневая структура мицелия

Виды грибов

Механические свойства биокомпозита мицелия определяются в основном видами грибов, которые могут быть занесены с помощью различных типов спор на первом этапе инкубации мицелия. В зависимости от других видов грибов его продуктивность, толщина мицелиевого волокна, микроструктура и топография поверхности различаются (Haneef et al., 2017; Jiang et al., 2017; Appels et al., 2019; Гирометта и др., 2019; Jones et al., 2020b). В таксономии грибов гифы мицелия можно разделить на генеративные, скелетные и связывающие гифы (Corner, 1953; Jones et al., 2017). Генеративные гифы относительно недифференцированы и могут образовывать репродуктивные структуры. Они обычно тонкостенные, с иногда утолщенными стенками, обычно имеют частые перегородки (т.е. клеточные стенки, разделяющие клетки) и могут иметь зажимные соединения (т.е. уникальную крючковидную структуру для роста клеток гиф).Скелетные гифы толще, длиннее и редко разветвляются. У них мало перегородок и отсутствуют зажимные соединения. Связывающие гифы толстостенные, часто сплошные и часто разветвленные (Ryvarden, 1991; Pegler, 1996; Ko, Jung, 1999). Основываясь на трех различных типах гиф, сеть мицелия можно разделить на три категории: мономитную, димитную и тримитную (Pegler, 1996). Мономитовые виды включают только генеративные гифы, димитовые виды образуют два типа гиф (обычно генеративный и скелетный), а тримитные виды содержат все три основных типа гиф (Webster and Weber, 2007).Эти сети мицелия имеют очень разные структуры и механические свойства, такие как мономитные виды, которые, как предполагается, обеспечивают худшие механические характеристики, чем димитные и тримитные виды гиф (Bayer and McIntyre, 2012, 2015). Например, тримитные частицы, такие как T. Versicolor , демонстрируют более высокую прочность на растяжение (0,04 МПа) и прочность на изгиб (0,22 МПа), чем мономитовые частицы, такие как P. Ostreatus (прочность на разрыв 0,01 МПа, прочность на изгиб 0,06 МПа), когда выращенные на рапсовой соломе (Jones et al., 2020b).

На рис. 4 показаны распространенные виды грибов, о которых мы писали в литературе. Из этих видов наиболее распространенными оказались Ganoderma lucidum (25% по количеству исследований) и Pleurotus ostreatus (12%) (Attias et al., 2020). Эти грибы состоят из тримитных и мономитовых видов. Эти два вида имеют огромное научное значение из-за основных химических веществ, которые они производят, в том числе различных ферментов, которые могут эффективно разлагать трудно гидролизуемые компоненты растений, включая лигнин (Islam et al., 2015; Петре, 2015; Haneef et al., 2017). Однако во многих публикациях не указываются виды грибов для комбинированного производства (32%), что затрудняет полное воспроизведение работы, например, из-за упущения типа сети мицелия (Parisi et al., 2016; Ziegler et al. , 2016; Dahmen, 2017; Jiang et al., 2017).

Сложные материальные функции мицелия объясняются его сложной сетевой структурой в разных масштабах. Механические свойства мицелия контролируются разветвленными нитями и топологией сетевых структур (Islam et al., 2017). На рисунке 6 показана общая структура мицелия от макромасштаба до наномасштаба. Поскольку мицелий находится в симбиозных отношениях с субстратом, он создает сетчатую структуру из разветвленных волокон, увеличивая площадь контакта со сложной пористой подложкой. Сеть мицелия растет из споры, проходя через клеточную мембрану и клеточную стенку на кончике мицелиевого волокна. Каждое отдельное волокно мицелия состоит из множества тонких клеток, разделенных поперечными стенками, так называемой перегородкой, и заключенных внутри одной и той же клеточной стенки.Крошечные отверстия в перегородке обеспечивают быстрый поток питательных веществ, воды и других небольших молекул от клетки к клетке вместе с волокном мицелия. Клеточная стенка защищает мицелий и обеспечивает механическую прочность и состоит из слоя хитина, слоя глюканов и слоя белков (например, маннопротеинов и гидрофобинов) на клеточной мембране (Haneef et al., 2017). Хитин представляет собой сложный полисахарид, полимер N-ацетилглюкозамина, который располагается на клеточной мембране и играет важную роль в придании структурной прочности клеточным стенкам грибов.Мы культивировали сетку мицелия с использованием чашки с агаром в качестве инокулированного субстрата в течение 7–14 дней и взяли образец, чтобы четко показать чистую сеть мицелия без других волокон субстрата. Изображения SEM показывают, что сеть мицелия состоит из множества волокон мицелия диаметром около 2 мкм. После этого мы переносим сеть мицелия на субстрат в лаборатории для создания композита мицелия и грибов (например, королевского вешенка, как показано на изображении в правом верхнем углу рисунка 5), что позволяет нам выполнять механические испытания и микроскопические изображения сети мицелия в большом масштабе.Прямоугольный рисунок внизу показывает наноструктуру α-хитина. Существуют две основные полиморфные формы хитина, α и β, причем α-хитин является наиболее распространенным полиморфом хитина ракообразных и грибов, а β-хитин встречается только в загоне кальмаров, морских трубчатых червях и некоторых водорослях (центральные диатомовые водоросли) (Rinaudo, 2006 г.).

РИСУНОК 5 . Многомасштабная структура мицелия. Снизу слева на рисунке показана молекулярная формула хитина и хитозана, за которой следуют две фигуры, показывающие структуру единого мицелия и клеточной стенки мицелия и изображение сети мицелия, полученное с помощью СЭМ, а также две фигуры, показывающие влажный и сухой образцы мицелия в культуральном диске.Последняя цифра в правом верхнем углу показывает культивированный королевский гриб вешенки. Мы можем использовать различные методы исследования для изучения взаимосвязи структура-функция сети мицелия на разных масштабных уровнях, как указано на оси графика (рисунок AFM воспроизводится в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution) (Haneef et al., 2017 ).

Белок

Хотя грибы являются богатым источником многих белков, не так много белков было идентифицировано. Ферменты, участвующие в деградации лигноцеллюлозы, относятся к наиболее изученным группам белков грибов (Erjavec et al., 2012). Лакказы, пероксидазы, оксидазы, целлюлазы и различные гликозидазы содержатся в других видах грибов, чтобы участвовать в деградации (Baldrian and Valášková, 2008; Hatakka and Hammel, 2011). Принцип, согласно которому ферменты разлагают лигноцеллюлозу в грибах, заключается в взаимодействии окислительных и гидролитических ферментов. У грибов есть два типа систем деградации: внутриклеточная и внешний слой клеточной оболочки, который важен для деградации полисахаридов. Более того, во внеклеточной среде гидролитические ферменты ответственны за деградацию полисахаридов, а окислительные ферменты ответственны за деградацию лигнина и открытых фенильных колец (Sánchez, 2009; Andlar et al., 2018). В основном, существует три группы грибов с различными эффектами и механизмами разложения лигноцеллюлозы: грибки мягкой гнили, белой гнили и грибов коричневой гнили (Sánchez, 2009).

Грибки мягкой гнили могут разрушать поверхностные полисахаридные слои растений и в большинстве своем являются грибами аскомицетов. Пероксидазы участвуют в модификации лигнина и производстве лакказы, что приводит к потемнению и смягчению древесины. Эти ферменты обладают ограниченными функциями разложения (Woiciechowski et al., 2013). Грибы белой гнили могут разлагать лигнин, целлюлозу и гемицеллюлозу.Разложение лигнина более эффективно, чем у грибов коричневой и мягкой гнили. Древесина меняет текстуру и становится влажной, мягкой и шелковистой. Его цвет становится белым или желтым (Couturier, Berrin, 2013). Грибы бурой гнили — это базидиомицеты, у которых функция разложения лигнина отличается от функций грибов мягкой гнили. Он может быстро метаболизировать целлюлозу и гемицеллюлозу и лишь незначительно изменять лигнин. Из-за окислительной реакции лигнина остатки древесины имеют форму куба и коричневый цвет (Andlar et al., 2018). Разрушение лигноцеллюлозного матрикса грибами бурой гнили можно продемонстрировать с помощью железозависимой химии Фентона, известной как хелатор-опосредованная система Фентона (Arantes and Goodell, 2014).

Гидрофобины — одна из других важных групп белков, уникальных для грибов. Гидрофобины локализуются на внешней поверхности клеточных стенок мицелиальных грибов (Whiteford, Spanu, 2002). Они необходимы для роста грибов и взаимодействия грибов с окружающей их средой, способствуя воздушному развитию (грибы склонны расти вверх) и способствуют прикреплению грибов к твердой опоре (Linder et al., 2005). Кроме того, гидрофобины делают грибы гидрофобными, собираясь в амфипатическую мембрану, поскольку гидрофобная сторона открыта наружу, а гидрофильная поверхность объединяется с полисахаридами клеточной стенки (Whiteford and Spanu, 2002).

Глюканы

Самыми распространенными полисахаридами в клеточных стенках грибов являются глюканы. Они необходимы для интеграции функциональных белков и скелетного хитина и формирования наиболее важных структурных компонентов клеточных стенок грибов.Глюканы в грибах связаны альфа (α) или бета (β) связями. Альфа 1,3 — самые распространенные альфа-глюканы. Они обеспечивают сопротивление большой деформации клеточных стенок в виде структурных микрофибрилл. Структура бета-глюканов более сложная. В основном они содержат связи β 1,3 и β 1,6, образующие вторичные микрофибриллы (Ruiz-Herrera and Ortiz-Castellanos, 2019).

Хитин

Хитин — это самый внутренний слой клеточной стенки грибов, который может обеспечить укрепление и прочность.Хитин представляет собой биополимер, состоящий из [β (1–4) связанных N-ацетил-2-амино-2-дезокси-d-глюкозы] единиц (Dhillon et al., 2013). Хитин — это структурный полимер, состоящий из мономеров меньшего размера, образующих прочные волокна. При организованном секретировании внутри или вне клеток волокна образуют слабые связи между собой, что увеличивает прочность всей структуры (Karana et al., 2018). Применение хитозана в последние годы быстро расширилось, особенно в области заживления ран (Jones et al., 2020а). Несмотря на то, что хитин можно получить из панцирей ракообразных, грибы все же обладают многими преимуществами (Dhillon et al., 2013), особенно потому, что они не ограничены сезоном и местоположением. В таблице 1 обобщены преимущества и недостатки получения хитозана из панцирей ракообразных и грибов.

ТАБЛИЦА 1 . Преимущества и недостатки хитозана из панцирей ракообразных и грибов.

Некоторые данные показывают, что связи между хитином и глюканом в грибах представляют собой ковалентные связи (Sietsma and Wessels, 1979; Kollár et al., 1997; Heux et al., 2000). Нерастворимые глюканы в грибах, дрожжах и гифах имеют небольшие различия. Однако β-глюканы, проявляющие разветвление (1,3) или (1,6) для остова, связаны с хитином в мицелии (Latgé, 2007). Их называют β- (1–3) — (1–6) -глюканами, которые имеют химическую структуру, очень похожую на целлюлозу, которая представляет собой β- (1–4) -глюкан (Zhou et al., 2021). Расположение хитина у разных грибов разное; он сконцентрирован в рубце почки у дрожжей и в клеточной стенке большинства других грибов (Bartnicki-Garcia and Nickerson, 1962; Karimi and Zamani, 2013).Хитин и хитозан, особенно у грибных видов Zygomycota, одновременно синтезируются совместно (Bartnicki-Garcia and Nickerson, 1962; Karimi and Zamani, 2013). По сравнению с хитином грибов хитин ракообразных содержит минералы, для удаления которых требуется этап кислотной экстракции, что приводит к разложению хитина в процессе. Хитин ракообразных обычно связывается со склеротизированными белками и минералами и содержит минимальный остаточный белок. Такое различие делает процедуру выделения грибковых нановолокон хитина очень простой, требующей лишь кратковременного механического перемешивания в кухонном блендере после слабой щелочной обработки для удаления белков (Fazli Wan Nawawi et al., 2019; Nawawi et al., 2020). Однако глюкановые ассоциации с грибным хитином могут присутствовать в количествах, превышающих само содержание хитина (Hackman, 1960; Attwood and Zola, 1967; Kramer et al., 1995; Percot et al., 2003; Muzzarelli, 2011). Более того, извлеченный хитин может иметь различные вторичные структуры (как α, β и γ хитин), за исключением наиболее распространенного полиморфа α-хитина, пера кальмаров, морских трубчатых червей и некоторых водорослей, содержащих β-хитин (Rinaudo, 2006 г.). На рис. 6 показана молекулярная структура α-хитина и β-хитина.Основное различие между α хитином и β хитином заключается во вторичной структуре, поскольку соседние цепи α хитина расположены в антипараллельных направлениях. Напротив, в β хитине цепи параллельны (рис. 6) (Rinaudo, 2006). Более того, γ хитин имеет цепи как параллельные, так и антипараллельные (Rinaudo, 2006). Такое структурное различие приводит к тому, что соседние амидные группы между соседними цепями параллельны для α-хитина, но они не параллельны для β-хитина, что связано с гибкостью β-хитина (Elieh-Ali-Komi and Hamblin, 2016).

РИСУНОК 6 . Молекулярная структура α хитина (слева) и β хитина (справа) . Каждый атом окрашен в соответствии с его типом: красный для кислорода, голубой для углерода, синий для азота и белый для водорода.

Функции материала

Механические свойства

Механические свойства биокомпозитов на основе мицелия имеют решающее значение для их применения в инженерных областях. Поскольку сетчатая структура мицелия внутри композиции в первую очередь определяется видами грибов и субстратом, который используется для производства мицелия, она может сильно отличаться при сравнении различных исследований.В таблице 2 приведены результаты испытаний MBF и MBSC в различных исследованиях. Мы можем видеть, что плотность материала значительно отличается от одного теста к другому. Как правило, более высокая плотность материала приводит к высокому модулю Юнга и прочности, как показано в большинстве клеточных материалов (Gibson, 2012), в то время как механика композитов мицелия кажется очень разной при сравнении различных исследований. Подложка — одна из важных причин, влияющих на плотность композита на основе мицелия.Как правило, более высокая доля зерна (волокон, шелухи или древесной массы), содержащегося в субстрате, приводит к более высокой плотности (Arifin and Yusuf, 2013; Dhillon et al., 2013). Другая причина — разные виды мицелия, используемые в различных исследованиях.

ТАБЛИЦА 2 . Механические свойства композитов на основе мицелия. MBF = пена на основе мицелия; MBSC = сэндвич-композит на основе мицелия.

Прочность на сжатие — это способность материала или конструкции выдерживать нагрузки, стремящиеся к сжатию материала, что является важной характеристикой композита на основе мицелия, который может использоваться в качестве упаковочного и строительного материала.Лопес-Нава и др. (2016) сосредоточены на характеристике механических свойств MBF (субстрат: стебли мягкой пшеницы; грибы: Pleurotus sp ). Они заявили, что прочность на сжатие МБФ всегда ниже, чем у синтетической полимерной пены той же плотности, поскольку водопоглощение может значительно повлиять на прочность на сжатие, и как субстрат, так и мицелий поглощают большое количество воды. Более того, Сильверман (2018) заявил, что при использовании волокна (например, шелухи псиллиума) в субстрате можно получить MBF с более высокой прочностью на сжатие из разных видов грибов.Помимо использования ткани для увеличения прочности на сжатие, они также используют в качестве субстрата куриные перья. Перья не будут разрушаться во время роста мицелия, поскольку они в основном состоят из прочного кератинового протеина. Тем не менее, они легкие, гидрофобные и могут обеспечить структурную поддержку композита и внести свой вклад в его механику. Они сообщили, что прочность композита на сжатие значительно увеличивается при той же плотности (Silverman, 2018).

Прочность на изгиб — это напряжение в точке разрушения образца при изгибе.Его также называют модулем разрыва, или прочностью на изгиб, или поперечной прочностью на разрыв. Лопес-Нава и др. исследовали, что диапазон прочности на изгиб MBF ниже, чем у синтетических полимерных пен с той же плотностью, в то время как предел прочности на растяжение намного больше, чем у синтетических. (Лопес-Нава и др., 2016). Однако Appels et al. (2019) получим противоположный результат. Авторы протестировали биокомпозит на основе мицелия, созданный на основе Trametes multicolor и Pleurotus ostreatus , произрастающих на соломе рапса и буковых опилках.Результаты показывают, что его прочность на изгиб выше, чем у синтетической полимерной пены (Appels et al., 2019). Авторы предполагают, что эффект вызван контрастирующей механикой между субстратом и волокнами мицелия. Волокна мицелия более эластичны, чем колонизированные частицы субстрата, и, следовательно, будут способствовать гибкости композита и могут разорваться только при высокой деформации. Более того, авторы считают, что на прочность на разрыв не оказывают существенного влияния виды субстрата и грибки, но может зависеть метод прессования, так как термическое прессование может существенно повысить прочность на разрыв (Appels et al., 2019).

Как упоминалось ранее, плотность является одним из важных факторов, которые могут влиять на механические свойства. Islam et al. (2017) тестируют образцы мицелия с помощью растяжения и сжатия. В испытании на растяжение мицелий демонстрирует линейную эластичность при низкой деформации, а затем поддается деформации и подвергается деформационному упрочнению перед разрывом. В испытании на сжатие мицелий показывает поведение, как пена с открытыми ячейками. Кривая «напряжение-деформация» показывает линейно-упругую вначале, за которой следует плато со смягченной реакцией.Мицелий проявляет связанный с деформацией гистерезис и эффекты смягчения напряжений между каждым циклом, когда он подвергается непрерывным циклам нагрузки и разгрузки (с их механическими характеристиками, обобщенными в таблице 2) (Islam et al., 2017).

Ziegler et al. (2016) сообщили о MBSC с сердцевиной из пеньковой сердцевины и хлопкового мата. Поверхностная обвязочная ткань изготовлена из универсального материала, например из ткани из натуральных волокон, например, из мешковины. Как упоминалось ранее, авторы используют тот же подход, что и Jiang et al. (2017).Они кладут ткань из натурального волокна на обе стороны предварительно инокулированной активной биокомпозитной пены на основе мицелия. Мицелий как натуральный клей, который будет продолжать расти, соединяя обе стороны ткани из натурального волокна. Поверхность волокна увеличивает прочность на сжатие и придает MBSC высокую прочность на разрыв. Однако модуль Юнга не достигает самого высокого значения MBF (Ziegler et al., 2016) (таблица 2). Jiang et al. (2017) обсуждали использование различных волокон с поверхности MBF для изготовления MBSC.Образуя плотную сетку мицелия, гриб смог прочно связать слои ткани. Результаты показывают, что лен, а не джут или целлюлоза, более эффективен для колонизации и дает более высокую продукцию мицелия. Предел прочности и предел текучести образцов, изготовленных с поверхностными слоями льна (35 и 27 кПа соответственно), почти вдвое выше, чем у образцов, изготовленных с поверхностными слоями джута (20 и 12 кПа соответственно) или целлюлозными поверхностными слоями (16 и 15 кПа, соответственно) (Jiang et al., 2017).

Исследователи проверили механические свойства волокнистой пленки мицелия. Haneef et al. (2017) использовали G. lucidum и P. ostreatus для выращивания на чистой целлюлозе и бульоне целлюлозно-картофельной декстрозы (PDB), который может получать четыре различных комбинации мицелия. Как правило, волокна P. ostreatus более жесткие (т. Е. Более высокий модуль Юнга, как показано в таблице 3), чем волокна G. lucidum , которые имеют более низкую критическую деформацию, которая относится к проценту удлинения материала при разрыве.С другой стороны, критический стресс, который относится к предельному уровню стресса при разрыве, практически не зависит от видов мицелия (Haneef et al., 2017). Также отмечается, что наличие PDB может сделать волокнистую пленку мицелия более мягкой, но более растяжимой (т. Е. Более низким модулем Юнга и более высокой критической деформацией).

При подготовке этой обзорной статьи мы проводим механический тест на образцах кожи и средних частей грибов Pleurotus eryngii (королевская устрица, как показано на рисунках 7A, B), чтобы лучше понять механику мицелия с другой водой. содержание и, следовательно, плотность материала.Мы используем машину Instron 5,966 (статический датчик нагрузки 10 кН, пневматические захваты 1 кН с удерживающим давлением 90 фунтов на кв. Дюйм) для растяжения всех образцов материала с целью получения их кривых напряжения-деформации при растяжении. Мы измеряем исходную длину образца как расстояние между краями двух захватов, равное L 0, обнуляем усилие перед зажимом и обнуляем смещение перед испытанием. Нижние захваты во время испытания фиксируются штифтом, а верхние захваты перемещаются с постоянной скоростью перемещения ν = 2 мм / мин.Расстояние перемещения верхних захватов определяется как d = vt в любой момент времени t после начала испытания, а инженерная деформация определяется как ε = dL0. Датчик нагрузки регистрирует нагрузочную силу f и вычисляет инженерное напряжение с σ = fA0, где A0 — начальная площадь поперечного сечения однородной тестовой области образца королевского гриба вешенки. Тест автоматически останавливается, когда образец разбивается. Программное обеспечение с установкой Instron возвращает кривую σ − ε, а также модуль Юнга, предел текучести и разрывную деформацию во время испытания.

РИСУНОК 7 . Испытания на растяжение образцов Pleurotus eryngii после низкотемпературного обжига (A) . Снимки гриба Pleurotus eryngii и место, где мы получаем образцы кожуры и керна (B) . Снимок машины Instron для испытания на растяжение (C) . Естественный Pleurotus eryngii (без запекания и потери воды) рядом с кожей (слева) и сердцевиной (справа) образцов до (вверху) и после (внизу) испытания на растяжение (D – G) .Кривая напряжения-деформации при разном времени запекания образцов около кожи, при времени запекания 0, 30, 40 и 50 мин соответственно (H – K) . Кривая растяжения-деформации при разном времени спекания образцов вблизи ядра, при времени спекания 0, 30, 40 и 50 мин соответственно (L) . Критическое напряжение королевских вешенок в зависимости от времени запекания для образцов кожи и сердцевины (M) . Критический штамм королевских вешенок в зависимости от времени запекания образцов кожи и сердцевины.

Наши результаты механических испытаний показаны на рисунках 7C – M для снимка натурального образца до и после испытания на растяжение, а также кривые напряжение-деформация этих образцов после обжига с разным временем, которое соответствует определенному количеству. потери воды (Рисунок 3). Показано, что образцы при растягивающем нагружении разрушаются из-за образования зигзагообразных поверхностей в точке разрыва после образования шейки, что позволяет предположить, что вязкое разрушение естественных образцов определяется разрушением при скольжении между волокнами мицелия (рис. 7C).Кривые напряжение-деформация образцов, полученных после определенного времени обжига, приведены на рисунках 7D – K. Мы суммируем все ключевые механические характеристики, которые можно узнать из кривых напряжение-деформация на рисунках 7L-M и в таблице 4. На рисунке 7L показано, что, хотя критическое напряжение монотонно увеличивается со временем выпекания, а также воды Потеря (рис. 3) образцов кожицы и керна, критическая деформация образца грибов после 30 мин запекания с потерей воды 31 и 35% больше, чем в других образцах (рис. 7M).Непонятно, почему критическое напряжение продолжает увеличиваться для более сухих образцов, но критическое напряжение увеличивается до 30% потери воды, а затем уменьшается. Взаимодействие между хитином и водой может в значительной степени способствовать этому явлению, поскольку вода может играть решающую роль в превращении физической границы раздела из пластичной в хрупкую при механической нагрузке, как это наблюдается в коллагене и древесных материалах (Qin et al., 2012; Jin et al. др., 2015).

ТАБЛИЦА 4 . Основные механические свойства являются результатом различных условий Pleurotus eryngii .

Биомедицинское применение

Биомедицинские свойства хитина и хитозана, их механизмы заживления и передовые методы лечения ран были подтверждены в ходе некоторых исследований (Jones et al., 2020a).

Обычно хитин можно получить с помощью экзоскелетов крабов и креветок. Однако хитин, полученный из ракообразных, ограничен сезонными и региональными вариациями и не может быть получен в любое время. Тем временем академические и деловые интересы к хитину, полученному из грибов, растут.Хотя содержание хитина ниже, чем у ракообразных, он является хорошим альтернативным источником. Хитин, полученный из грибов, не требует сильной кислоты для удаления карбоната кальция и других минералов (Di Mario et al., 2008; Hassainia et al., 2018). Более того, полученный из грибов хитин создает естественную нанокомпозитную структуру за счет разветвленного β-глюкана. Он не только придавал хитину жесткость, но и при извлечении мог создавать прочные волоконно-оптические сети (Di Mario et al., 2008; Fazli Wan Nawawi et al., 2019).

Джонс заявил, что хитин и хитозан могут улучшить заживление ран. Существует четыре стадии заживления ран: гемостаз, воспаление, разрастание и ремоделирование (Guo and DiPietro, 2010). Первая стадия называется тромбом. На этой стадии хитозан образует сгусток с эритроцитами, улучшая скорость свертывания (Malette et al., 1986). Вторая стадия называется воспалительной. На этой стадии макрофаг будет поглощать мертвые клетки, привлекать фибробласты и поддерживать замену кожи и кровеносных сосудов и синтез внеклеточного матрикса.Хитин и хитозан могут привлекать макрофаги, чтобы помочь реакции на этой стадии (Ueno et al., 1999; 2001b). Третий этап называется пролиферативным, и на этом этапе функция фибробластов заключается в реформировании дермы и синтезе внеклеточного матрикса. Хитозан увеличивает продукцию IL-8 в фибробластах, IL-8 является важным регулятором миграции и пролиферации кератиноцитов (Ueno et al., 2001a). Кератиноцит, важная клетка последней стадии заживления ран, может помочь реформированию эпидермиса (Jones et al., 2020а).

Другие инженерные приложения

Pelletier et al. (2013) протестировали пену на основе мицелия с различными субстратами, и даже при образцах с наихудшими свойствами уровень звукопоглощения на частоте 1000 Гц превышал 70–75%. Сравнение спектра звуковых частот показывает, что коэффициент поглощения наиболее высок, когда субстрат состоит из 50% проса и 50% сорго (Pelletier et al., 2013).

По данным Jones et al. (2018), когда поверхностный слой МБФ становится углеродом, происходит пассивация пены на основе мицелия.Древесный уголь задерживает образование и распространение дыма и снижает теплопроводность. В частности, композит, содержащий мелкие частицы стекла, демонстрирует лучшую огнестойкость из-за гораздо более высокой концентрации кремнезема, что делает его менее горючим (Jones et al., 2018). Более того, некоторые авторы обсуждали термические свойства в молекулярном масштабе. Как уникальный белок в грибах, гидрофобин связан с морфогенезом клеточной стенки, гидрофобностью и адгезией к субстрату как в водной, так и в воздушной среде (Wösten, 2001; Zampieri et al., 2010). Несмотря на их небольшие количества, эти белки представляют собой важную движущую силу межфазной функции мицелия. Сообщалось, что гидрофобность полезна для производства термостойких углеродистых структур при нанесении на хлопчатобумажные ткани и использовалась в качестве естественного антипирена для текстильных покрытий (Alongi et al., 2014). Белок работает за счет уменьшения выделения летучих веществ, которые препятствуют полному сгоранию, но способствуют карбонизации (Alongi et al., 2014; Appels et al., 2018; Willsey et al., 2020).

Для материалов, применяемых в строительной отрасли, помимо изучения звукопоглощения и теплоизоляции биокомпозитного материала с мицелием, повышение устойчивости биокомпозитов на основе мицелия также имеет решающее значение. Биокомпозиты на основе мицелия в основном используются для субстратов, содержащих целлюлозу, которая подвержена атакам термитов. Bajwa et al. (2017) использовали четыре термитицида: масло ветивера, смолу гваюлы, кедровое масло и бура.Результаты показали, что натуральные масла обладают сильным потенциалом действовать в качестве эффективных термитицидов в композитах на основе целлюлозных волокон, связанных с мицелием. Масло ветивера, кедровое масло и смола гваюлы обладают различной репеллентностью по отношению к атакам термитов. Коммерческий термитицид бура в концентрации 10% оказался наименее эффективным, что привело к наибольшей потере веса. Волокно кукурузной соломы в качестве основного материала термиты предпочли, чем кенаф и конопляную сердцевину. Термиты не отдавали предпочтения грибковым видам.В целом, самая низкая потеря веса была зарегистрирована для биокомпозитов на основе сердцевины кенафа, обработанных гуаюлевой смолой (Bajwa et al., 2017).

Моделирование и симуляция

Дальнейшее развитие композиционных материалов мицелия требует работы по моделированию, которая помогает нам количественно понять взаимосвязь между факторами окружающей среды, многомасштабными структурами и материальными функциями композиционных материалов мицелия. С точки зрения простого механического аспекта, если взять мицелиевый композит в качестве клеточного материала и изучить его конститутивный закон, а также его механику как функцию плотности, это может быть полезно для разработки и применения мицелиевого композита.Необходима многомасштабная модель сети мицелия. Он состоит из определенных химических структур и микроструктур каждого волокна и всей сети, которые могут предсказать механический отклик композита мицелия в различных условиях нагрузки. Примеры моделей мицелия в основном сосредоточены на двух масштабах: сеть мицелия (микромасштаб) и стохастический континуум (макромасштаб).

Islam et al. заявляют, что наиболее подходящей моделью будет случайная волоконная сеть со стохастическим диаметром волокна и механическими свойствами (Islam et al., 2017). Однако такая модель включает в себя множество волокон, что представляет собой сложную проблему, требующую значительных усилий по формованию и моделированию. Для решения этой проблемы авторы используют стохастический континуум с моделью конечных элементов, чтобы представить макроскопический масштаб образцов. Плотность и механическое поведение могут изменяться от подобласти к подобласти в этом масштабе с характерным масштабом длины. На рисунке 8 показана типичная конфигурация сети и модель конечных элементов, содержащая 8000 подобластей.Механическое поведение макроскопического мицелия может быть получено с помощью трехмерной стохастической модели континуума, основанной на типичной конфигурации сети. Каждому субдомену назначается плотность сети, выбранная из распределения (Islam et al., 2017). Эта модель конечных элементов может только представить взаимосвязь между изменением плотности биокомпозита на основе мицелия и изменением кривой деформации-напряжения. Поскольку эта модель фокусируется на макроуровне, в ней отсутствует обсуждение связи с мезомасштабной структурой и молекулярной структурой сети мицелия.Шинде и др., . используют другой подход, который является промежуточным для моделирования роста мицелия (Shinde et al., 2020). Они сосредоточены на отдельных гифах, смоделированных как растущая одномерная (1D) решетка, и на единственном источнике питательных веществ для создания мицелия из одной колонии как растущей двумерной морфологии. Они обсудили небольшую модель управляемого решеточного газа. Эта модель генерирует морфологические характеристики, связанные с мицелием с одной колонией, возникающим в процессе роста и ветвления гиф грибов, которые питаются одним источником питательных веществ.1D-модель определила характеристики роста первичной гифы, а 2D-модель описывает удлинение и ветвление отдельной гифы гриба для образования всего мицелия из одной колонии (Shinde et al., 2020).

РИСУНОК 8 . Многомасштабная модель сети мицелия и ее составной части от модели конечных элементов (Islam et al., 2017) (воспроизведена под лицензией Creative Commons Attribution License) до волокнистых сетей и их взаимодействия с водой и другими материалами в субстратах.

Эти две модели помогают понять взаимосвязь структура-функция сети мицелия в двух разных масштабах. Они предоставляют ценную информацию о росте сети мицелия и ее механических свойствах. Однако эти модели ограничены применением к определенным аспектам исследования мицелия, в то время как комплексная многомасштабная модель должна связывать молекулярный состав мицелиевого волокна и его взаимодействие с водой и частицами субстрата с механикой сети мицелия и ее композитных материалов.Это также должно позволить нам запускать моделирование и видеть, как материал реагирует на различные внешние условия нагрузки и как молекулярное взаимодействие и факторы окружающей среды с одного конца могут влиять на функцию материала с другого конца. Для достижения этих целей необходимо учитывать следующие моменты. Мы построили модель композита на основе мицелия, основанную как на точной геометрии, так и на механических свойствах, что позволило нам проанализировать влияние плотности и механики на механический отклик мицелиевого волокна.Варьируя количество, тип и механические свойства мицелиевых волокон и выполняя испытания на растяжение моделей, мы определили разрушение волокна и деформацию после разрушения для пластической деформации после пластической деформации. Поскольку содержание воды также является важным фактором, который может влиять на механические свойства биокомпозита на основе мицелия, необходимо также учитывать влияние воды на механику волокна (вязкоупругость) и сетку (сила сопротивления воды при деформации). Более того, крупнозернистые модели, состоящие из реальных волокон мицелия, могут использоваться для моделирования механического поведения сети мицелия.Он обеспечивает более точное описание искажения сети при нагрузке, чем модель конечных элементов. Деформация одного волокна также может быть связана с молекулярным моделированием, которое помогает понять межфазное взаимодействие между различными фазами материала (например, хитином, глюканом, белком и водой и т. Д., Рис. 5).

Обсуждение и заключение

В отличие от белков или биологических материалов на основе белков (например, шелк, коллаген, цитоскелет и т. Д.), Меньше внимания уделяется микроорганизмам и их многомасштабным структурам.Изучение мицелия и их композиционных материалов может помочь понять механику сети грибов, ее биологическую функцию и ее применение для производства экологически чистых композиционных материалов с хорошей механикой и легкостью как в моделировании, так и в соответствующих экспериментах по синтезу (Holt et al., 2012; Haneef et al., 2017; Jiang et al., 2017; Girometta et al., 2019; Attias et al., 2020). Метод выращивания и обработки композитов на основе мицелия может привести к появлению многообещающего и инновационного способа производства строительных материалов с использованием сельскохозяйственного метода (Attias et al., 2020). Изучение молекулярного состава и биологической функции в сети мицелия может облегчить открытие новых лекарств, производимых грибами с определенными биологическими функциями, или вдохновить на разработку топологии Интернета вещей с низким энергопотреблением и функцией быстрого доступа. реакция на вредителей и болезни (Muzzarelli et al., 2007; Naseri et al., 2014; Morin-Crini et al., 2019; Wang et al., 2019; Jones et al., 2020a).

В качестве альтернативы экологически безопасному материалу по сравнению с синтетической пеной композит мицелия демонстрирует свои преимущества в нескольких инженерных приложениях (например,g., упаковочные материалы, акустические и теплоизоляционные плиты) и привлекает все больше внимания. Производство такого материала все еще является новаторской областью, и стандартизированный процесс для получения оптимальных свойств материала еще не определен. Этот биокомпозитный материал может широко использоваться в мебели, сельском хозяйстве, гражданском строительстве и биомедицине. В общем, с точки зрения механических свойств композиты мицелия проявляют свойства, отличные от синтетических пенопластов или природных ячеистых материалов.Их механика определяется не просто методом обработки в конце его производства, а коллективным результатом видов грибов, их субстрата и связанных с ними сред во время роста. Свойства подложки определяют механику материала матрицы внутри композита. Сама сеть мицелия зависит от состава и структуры субстрата. Более того, поскольку и мицелий, и субстрат могут поглощать воду, содержание воды в конечном композите также имеет решающее значение.Обычно процесс горячего прессования может помочь удалить воду и инактивировать мицелий, эффективно предотвращая его рост во время нанесения. Однако из-за широкого диапазона доступных параметров результаты разных исследований часто несопоставимы. Например, по сравнению с традиционным материалом самого важного конкурента (EPS), биокомпозит на основе мицелия не показал многих преимуществ.

Помимо использования в качестве биокомпозитов из-за своей механики, мицелий богат хитином, который обеспечивает укрепление и прочность клеточных стенок.Межфазное взаимодействие между хитином и другими компонентами и то, как вода играет промежуточную роль, требует молекулярного моделирования и анализа в фундаментальном масштабе длины. Более того, хитин, очищенный из панцирей ракообразных, широко используется в биологических применениях, таких как заживление ран. Несмотря на то, что клеточная стенка мицелия содержит много хитина, который можно получить без географических и сезонных ограничений, применение хитина, очищенного из мицелия, не так широко используется, как хитин из панцирей ракообразных, что требует дополнительных исследований и внимания.

Несмотря на то, что композиты на основе мицелия демонстрируют преимущества своей механики, легкости и многих экологически чистых функций, они имеют ограничения и проблемы для их крупномасштабных применений. Например, в качестве биоматериала его производство менее стандартизировано, чем традиционные технические материалы, такие как сталь, цемент и полимер, и неясно, как настроить типы субстратов для определенных видов грибов, чтобы максимизировать выход мицелия и оптимизировать композитную механику.Однако, поскольку существует более миллиона видов (Blackwell, 2011), тестирование микроструктуры и механики для каждого из них чрезвычайно сложно, и нам может потребоваться изучить взаимосвязь структура-механика различных классов грибов (по типу гнили, типу гнили). гиф, гена и т. д.), чтобы определить наиболее многообещающие виды урожая композита с лучшей механикой. Более того, в отличие от пенопласта, биокомпозиты на основе мицелия не могут быть массово произведены за короткое время с помощью машин, поскольку для выращивания мицелия требуется около 2 недель или более.Важно автоматически контролировать факторы роста, включая температуру, влажность, подаваемое питание и свет в среде инкубации, без прямого использования человеческого труда во время роста. Также неясно, как каждый из составляющих его строительных блоков способствует взаимодействию с древесными волокнами и, таким образом, влияет на целостность волокнистой сети композита. Эти ограничения имеют решающее значение перед тем, как предоставить материал архитектору, и существуют более широкие промышленные применения.

Изучение мицелия может выходить далеко за рамки использования материалов. Как вегетативная часть гриба, мицелий обладает уникальной способностью использовать отдельные сельскохозяйственные отходы в качестве субстратов для роста своей сети, которая объединяет отходы от кусков в непрерывные композиты без затрат энергии и без образования дополнительных отходов (Jones et al., 2018 ; Appels et al., 2019; Girometta et al., 2019). Помимо фиксации кусков почвы, мицелий в природе выполняет более важную функцию в качестве информационного канала, ускоряющего взаимодействие между различными популяциями растений (Simard et al., 2012; Горзелак и др., 2015; Fricker et al., 2017). Это позволяет отдельным растениям, находящимся на большом расстоянии друг от друга, эффективно защищаться от вредителей и болезней посредством коммуникации и обмена (Бабикова и др., 2014). Изучение композита на основе мицелия с точки зрения того, как он объединяет различные дискретные блоки и обеспечивает материальные функции, которых ни один из строительных блоков не может достичь сам по себе, выходит за рамки механики изучения материалов и становится основной причиной, по которой мы хотим понять больше. сеть мицелия и ее биологические функции.Текущий момент, функции сети мицелия представляют интерес для первичных экологов, в то время как точно химические сигналы проводятся в иерархической структуре сети мицелия и как их эффективность соотносится с геометрией и топологией сети, пока неизвестно. , а также то, как такие знания могут способствовать развитию топологии Интернета и Интернета вещей или инновационных Интернет-медиа с низким энергопотреблением. Большинство из этих вопросов требует междисциплинарных усилий, и на некоторые из них можно ответить, разработав многомасштабную модель сети мицелия и используя ее в соответствующих симуляциях.Мы изучим его применение для производства экологически чистых композитных материалов, а также получим знания для разработки системы информационных сетей.

Вклад авторов

ZQ разработал концепцию и структуру работы, LY провел эксперимент, собирал данные и составлял черновик статьи. ZQ и LY выполнили анализ и интерпретацию данных. Все авторы внесли свой вклад в написание этой работы.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Примечание издателя

Все претензии, выраженные в этой статье, принадлежат исключительно авторам и не обязательно относятся к их аффилированным организациям или заявлению издателя, редакторов и рецензентов. Любой продукт, который может быть оценен в этой статье, или заявление, которое может быть сделано его производителем, не подлежат гарантии или одобрению со стороны издателя.

Благодарности

Авторы выражают признательность Грантам Сотрудничества для достижения беспрецедентного успеха и совершенства (CUSE) (II-35–2020, II-45–2020) в Сиракузском университете за поддержку исследовательской работы.

Ссылки

Алонги, Дж., Карлетто, Р. А., Боско, Ф., Карозио, Ф., Ди Блазио, А., Каттика, Ф. и др. (2014). Казеины и гидрофобины как новые зеленые антипирены для хлопчатобумажных тканей. Polym. Деграда. Stab. 99, 111–117. doi: 10.1016 / j.polymdegradstab.2013.11.016

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Андлар, М., Резич, Т., Маркетко, Н., Крахер, Д., Людвиг, Р., и Шантек, Б. (2018). Деградация лигноцеллюлозы: Обзор грибов и грибковых ферментов, участвующих в деградации лигноцеллюлозы. Eng. Life Sci. 18, 768–778. doi: 10.1002 / elsc.201800039

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Appels, F. V. W., Camere, S., Montalti, M., Karana, E., Jansen, K. M. B., Dijksterhuis, J., et al. (2019). Факторы изготовления, влияющие на механические, влаго- и водные свойства композитов на основе мицелия. Mater. Des. 161, 64–71. doi: 10.1016 / j.matdes.2018.11.027

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Appels, F.В. В., Дейкстерхейс, Дж., Лукасевич, К. Э., Янсен, К. М. Б., Вёстен, Х. А. Б. и Кригшельд, П. (2018). Удаление гена гидрофобина и условия роста в окружающей среде влияют на механические свойства мицелия, влияя на плотность материала. Sci. Rep. 8, 4703. doi: 10.1038 / s41598-018-23171-2

PubMed Реферат | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Aranaz, I., Mengibar, M., Harris, R., Panos, I., Miralles, B., Acosta, N., et al. (2009). Функциональная характеристика хитина и хитозана. Ccb 3, 203–230. doi: 10.2174 / 2212796810

0203

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Арантес В. и Гуделл Б. (2014). Текущее понимание механизмов биодеградации грибов бурой гнили: обзор. ACS Symp. Сер. 1158, 3–21. doi: 10.1021 / bk-2014-1158.ch001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Arifin, Y., and Yusuf, Y. (2013). Волокна мицелия как новый ресурс экологической устойчивости. в Процедурах. Англ. 53, 504–508.doi: 10.1016 / j.proeng.2013.02.065

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Attias, N., Danai, O., Abitbol, T., Tarazi, E., Ezov, N., Pereman, I., et al. (2020). Биокомпозиты мицелия в промышленном дизайне и архитектуре: сравнительный обзор и экспериментальный анализ. J. Clean. Prod. 246, 119037. doi: 10.1016 / j.jclepro.2019.119037

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Аттвуд М. М. и Зола Х. (1967). Связь между хитином и белком в некоторых хитиновых тканях. Комп. Biochem. Physiol. 20, 993–998. doi: 10.1016 / 0010-406X (67) ^-2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Azimi, B., Ricci, C., Fusco, A., Zavagna, L., Linari, S., Donnarumma, G., et al. (2021 г.). Электрораспыление нанохитинов креветок и грибов на целлюлозной ткани для нанесения на кожу. Molecules 26, 4374. doi: 10.3390 / Molecules26144374

PubMed Реферат | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Азими, Б., Томас, Л., Фуско, А., Калаоглу-Алтан, О.И., Баснетт, П., Чинелли, П. и др. (2020). Хитиновая нанофибрилла / электроспряденная сетка из полигидроксиалканоатного волокна с электрораспылением в качестве функционального нетканого материала для нанесения на кожу. Jfb 11, 62. doi: 10.3390 / jfb11030062

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бабикова, З., Джонсон, Д., Брюс, Т., Пикетт, Дж., И Гилберт, Л. (2014). Подземные союзники: как и почему мицелиальные сети помогают растениям защищаться? BioEssays 36, 21–26.doi: 10.1002 / bies.201300092

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Bajwa, D. S., Holt, G. A., Bajwa, S. G., Duke, S. E., and McIntyre, G. (2017). Повышение устойчивости термитов (Reticulitermes Flavipes L.) в композитах с биоволокном, армированных мицелием. Ind. Crops Prod. 107, 420–426. doi: 10.1016 / j.indcrop.2017.06.032

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Bansal, V., Ahmad, A., and Sastry, M. (2006). Опосредованная грибами биотрансформация аморфного кремнезема в рисовой шелухе в нанокристаллический кремнезем. J. Am. Chem. Soc. 128, 14059–14066. doi: 10.1021 / ja062113 +

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бартницки-Гарсия, С., и Никерсон, У. Дж. (1962). Выделение, состав и структура клеточных стенок нитчатых и дрожжевых форм Mucor Rouxii. Biochim. Биофиз. Acta 58, 102–119. doi: 10.1016 / 0006-3002 (62)

-3

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Баттерфилд, Б., Чепмен, К., и Кристи, Л. (1992).Ультраструктурные характеристики поверхностей разрушения древесноволокнистых плит средней плотности. Для. Prod. J. 42, 55–60.

Google Scholar

Карвалью, Л. М. Х. и Коста, К. А. В. (1998). Моделирование и моделирование процесса горячего прессования при производстве древесноволокнистых плит средней плотности (МДФ). Chem. Англ. Commun. 170, 1–21. doi: 10.1080 / 009864498082

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Corner, E. J. H. (1953). Построение полипы.1. Интродукция полипор-сернистый, р-чешуйчатый, р-бетулинус и полистиктоз-микроцикл. Фитоморфология 3, 152–167.

Google Scholar

Кутюрье, М., и Беррин, Ж.-Г. (2013). «Этап осахаривания: основные ферментные компоненты». in Конверсия лигноцеллюлозы: ферментные и микробные инструменты для производства биоэтанола . Гейдельберг, Германия: Springer. doi: 10.1007 / 978-3-642-37861-4_5

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Dahmen, J.(2017). Мягкое будущее: грибы и регенеративный дизайн. J. Architectural Educ. 71, 57–64. doi: 10.1080 / 10464883.2017.1260927

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Dai, C., Yu, C., Xu, C., and He, G. (2007). Тепломассообмен в деревянных композитных панелях при горячем прессовании: Часть 4. Экспериментальные исследования и проверка модели. Wood Fiber Sci. 61, 83–88. doi: 10.1515 / HF.2007.013

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Danti, S., Тромби, Л., Фуско, А., Азими, Б., Лазцери, А., Морганти, П. и др. (2019). Хитиновые нанофибриллы и нанолигнин как функциональные агенты регенерации кожи. Ijms 20, 2669. doi: 10.3390 / ijms20112669

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дикон, Дж. (2005). Биология грибов . 4-е издание. DOI: 10.1002 / 9781118685068

CrossRef Полный текст

Defonseka, C. (2019). Введение в полимерные композиты с рисовой шелухой .Берлин, Германия: Де Грюйтер. DOI: 10.1515 / 9783110643206

CrossRef Полный текст

Диллон, Г. С., Каур, С., Брар, С. К., и Верма, М. (2013). Подход зеленого синтеза: извлечение хитозана из мицелия грибов. Crit. Rev. Biotechnol. 33, 379–403. doi: 10.3109 / 07388551.2012.717217

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Di Mario, F., Rapanà, P., Tomati, U., and Galli, E. (2008). Хитин и хитозан из базидиомицетов. Внутр.J. Biol. Макромолекулы 43, 8–12. doi: 10.1016 / j.ijbiomac.2007.10.005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Элсакер, Э., Ванделоук, С., Бранкарт, Дж., Петерс, Э. и Де Лаэт, Л. (2019). Механические, физические и химические характеристики композитов на основе мицелия с различными типами лигноцеллюлозных субстратов. PLoS One 14, e0213954. doi: 10.1371 / journal.pone.0213954

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Erjavec, J., Кос, Дж., Равникар, М., Дрео, Т., и Саботич, Дж. (2012). Белки высших грибов — от леса до применения. Trends Biotechnol. 30, 259–273. doi: 10.1016 / j.tibtech.2012.01.004

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фазли Ван Навави, В. М., Ли, К.-Й., Конттури, Э., Мерфи, Р. Дж., И Бисмарк, А. (2019). Хитиновая нанобумага из экстракта грибов: натуральный композит нановолокон и глюкана из одного источника на биологической основе. ACS Sustain. Chem.Англ. 7, 6492–6496. doi: 10.1021 / acssuschemeng.9b00721

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Fricker, M., Boddy, L., and Bebber, D. (2007). «Сетевая организация мицелиальных грибов». В Биология грибковой клетки , 309–330. doi: 10.1007 / 978-3-540-70618-2_13

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гибсон, Л. Дж., И Эшби, М. Ф. (1982). Механика трехмерных ячеистых материалов. Proc. R. Soc. Лондон. А. 382, 43–59.doi: 10.1098 / rspa.1982.0088

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гибсон, Л. Дж. (2012). Иерархическая структура и механика растительных материалов. J. R. Soc. Интерф. 9, 2749–2766. doi: 10.1098 / rsif.2012.0341

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Girometta, C., Picco, A. M., Baiguera, R.M., Dondi, D., Babbini, S., Cartabia, M., et al. (2019). Физико-механические и термодинамические свойства биокомпозитов на основе мицелия: обзор. Устойчивое развитие 11, 281.doi: 10.3390 / su11010281

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Girometta, C., Zeffiro, A., Malagodi, M., Savino, E., Doria, E., Nielsen, E., et al. (2017). Предварительная обработка стеблей люцерны древесным грибком Perenniporia Meridionalis улучшает разложение целлюлозы и сводит к минимуму использование химических веществ. Целлюлоза 24, 3803–3813. doi: 10.1007 / s10570-017-1395-6

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Gorzelak, M.A., Asay, A.K., Pickles, B.J., and Simard, S.W. (2015). Связь между растениями через микоризные сети опосредует сложное адаптивное поведение в сообществах растений. Растения AoB 7, plv050. doi: 10.1093 / aobpla / plv050

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Го, С., и ДиПьетро, Л. А. (2010). Факторы, влияющие на заживление ран. J. Dent. Res. 89, 219–229. doi: 10.1177 / 0022034509359125

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Hackman, R. (1960). Исследования Хитина IV.Возникновение комплексов, в которых хитин и белок ковалентно связаны. Aust. Jnl. Bio. Sci. 13, 568. doi: 10.1071 / bi9600568

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Haneef, M., Ceseracciu, L., Canale, C., Bayer, I. S., Heredia-Guerrero, J. A., and Athanassiou, A. (2017). Современные материалы из грибкового мицелия: изготовление и настройка физических свойств. Sci. Rep. 7, 41292. doi: 10.1038 / srep41292

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хассайния, А., Сата, Х., и Буфи, С. (2018). Хитин из Agaricus Bisporus: извлечение и характеристика. Внутр. J. Biol. Макромолекулы 117, 1334–1342. doi: 10.1016 / j.ijbiomac.2017.11.172

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Hatakka, A., и Hammel, K. E. (2011). «Грибковая биодеградация лигноцеллюлоз». В Industrial Applications , 319–340. doi: 10.1007 / 978-3-642-11458-8_15

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Heux, L., Бругнеротто, Дж., Дебриер, Дж., Версали, М.-Ф., и Ринаудо, М. (2000). ЯМР твердого тела для определения степени ацетилирования хитина и хитозана. Биомакромолекулы 1, 746–751. doi: 10.1021 / bm000070y

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Hoa, H. T., and Wang, C.-L. (2015). Влияние температуры и условий питания на рост мицелия двух вешенок (Pleurotus Ostreatus и Pleurotus Cystidiosus). Микобиология 43, 14–23.doi: 10.5941 / MYCO.2015.43.1.14

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Холт, Г. А., Макинтайр, Г., Флэгг, Д., Байер, Э., Ванджура, Дж. Д., и Пеллетье, М. Г. (2012). Грибной мицелий и материалы из растений хлопка в производстве биоразлагаемых формованных упаковочных материалов: оценочное исследование избранных смесей побочных продуктов хлопка. J. Biobased Mat Bioenergy 6, 431–439. doi: 10.1166 / jbmb.2012.1241

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ислам, М.Р., Омар, М., Пк, М. М. У. и Миа, Р. (2015). Скрининг фитохимических веществ и антибактериальной активности трех съедобных грибов Pleurotus Ostreatus, Ganoderma Lucidum и Lentinula Edodes, доступных в Бангладеш. Am. J. Biol. Life Sci. 3, 31–35.

Google Scholar

Ислам, М. Р., Тудрин, Г., Бусинелл, Р., Шадлер, Л., и Пику, Р. К. (2017). Морфология и механика грибкового мицелия. Sci. Rep. 7, 13070. doi: 10.1038 / s41598-017-13295-2

PubMed Реферат | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джаякумар, Р., Прабахаран, М., Судиш Кумар, П. Т., В., С., В., С. и Тамур, Х. (2011). Новые материалы хитина и хитозана в перевязочных материалах. Trends Mater. Sci. (Intechopen) , 1–26. doi: 10.5772 / 13509

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Jiang, L., Walczyk, D., McIntyre, G., Bucinell, R., and Li, B. (2019). Биокомпозиты с сэндвич-структурой на основе биорезина, пропитанные затем отвержденным мицелием: процесс литья под давлением (RTM), свойства изгиба и моделирование. J. Clean. Prod. 207, 123–135. doi: 10.1016 / j.jclepro.2018.09.255

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Jiang, L., Walczyk, D., McIntyre, G., Bucinell, R., and Tudryn, G. (2017). Изготовление биокомпозитных сэндвич-структур с использованием ядер и преформ, связанных мицелием. J. Производственный процесс. 28, 50–59. doi: 10.1016 / j.jmapro.2017.04.029

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джин, К., Цинь, З., и Бюлер, М. Дж. (2015). Молекулярные механизмы деформации материала клеточной стенки древесины. J. Mech. Behav. Биомед. Матер. 42, 198–206. doi: 10.1016 / j.jmbbm.2014.11.010

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Jones, M., Bhat, T., Huynh, T., Kandare, E., Yuen, R., Wang, C.H., et al. (2018). Недорогие строительные материалы из мицелиевых композиционных материалов на основе отходов с повышенной пожаробезопасностью. Fire Mater. 42, 816–825. doi: 10.1002 / fam.2637

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Jones, M., Huynh, T., Dekiwadia, C., Daver, F., and John, S.(2017). Композиты мицелия: обзор технических характеристик и кинетики роста. j bionanosci 11, 241–257. doi: 10.1166 / jbns.2017.1440

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джонс, М., Куюнджич, М., Джон, С., и Бисмарк, А. (2020a). Краб против грибов: обзор хитина ракообразных и грибов в лечении ран. Мар. Наркотики 18, 64. doi: 10.3390 / md18010064

PubMed Реферат | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джонс, М., Маутнер А., Луенко С., Бисмарк А. и Джон С. (2020b). Спроектированные композитные строительные материалы мицелия от грибных биоперерабатывающих заводов: критический обзор. Mater. Des. 187, 108397. doi: 10.1016 / j.matdes.2019.108397

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Karana, E., Blauwhoff, D., Hultink, E. J., and Camere, S. (2018). Когда материал растет: пример создания материалов на основе мицелия. Внутр. J. Des. 12, 119–136.

Google Scholar

Килаван Пакьям, К., Джордж Т.С., Кулантайвел С. и Васанти Н.С. (2011). Экстракция, очистка и характеристика хитозана из эндофитных грибов, выделенных из лекарственных растений. World J. Sci. Technol. 1, 43–44.

Google Scholar

Коллар, Р., Рейнхольд, Б. Б., Петракова, Э., Йе, Х. Дж. С., Эшвелл, Г., Дргонова, Дж. И др. (1997). Архитектура клеточной стенки дрожжей. J. Biol. Chem. 272, 17762–17775. doi: 10.1074 / jbc.272.28.17762

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Kramer, K.Дж., Хопкинс, Т. Л., и Шефер, Дж. (1995). Применение ЯМР твердых тел для анализа склеротизированных структур насекомых. Insect Biochem. Мол. Биол. 25, 1067–1080. doi: 10.1016 / 0965-1748 (95) 00053-4

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Линдер М. Б., Силвай Г. Р., Накари-Сетяля Т. и Пенттила М. Э. (2005). Гидрофобины: белковые амфифилы нитчатых грибов. FEMS Microbiol. Ред. 29, 877–896. doi: 10.1016 / j.femsre.2005.01.004

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лю Дж., Lin, S., Liu, X., Qin, Z., Yang, Y., Zang, J., et al. (2020). Усталостная адгезия гидрогелей. Нат. Commun. 11, 1071. doi: 10.1038 / s41467-020-14871-3

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лопес Нава, Х.А., Мендес Гонсалес, Х., Руэлас Чакон, X. и Нахера Луна, Дж. А. (2016). Оценка съедобных грибов и пленок материала на биологической основе, имитирующего пенополистирол. Mater. Производственный процесс. 31, 1085–1090. DOI: 10.1080 / 10426914.2015.1070420

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мадурвар М. В., Ралегаонкар Р. В. и Мандавган С. А. (2013). Применение агроотходов в экологически чистых строительных материалах: обзор. Construction Building Mater. 38, 872–878. doi: 10.1016 / j.conbuildmat.2012.09.011

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Malette, W. G., Quigley, H. J., and Adickes, E. D. (1986). «Эффект хитозана в сосудистой хирургии, культуре тканей и регенерации тканей».В Хитин в природе и технике . Спрингер, 435–442. doi: 10.1007 / 978-1-4613-2167-5_51

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Морганти, П., Морганти, Г., и Колтелли, М. Б. (2019). «Хитиновые наноматериалы и нанокомпозиты для восстановления тканей» в Биоматериалы морского происхождения для применения в тканевой инженерии . Редакторы А. Х. Чой и Б. Бен-Ниссан (Сингапур: Springer), 523–544. doi: 10.1007 / 978-981-13-8855-2_21

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Morin-Crini, N., Lichtfouse, E., Torri, G., and Crini, G. (2019). Применение хитозана в пищевых продуктах, фармацевтике, медицине, косметике, сельском хозяйстве, текстильной промышленности, целлюлозно-бумажной промышленности, биотехнологии и химии окружающей среды. Environ. Chem. Lett. 17, 1667–1692. doi: 10.1007 / s10311-019-00904-x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Muzzarelli, R.A.A. (2011). «Наноструктуры хитина в живых организмах» в «Наноструктуры хитина в живых организмах» в Хитин .Редактор Н. С. Гупта (Дордрехт: Springer), 1–34. doi: 10.1007 / 978-90-481-9684-5_1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Muzzarelli, R.A.A., Morganti, P., Morganti, G., Palombo, P., Palombo, M., Biagini, G., et al. (2007). Хитиновые нанофибриллы / хитозановые гликолятные композиции в качестве лекарственных средств для ран. Carbohydr. Polym. 70, 274–284. doi: 10.1016 / j.carbpol.2007.04.008

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Muzzarelli, R.A.A. (2012). Нанохитины и нанохитозаны, прокладывая путь к экологически чистой и энергосберегающей эксплуатации морских ресурсов. A Компр. Ссылка 10, 153–164. doi: 10.1016 / B978-0-444-53349-4.00257-0

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Насери, Н., Алган, К., Джейкобс, В., Джон, М., Оксман, К., и Мэтью, А. П. (2014). Электропряденые нанокомпозитные маты на основе хитозана, армированные нанокристаллами хитина, для перевязки ран. Carbohydr. Polym. 109, 7–15. doi: 10.1016 / j.carbpol.2014.03.031

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Nawawi, W. M.Ф. Б. У., Джонс, М., Мерфи, Р. Дж., Ли, К.-Й., Конттури, Э., и Бисмарк, А. (2020). Наноматериалы, полученные из грибковых источников — это новая шумиха? Биомакромолекулы 21, 30–55. doi: 10.1021 / acs.biomac.9b01141

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Parisi, S., Rognoli, V., and Ayala-Garci, C. (2016). Опыт проектирования материалов с течением времени — метод проектирования на основе материалов, применяемый к композиту на основе мицелия. в 10-я Международная конференция по дизайну и эмоциям — Празднование и созерцание, 27-30 сентября 2016 г., Амстердам.doi: 10.1115 / POWER2020-16619

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Pelletier, M. G., Holt, G. A., Wanjura, J. D., Bayer, E., and McIntyre, G. (2013). Оценочное исследование акустических поглотителей на основе мицелия, выращенных на субстратах из сельскохозяйственных побочных продуктов. Ind. Crops Prod. 51, 480–485. doi: 10.1016 / j.indcrop.2013.09.008

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Петре, М. (2015). Грибная биотехнология: разработки и применения .Амстердам: Academic Press.

Пхенг, Л. С., и Хоу, Л. С. (2019). «Экономика и строительная индустрия», в Качество строительства и экономика . Редакторы Л. Суй Пхенг и Л. Шинг Хоу (Springer Singapore), 21–54. doi: 10.1007 / 978-981-13-5847-0_2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Qin, Z., Gautieri, A., Nair, A.K., Inbar, H., and Buehler, M.J. (2012). Толщина нанокристалла гидроксиапатита контролирует механические свойства границы раздела коллаген-гидроксиапатит. Langmuir 28, 1982–1992. doi: 10.1021 / la204052a

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цинь, З., Юнг, Г. С., Кан, М. Дж., И Бюлер, М. Дж. (2017). Механика и конструкция облегченной трехмерной графеновой сборки. Sci. Adv. 3, e1601536. doi: 10.1126 / sciadv.1601536

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ринаудо, М. (2006). Хитин и хитозан: свойства и применение. Прог.Polym. Sci. 31, 603–632. doi: 10.1016 / j.progpolymsci.2006.06.001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Седжян В., Гоган Дж., Баумгард Л. и Прасад К. (2015). «Влияние изменения климата на животноводство: адаптация и смягчение последствий», в Влияние изменения климата на животноводство: адаптация и смягчение последствий . Редакторы В. Седжян, Дж. Джон, Б. Ланс и П. Кадаба (Нью-Дели: Cadaba Springer). doi: 10.1007 / 978-81-322-2265-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шинде, Б., Хан, С., и Мухури, С. (2020). Модель роста и морфологии грибного мицелия. Phys. Rev. Res. 2, 23111. doi: 10.1103 / PhysRevResearch.2.023111

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сиетсма, Дж. Х. и Весселс, Дж. Г. Х. (1979). Доказательства ковалентных связей между хитином и -глюканом в стенке гриба. J. Gen. Microbiol. 114, 99–108. doi: 10.1099 / 00221287-114-1-99

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Simard, S. W., Beiler, K.Дж., Бингхэм, М. А., Деслипп, Дж. Р., Филип, Л. Дж., И Тест, Ф. П. (2012). Микоризные сети: механизмы, экология и моделирование. Fungal Biol. Ред. 26, 39–60. doi: 10.1016 / j.fbr.2012.01.001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Streit, F., Koch, F., Laranjeira, M.C.M, and Ninow, J. L. (2009). Производство грибного хитозана при жидком культивировании с использованием яблочного жмыха в качестве субстрата. Braz. J. Microbiol. 40, 20–25. doi: 10.1590 / S1517-838220000003

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Swift, R.С. (2018). «Характеристика органических веществ». В Методы анализа почв . Мэдисон, Висконсин: Американское почвенное общество, Inc.), 1011–1069. doi: 10.2136 / sssabookser5.3.c35

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Уэно, Х., Накамура, Ф., Мураками, М., Окумура, М., Кадосава, Т., и Фудзинага, Т. (2001b). Оценка влияния хитозана на продукцию внеклеточного матрикса фибробластами и продукцию факторов роста макрофагами. Биоматериалы 22, 2125–2130.doi: 10.1016 / S0142-9612 (00) 00401-4

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Уэно, Х., Ямада, Х., Танака, И., Каба, Н., Мацуура, М., Окумура, М., и др. (1999). Ускоряющие эффекты хитозана для заживления на ранней стадии экспериментальной открытой раны у собак. Биоматериалы 20, 1407–1414. DOI: 10.1016 / S0142-9612 (99) 00046-0

PubMed Реферат | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Velasco, P. M., Ortiz, M. P. M., Giro, M. A. M., Castelló, M. C. J., и Веласко, Л. М. (2014). Разработка лучших изоляционных кирпичей путем добавления грибных отходов компоста. Энергетика и строительство 80, 17–22. doi: 10.1016 / j.enbuild.2014.05.005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Volk, T. J., and Ryvarden, L. (1992). Роды полипор: номенклатура и таксономия: Synopsis Fungorum 5. Mycologia 84, 950. doi: 10.2307 / 3760304

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Wang, C., Wang, J., Zeng, L., Qiao, Z., Лю X., Лю Х. и др. (2019). Производство электропряденых полимерных нановолокон различной морфологии. Molecules 24, 834. doi: 10.3390 / Molecules24050834

PubMed Реферат | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Webster, J., and Weber, R. (2007). Знакомство с грибами . Кембридж, Массачусетс: Издательство Кембриджского университета.

Уилси, А. М., Хартвелл, А. Р., Уэллс, Т. С., Парк, Д., Ронни, П. Д., и Ан, Дж. (2020). Исследование сети роста мицелия в качестве термопереносной мембраны для перекачивания и выработки электроэнергии на основе термической транспирации.в Труды конференции по энергетике ASME 2020, совмещенной с Международной конференцией по ядерной инженерии 2020 года. Конференция по энергетике ASME 2020. Виртуальный, онлайн. 4–5 августа 2020 г. V001T03A014. ASME . doi: 10.1115 / POWER2020-16619

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Woiciechowski, A. L., De Souza Vandenberghe, L. P., Karp, S. G., Letti, L.A.J., De Carvalho, J. C., Medeiros, A. B. P., et al. (2013). «Этап предварительной обработки в конверсии лигноцеллюлозной биомассы: современные системы и новые биологические системы». Лигноцеллюлоза Конверс. Enzymatic Microb. Инструменты Bioethanol Prod. , 39–64. doi: 10.1007 / 978-3-642-37861-4_3

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Wu, J., Qin, Z., Qu, L., Zhang, H., Deng, F., and Guo, M. (2019). Натуральный гидрогель в американском лобстере: мягкая броня с высокой прочностью и прочностью. Acta Biomater. 88, 102–110. doi: 10.1016 / j.actbio.2019.01.067

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Xing, Y., Brewer, M., Эль-Габави, Х., Гриффит, Г., и Джонс, П. (2018). Выращивание и испытание мицелиевых кирпичей в качестве строительных изоляционных материалов. IOP Conf. Сер. Earth Environ. Sci. , 121, 022032. doi: 10.1088 / 1755-1315 / 121/2/022032

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжоу, С., Джин, К., и Бюлер, М. Дж. (2021 г.). Понимание биомассы растений с помощью компьютерного моделирования. Adv. Матер. 33, 2003206. doi: 10.1002 / adma.202003206

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ziegler, A.Р., Баджва, С. Г., Холт, Г. А., Макинтайр, Г., и Баджва, Д. С. (2016). Оценка физико-механических свойств зеленых биокомпозитов, армированных мицелием, из целлюлозных волокон. Прил. Англ. Agric. 32, 931–938. doi: 10.13031 / aea.32.11830

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мицелий: использование грибов для изготовления упаковочных материалов — материалы и инженерные ресурсы

В эпоху , сознательно относящуюся к окружающей среде, , сколько людей получили посылку , облицованную пеной, и подумали: «Что за отходы?»?

Пенополистирол безупречно служил миру с момента его изобретения в 1940-х годах, позволив осуществить бесчисленное множество достижений, предоставив все, от основной амортизации для упаковок до плавучих устройств , которые помогают спасать жизни. Как материал, это невероятно.

Но его влияние на окружающую среду вызывает беспокойство, : готовый материал может разложиться в течение тысяч лет, а может и дольше. Чудо-материал прошлого века конструктивно прочен, но пронизан недостатками, влияющими на человеческое благополучие .

Полистирол (PS) — это естественно прозрачный термопласт, который доступен как в виде обычного твердого пластика, так и в виде жесткого вспененного материала.Пластик PS обычно используется в различных сферах применения в потребительских товарах, а также особенно полезен для коммерческой упаковки.

В течение первых двух десятилетий этого столетия во всем мире было произведено более 300 миллионов метрических тонн полистирола, причем более половины из них было утилизировано в течение одного года.

Возрос спрос на жизнеспособную и экономичную альтернативу , которая свободна от всех проблемных экологических проблем. К счастью, со спросом приходят инновации.

В конце концов, мицелий вышел на рынок — и хотя он в основном используется как материал вместо упаковки из пенополистирола , существует множество других продуктов, которые мицелий способен заменить. Это не совсем знакомый материал , но, скорее всего, скоро станет.

Что такое мицелий?

Мицелий — это структуры, похожие на корни , которые выходят из грибов и находятся под внешним слоем шляпки .Однако продукт, называемый мицелием, представляет собой биоинженерную форму гиф, которая производится из сельскохозяйственных отходов, смешанных с этими корнеобразными структурами в качестве связующих агентов.

Колонии грибов, состоящие из мицелия, встречаются в почве и на многих других субстратах.

На практике мицелий можно использовать для создания множества вещей , от органических пластиков до строительных лесов , которые можно использовать для выращивания органов, хотя его наиболее распространенное и полезное коммерческое применение — это упаковка .

Мицелиевую пену можно использовать так же, как пенополистирол, и для многих компаний стал популярным материалом.

Мицелий образует пеноподобный материал, который достаточно хорошо изолирует. Greensulate, полученный из грибов, обугливается, но не плавится и не воспламеняется, как изоляция из полистирола.

Мицелий — это легкий, простой в формовании и производстве — все это благоприятных черт для материалов, используемых в упаковке .Именно эти характеристики позволяют мицелию быть конкурентоспособным по стоимости с пенополистиролом , который долгое время был недорогим и надежным материалом, используемым во всех аспектах доставки материалов.

Каков производственный процесс?

Мицелий представляет собой смесь сельскохозяйственных отходов, связанных структурами мицелия . В этом процессе можно использовать несколько видов отходов, от конопли до древесной щепы и шелухи подорожника. Материалы соединяются в желаемую форму за короткое время, иногда всего за неделю.

Из быстрорастущих волокон Mycelium производятся материалы, используемые для упаковки, одежды, продуктов питания и строительства — все, от кожи до стейков на растительной основе и строительных лесов для растущих органов. (Изображение dezeen.com)

Это основной материал для большинства продуктов мицелия, известный как пена . Мицелиевую пену можно использовать в самых разных областях, например, в текстильных изделиях и косметике , или в ее более простом и обычном состоянии для упаковки .
С технической стороны создание пены начинается с смешивания сельскохозяйственных отходов с гифами мицелия .Эту смесь помещают в форм любой желаемой вместимости и помещают в темноту, где она растет около недели. Грибы оставляют питаться сельскохозяйственными отходами.

Мицелий — вегетативная часть гриба или грибовидной бактериальной колонии, состоящая из массы ветвящихся нитевидных гиф.

При движении через смесь он образует сеть крошечных белых волокон по всей подложке . В итоге это заполняет все доступное пространство и образует прочную структуру: мицелиевую пену .Затем пену удаляют из формы и сушат, чтобы мицелий не мог расти и производить грибы или споры. Отсюда поролон может использоваться в качестве упаковочного материала или изготавливаться для изготовления чего угодно, от сумок до курток из искусственной кожи .

Свойства мицелия

Пена мицелия является биоразлагаемой, легко формируемой, легкой и прочной . У него не такой же срок службы, как у пенополистирола, что полезно для окружающей среды, но не обязательно хорошо, если вы ищете что-то, что прослужит десятилетия.

Физико-механические и термодинамические свойства биокомпозитов на основе мицелия: обзор. Каролина Гирометта.

Биоразлагаемость является критическим свойством для наиболее распространенного использования . Легкость и прочность также очень желательны как для одноразового, так и для длительного использования.

По сравнению с пенополистиролом или полиуретановыми изделиями, мицелий на самом деле сильнее, даже если это может восприниматься иначе, — это биологический материал . Он также является гидрофобным и огнестойким , что является полезными свойствами для применений, таких как упаковка и одежда .

При более позднем производстве продуктов из мицелия, таких как куртки и пакеты, другие свойства мицелия становятся полезными. Пена Mycelium эластичная, изолирующая и дышащая. Хотя эти характеристики не обязательно могут быть важными для одноразовой упаковки, они необходимы для одежды, обуви и аналогичных предметов.

Компания под названием NEFFA решила пойти по более экологичному пути, разработав биоразлагаемый текстиль, сделанный из вегетативной части грибка, называемого мицелием.

В чем преимущества Mycelium?

Использование мицелия по сравнению с пенополистиролом или другими типами полимеров и пластиков дает несколько преимуществ. Вот некоторые из них:

Биоразлагаемый и сильный — потребительский спрос все больше смещается в сторону экологически чистых материалов, но прочность и надежность по-прежнему являются необходимыми характеристиками большинства продуктов.Способность мицелия оставаться сильным органическим, биоразлагаемым продуктом является большим преимуществом по сравнению с другими материалами.
Можно превратить в любую формованную форму — это упрощает производство, по крайней мере, с точки зрения технических характеристик продукта. Выращивание ровно нужного количества материала, необходимого для любого продукта, помогает избежать отходов и повысить эффективность.
Можно выращивать в домашних условиях — это отлично подходит для малых предприятий, которым нужны точные спецификации, и полезно для любой компании, которая хочет иметь больший контроль над сырьем, используемым в их продуктах.
Потребительские предпочтения — мицелий имеет неотъемлемое преимущество перед пенополистиролом благодаря своей экологической природе. Он также экономичен и столь же эффективен, как упаковочный материал или как основа для других продуктов. Это делает его предпочтительным для тех, кто ищет компостируемые или биоразлагаемые продукты.
Универсальный базовый материал — из пенопласта мицелия можно изготавливать несколько полезных продуктов с обширным списком применений и возможностей, от курток для улицы до стелек и обуви.
Обильный, экологичный и недорогой — для создания пены из мицелия используются сельскохозяйственные отходы, которые всегда будут доступны во всем мире. Гифы мицелия также являются возобновляемыми и многочисленными — и все производство пенопласта из мицелия является недорогим и конкурентоспособным по сравнению с пенополистиролом.

Практическое применение мицелия

Упаковка — основное приложение , но, как упоминалось выше, существует гораздо больше применений для мицелия, от каркасов для органов до мебели .Тем не менее, замена пенополистирола — это, пожалуй, его лучшее использование, поскольку одноразовые прокладки лучше для окружающей среды, если они поддаются биологическому разложению.

В проекте Mycelium + Timber используются два древесных материала, объединенных в симбиотические отношения для создания современной эко-мебели.

Это также самая простая форма производства: пена из мицелия является основным материалом, используемым для всех продуктов из мицелия , и ее совсем не нужно изменять для использования в качестве упаковки.

Органические пластмассы — еще одно отличное применение по тем же причинам. Для создания материалов пластикового типа требуется немного больше производства, потому что это требует дополнительной обработки после создания пенопласта, подобного текстилю или обуви.

Тем не менее, преимущества и практических приложений делают его стоящим . Его можно сделать таким же удобным и полезным, как пластик на нефтяной основе, с такой же податливостью и кратковременной долговечностью, за исключением того, что он будет разрушаться естественным образом.Недавнее исследование, опубликованное в Science Advances, показало, что на сегодняшний день люди произвели 8 300 миллионов метрических тонн пластика, что в 25 000 раз превышает вес Эмпайр-стейт-билдинг — и все это не разлагается биологическим путем в глобальной экосистеме.

Себастьян Кокс стал последним дизайнером, который начал работать с грибным мицелием. Британский производитель мебели объединился с исследователем Нинелой Ивановой, чтобы исследовать потенциал этого материала в коммерческом дизайне мебели.

Продукты на основе мицелия, помимо пен и пластмасс, также могут применяться во многих сферах. Обувь, заменители кожи и абажуры могут быть изготовлены с помощью той же базовой процедуры, которая дает пену мицелия. Пенопласт можно использовать как заменитель кожи для изготовления текстильных изделий, одежды и обуви.

Мебель — еще один продукт мицелия ; тем не менее, она, вероятно, остается на менее практичной, чем традиционная мебель из дерева и льна. Изделия из дерева могут служить десятилетиями и, если их правильно закупать, могут быть экологически безопасными.С пластиком дело обстоит иначе.

Павильон выращивания, созданный для Голландской недели дизайна, построен из панелей из мицелия. Установленные на деревянную раму панели выращены из грибов, а затем покрыты органическим герметиком, первоначально разработанным людьми инков. (Фотография: Эрик Меандер)

Органические леса являются более нишевыми и в настоящее время менее полезными, чем любое из упомянутых выше приложений, хотя в ближайшем будущем они могут стать очень важными для .В настоящее время он не имеет ничего общего с практическим применением упаковки, альтернативных пластмасс или одежды.

Будущее мицелия и родственных материалов

Мы почти наверняка увидим еще продуктов из мицелия в ближайшем будущем, , поскольку он станет более обычным, по крайней мере, в качестве материала, используемого для упаковки. Пенополистирол, вероятно, составит меньшую часть нашего глобального бюджета на материалы , но он, вероятно, не исчезнет полностью, по крайней мере, в ближайшее время.

Что касается других применений мицелия, от одежды до абажуров, только время покажет, попадут ли они в мейнстрим.

Haeckels Mycelium & Seed Paper Packaging

Станут ли они предметами повседневного обихода или останутся продуктами небольшого объема, которые стали возможны благодаря уникальной форме грибка? Пока рано говорить, но ничего страшного. Основная цель мицелия , этого невероятно инновационного материала , — обеспечить экологичную альтернативу небиоразлагаемой одноразовой упаковке. И в этом отношении он работает превосходно.

«Мне нравится изучать, как различные материалы могут повлиять на инженерные и экологические проблемы».

Jordan Flagel
Эколог и аналитик

Изготовленный из грибов мицелий попадает на рынок как зеленый заменитель кожи и пластика

На прошлой неделе британский модельер Стелла Маккартни представила черный «кожаный» топ-бюстье и брюки, изготовленные без из коровьей шкуры, а мицелий — из грибов.

До сих пор, если вы хотели кожу, не сделанную из животных, вам, вероятно, приходилось довольствоваться пластиковой «кожей», которая связана с другим набором экологических проблем.

Но ряд крупных брендов, в том числе Stella McCartney, Adidas, Lululemon и Hermes, в партнерстве с биотехнологическими стартапами Bolt Threads и MycoWorks, заявляют, что в конце этого года вы сможете покупать больше продуктов с кожей, сделанной из других биотехнологий. материал, выращенный путем переработки отходов.

Мицелий уже присутствует на рынке в виде упаковки из пенополистирола, сумок «без кожи», напольных покрытий и звукоизоляционных акустических панелей. Он также экспериментально использовался для создания более крупных конструкций, таких как скамейки, гробы, , туалеты для компостирования и даже здания , .

Но производители сейчас стремятся расширить масштабы продуктов и применений, сделанных из мицелия, которые они рекламируют как более устойчивую замену пластмассам, полученным из нефти, таким как пенополистирол и винил, коже, изготовленной с использованием агрессивных химикатов из-за поглощения воды и отрыжки метана. коровы и даже другие биологические материалы, такие как картон и дерево.

В будущем, по их словам, его можно будет даже использовать для производства современных материалов, таких как прозрачная «бумага», или для строительства зданий, которые могут автоматически подвергаться биологическому разложению в конце срока их полезного использования.

Представляем первую в мире одежду, созданную на основе Mylo ™ ️, веганской кожи грибов, созданной в сотрудничестве с @BoltThreads . Mylo ™ ️ — это мягкий и устойчивый продукт, сделанный из бесконечно возобновляемого мицелия.

Откройте для себя #StellaxMylo : https://t.co/RV8vPfykoQ # Стелла МакКартни pic.twitter.com/qZmkpFgpqn
& mdash; @StellaMcCartney

Что такое мицелий?

Мицелий состоит из грибов.Хотя вы можете думать о них как о растениях, технически они не являются животными и более тесно связаны с ними. (Грибы и животные находятся в разных «царствах», но в одном и том же «надцарстве», в то время как растения находятся в другом надцарстве.)

Вы можете ассоциировать грибы с грибами, но мицелий — это другая часть гриба. — его быстрорастущая сеть корней, а не компактные плоды, известные нам как грибы.

Что делает мицелий более устойчивым, чем материалы, которые он заменяет?

Те, кто использует мицелий, называют его низкий уровень воздействия на окружающую среду своим самым большим преимуществом.

Дэн Видмайер, генеральный директор калифорнийской компании Bolt Threads, сказал, что среди брендов, которые работают с его компанией, 70 процентов воздействия на окружающую среду происходит из используемых материалов.

«Вообще говоря, эти материалы должны измениться, если на планете будет восемь миллиардов нас, — сказал Видмайер.

Bolt Threads утверждает, что их кожа Mylo на основе мицелия выделяет меньше парниковых газов и использует меньше воды и ресурсов, чем кожа животных.

Дэн Видмайер, генеральный директор Bolt Threads, складывает лист Mylo. (Эшли Батц / Bolt Threads)
Александр Бисмарк, профессор химии материалов, и Митчелл Джонс, научный сотрудник Венского технического университета, изучали устойчивость заменителей кожи, полученных из грибов .
Они отмечают, что в природе грибы помогают почве улавливать и накапливать углерод благодаря своим симбиотическим отношениям с растениями, делая их рост «эффективно углеродно нейтральным».«При выращивании для производства материалов на основе мицелия они могут перерабатывать отходы, такие как пищевые и сельскохозяйственные остатки, без нагрева, который обычно требуется для производственных процессов.
В отличие от животноводства, которое, как известно , потребляет и загрязняет воду, используйте много земли и производят парниковые газы, которые способствуют изменению климата более высокими темпами, чем большинство других домашних животных. При дублении кожи используется много потенциально вредных химикатов и энергии.
Бисмарк сказал, что по сравнению с такими материалами животного происхождения, а также пластмассами, продукты на основе мицелия обеспечивают «значительное сокращение выбросов CO2 или парниковых газов».
Мицелий даже был предложен в качестве замены другим материалам на биологической основе, таким как картон, дерево или биопластики. Джонс сказал, что даже многие из них оказывают негативное воздействие на окружающую среду, например, необходимость вырубать деревья или ограниченная способность к биологическому разложению. «У грибов нет такого недостатка».
Упаковка для мицелия продается как зеленый заменитель полистирола.(Упаковка для грибов)
Что теперь можно купить из мицелия?
За последнее десятилетие или около того биотехнологические компании выпустили небольшое количество продуктов на основе мицелия, таких как:
Упаковка , предназначенная для замены пенополистирола, от компании Ecovative Design из Нью-Йорка. Сейчас его производят партнеры-производители в США, Великобритании, Европе и Новой Зеландии. Dell Technologies и IKEA относятся к числу тех, кто решил его использовать.
Гробы , сделанные голландским стартапом Loop, которые не только биоразлагаемы, но и помогают биоразлагать тела, покоящиеся внутри.
Напольные покрытия и акустическая плитка, продаются итальянской фирмой Mogu, занимающейся дизайном интерьеров.
Кожа. MYCL, базирующаяся в Бандунге, Индонезия, в партнерстве с местным брендом одежды BRODO в прошлом году выпустила кроссовки, сандалии, кошельки, багажные бирки и ремешки для часов из кожи Mylea на основе мицелия.
Два американских конкурента стремятся сделать кожу на основе мицелия более доступной в этом году.
Bolt Threads (для которого лицензировала свою первоначальную технологию у Ecovative ) должен был доставить свой первый продукт, сделанный из Mylo, сумки для водителя, спонсорам Kickstarter в конце прошлого года, но поставка была отложена после того, как партия была произведена его партнер-производитель не соответствовал стандартам качества. Компания также объявила в октябре года, что она будет сотрудничать с Adidas, Kering, Lululemon и Stella McCartney для запуска продуктов Mylo в 2021 году.(Предметы, представленные Стеллой Маккартни на этой неделе, еще не поступили в продажу.)
Компания MycoWorks , расположенная в Сан-Франциско, объявила ранее в этом месяце , что она сотрудничает с люксовым брендом Hermes для создания версии сумки Victoria, которая будет первым продуктом, в котором используется кожа на основе мицелия под названием Sylvania.
Как мицелий производится и превращается в новые материалы и продукты?
Очевидно, что шаг первый — вырастить его. Это можно сделать либо в питательной жидкости, либо на слое из твердых материалов.Любой из них может включать в себя отходы, начиная от мелассы и заканчивая опилками мебельного производства.
Что подходит, зависит от видов грибов, которые можно найти в различных средах обитания в дикой природе, — сказал Джо Дамен, доцент Школы архитектуры Университета Британской Колумбии, который уже несколько лет работает с материалами на основе мицелия. .
Например, вешенки, с которыми он работает, растут на лиственных деревьях, но не на хвойных.Некоторые из материалов, используемых в коммерческих целях, включают хлопковые волокна или косточки конопли, внутренние сердцевины стеблей.
Мицелий выращивают в мешках с левой стороны теплицы, прежде чем им придать различные формы. (AFJD)
Грибы также нуждаются в воде и питательных веществах, и, как правило, их содержат в условиях с контролируемой влажностью и температурой, чтобы они не могли производить грибы — совершенно другой материал, который также может генерировать потенциально раздражающие споры. По словам Дамена, плодоношение обычно происходит, когда грибы думают, что сейчас осень.
Грибы быстро растут — для выращивания мицелия для Mushroom Packaging требуется всего неделя, а для Mylo — две недели, говорят их производители. Они часто выращиваются с высоким уровнем CO2, чтобы стимулировать их расти наружу в поисках кислорода.
Готовый мицелий обычно обезвоживают и обрабатывают с помощью машин и химикатов для улучшения плотности, прочности, эластичности и текстуры.
Все это означает, что материалы на основе мицелия обычно не являются чистым мицелием, а представляют собой «композит», — отметил Бисмарк.Они содержат материал, на котором он был выращен, а также все, что было добавлено во время обработки.
Видмайер сказал, что это часть «секретного соуса» для Мило. «Мы начинаем с мицелия, а затем делаем все, от того, чтобы убедиться, что он не гниет, до того, чтобы убедиться, что он закончен надлежащим образом и имеет правильный цвет». Компания
Bolt Threads должна была доставить свой первый продукт из Mylo, сумки для водителя, спонсорам Kickstarter в конце прошлого года. Но доставка была отложена из-за того, что партия, произведенная партнером-производителем, не соответствовала стандартам качества.(Резьба для болтов)
Живет ли еще грибок и может ли он продолжать расти в продуктах?
Для большинства коммерческих продуктов (кроме гробов) мицелий подвергается термообработке задолго до того, как попадет к покупателю, чтобы убить его, сохранить предполагаемую форму продукта и исключить риск образования грибов и аллергенов, таких как споры.
Вешенки растут из кирпичей, вылепленных из мицелия. Из них была возведена стена для художественной инсталляции, созданной AFJD, дизайнерской студией Джо Дамена и его жены Эмбер Фрид-Хименес.(AFJD)
Тем не менее, некоторые дизайнеры, такие как Дамен и его жена Эмбер Фрид-Хименес, канадская кафедра дизайна и технологий Университета искусства и дизайна Эмили Карр, экспериментировали с живыми грибами.
«Как архитекторы и дизайнеры, мы действительно интересовались идеей материала, который мог бы объединяться и продолжать расти, когда он принимает форму или форму того, что мы проектировали», — сказал Дамен, у которого есть дизайн. Студия с Фрид-Хименесом называлась AFJD.
Однажды они построили стену в Музее Ванкувера, которая состояла из отдельных кирпичиков мицелия, которые остались живы и со временем слились вместе.
«Итак, вы можете вообразить своего рода строительную технологию, которая может развиваться и продолжать расти, вы знаете, в некотором роде волшебная», — сказал он.
В 2016 году они создали скамейки из мицелия, в центре которых было место для грибов и фруктов. Они использовались в кампусе несколько месяцев.
Как правило, в нормальных внутренних или наружных условиях они высыхают и становятся инертными.«Но это не значит, что они не могут проснуться позже», — сказал он.
Эта скамейка для мицелия, созданная Даменом и Фрид-Хименесом, была живая, и в ее центре были отверстия для роста грибов. (Криста Янке)
Это означает, что можно спроектировать здание из инертных материалов на основе мицелия, которые могут разлагаться или самоуничтожаться в конце срока службы здания. «В правильных условиях они могут проснуться и начать переваривать материалы и закончить строительство.«
Для чего еще можно было бы использовать мицелий в будущем?
И Дамен, и Бисмарк говорят, что он имеет большой потенциал в качестве строительного материала — например, для замены пенопласта.
Его изоляционные свойства побудили Дамен использовать мицелий для создания биоразлагаемого компостного туалета для лагерей беженцев, который улавливает тепло для ускорения разложения теплолюбивыми бактериями. После использования его можно просто закопать. Дахмен даже играет с добавлением в него семян, так что «в основном вы вроде как превращение экскрементов в клумбу в конце.
Бисмарк и Джонс экспериментировали со способами изготовления более совершенных материалов из мицелия. Например, они обнаружили, что, выращивая его в богатой минералами среде, они могут создавать минерализованные огнестойкие изоляционные панели.
Мицелий может также могут использоваться для изготовления новых передовых материалов, таких как эти прозрачные, сверхпрочные листы, похожие на бумагу. (Александр Бисмарк)
Хотя большинство современных продуктов из мицелия представляют собой композиты, включающие сельскохозяйственные или древесные волокна, исследователи также пытаются создать «наноматериалы». «с чистыми грибами, отобранными из-за их сверхтонких волокон.
Их можно переработать в блендере с некоторыми химикатами в интересные материалы, такие как прозрачные листы, похожие на бумагу. Мицелиевую бумагу можно сделать в 10 раз прочнее, чем обычную бумагу, или она предназначена для фильтрации вирусов или тяжелых металлов из воды.
Одно из приложений, которое они сейчас тестируют, — это перевязочные материалы на основе мицелия, которые могут помочь уменьшить кровотечение, предотвратить проникновение бактерий и ускорить заживление.
«Просто невероятно, на что способен гриб», — сказал Бисмарк, добавив, что их примерно 5.1 миллион видов грибов, многие из которых обладают неиспользованным потенциалом. «Это все еще обширная область биологии, которая может что-то для вас сделать».
Производство грибного мицелия как источника белка и жира в погруженной культуре в среде Vinasse
Appl Microbiol. 1962 ноя; 10 (6): 572–576.
Химический факультет, Instituto Zimotécnico, Escola Superior de Agricultura «Luiz de Queiroz», Университет Сан-Паулу, Сан-Паулу, Бразилия
¹ Текущий адрес: Северная лаборатория исследований и разработок в области утилизации, U.S. Министерство сельского хозяйства, Пеория, III.
Эта статья цитируется в других статьях в PMC.
Abstract
Из десяти исследованных культур грибов только Agaricus campestris, Boletus indecisus и Tricholoma nudum были способны расти в погруженной культуре в среде барды с добавлением солей. В этих условиях была обнаружена более высокая ферментативная эффективность, чем в среде, содержащей мелассу или отработанный сульфитный щелок. A. campestris показал лучшую способность производить белок, но, начиная с B.indecisus способен развивать больший вес мицелия, его ферментативная эффективность сопоставима. Оба микроорганизма можно было выращивать в среде барды с очень разными количествами, производя более высокий вес мицелия в среде с более высокой бардой. Способность B. indecisus и A. campestris утилизировать неуглеводную фракцию от общего количества твердых веществ вместо общего количества углеводов, когда они находятся в меньшем количестве, наблюдалась в среде, содержащей барду. B. indecisus и A. campestris были легко отделены фильтрованием от среды, хотя T. nudum было трудно отделить с помощью этой процедуры. В опытах с A. campestris была продемонстрирована адаптационная способность организма к барде.
Полный текст
Полный текст доступен в виде отсканированной копии оригинальной печатной версии. Получите копию для печати (файл PDF) полной статьи (853K) или щелкните изображение страницы ниже, чтобы просмотреть страницу за страницей.Ссылки на PubMed также доступны для Избранные ссылки .
Избранные ссылки
Эти ссылки находятся в PubMed. Это может быть не полный список ссылок из этой статьи.
Хамфельд Х. Производство грибного мицелия (Agaricus campestris) в погруженной культуре. Наука. 1948 г., 9 апреля; 107 (2780): 373–373. [PubMed] [Google Scholar]
СУГИХАРА Т.Ф., ХУМФЕЛЬД Х. Погруженная культура мицелия различных видов грибов.Appl Microbiol. 1954 Май; 2 (3): 170–172. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Morris DL. Количественное определение углеводов с помощью реагента Дрейвуда Антрон. Наука. 1948, 5 марта; 107 (2775): 254–255. [PubMed] [Google Scholar]
REUSSER F, SPENCER JF, SALLANS HR.

Производство мицелия грибов в домашних условиях

Технология получения мицелия

Самой лучшей заменой натуральной кожи оказались грибы

Климат и экология: Среда обитания: Lenta.ru

Материалы по теме

Точка невозврата.

Убийственная мгла.

Как вырастить мицелий вешенки в домашних условиях: технология производства и хранения

Поставщики оборудования для грибоводства и мицелия — Грибы: шампиньоны, вешенка

Визит на производство компании Amycel и французкие грибные предприятия

Ученые смогут вырастить из мицелия все — от имитации мяса до искусственных органов

усовершенствованных материалов из мицелия грибов: изготовление и настройка физических свойств

Морфологическая характеристика

Химическая характеристика

Гидродинамические и термомеханические характеристики

Механические характеристики

Сравнение пленок мицелия с другими саморазрастающими материалами, производимыми бактериями

Выводы

Комплексная основа для производства лигноцеллюлозных композитов на основе мицелия

Основные моменты

Реферат

Ключевые слова

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Революция мицелия приближается к нам

Границы | Материальная функция биокомпозита на основе мицелия: обзор

Введение

Среда для производства мицелия

Типы субстратов

Влажность и температура для роста мицелия и его влажность

Процесс изготовления

Многоуровневая структура мицелия

Виды грибов

Белок

Глюканы

Хитин

Функции материала

Механические свойства

Биомедицинское применение

Другие инженерные приложения

Моделирование и симуляция

Обсуждение и заключение

Вклад авторов

Конфликт интересов

Примечание издателя

Благодарности

Ссылки

Мицелий: использование грибов для изготовления упаковочных материалов — материалы и инженерные ресурсы

Что такое мицелий?

Каков производственный процесс?

Свойства мицелия

В чем преимущества Mycelium?

Практическое применение мицелия

Будущее мицелия и родственных материалов

Изготовленный из грибов мицелий попадает на рынок как зеленый заменитель кожи и пластика

Что такое мицелий?

Что делает мицелий более устойчивым, чем материалы, которые он заменяет?

Что теперь можно купить из мицелия?

Как мицелий производится и превращается в новые материалы и продукты?

Живет ли еще грибок и может ли он продолжать расти в продуктах?

Для чего еще можно было бы использовать мицелий в будущем?

Производство грибного мицелия как источника белка и жира в погруженной культуре в среде Vinasse

Abstract

Полный текст

Избранные ссылки

alexxlab

Comments

Добавить комментарий Отменить ответ