Резюме

Търговските гъби се произвеждат върху лигноцелулоза като слама, трион и дървени стърготини. Като такива гъбообразуващите гъби превръщат нискокачествените потоци отпадъци във висококачествена храна. Отработеният гъбен субстрат (SMS) обикновено се счита за отпадъчен продукт. Този преглед обсъжда приложенията на SMS за насърчаване на прехода към кръгова икономика. SMS може да се използва като компост, като субстрат за други гъбообразуващи гъби, като храна за животни, за насърчаване здравето на животните и за производство на опаковки и строителни материали, биогорива и ензими. Този набор от приложения може да направи селскостопанското производство по-устойчиво и ефективно, особено ако емисиите на CO2 и топлината от отглеждането на гъби могат да се използват за насърчаване на растежа на растенията в оранжерии.

гъби

Въведение

Преходът към кръгова икономика премина от визия (Boulding 1966) към реално създаване на политики. В този смисъл потоците от селскостопански отпадъци вече не се считат за дебитно вписване, а се считат за ценни ресурси. 0,25 милиарда тона слама, изгорени само в Китай през 2009 г. (Feng et al. 2011), биха могли да бъдат използвани в най-различни приложения. Например лигноцелулозните потоци от отпадъци могат да бъдат превърнати във биогорива от второ поколение. Като такъв той може да допринесе за целта на Европейския съюз да има 10% от транспортното гориво с произход от възобновяеми източници до 2020 г. (www.ec.europa.eu/energy/en/topics/renewable-energy). Въпреки че използването на ресурси за производство на биогорива от второ поколение не се конкурира с храната, това може да не е най-кръговото приложение. Отглеждането на гъбообразуващи гъбички върху тези субстрати може да се окаже по-устойчиво. Това би довело не само до ядливи и/или лечебни гъби, но и до отработен гъбен субстрат (SMS), който може да се използва за голямо разнообразие от приложения.

SMS се предлага в огромни количества, подчертани от факта, че 1 кг пресни гъби водят до 5 кг изразходван субстрат (т.е. 2 кг сухо тегло) (Finney et al. 2009). SMS отдавна се смяташе за поток отпадъци. И все пак той може да се използва за производство за производство на висококачествен компост (Uzun 2004; Polat et al. 2009) или други гъби (Stamets 1993), за хранене на животните и за подобряване на тяхното здраве (Song et al. 2007; Nasehi et al . 2017), за да направи производството на биогорива по-ефективно (Phan and Sabaratnam 2012), да произвежда материали (Jones et al. 2017; Islam et al. 2017; Appels et al. 2018) и да извлича ензими за промишлеността и биоремедиацията (Phan и Sabaratnam 2012). В този преглед ще обсъдим производството на гъби и потенциалните приложения на SMS в кръгова икономика. Няма да обсъждаме използването в биоремедиацията. За това се позоваваме например на Frutos et al. (2016); Сиракуза и др. (2017); и Mir-Tutusaus et al. (2018).

Производство на гъби

Култивираните ядливи гъби са плодните тела на базидиомицетите със сапробен начин на живот. Тези базидиомицети могат да бъдат разделени на първични, вторични и третични разложители (Rahi et al. 2009). Първични разлагатели като стриди (Плеврот spp.) и шийтаке (Lentinula edodes) разграждат (хеми) целулоза, лигнин и други компоненти на растителния материал. За разлика от вторичните и третичните разложители, те не зависят от други организми и техните метаболити. Вторичните разлагатели като гъбата бутон обикновено колонизират компостираните материали, докато третичните разложители като Agrocybe spp. обикновено се намират в почви. Трите категории декомпозитори представляват континуум в метаболитния преход от лигноцелулозни и други органични материали към почвата. Всъщност е възможно да се компостират напълно селскостопанските отпадъци чрез последователното отглеждане на гъби от различни етапи в този континуум (Stamets 1993). Това обаче едва ли се прилага, ако изобщо се прилага, в мащабното производство на гъби.

Вегетативният мицел позволява A. bisporus до плод, след като колонизира обвивката. Плодоносните тела се събират на 2-3 вълни, разделени на 7–8-дневни интервали и типичен добив от 30 kg m −2 и обемна плътност 85–95 kg m −2. Общо 44, 29 и 8% от целулоза, ксилан и лигнин се разграждат по време на процеса на колонизация на обвивката и образуването на плодно тяло в сравнение с края на фаза III. Въз основа на тези данни, около 20% от полизахаридите, първоначално присъстващи в субстрата (т.е. преди компостирането), не се консумират. Това изчисление не отчита превръщането на субстрата във вегетативния мицел (Vos et al. 2017a). И все пак значителна част от субстрата ще остане непокътната след растежа и плододаването на A. bisporus. Тези растителни полизахариди, както и вегетативният мицел на A. bisporus позволяват използването на неговия SMS в различни приложения.

Изразходван гъбен субстрат за производство на енергия

SMS може да бъде изгорен за производство на енергия (Zhu et al. 2013). Това не е нито екологично, нито икономично, тъй като SMS често съдържа високо съдържание на пепел, което прави процеса по-малко ефективен и води до нови проблеми с отпадъците. Като алтернатива SMS могат да бъдат подложени на изгаряне, пиролиза и газификация (Finney et al. 2009). Изгарянето е най-ефективният процес, тъй като е самоподдържащ се и се генерират температури, които могат да се използват за производството на топлина и/или енергия, която може да се продава. Газификацията не е била успешна, докато пиролизата е довела до смес от твърди, течни и газообразни горива. Калориметричната им стойност обаче не е била достатъчно висока за широкомащабно използване на производството на енергия.

Изхарчен гъбен субстрат като компост

SMS не само може да се използва в чиста форма като тор, но може да се използва и за подобряване на качеството на компост на основата на свински тор (Li et al. 2018). Времето за компостиране се намалява, когато SMS вместо царевичен корм се използва като обемно средство по време на компостирането на свински тор. Освен това SMS намалява емисиите на NH3 и N2O съответно с 36 и 46%, в сравнение с царевицата. Въпреки че SMS увеличава емисиите на CH4 с 10%, 34% намаление на потенциала за глобално затопляне на CH4 и N2O се получава чрез третиране със SMS и следователно е благоприятен обемен агент за намаляване на газовите емисии и повишаване качеството на компоста. Подобни резултати са получени, когато SMS се добавя към компост на утайки от отпадъчни води (Meng et al. 2018).

SMS може да се използва и за производство на биотор (Zhu et al. 2012). Биоторовете подобряват добива на култури, като по този начин насърчават устойчивото развитие на земеделието. Pichia farinose е дрожди, устойчиви на стрес, които могат да се използват като биоторове поради способността му да разтварят фосфата. В резултат на това подобрява растежа на соята. P. farinose биотор може да бъде произведен върху SMS остатъци и част от свободните редуциращи захари, получени от химически и ензимно обработени SMS на P. ostreatus.

Изхабен гъбен субстрат като гъбен субстрат

SMS може да се използва като субстрат за производството на ядливи гъби. След производство на гъби, L. edodus оставя 85% от хемицелулозата, 44% от целулозата и 77% от лигнина неизползван (Royse 1992). Този SMS може да се използва за създаване на Pleurotus sajor-caju гъби (Royse 1992), но 20% по-високо производство се получава чрез добавяне на 10% пшенични трици и 10% просо. По същия начин, гъби от бутони на Agaricus blazei могат да бъдат получени чрез SMS на основата на слама от отглеждане на стриди, допълнени с 20% корпус на верми-компост или слънчогледово семе (González Matute et al. 2011). Тези производствени нива са сходни в сравнение със стандартния компост.

Изхарчен гъбен субстрат като храна за животни

Европейският съюз (ЕС) зависи за 70% от вноса на богати на протеини фуражи за животни, основно на базата на соя. ЕС се стреми да намали тази зависимост от вноса и следователно търси алтернативи като протеин от насекоми. Това има смисъл предвид факта, че мухите са естествен източник на храна за прасета, птици и много видове риби. Освен това насекомите са много ефективни при превръщането на фуражите в телесна маса и отделят по-малко парникови газове и по-малко амоняк от говедата и свинете. Освен това те изискват по-малко земя и вода, отколкото говедата. В момента протеинът от насекоми може да се използва за хранене на риба. В процес е законодателството, което да позволи този източник на храна и за домашни птици. SMS е интересен източник на храна за насекоми. И все пак на това досега се обръща малко внимание, въпреки че те са най-голямата група гъбички в природата. Много насекоми дори зависят от мицел или гъби в рамките на техния жизнен цикъл (Vega and Blackwell 2005). Например 136 таксона на бръмбари от 30 различни семейства са свързани с гъби от P. ostreatus, около 60% от които са облигатни гъби (Cline and Leschen 2005). Ларвите също се развиват в гъбите, особено от семействата Erotylidae и Mycetophagidae.

SMS може също да се използва за директно хранене на риба, птици, свине и крави. Няколко проучвания съобщават за използването на гъби или екстракти от гъби като храна. Изкушаващо е да се спекулира, че тези резултати могат да бъдат екстраполирани на SMS. Пръстени от Labeo rohita и Hemigrammus caudovittatus са били хранени с диета от 9% рибно брашно и 9% гъбено брашно, 9% рибно брашно и 9% червеево брашно или 18% рибно брашно. Диетата със земно червеево брашно показва приблизително 2 пъти по-висок темп на растеж в сравнение с диетата с рибно брашно, докато диетата с гъби показва 1,2–1,7 пъти увеличение. Тези данни показват, че както храната от глисти, така и гъбите могат да бъдат добавка към диетата с риби, намалявайки нуждата от рибно брашно (Paripuranam et al. 2011). Освен това диетата на основата на гъби може да стимулира имунния отговор на рибата. Добавка към 2% екстракт от гъби шийтаке в диетата на дъговата пъстърва Oncorhynchus mykiss подобрени имунологични параметри и степен на оцеляване на рибите, когато са изложени на бактериалния патоген Lactococcus garvieae (Baba et al. 2015). По същия начин екстрактите от шийтаке имат положителни ефекти върху здравните параметри на пилешкото месо, но не стимулират растежа (Willis et al. 2004).

Добавяне на храна за прасета с ≥ 5% от ферментирала смес от P. ostreatus SMS с оризови и ечемичени трици показва отрицателни ефекти върху наддаването на тегло, докато 3% добавки не са имали ефект (Song et al. 2007). Пробите за хранене с крави показват контрастни резултати. Кравите консумират само смес от ≤ 17% на слама P. ostreatus SMS в основен фураж от сено и царевичен силаж (Адамович и др. 1998). Тази 17% добавка влияе върху наддаването на тегло в сравнение с контрола и 10% добавка чрез SMS. Това е изненадващо предвид експерименталните резултати, които предполагат това Pleurotus sajor-caju и P. ostreatus подобряват усвояемостта на сламата поради разграждането на лигнин и целулоза (Адамович и др. 1998). Подобрената усвояемост на сламата може да се противодейства от наличието на гъбичен мицел. Положителен ефект върху растежа се наблюдава чрез ферментация на SMS с млечнокисели бактерии. Добавка с 10% ферментирала стърготина на основата P. ostreatus SMS подобрява ефективността на растежа на телетата след тъкане с 8% (Kim et al. 2011).

Изхабен гъбен субстрат за материали

Мащабното използване на пластмаси, произведени от невъзобновяеми ресурси като суров нефт и природен газ, датира от началото на годината

Изолиране на ензими и биоактивни молекули от отработен гъбен субстрат

Заключения