Не так давно ученые обнаружили экономичный и экологичный способ производства высококачественных материалов. Он основан на способности хитиновых микроволокон (гиф), известных под общим названием мицелий, метаболизировать и связывать органические вещества в фазу вегетативного роста нитчатых грибов. Этот метод обладает хорошими перспективами использования в строительстве и для изготовления упаковки.
В чем преимущества и сложности производства материалов из мицелия?
Мицелий, действуя как непрерывная волокнистая фаза, взаимодействует с дисперсной фазой частично ферментированных органических веществ, которые формируют объем материала, исполняя роль наполнителя. Использование этого естественного процесса биологического роста в качестве технологического приема позволяет с низкими энергозатратами получать экологически чистые продукты, которые могут послужить альтернативой традиционным синтетическим полимерным пленкам и листам, пенам и прочим материалам из пластмасс.
В настоящее время сельскохозяйственные отходы, которые образуются при переработке хлопка, льна, конопли, риса, сорго и пшеницы, имеют очень ограниченное применение. Выращивание грибов на этих материалах делает возможным их использование в качестве наполнителей для производства мицелиальных композитов с разнообразными структурными свойствами. А низкая стоимость сырья позволяет таким композитам конкурировать с традиционными полимерными материалами по производственным затратам. Помимо этого, производство материалов с помощью сельскохозяйственных отходов повышает экономическую эффективность использования земель, занятых агрокомплексами.
Область производства материалов с использованием грибных технологий имеет свои сложности. Отходы сельскохозяйственного производства, как правило, не содержат легко утилизируемых грибами питательных веществ, таких как простые сахара: фруктоза, глюкоза, сахароза; и характеризуются наличием более сложных источников углерода, таких как целлюлоза и лигнин. Трудно утилизируемые субстраты замедляют развитие мицелия и оказывают негативное влияние на межфазную связь между гифами и органическим веществом. Это снижает качество механических свойств получаемых мицелиальных композитов и приводит к увеличению продолжительности производственного процесса. Поэтому поиск и разработка биосовместимых субстратов для роста грибов — одно из основных направлений исследований в данной области.
Производство хитиновых материалов из грибов
Есть еще один продукт, который можно производить из мицелия, это хитин. Основным его источником на сегодня являются отходы производства морепродуктов, такие как панцири ракообразных (креветок, крабов и криля). Однако, хитин, полученный таким образом имеет несколько существенных недостатков:
- ограничен в поставках из-за сезонных и региональных условий;
- требует экологически небезопасной агрессивной кислотной и щелочной обработки для очистки и деминерализации с целью удаления карбоната кальция, белков, липидов и пигментов;
- содержит аллергенный белок тропомиозин.
В то же время грибы являются масштабным возобновляемым источником легко выделяемого хитина. Его можно производить путем гетеротрофного роста на недорогих побочных продуктах сельского хозяйства. Грибной хитин не требует деминерализации в процессе извлечения из мицелия. Его структурная связь с разветвленным β-глюканом создает специфическую нанокомпозитную архитектуру. Пропорции хитина и β-глюкана можно контролировать, регулируя питательные и экологические параметры роста грибов, что предоставляет возможности для оптимизации свойств сети волокон, в зависимости от конкретной области их применения.
Быстрое и крупномасштабное получение хитина из мицелия, полученного с использованием побочных продуктов сельского хозяйства на основе гетеротрофного роста грибов, может оказаться очень перспективным методом производства хитиновых нановолокон и композитов, а также использования соответствующих продуктов в косметике, фармацевтике и очистке воды.
Источники:
- Jones M.P., Lawrie A.C., Huynh T.T. et al. Agricultural by-product suitability for the production of chitinous composites and nanofibers utilising Trametes versicolor and Polyporus brumalis mycelial growth. Process Biochemistry, 2019, v. 80, pp. 95–102.