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
Еще один продукт, который можно производить из мицелия — 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.
Статья подготовлена с использованием материалов Михаила Владимировича Вишневского.
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.