Масштаб экологических проблем на планете привел к тому, что мировая экономика постепенно переходит от линейной модели (создание, пользование, захоронение отходов) к модели замкнутого цикла или «циркулярной экономике». Суть этой экономической модели заключается в использовании возобновляемых источников энергии и переработке промышленных отходов для производства новой продукции. По большому счету циркулярную экономику можно сравнить с моделью замкнутой природной системы, в которой продукты жизнедеятельности утилизируются и не создают экологических проблем.
Принимая во внимание важность этого подхода, не удивительно, что изменения не обошли стороной ни одну отрасль промышленности, в том числе производство и потребление грибной продукции. Особенно актуально то, что грибные культуры можно использовать для переработки отходов других отраслей промышленности.
Как грибы могут помочь становлению циркулярной экономики?
![траметес 2](https://fungiline.com/wp-content/uploads/2022/10/adobestock_384624168-scaled.jpg)
Один из крупнотоннажных отходов целого ряда производств — лигноцеллюлозная биомасса. Она представляет собой отходы переработки сельскохозяйственных культур (пшеничная солома, ячменная солома, кукурузная солома, овсяная солома, стебли кукурузы и т.д.) или их побочные продукты (отработанное зерно пивоварения, пульпа сахарной свеклы, пшеничные отруби, рисовые отруби, жмыхи и т.д.). Эти материалы можно подвергать биопереработке для производства биотоплива, которое может послужить альтернативой химическим веществам и топливу из ископаемых ресурсов. Но чтобы полностью реализовывать экономический потенциал лигноцеллюлозной биомассы, все ее структурные составляющие (целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин) должны использоваться в промышленности. Это невозможно без предварительной обработки сырья [1].
С точки зрения экологии, биологическая предварительная обработка лигноцеллюлозной биомассы является более безопасным технологическим процессом, по сравнению с химическими, физическими или термохимическими методами, хоть и занимает больше времени [2]. Помимо экологичности и энергоэффективности, еще одно важное преимущество биологической обработки — отсутствие образования побочных продуктов, особенно фенольных веществ. Это органические вещества, которые могут подавлять последующие процессы ферментации [3].
Эффективным способом предварительной биопереработки лигноцеллюлозы может стать использование грибов, которые вызывают белую гниль древесины, в частности Trametes versicolor (Траметес разноцветный). Гриб выделяет ферменты, которые способны разлагать лигноцеллюлозу с одновременной трансформацией фенольных производных.
Преимущества использования траметеса цветного
Благодаря предварительной обработке траметесом цветным, лигноцеллюлозная биомасса может использоваться для производства продуктов с высокой добавленной стоимостью, в том числе кормов и продуктов питания, и биотоплива. Кроме того, при использовании траметеса образуются богатые лакказой ферментные экстракты, которые могут применяться в биотехнологии и различных природоохранных схемах, в частности очистке сточных вод.
В чем трудности применения траметеса цветного?
![траметес 3](https://fungiline.com/wp-content/uploads/2022/10/adobestock_173329289-scaled.jpg)
К сожалению, применение траметеса в промышленных масштабах осложняется высокой стоимостью и токсичностью окислительно-восстановительных медиаторов. Это органические и неорганические химические вещества, необходимые для реакции окисления нефенольных веществ наиболее известным ферментом траметеса — лакказой.
По этой причине ученые заняты поиском новых, недорогих и менее токсичных медиаторов. На сегодняшний день исследователи рассматривают ряд продуктов разложения лигнина — компонента одревесневших оболочек растительных клеток. Уже известны успешные случаи использования ванилина, полученного из лигнина, в качестве природного медиатора в химических реакциях обработки лигноцеллюлозы, катализируемых лакказой [4]. Возможно, в скором времени грибная промышленность сможет глобально послужить на благо циркулярной экономики и экологии в целом.
Статья подготовлена с использованием материалов Михаила Владимировича Вишневского.
Источники:
- Hassan S.S., Williams G, A., Jaiswala A.K. Emerging technologies for the pretreatment of lignocellulosic biomass. Bioresourсe Technology, 2018, v. 262, pp. 310-318.
- Sindhu R., Binod P., Pandey A. Biological pretreatment of lignocellulosic biomass – An overview. Bioresource Technology, 2016, v. 199, pp. 76–82.
- Vu H.P., Nguyen L.N., Vu M. et al. A comprehensive review on the framework to valorise lignocellulosic biomass as biorefinery feedstocks. Scence of the Total Environment, 2020, v. 743.
- Giacobbe S., Pezzella C., Lettera V. et al. Laccase pretreatment for agrofood wastes valorization. Bioresource Technology, 2018, v. 265, pp. 59–65.