Gombatermesztés a körkörös gazdaságban

Absztrakt

A kereskedelmi gombákat olyan lignocellulózon állítják elő, mint a szalma, a fűrészpor és a faforgács. Mint ilyen, a gombaképző gombák az alacsony minőségű hulladékáramokat kiváló minőségű élelmiszerekké alakítják. Az elhasználódott gomba szubsztrátumot (SMS) általában hulladéknak tekintik. Ez a felülvizsgálat az SMS alkalmazását tárgyalja a körkörös gazdaságra való áttérés előmozdítása érdekében. Az SMS használható komposztként, más gombaképző gombák szubsztrátumaként, állati takarmányként, az állatok egészségének elősegítésére, valamint csomagoló- és építőanyagok, bioüzemanyagok és enzimek előállítására. Ez az alkalmazási terület fenntarthatóbbá és hatékonyabbá teheti a mezőgazdasági termelést, különösen, ha a gombatermesztésből származó CO2-kibocsátás és hő felhasználható az üvegházak növénynövekedésének elősegítésére.

Bevezetés

A körkörös gazdaságra való áttérés a jövőképről (Boulding 1966) a tényleges politikai döntéshozatalra vált át. Ebben a nézetben a mezőgazdasági hulladékáramokat már nem tekintik terhelési tételnek, hanem értékes erőforrásoknak. A 0,25 milliárd tonna szalmát, amelyet egyedül Kínában égettek el 2009-ben (Feng és mtsai. 2011), sokféle alkalmazásra lehetett volna használni. Például a lignocellulóz hulladékáramok átalakíthatók második generációs bioüzemanyagokká. Mint ilyen, hozzájárulhat az Európai Unió célkitűzéséhez, hogy 2020-ig a megújuló forrásokból származó közlekedési üzemanyagok 10% -át megkapja (www.ec.europa.eu/energy/en/topics/renewable-energy). Bár az erőforrások felhasználása a második generációs bioüzemanyagok előállításához nem versenyez az élelmiszerekkel, lehet, hogy ez nem a legkörülöttebb alkalmazás. Ezeken a szubsztrátokon a gombaképző gombák termesztése fenntarthatóbbnak bizonyulhat. Ez nemcsak ehető és/vagy gyógygombákat eredményezne, hanem elhasználódott gomba szubsztrátumot (SMS) is, amely sokféle alkalmazáshoz felhasználható.

Az SMS óriási mennyiségben érhető el, aláhúzva az a tény, hogy 1 kg friss gomba 5 kg elhasználódott szubsztrátot eredményez (azaz 2 kg száraz tömeg) (Finney et al. 2009). Az SMS-t sokáig hulladékként kezelték. Mégis felhasználható kiváló minőségű komposzt (Uzun 2004; Polat et al. 2009) vagy más gomba (Stamets 1993) előállítására, állatok etetésére és egészségük javítására (Song és mtsai 2007; Nasehi és mtsai. . 2017), a bioüzemanyag-termelés hatékonyabbá tétele (Phan és Sabaratnam 2012), anyagok előállítása (Jones et al. 2017; Islam et al. 2017; Appels et al. 2018), valamint enzimek kivonása az ipar és a bioremediáció számára (Phan és Sabaratnam 2012). Ebben az áttekintésben a gombatermesztést és az SMS lehetséges körforgásos gazdaságban való alkalmazását fogjuk megvitatni. Nem fogjuk megvitatni a bioremediációban való alkalmazást. Erre utalunk például Frutos és mtsai. (2016); Siracusa és mtsai. (2017); valamint Mir-Tutusaus és mtsai. (2018).

Gombatermesztés

A megművelt ehető gombák a szaprob életmódú basidiomycetes termőtestei. Ezek a bazidiomicéták primer, szekunder és tercier lebontókra oszthatók (Rahi és mtsai 2009). Elsődleges lebontók, mint például a laskagomba (Pleurotus spp.) és shiitake (Lentinula edodes) lebontják (hemi) cellulózt, lignint és egyéb növényi anyagokat. A másodlagos és harmadlagos bontóktól eltérően nem függenek más organizmusoktól és metabolitjaiktól. A másodlagos bontók, mint például a gombás gomba, általában a komposztált anyagokat gyarmatosítják, míg a harmadlagos bontók, mint pl. Agrocybe spp. általában a talajokban találhatók. A lebontók három kategóriája folytonosságot jelent a metabolikus átmenetben a lignocellulózos és egyéb szerves anyagoktól a talajig. Valójában lehetséges a mezőgazdasági hulladék teljes komposztálása a különböző szakaszokból származó gombák egymást követő termesztésével ebben a folytonosságban (Stamets 1993). Ez azonban aligha, ha egyáltalán alkalmazható a nagyüzemi gombatermesztésben.

A vegetatív micélium lehetővé teszi A. bisporus gyümölcsre, miután megtelepítette a bélréteget. A termőtesteket 2-3 öblítéssel, 7–8 napos időközökkel elválasztva, tipikus 30 kg m −2 hozammal és 85–95 kg m −2 tömegsűrűséggel választják el. Összesen 44, 29 és 8% cellulóz, xilán és lignin bomlik le a burkolat kolonizációs folyamata és a termőtest képződése során, összehasonlítva a III. Fázis végével. Ezen adatok alapján az eredetileg a szubsztrátumban (azaz a komposztálás előtt) jelenlévő poliszacharidok mintegy 20% -a nem fogy el. Ez a számítás nem veszi figyelembe a vegetatív micéliumban a szubsztrát átalakulását (Vos et al. 2017a). Mégis, a szubsztrátum jelentős része érintetlen marad a növekedés és a termés után A. bisporus. Ezek a növényi poliszacharidok, valamint a vegetatív micélium A. bisporus lehetővé teszi az SMS használatát a különböző alkalmazásokban.

Elhasználódott gomba szubsztrát energiatermeléshez

Az SMS égethető energia előállításához (Zhu és mtsai 2013). Ez nem környezetbarát és nem is gazdaságos, mert az SMS gyakran magas hamutartalommal rendelkezik, ami kevésbé hatékony, és új hulladékproblémákhoz vezet. Alternatív megoldásként az SMS égésnek, pirolízisnek és gázosításnak vethető alá (Finney et al. 2009). Az égetés a leghatékonyabb folyamat, mivel önfenntartó és olyan hőmérsékletek keletkeznek, amelyek felhasználhatók az eladható hő és/vagy energia előállítására. A gázosítás nem volt sikeres, míg a pirolízis során szilárd, folyékony és gáznemű üzemanyagok keverékét kaptuk. Kalorimetrikus értékük azonban nem volt elég magas az energiatermelés széleskörű felhasználásához.

Kiégett gomba szubsztrát komposztként

Az SMS nemcsak tiszta formában használható műtrágyaként, hanem a sertéstrágya-alapú komposzt minőségének javítására is használható (Li et al. 2018). A komposztálási idő lerövidül, ha a sertés trágya komposztálásakor kukoricakeményítő helyett SMS-t használnak töltőanyagként. Ezenkívül az SMS 36, illetve 46% -kal csökkenti az NH3- és az N2O-kibocsátást a kukoricakohánnyal összehasonlítva. Noha az SMS 10% -kal növeli a CH4 kibocsátást, a CH4 és az N2O globális felmelegedési potenciáljának 34% -os csökkenése SMS-kezeléssel érhető el, és ezért kedvező töltőanyag a gáz halmazállapotú kibocsátás csökkentése és a komposzt minőségének javítása érdekében. Hasonló eredményeket értek el, amikor SMS-t adtak a szennyvíziszap komposztálásához (Meng et al. 2018).

Az SMS segítségével biotrágya is előállítható (Zhu és mtsai 2012). A biotrágyák növelik a terméshozamot, ezáltal elősegítve a fenntartható mezőgazdaság fejlődését. Pichia farinose egy stressztűrő élesztő, amely foszfát szolubilizáló képessége miatt biotrágyaként használható. Ennek eredményeként javítja a szójabab növekedését. P. farinose biotrágya előállítható SMS-maradványokon és a kémiai és enzimatikusan kezelt SMS-ekből származó szabad redukáló cukrok egy részén. P. ostreatus.

Elhasználódott gomba szubsztrát gomba szubsztrátként

Az SMS felhasználható szubsztrátumként az ehető gombák előállításához. Gombatermesztés után, L. edodus a hemicellulóz 85% -át, a cellulóz 44% -át és a lignin 77% -át felhasználatlanul hagyja (Royse 1992). Ez az SMS felhasználható a Pleurotus sajor-caju gomba (Royse 1992), de 20% -kal magasabb termés érhető el 10% búzakorpa és 10% köles kiegészítésével. Ehhez hasonlóan gombás gombák is Agaricus blazei 20% -os vermi-komposzt vagy napraforgómag héjjal kiegészített laskagomba-termesztésből szalmalapú SMS-ben állítható elő (González Matute et al. 2011). Ezek a termelési szintek hasonlóak a szokásos komposzthoz képest.

Elhasznált gomba szubsztrát állati takarmányként

Az Európai Unió (EU) 70% -ban függ a fehérjében gazdag állati takarmányok behozatalától, főként szója alapján. Az EU célja ennek az importfüggőségnek a csökkentése, ezért alternatívákat keres, mint például a rovarfehérje. Ennek van értelme, figyelembe véve azt a tényt, hogy a legyek természetes táplálékforrást jelentenek a sertések, a baromfi és számos halfaj számára. A rovarok ráadásul nagyon hatékonyan alakítják át a takarmányt testtömeggé, és kevesebb üvegházhatású gázt és kevesebb ammóniát bocsátanak ki, mint a szarvasmarhák és sertések. Ezenkívül kevesebb földre és vízre van szükségük, mint a szarvasmarhákhoz. Jelenleg a rovarfehérje felhasználható a halak etetésére. Jogszabályok vannak folyamatban, amelyek lehetővé teszik ezt az élelmiszerforrást a baromfik számára is. Az SMS érdekes táplálékforrás a rovarok számára. Ennek ellenére ez mindeddig kevés figyelmet kapott, annak ellenére, hogy a természetben a gombaevők legnagyobb csoportját alkotják. Sok rovar életciklusán belül még a micéliumtól vagy a gombától is függ (Vega és Blackwell 2005). Például a 30 különböző családból származó 136 bogár taxonja a gomba gombájához kapcsolódik P. ostreatus, körülbelül 60% -a kötelező gombák (Cline és Leschen 2005). A gombákon belül is fejlődnek lárvák, különösen az Erotylidae és a Mycetophagidae családból.

SMS-ek felhasználhatók halak, baromfik, sertések és tehenek közvetlen takarmányozására is. Számos tanulmány számolt be a gombák vagy gombakivonatok takarmányként történő felhasználásáról. Csábító spekulálni, hogy ezek az eredmények extrapolálhatók SMS-re. Ujjai Labeo rohita és Hemigrammus caudovittatus 9% hallisztet és 9% gombalisztet, 9% hallisztet és 9% féreglisztet vagy 18% hallisztet tartalmazó étrendet etettek. A földigiliszta-lisztet tartalmazó étrend körülbelül kétszer nagyobb növekedési ütemet mutatott, mint a halliszt-étrend, míg a gombás étrend 1,2–1,7-szeres növekedést mutatott. Ezek az adatok azt mutatják, hogy mind a giliszta-liszt, mind a gomba kiegészítheti a hal étrendjét, csökkentve a halliszt szükségességét (Paripuranam et al. 2011). Ezenkívül a gomba alapú étrend serkenti a halak immunválaszát. 2% shiitake gomba kivonat kiegészítése a szivárványos pisztráng étrendjében Oncorhynchus mykiss a halak immunológiai paramétereinek és túlélési arányának javulása, ha baktérium kórokozónak vannak kitéve Lactococcus garvieae (Baba et al. 2015). Hasonlóképpen, a shiitake kivonatok pozitív hatással voltak a csirke egészségi paramétereire, de nem mozdították elő a növekedést (Willis et al. 2004).

Sertéstakarmány kiegészítése ≥ 5% fermentált keverékkel P. ostreatus A rizzsel és árpa korpával ellátott SMS negatív hatást mutat a súlygyarapodásra, míg a 3% -os pótlásnak nincs hatása (Song és mtsai 2007). A tehenek etetési kísérletei ellentétes eredményeket mutatnak. A tehenek csak ≤ 17% szalmalapú keveréket fogyasztanak P. ostreatus SMS széna és kukorica szilázs alaptakarmányában (Adamovic et al. 1998). Ez a 17% -os kiegészítés befolyásolja a súlygyarapodást a kontrollhoz és a 10% -os SMS-kiegészítéshez képest. Ez meglepő, ha figyelembe vesszük az erre utaló kísérleti eredményeket Pleurotus sajor-caju és P. ostreatus javítja a szalma emészthetőségét a lignin és a cellulóz lebomlása miatt (Adamovic et al. 1998). A szalma jobb emészthetőségét ellensúlyozhatja a gombás micélium jelenléte. Pozitív hatást gyakorolt a növekedésre az SMS tejsavbaktériumokkal történő fermentálása. Kiegészítés 10% erjesztett fűrészpor alapú anyaggal P. ostreatus Az SMS 8% -kal javította a szövés utáni borjak növekedési teljesítményét (Kim és mtsai 2011).

Elhasználódott gomba szubsztrát anyagokhoz

A nem megújuló erőforrásokból, például a kőolajból és a földgázból készült műanyagok nagy kiterjedésű felhasználása a múltra tekint vissza