Концепції грибів та їх прикладної біології

У міру того, як знання в сфері грибів збільшуються, а конкретні спеціалізації розвиваються, ці області стало зручно позначати за допомогою зрозумілих назв. Наприклад, у біології є такі спеціальності, як нейробіологія, бактеріологія, фітопатологія, помологія, молекулярна біологія, вірусологія, фізіологія грибів. ембріології, ендокринології, фізіології та ентомології. Ці назви вказують на групи організмів (наприклад, бактерії, водорості та комахи) та/або підхід до дослідження (наприклад, хвороба, розвиток і фізіологія). Сьогодні поговоримо про біологічні концепції та назви з прикладами.

Читайте в цій статті:

• Прикладна біологія грибів
• Огляд вирощування та використання грибів як функціонального харчування
• Концепції та прикладне використання біології грибів
• Огляд вирощування та використання грибів як функціонального харчування

Частина 1: Прикладна біологія грибів

Прикладна біологія грибів — це нова дисципліна з будь-яким аспектом наукового вивчення грибів, таким як систематика; фізіології та генетики.

Прикладна біологія грибів розглядає всі аспекти застосування біології грибів.

Вона складається з трьох основних компонентів: мікології, біотехнології грибів і біоремедіації грибів (Chang, 1993), (малюнок 1)

Наука про гриби займається вирощуванням і виробництвом грибів (самих грибів) і охоплює принципи біології/мікробіології грибів, технології біоконверсії/компостування та екологічної інженерії (малюнок 1.2)

Біотехнологія грибів займається грибними продуктами (похідними грибів) і охоплює принципи біології/мікробіології грибів, технології ферментації та біопроцесу (малюнок 1.3).

Біотехнологія грибів, як технологія, так і як основа нових грибних продуктів, потребує промислового розвитку.

Частина 2: Огляд вирощування та використання грибів як функціонального харчування

Біотехнологія грибів: пов’язана з грибними продуктами (грибна їжа/дієтичні добавки), промисловістю, яка працює на передньому краї науки та передбачає численні регуляторні проблеми.

Третина складової прикладної біології грибів була розроблена і вивчена лише в останні роки. Це, наприклад, грибкова біоремедіація, яка розглядає сприятливий вплив грибів на навколишнє середовище (з грибного міцелію) і охоплює принципи грибної біології/мікробіології, екології та технології біоконверсії (малюнок 2)

Тому цілями дисциплін прикладної біології грибів є вирішення декількох основних проблем: дефіцит їжі, зниження якості.

Частина 3: Концепції та прикладне використання біології грибів

Біоремедіація грибів: відноситься до сприятливого сценарію впливу грибів на навколишнє середовище. Але є здоров'я людини та забруднення навколишнього середовища, з яким люди все ще стикаються і будуть продовжувати стикатися через постійне зростання населення світу.

Двадцяте століття почалося з населенням світі в розмірі 1,6 мільярда і закінчилося 6 мільярдами жителів. У 2050 році населення світу сягне 9,2 мільярда з нинішніх 6,7 мільярда, причому більша частина зростання відбуватиметься в країнах, що розвиваються.

Зараз у світі близько 900 мільйонів людей живуть у бідності. З іншого боку, було помічено, що понад 70% сільськогосподарської та лісової продукції не були доведені до повної продуктивності та викидалися як відходи.

Іншим важливим аспектом прикладної біології грибів є використання біоти для створення екологічно чистого та сприятливого середовища.

Дисципліна, що займається принципами та практикою вирощування грибів, відома як мікологія (Chang and Miles, 1982).

Встановлення принципів вимагає фактів, отриманих шляхом систематичних досліджень. Систематичні дослідження повинні включати практичні аспекти вирощування грибів, а також наукові дослідження. Послідовне виробництво успішних врожаїв грибів вимагає як практичного досвіду, так і наукових знань. Очікується, що у двадцять першому столітті вплив прикладної біології грибів продовжуватиме зростати.

Частина 4: Огляд вирощування та використання грибів як функціонального харчування

Кількість їжі та рівень медичної допомоги, доступний кожній людині, особливо в менш розвинених країнах, зменшується і буде зменшуватиться. Забруднення навколишнього середовища та вплив парникових газів також стануть більш серйозною проблемою.

Однак у світі існує величезна кількість лігноцелюлозних матеріалів, які, як і сонячна енергія, є стійкими.

Лігноцелюлозний матеріал – це тип біомаси, який щорічно становить 1,09 x 10¹¹т сухої речовини на суші (Chang, 1989), який складається в основному з трьох компонентів: целюлози, геміцелюлози та лігніну. Лігноцелюлоза є основним компонентом деревини та інших рослинних матеріалів.

Світовий річний урожай соломи зернових у 1999 р. оцінювався в 3570 х 10° тонн. Оскільки така велика кількість енергії міститься в лігноцелюлозній біомасі (3020 ЕДж сонячної енергії, фіксованої в біомасі на рік), вона може бути основним об'єктом для перетворення в корисні продукти людської діяльності.

Зверніть увагу, що Е є метричним префіксом для exa (1018), а джоуль є одиницею енергії. Хоча були розроблені різні стратегії для утилізації деяких із величезної кількості лігноцелюлозних відходів, які щорічно утворюються в результаті сільськогосподарської, лісової та харчової промисловості, однією з найбільш значущих, з точки зору виробництва високоцінного продукту з відходів, є вирощування їстівних грибів шляхом твердофазної ферментації.

Зовсім недавно увага була зосереджена на іншій області використання після відкриття того, що багато з цих грибів виробляють низку метаболітів, які становлять великий інтерес для фармацевтичної/нутрицевтичної (наприклад, протипухлинні, імуномодулюючі засоби та гіпохолестеринемічні засоби) та харчової (наприклад, ароматизатори) промисловості.

Гриби, як і всі інші гриби, не мають хлорофілу і є незеленими організмами. Вони не можуть перетворювати сонячну енергію в органічну речовину за допомогою фотосинтезу, як це роблять зелені рослини, але вони можуть виробляти велику кількість ферментів, які можуть розщеплювати лігноцелюлозні матеріали на власні поживні речовини для росту та плодоношення.

Це відображається в якісних змінах основних ферментативних детермінант (тобто целюлаз, лігніназ), необхідних для біоконверсії субстрату. Наприклад, L.edodes, культивований на високодерев’янистих субстратах, таких як деревина або тирса, виробляє два позаклітинні ферменти, які пов’язані з деполімеризацією лігніну в інших грибах (пероксидаза марганцю та лакказа) (Buswell et al., 1995). Напроти, V. volvacea, яка віддає перевагу субстратам з високим вмістом целюлози та низьким вмістом лігніну, виробляє сімейство ферментів, що розкладають целюлозу, включаючи щонайменше п’ять ендоглюканаз, п’ять целобіогідролаз і дві ẞ-глюкозидази.

Pleurotus sajor-caju - сіра устриця, демонструє секрецію як целюлази, так і лігнінази (Buswell et al., 1996a) і тому є найбільш адаптивною з усіх трьох видів.

Може рости на різних відходах сільського господарства різного складу за співвідношенням полісахарид-лігнін. Це демонструє дивовижні здібності грибів до біосинтезу, які відрізняється від фотосинтезу зелених рослин.

Види грибів можуть не лише перетворювати лігноцелюлозні відходи сільського та лісового господарства за допомогою технології твердої ферментації у високоякісний білок, який споживається безпосередньо у формі плодового тіла гриба, але також можуть перетворювати їжу.