Субстрат для культивирования ксилотрофных базидиомицетов и способ его получения с использованием методов химической модификации лигноцеллюлозного сырья

Группа изобретений относится к биотехнологии и может быть использована для получения плодовых тел базидиомицетов. Предложены способ приготовления селективных субстратов и селективный субстрат для получения плодовых тел базидиомицетов. Способ включает кислотную модификацию лигноцеллюлозного сырья - отходов сельского хозяйства и лесоперерабатывающей промышленности - водными растворами минеральных или органических кислот с концентрацией 0,5-5% мас. при температуре 80-135°С и соотношении сырья к раствору кислоты от 1:2 до 1:8 в течение 30-60 мин, промывание водой и добавление к модифицированному лигноцеллюлозному сырью источника азота в концентрации 10-20% мас. и мела или гипса в концентрации 2% мас. Селективный субстрат получен указанным способом. Изобретения обеспечивают повышение урожайности плодовых тел базидиомицетов. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 табл., 4 пр.

 

Изобретение относится к биотехнологии. Изобретение может быть использовано для получения плодовых тел съедобных, лекарственно-съедобных и лекарственных грибов, а также для производства субстрата для получения плодовых тел съедобных, лекарственно-съедобных и лекарственных грибов.

Известен субстрат (патент РФ №2436283) для выращивания плодовых тел грибов состоящий из березовых опилок 96%, гипса 1% и мела 3%. Недостатком данного субстрата является использование в качестве основы только березовых опилок, т.к. это сильно ограничивает сырьевую базу производства. К тому же в описании изобретения отсутствует источник азота и урожайность плодовых тел будет сильно зависеть от времени заготовки и свежести опила.

Известен субстрат для получения плодовых тел Ganoderma lucidum состоящий из гидролизованной разбавленной соляной кислотой ржаной соломы - 55%; дубовых опилок - 25%; ржаных отрубей - 10%; кукурузной муки - 8%; мела химически осажденного - 1%; гипса природного - 1% описанный в патенте РФ №2453105. Указанный субстрат готовят путем предварительного гидролиза ржаной соломы 0,5-1% раствором соляной кислоты, а затем смешивания гидролизованной ржаной соломы, дубовых опилок с питательными веществами - отрубями ржаными, кукурузной мукой, мелом химически осажденным, гипсом природным. Недостатком данного метода является длительность процесса кислотного гидролиза (2 ч), а также использование ценного сырья - дубовых опилок, которые находят свое применение для получения композитных строительных материалов, копчения деликатесных пищевых продуктов и др. К тому же, кислотный гидролиз, описанный в патенте РФ №2453105 приводит к увеличению доли свободных моно- и олигосахаров, что приводит к высокому риску контаминации плесневыми грибами, дрожжами и бактериями.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ получения субстрата (патент РФ 2140145 С1) для выращивания съедобных грибов, включающий измельчение растительного сырья, увлажнение его и стерилизацию, отличающийся тем, что увлажнение сырья осуществляют раствором уксусной кислоты для одновременного осуществления гидролиза сырья, где в качестве растительного сырья используют смесь соломы злаковых культур и отходы хвойных пород в количестве, соответственно равном 35-60 и 40-65 мас. %, а концентрация уксусной кислоты 1,5-2%.

Недостатком такого метода является повышенное содержание свободных Сахаров, которые образуются в процессе частичного гидролиза растительного сырья, что приводит к значительному повышению риска контаминации.

Заявляемый способ получения субстратов для культивирования ксилотрофных базидиомицетов с использованием методов кислотной модификации лигноцеллюлозного сырья и субстраты, полученные предлагаемым способом, включает этап модификации лигноцеллюлозных отходов сельского хозяйства и лесопереработки кислотами. Для этого в кислотоустойчивые емкости, футерованных фторопластом, загружают лигноцеллюлозное сырье (моно- или многокомпонентное) и добавляют раствор кислот в концентрации 0,5-5%. Предобработку осуществляют при температуре 80-135°C, соотношении сырья к раствору кислоты от 1:2 до 1:8 и длительности процесса 0,5-1 ч. После завершения процесса полученную пульпу промывают 1-4 объемами воды для удаления сахаров и смолистых веществ, а также остатков непрореагировавшей кислоты. Далее вносят дополнительный источник азота, а также мел и известь. Кислотная предобработка снижает количество Сахаров в субстрате, увеличивает содержание лигнина, делая такой субстрат селективным для ксилотрофных грибов «белой гнили», в том числе съедобных, лекарственно-съедобных и лекарственных.

Для предобработки лигноцеллюлозного сырья можно использовать как органические, так и минеральные кислоты.

Предлагаемый субстрат может содержать лигноцеллюлозное сырье из перечня, включающего отходы деревоперерабатывающей промышленности и сельского хозяйства, такие как опилки лиственных пород деревьев, опилки хвойных пород деревьев, кора, листья, хвоя, солома злаков, кукурузная кочерыжка, костра льна, рисовая шелуха и др. Настоящий перечень не ограничивает виды лигноцеллюлозного сырья, которые можно использовать в заявленном способе.

Предлагаемый субстрат может содержать источник азота, выбранный из пшеничных, ржаных или овсяных отрубей, кукурузной, соевой или рыбной муки, разными по источнику получения жмыхами и жомами. Настоящий перечень не ограничивает виды источников азота, которые можно использовать в заявленном способе.

Заявляемый способ предназначен для культивирования лекарственных и съедобных ксилотрофных грибов из перечня, включающего следующие виды: Agrocybe aegerita, Flammulina velutipes, Ganoderma lucidum, Grifola frondosa, Hericium erinaceus, Hypsizygus marmoreus, H. ulmarius, Lentinus edodes, Pholiota nameko, Pleurotus citrinopileatus, P. eringii, P. djamor, P. ostreatus, P. pulmonarius, P. sajor-caju, Trametes versicolor. Настоящий перечень не ограничивает виды ксилотрофных грибов, которые можно использовать в заявленном способе.

Пример 1

Предобработку производили в стерилизующем автоклаве. Для этого в хемостойкие емкости загружали лигноцеллюлозное сырье, смачивали советующим раствором минеральной или органической кислоты согласно таблице 1 и нагревали до соответствующей температуры в течении 1 часа. Содержание целлюлозы, гемицеллюлоз и лигнина определяли методами, описанными в NREL LAB-002, LAB-003.

Проведение кислотной предобработки способствовало удалению легкогидролизуемых полисахаридов (гемицеллюлоз и аморфную часть целлюлозы), частично разрушило межмолекулярные связи между молекулами лигнина и целлюлозы.

Пример 2

Скорость освоения модифицированных субстратов определяли следующим методом: в чашки Петри помещали смесь лигноцеллюлозного субстрата, отрубей пшеницы и мела взятых в соотношении 7,8:2:0,2, увлажняли до 80% водой и стерилизовали. Засев культурой гриба проводили с использованием агаровых блоков с культурой гриба размером 2*2*2 мм. Размер колонии гриба измеряли на 8 сутки.

Кислотная модификация лигноцеллюлозного сырья привела к увеличению скорости роста ксилотрофных базидиомицетов на 20-50%, что позволило существенно сократить время освоения блоков грибом при культивировании. Увеличение скорости роста не только сокращает врем технологических циклов, но и снижает вероятность контаминации другими микроорганизмами - конкурентов за субстрат.

Пример 3

Получение субстратов для твердофазного культивирования.

Субстрат 1. Хвойные и лиственные опилки в соотношении 2:1 помещали в хемостойкие емкости и смешивали с раствором соляной кислоты с концентрацией 1,5% в соотношении 1:2 и помещали в автоклав. Время обработки 0,5 час, температура 135°C. Сырье охлаждали до комнатной температуры, переносили на фильтр и промывали однократно водой и давали стечь избытку влаги. В полученную основу вносили 15% масс. отрубей пшеницы, 2% мела и тщательно перемешивали. Полученный субстрат расфасовывали по мешкам из полипропилена с вклеенными фильтрами и пастеризовали.

Субстрат 2. Кора деревьев и солома пшеницы в соотношении 1:4 помещали в хемостойкие емкости и смешивали с раствором серной кислоты концентрацией 2% в соотношении 1:3 и помещали в автоклав. Время обработки 1 час, температура 121°C. Сырье охлаждали до комнатной температуры, переносили на фильтр и промывали однократно водой и давали стечь избытку влаги. В полученную основу вносили 10% масс, отрубей ржи, 2% мела и тщательно перемешивали. Полученный субстрат расфасовывали по мешкам из полипропилена с вклеенными фильтрами и пастеризовали.

Субстрат 3. Хвоя и костру льна в соотношении 1:8 помещали в хемостойкие емкости и смешивали с раствором фосфорной кислоты с концентрацией 2,5% в соотношении 1:4 и помещали в автоклав. Время обработки 1 час, температура 135°C. Сырье охлаждали до комнатной температуры, переносили на фильтр и промывали однократно водой и давали стечь избытку влаги. В полученную основу вносили 20% масс. кукурузной муки, 2% мела и тщательно перемешивали. Полученный субстрат расфасовывали по мешкам из полипропилена с вклеенными фильтрами и пастеризовали.

Субстрат 4. Кукурузную кочерыжку и хвойные опилки в соотношении 1:5 помещали в хемостойкие емкости и смешивали с раствором уксусной кислоты с концентрацией 5% соотношением 1:6 и помещали в автоклав. Время обработки 0,5 час, температура 110°C. Сырье охлаждали до комнатной температуры, переносили на фильтр и промывали однократно водой и давали стечь избытку влаги. В полученную основу вносили 10% масс, рыбной муки, 2% мела и тщательно перемешивали. Полученный субстрат расфасовывали по мешкам из полипропилена с вклеенными фильтрами и стерилизовали.

Субстрат 5. Костру льна и лиственные опилки в соотношении 1:6 помещали в хемостойкие емкости и смешивали с раствором соляной кислоты с концентрацией 2% в соотношении 1:8 и помещали в автоклав. Время обработки 0,5 час, температура 121°C. Сырье охлаждали до комнатной температуры, переносили на фильтр и промывали однократно водой и давали стечь избытку влаги. В полученную основу вносили 20% масс. жмыха подсолнечника, 2% мела и тщательно перемешивали. Полученный субстрат расфасовывали по мешкам из полипропилена с вклеенными фильтрами и стерилизовали.

Субстрат 6. Солому пшеницы и кору деревьев в соотношении 4:1 помещали в хемостойкие емкости и смешивали с раствором соляной кислоты с концентрацией 1,5% в соотношении 1:8 и помещали в автоклав. Время обработки 1 час, температура 80°C. Сырье охлаждали до комнатной температуры, переносили на фильтр и промывали однократно водой и давали стечь избытку влаги. В полученную основу вносили 20% масс, свекловичного жома, 2% мела и тщательно перемешивали. Полученный субстрат расфасовывали по мешкам из полипропилена с вклеенными фильтрами и стерилизовали.

Пример 4

Культивирование P. ostreatus, G. lucidum, Н. erinaceus на субстратах, полученных по примеру 3. В качестве контроля выступал следующий субстрат: лиственные опилки 80%, 20% масс. отрубей пшеницы, 2% мела и тщательно перемешивали и смачивали водой до 80% влажности. Полученный субстрат расфасовывали по мешкам из полипропилена с вклеенными фильтрами и пастеризовали.

Из результатов, приведенных в примерах, следует, что поставленная техническая задача решена - созданы селективные условия для развития съедобных и лекарственных ксилотрофных грибов «белой гнили» за счет повышения содержания лигнина в субстрате, что обеспечило увеличение скорости освоения субстрата, сокращение срока достижения плодовыми телами товарной зрелости и повышение урожайности.

1. Способ приготовления селективных субстратов для получения плодовых тел лекарственных и съедобных ксилотрофных базидиомицетов, включающий:

- кислотную модификацию лигноцеллюлозного сырья водными растворами минеральных или органических кислот с концентрацией 0,5-5% мас. при температуре 80-135°С и соотношении сырья к раствору кислоты от 1:2 до 1:8 в течение 30-60 мин;

- промывание модифицированного лигноцеллюлозного сырья водой;

- добавление к модифицированному лигноцеллюлозному сырью источника азота в концентрации 10-20% мас. и мела или гипса в концентрации 2% мас.;

- фасовку, стерилизацию или пастеризацию субстратов.

2. Способ по п. 1, где лекарственные и съедобные ксилотрофные базидиомицеты выбраны из перечня, включающего виды Agrocybe aegerita, Flammulina velutipes, Ganoderma lucidum, Grifola frondosa, Hericium erinaceus, Hypsizygus marmoreus, H. ulmarius, Lentinus edodes, Pholiota nameko, Pleurotus citrinopileatus, P. eringii, P. djamor, P. ostreatus, P. pulmonarius, P. sajor-caju, Trametes versicolor.

3. Способ по п. 1, где минеральные или органические кислоты выбраны из соляной, серной, фосфорной и уксусной кислот.

4. Способ по п. 1, где лигноцеллюлозное сырье моно- или многокомпонентное.

5. Способ по п. 1, где лигноцеллюлозное сырье относится к отходам сельского хозяйства и лесоперерабатывающей промышленности.

6. Способ по п. 5, где отходы сельского хозяйства и лесоперерабатывающей промышленности выбраны из перечня, включающего опилки лиственных пород деревьев, опилки хвойных пород деревьев, кору, листья, хвою, солому злаков, кукурузную кочерыжку, костру льна, рисовую шелуху.

7. Способ по п. 1, где источник азота выбран из перечня, включающего пшеничные, ржаные или овсяные отруби, кукурузную, соевую или рыбную муку, разные по источнику получения жмыхи и жомы.

8. Селективный субстрат для получения плодовых тел лекарственных и съедобных ксилотрофных базидиомицетов, приготовленный способом по пп. 1-7.