Grzyby w biotechnologii PDF

Preview

Summary

Download Grzyby w biotechnologii PDF

Description

GRZYBY W BIOTECHNOLOGII Wykład 1 Grzyby w uprawach Według danych FAO, światowa produkcja grzybów w 2004 roku kształtowała się na poziomie 3,2 ml ton. W tym udział krajów azjatyckich wynosi prawie 50%(105 mln ton), a europejskich- ok. 35% (1,1 mln ton). Kraje UE w 2004r. sprowadziły z Chin 21 tys. ton świeżych grzybów. PIECZARKA Pieczarki można było uprawiać w ciemności, najlepszym podłożem był nawóz koński. Ciągły, intensywny wzrost produkcji 275 tys.ton w 2006 roku, po ponad 1130 tys. ton w roku 2015. Roczna produkcja pieczarek w Polsce w 2015 roku, wynosiła 335 tys. ton, co plasuje nas na 1 msc. w Europie i 3 na świecie. 65% produkcji jest eksportowana. Do niedawna liderem w Europie była Holandia. Pieczarkarnie były w pełni zmechanizowane. Polska od 20-30 lat zaczęła się piąć w rankingu państw. W 2013 roku przeskoczyła Holendrów i jest liderem w produkcji pieczarek . Jest produkcją opłacalną, dochodową. Pieczarkarniami w XVI w. były piwnice - prymitywne warunki. Dziś to prawdziwe laboratoria, zatrudnieni specjaliści, którzy nadzorują etapy produkcji (temperatura,wilgotność, stężenie CO2). Hala produkcyjna jest dziś miejscem czystym, sterylny. Mogą przebywać tylko pracownicy. Aby produkcja była na wysokim poziomie potrzebne badania naukowe. Uprawa na otwartym terenie Zakładanie od 15-20 IV do VII. Na 1 m2 potrzeba 200 kg podłoża po fermentacji. Najmniejsza ilość obornika końskiego zapewniająca prawidłowy przebieg fermentacji to 1,5 tony. Należy go nawilżać przez 2-3 dni do wilgotności ok. 75%( przy wyciskaniu w ręku wycieka kilka kropel). Następnie ułożyć obornik w pryzmę(I) szerokość:120-180 cm, wysokość: 50-180 cm. Temperatura w pryzmie powinna uzyskać 70-75°C. Po 5 dniach, gdy temperatura zacznie spadać, przerzucić pryzmę, tak aby obornik z warstw zewnętrznych znalazł się wewnątrz, jednocześnie dodając wodę do uzyskania pożądanej wilgotności (II). Po 6 dniach obornik przerzucić i założyć III pryzmę, dodając niewielką ilosc wody oraz ok.25 kg gipsu na 1 tonę obornika. Po 4 dniach przerzucić pryzmę po raz trzeci, a po następnych 4 dniach po raz czwarty. Do zakładania uprawy można przystąpić po 2 dniach od ostatniego przerobienia obornika. Na 1m2 uprawy zużywa się 0,5 kg grzybni na ziemie. Grzybnię mieszamy z podłożem, układamy zagon płaski lub półokrągły i przykrywamy papierem i matami. Po 14-20 dniach należy zdjąć papier oraz maty i przykryć zagon ziemią okrywową ( torf wysoki o pH 7,5 ) na wysokość 4-5 cm, a następnie przykryć ponownie papierem. Okrywa musi być stale wilgotna. W ciągu 3-4 tyg. z 1m2 można zebrać 3,5 kg pieczarek. Do uprawy amatorskiej poleca się rasy brązowe, które są łatwiejsze w uprawie, ale także smaczniejsze i bardziej aromatyczne od ras białych. Do uprawy na świeżym powietrzu, latem odpowiednia jest również pieczarka szlachetna, nazywana ciepłolubną, ponieważ wytrzymuje ona wyższe temperatury w czasie plonowania. W uprawach przemysłowych wysokość plonowania waha się od 18 do 36 kg z 1m2 uprawy. Są to uprawy wysokotowarowe. Nowoczesne metody uprawy pieczarek : 1. METODA KAKINGU Kaking - jest to zabieg mieszania okrywy ze specjalną grzybnią, zwaną kakingową. Celem takiego zabiegu jest przyspieszenie zawiązywania owocników, a w efekcie skrócenie cyklu produkcyjnego. Zabieg ten eliminuje czesanie okrywy oraz obniża infekcje w uprawie. ( pobudzenie grzybów do kiełkowania )

1

Przeciętnie stosuje się od 10-20 dkg grzybni na 1 m2 uprawy. Grzybnie kakingową rozprowadza się równomiernie na powierzchni okrywy i dokładnie miesza. Można też wcześniej połączyć ziemię okrywową z grzybnią i gotową ułożyć na półki. ……….. Szybkie przerastanie okrywy grzybnia powoduje, że praktycznie w ciągu 3 dni należy dowilżać okrywę w stopniu identycznym jak w uprawie tradycyjnej. W związku z tym, że torf, z którego sporządzona jest okrywa musi posiadać wysoką pojemność wodną. Podlewanie należy rozpocząć od momentu widocznego wrastania grzybni do okrywy. Jest to zwykle 3 dzień po nałożeniu okrywy. Na podlewanie pozostaje więc 3 dzień (3l/m2),4 dzień (3l/m2) i piąty dzień (4l/m2). W wypadku okrywy o drobnej strukturze należy zwrócić uwagę czy nie nastąpiło zasklepienie powierzchni ziemi. Wówczas niezbędne jest lekkie czesanie okrywy na 36-48 godzin przed szokiem. W szóstym dniu od nałożenia okrywy należy przystąpić do szoku. BOCZNIAK : W Europie głównymi producentami są Włochy następnie Węgry, Francja i Polska W 2000 roku światowa produkcja boczniaka wynosiła 650 tys. ton. W 2003 roku wynosiła 750 tys. ton i systematycznie wzrasta, obecnie około 1 mln ton Instrukcja amatorskiej uprawy Boczniaka Boczniak to uprawny grzyb jadalny, cenny ze względu na duże walory smakowe i wartości odżywcze. Zawiera 3,5-5,0 % białka, 0,0-2,0 % cukrów, witaminy z grupy B i cenne związki organiczne. Tworzy on owocniki o kapeluszach szerokości 5-30 cm. Kapelusze osadzone są najczęściej na bocznym trzonie o zmiennej średnicy i długości. Kapelusz przybiera barwę szarobrązową . Blaszki kapelusza są najczęściej białe , zbiegające aż na trzon . Miąższ jest biały i aromatyczny z wyraźnym leśnym zapachem. Uprawy można zakładać na wolnym powietrzu oraz w pomieszczeniach zamkniętych. Podłożem do uprawy może być słoma każdego gatunku zboża. Powinna być ona świeża i czysta w postaci sieczki. Słoma musi być sparzona ze względu na obecność w niej zarodników innych grzybów. Sypiemy ją do worka jutowego i w pojemniku zalewamy gotującą wodą. Po ostygnięciu i odsączeniu wody, następnego dnia powtarzamy zabieg. Podłoże jest gotowe po dokładnym odsączeniu wody i osiągnięciu temperatury nie wyższej niż 15-20 st.C. W ten sposób przygotowane podłoże mieszamy z grzybnią (0,5 kg grzybni na 5 kg suchej sieczki) i umieszczamy w worku jutowym ( średnica 40cm wysokość 80-90 cm) mocno wszystko ubijając. Worki zamykamy, robimy otwory co 15 cm i umieszczamy w temperaturze 20-25 st. C. ( Oświetlenie zbędne ) Podłoże powinno przerosnąć grzybnie w ciągu 2-3tygodni. Po tym czasie należy obniżyć temperaturę ostatecznie do 8- 15 stopni Celsjusza oraz zapewnić dostęp świeżego powietrza i światła (12 godzin na dobę) a także wysoką około 90% wilgotność względną. Folię w zależności od wilgotności można zdjąć lub pozostawić i powiększyć otwory od 3-5 cm. Od tej do chwili wykształcenie się owocników mija około 8-10 dni .Boczniaki plonują w dwóch rzutach, drugi zbiera się w 10 do 12 dni po pierwszym,przy zachowaniu odpowiednich warunków lub później.

Boczniak ostrygowaty (Pleurotus ostreatus ) Uprawa boczniaka na drewnie Boczniak to uprawny grzyb jadalny cenny ze względu na duże walory smakowe i wartości odżywcze. Zawiera od 3,5 do 5%; białka 09 do 2% cukrów ; witaminy z grupy B i C związki organiczne. Do uprawy boczniaka nadaje się drewno prawie wszystkich gatunków drzew liściastych (między innymi brzoza ,topola, wierzba, grab, klon) a także drzew owocowych. Drewno powinno być zdrowe i świeże lub składowane nie dłużej niż 6-7miesięcy , najlepsze są okrąglaki z pól o średnicy 20 do 50 cm które tnie się na odcinki 30 i 40 cm jeśli drewno jest zbyt suche należy je przed przygotowaniem do szczepienia z grzybnią przez kilka dni namaczać. Szczepienie pniaków grzybnią na kołeczkach

2

W pniaku wiercimy otwory o średnicy 10 mm i głębokości 3,5 cm. Otwory Wiercimy w kilku urzędach dookoła pniaka przemiennie. Na 1 pniak w zależności od jego średnicy powinno przypadać 10- 20 otworów. W otwory wbijamy kołeczki z grzybnią . Miejsca szczepienia można zabezpieczyć ciepłym woskiem lub folią zamocowaną na przykład pinezkami w celu zabezpieczenia przed wyschnięciem i infekcjami. Zaszczepione Pniaki pozostawia się na czas inkubacji (przyrostu) w miejscach zacienionych i wilgotnych, osłoniętych od wiatru . Wysoką wilgotność można uzyskać poprzez okrycie pniaków workami, liśćmi lub chrustem, które zwilża się okresowo . Temperatura w czasie przerostu grzybni na drewno powinna wynosić 10- 28 stopni Celsjusza. Mróz niszczy nie wrośnięte w drewno grzybnię, jeśli jednak jest już przerośnięty niskie temperatury nie będą jej szkodziły. Jedynie w przypadku silnych mrozów należy uprawę okryć. Grzybnia miękkie drewno przerasta w ciągu 3- 6 miesięcy i po tym czasie możemy spodziewać się pierwszych grzybów. Na drewnie twardym przerastanie może trwać nawet do 12 -15 miesięcy. Przed zbiorem pniaki nawilża się. Dobre rezultaty otrzymuje się poprzez zakopanie pniaków w ziemi na głębokość 1/3 ich wysokości dzięki czemu grzybnia może pobierać z gleby wodę i substancje odżywcze. Wosk( folie) zabezpieczający miejsca szczepienia usuwamy i czekamy na plony. Czas rozkładu pniaka przez grzybnią boczniaka może trwać do 4 lat, przez ten czas możemy spodziewać się owocnika. Na świecie obserwuje się dynamiczny wzrost produkcji shiitake, także poza głównymi rejonami jej uprawy, tj. Chinami i Japonii. W ostatnim dziesięcioleciu znacząco rozwinęła się uprawa tego gatunku w USA. W Europie wielkość produkcji shiitake nie przekracza kilkuset ton w skali roku. W Polsce należy do grzybów jeszcze mało znanych, uprawianych na niewielką skalę Shii-take Uprawa shiitake na drewnie Shiitake( twardziak ) - japoński grzyb o barwie kapelusza od jasnobrązowej do czekoladowo brązowej, cenny ze względu na wartości odżywcze. Przez niektórych uważany też z a grzyb o właściwościach leczniczych. Może powodować spadek cholesterolu we krwi. Świeże owocniki zawierają około 13% białka ,2% tłuszczu i 70% węglowodanów ,witaminy B1 B2 B12 i D2 oraz sole mineralne. Drzewa używane do uprawy powinny być ścinane w stanie bezlistnym. Kłody o średnicy 5-20 cm pocięte na odcinki o długości 1 metra muszą leżakować 30-60 dni. Następnie w pniakach należy wywiercić otwory o średnicy 10 mm i głębokości 3,5 cm w kilku rzędach dookoła pniaka, przemiennie. W otwory wbijamy kołeczki z grzybnią. Miejsca szczepienia można zabezpieczyć ciepłym woskiem lub folią zamocowaną np. pinezkami . Pniaki przechowuje się w miejscu zacienionym i wilgotnym w temperaturze 20 -28 stopni Celsjusza. Na zimę i w czasie niekorzystnej pogody należy je przykryć .Grzybnia przerasta Kłodę 1- 2 lata Wysiewanie grzybni Na 1 m2 podłoża wystarczy 0,5 kilo grzybni, którą należy równomiernie wymieszać z przygotowaną słomą i lekko ubić. Na wierzchu układamy warstwę papieru, który powinien być stale wilgotny. Zamiast papieru można podłożyć arkusz gęsto podziurawiony folii .Okrywanie zapobiega wysychaniu wierzchniej warstwy. Przerastanie podłoża grzybnią Podłoże przerasta grzybnią tym prędzej im więcej grzybni się wysiedzi i im właściwsza jest temperatura. W temperaturze otoczenia 18 -27 stopni Celsjusza grzybnia przerasta przy 6 tygodni.

Wykład 3 Biotechnologia grzybów wyższych- stan obecny i perspektywy. W 1966 roku Gregory opublikował wyniki poszukiwań substancji o działaniu przeciwnowotworowym w owocnikach ponad 200 gatunków grzybów należących do klasy: Basidiomycetes. Aktywnych farmakologicznie substancji poszuki-

3

wał też w około 7000 pohodowlanych pożywkach płynnych, stosowanych do fermentacji wgłębnej różnych gatunków grzybów. Testy działania przeciwnowotworowego dla izolowanych substancji były przeprowadzone na trzech modelach gryzoni i ujawniły że wielocukry izolowane z owocników 22 gatunków grzybów i 50 pożywek pohodowlanych wykazują hamujący wpływ na komórki guza, włączając takie rodzaje nowotworów jak mięśniak S-180, gruczolak 755 i białaczka L-1210. Badania Gregory’ego można uznać za pierwsze próby stosowania hodowli wgłębnych grzybów wyższych do pozyskiwania substancji farmakologicznie czynnych . Współcześnie coraz częściej mycelia lub podłoża pohodowlane, pochodzące z hodowli wgłębnej grzybni grzybów wyższych są wykorzystywane do otrzymywania biologicznie czynnych substancji . Powodów zainteresowania biologicznymi metodami hodowli grzybów leczniczych jest kilka:  Ogromną zaletą jest krótki czas hodowli czystych kultur mycelialnych w fermentorach, zarówno na podłożach płynnych jak i stałych. W porównaniu z czasem hodowli owocników grzybów daje to ogromne skrócenie czasu pozyskiwania porównywalnej biomasy.  Hodowle mycelialne w bioreaktorach mogą być prowadzone w wysoce powtarzalnych warunkach, co skutkuje stałym składem hodowlanej biomasy. Ułatwia to standaryzację preparatów leczniczych uzyskiwanych z grzybów. Szlaki metaboliczne biosyntezy wielu farmakologicznie czynnych substancji przez grzyby wyższe są ciągle jeszcze – w porównaniu z roślinami czy nawet drożdżami – słabo poznane i opisane. Znacząco utrudnia to projektowanie i optymalizację warunków procesu biotechnologicznego, dobór prekursorów biosyntezy czy promotorów wzrostu szczepów. Niemniej jednak producenci substancji leczniczych (Lentinan, LEM, Grifon, PSK, PSP) i suplementów diety pochodzenia grzybowego wprowadzają metody biotechnologiczne do produkcji. Zgodnie ze zwyczajem stosowanym od dawna w biotechnologii farmaceutycznej (np. przez producentów antybiotyków), warunki procesów rzadko są opisywane w publikacjach, a czasem nie są nawet patentowane – co ułatwia zachowanie ich w tajemnicy. Ze względu na rozliczne zalety metod biotechnologicznych zapewne tylko kwestią czasu jest rozszerzenie tego typu metod na uzyskiwanie większości produktów leczniczych pochodzenia grzybowego czy roślinnego. Przemysłowe zastosowanie grzybów strzępkowych.  Grzyby strzępkowe zanieczyszczają źle produkowane i przechowywane produkty spożywcze, są czynnikami wywołującymi alergie, a produkowane przez nie mikotoksyny zostały zakwalifikowane do grupy najgroźniejszych związków rakotwórczych.  Produkcja lipidów Kwas γ-linoleinowy (Mucor favanieus, Mucor rouxii)  Produkcja chityny i chitozanu (Aspergillus giganteus, Phycomyces blakesieanus)  Produkcja serów pleśniowych (Penicillium roqueforti, P. camemberti, P. candidum, P. glaucum) Klasa: Ascomycetes- woreczniaki Eurotiales- pleśniówkowce  Penicillium roqueforti,  P. camemberti,  P. candidum,  P. glaucum  Aspergillus sp. –kropidlak  Penicillium sp. – pędzlak

4

Przemysłowe zastosowanie grzybów strzępkowych  Produkcja antybiotyków 

Penicylina ( Penicillium notatum, Penicillium chrysogenum)



Cyklosporyna A (Trichoderma polysporum)

 Produkcja enzymów 

α-amylaza, glukoamylaza, pektynaza, celulazy, proteazy, lipazy, katalaza (Aspergillus, Penicillium, Mucor, Rhizopus, Trichoderma)

 Produkcja kwasów organicznych 

Kwas cytrynowy (Aspergillus niger)



Kwas itakonowy (Aspergillus itaconicus, Aspergillus terreus )



Kwas mlekowy (Rhizopus oryzae)

 Produkcja stymulatorów wzrostu roślin 

gibereliny (Giberella fujikuroi)

Badania nad enzymami  Pracując nad uszlachetnieniem tkanin naukowcy z Instytutu Biochemii Technicznej sięgnęli po szczep pospolitego grzyba Aspergillus Niger, (nie mylić ze śmiercionośnym Aspergillus flavus).  Okazuje się, że enzymy kompleksu pektynolitycznego, celulolitycznego i inne wytwarzane przez te organizmy znakomicie nadają się do uszlachetniania lnu i bawełny poprzez tzw. biopolerowanie (biopolishing). W jego wyniku tkanina uzyskuje fakturę „skórki brzoskwini ” jest delikatniejsza w dotyku i ma mniejszą skłonność do pilingu. Wykorzystanie odpadów powstających przy produkcji biopaliw jako substratów w procesach biotechnologicznych. Badania i prace biotechnologiczne mają na celu utylizację tzw. frakcji glicerynowej powstającej przy produkcji biopaliw. Frakcję tę stosuje się jako substrat do mikrobiologicznej syntezy wartościowych bio-produktów tj. biomasy drożdży, bogatej w białko oraz mikroelementy włączone w dobrze przyswajalne związki organiczne tzw. biokompleksy na cele paszowe oraz kwas cytrynowy, który można wykorzystać jako związek kompleksujący do sporządzania płynnych mikroelementowych nawozów dolistnych. Gatunkami wykorzystywanymi w tych biosyntezach są szczepy drożdży z gatunku Yarrowia lipolytica. Grzyby pleśniowe potrafią wytwarzać nanocząstki srebra Nanomateriały, w tym nanocząstki nie muszą być syntetyzowane za pomocą metod chemicznych. Badania Polskich naukowców dowodzą, iż różne mikroorganizmy, między innymi grzyby pleśniowe jak Aspergillus flavus, potrafią wytwarzać przeróżnej wielkości nanocząstki srebra. Nanocząstki srebra to drobinki o średnicy od kilkunastu do kilkudziesięciu nanometrów, czyli miliardowych części metra. Srebrne drobinki znalazły zastosowanie w elektronice, optyce, w chemii (jako katalizatory różnych reakcji chemicznych) oraz jako czynniki przeciwdrobnoustrojowe. Istnieje wiele chemicznych metod syntezy nanocząstek srebra, jednak większość z nich z natury jest „nieekologiczna”. Dlatego naukowcy poszukiwali alternatywnych metod otrzymywania srebrnych drobinek. Okazało się, iż niektóre bakterie i grzyby wykazują zdolność do wewnątrzkomórkowej i pozakomórkowej redukcji związków różnych metali, w tym również srebra. Jest to możliwe dzięki obecności na zewnętrznej powierzchni drobnoustrojów lub z wydzielaniu z wnętrza komórki specyficznych enzymów, które umożliwiają redukcje soli i tworzenie drobinek metali np. srebra. Pullulan

5

Jest pozakomórkowym polisacharydem zbudowanym z α-trisacharydów składających się z trzech cząsteczek glukozy połączonych wiązaniami α-(1-4)-D glikozydowymi. Natomiast cząsteczki α-trisacharydów są połączone wiązaniami α(1-6)-D glikozydowymi. Ten złożony wielocukier syntetyzowany jest przez grzyby. Aureobasidium pullulan Jest to gatunek powszechnie występujący w przyrodzie głównie na owocach i roślinach. Polisacharyd produkowany przez ten mikroorganizm jest nietoksyczny, nie powodujący alergii i co bardzo ważne w pełni ulega biodegradacji. Po oczyszczeniu ma postać on postać białego proszku bez żadnego zapachu i smaku . Jedną z jego możliwości jest zdolność do tworzenia cienkich błon, które stanowią świetną barierę dla tlenu, chroniąc produkty żywnościowe przed procesami oksydacyjnymi. Żeby uzyskać taką powłokę należy tylko zanurzyć produkt w kilku procentowym roztworze wodnym pullulanu i wysuszyć. Aby pozbyć się powłoki produkt wystarczy umyć lub można go po prostu skonsumować razem z nią. Po odpowiedniej modyfikacji chemicznej pullulan jak i opakowania wyprodukowane z niego są w pełni ekologiczne. Wydłużają one nie tylko datę przydatności do spożycia , ale również sprzyjają zatrzymaniu aromatów i składników smakowych wewnątrz produktu. Z grzybów i skorupiaków Na skalę przemysłową chitosan pozyskuje się z chityny – składnika budulcowego morskich skorupiaków. Ich skorupki najpierw odbarwia się, a następnie usuwa się wszystkie zanieczyszczenia organiczne i nieorganiczne, w tym między innymi sole wapnia i magnezu. Na powstałą masę działa się około 40-50-procentowym roztworem zasady sodowej. Po wymieszaniu masa jest oczyszczana, a jednym z produktów jest chitosan . Metoda jego otrzymywania opracowana na Politechnice Warszawskiej polega na otrzymaniu chitosanu przez wydzielenie go ze ścian komórkowych grzybów strzępkowych. Naukowcy opracowali także skład pożywki dla grzybów. Dzięki odpowiednim warunkom hodowli znaleźli sposób zwiększenia ilości chitosanu w ścianach komórkowych grzybów. Grzyby hodowane są w specjalnych bioreaktorach. Otrzymaną przez odsączenie pożywki biomasę odbiałcza się zasadą, a potem za pomocą kwasu ekstrahuje się z niej czysty chitosan. Metoda jest przyjazna dla środowiska – nie wykorzystuje się w niej bowiem stężonych roztworów kwasów ani zasad , nie ma uciążliwych odpadów chemicznych, a otrzymany chitosan cechuje się niezwykłą czystością chemiczną. Cenny dla medycyny i w ochronie środowiska Chitosan to substancja biodegradowalna, co oznacza, że jest przez mikroorganizmy łatwo rozkładana na substancje pierwsze. Z tym wiąże się jego nie toksyczność. Wyrzucając odpadki zawierające chitynę lub chitosan nie zanieczyszczamy środowiska naturalnego, ponieważ prędzej czy później zostanie on rozłożony. Wśród innych ważnych cech chitosanu wymienia się jego bioaktywność i doskonałą sorpcyjność (wchłanianie) Stosowanie opatrunków z chitosanem przyśpiesza zabliźnianie trudno gojących się ran. Wykorzystywany jest także do produkcji osłonek na leki , a od niedawna dzięki możliwości wiązania z pożywienia tłuszczu i cholesterolu, jest stosowany jako środek odchudzający. Jego właściwości ochronne cenione są także w kosmetyce – jest on składnikiem m.in. kremów , maseczek i toników Za pomocą chitosanu można także oczyszczać ścieki Polimer wychwytuje znakomicie ...