GOJENJE GLIV V SISTEMU KROŽNEGA GOSPODARSTVA

(1)

UNIVERZA V LJUBLJANI BIOTEHNIŠKA FAKULTETA

ŠTUDIJ BIOTEHNOLOGIJE

David DEBEVEC

GOJENJE GLIV V SISTEMU KROŽNEGA GOSPODARSTVA

DIPLOMSKO DELO Univerzitetni študij - 1. stopnja

Ljubljana, 2021

(2)

UNIVERZA V LJUBLJANI BIOTEHNIŠKA FAKULTETA

ŠTUDIJ BIOTEHNOLOGIJE

David DEBEVEC

GOJENJE GLIV V SISTEMU KROŽNEGA GOSPODARSTVA

DIPLOMSKO DELO Univerzitetni študij - 1. stopnja

FUNGI CULTIVATION IN THE CIRCULAR ECONOMY

B. SC. THESIS Academic Study Programmes

.

Ljubljana, 2021

(3)

Debevec, David. Gojenje gliv v sistemu krožnega gospodarstva.

Dipl. delo (UN). Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Študij biotehnologije, 2021

II

Diplomsko delo je zaključek Univerzitetnega študijskega programa prve stopnje Biotehnologija.

Študijska komisija 1. in 2. stopnje študija biotehnologije je za mentorja diplomskega dela imenovala prof. dr. Miho Humarja.

Komisija za oceno in predstavitev:

Predsednik: prof. dr. Mojca NARAT

Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za zootehniko Član: prof. dr. Miha HUMAR

Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za lesarstvo Član: doc. dr. Jernej OGOREVC

Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za zootehniko

Datum predstavitve: 26.8. 2021

(4)

III

KLJUČNA DOKUMENTACIJSKA INFORMACIJA

ŠD Du1

DK UDK 602.3:582.28:606:628.3/.4:620.925:579(043.2) KG krožno gospodarstvo, glive, gojenje gob, izrabljen substrat AV DEBEVEC, David

SA HUMAR, Miha (mentor)

KZ SI-1000 Ljubljana, Jamnikarjeva 101

ZA Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Študij biotehnologije, Univerzitetni študijski program prve stopnje Biotehnologija

LI 2021

IN GOJENJE GLIV V SISTEMU KROŽNEGA GOSPODARSTVA

TD Diplomsko delo (Univerzitetni študij - 1. stopnja) OP VI, 18 str., 3 sl., 31 vir.

IJ sl JI sl/en

AI Sistem krožnega gospodarstva nam omogoča, da zaključene tokove biomase in energije povežemo v krožen sistem, ki izrabljene ali stranske produkte, ki jih pogosto razumemo kot odpadke, vedno znova pretvori v izdelek z dodano vrednostjo. Bistvo sistema je optimizirana raba virov energije in minimiziran negativen vpliv na okolje.

Glive so s svojo sposobnostjo razkroja predvsem lignoceluloznih materialov pomemben vezni člen opisanega sistema, še posebej na področjih agroživilstva, gozdne in lesne industrije. Njihova uporabnost se kaže na področju pridobivanja gradbenih in pakirnih materialov, kemikalij, krme, proizvodnji pohištva, biogoriv, tekstila in hrane. Velik del uporabe gliv v krožnem sistemu zajema gojenje gob, ki se lahko dokaj enostavno vpelje v gozdni ali agroživilski obrat, kar bi lahko bilo tudi na Slovenskih tleh velikega pomena. Izrabljen substrat se lahko po želenem številu obrodov uporabi kot substrat za gojenje drugih vrst gob, dodatek k živalski krmi, v proizvodnji biogoriv, biokompozitov, encimov ali se kompostira. Med tem ko osnovni postopek gojenja v grobem ostaja enak, poznavanje specifik gojenja posameznih gliv pogosto igra ključno vlogo pri zagotavljanju uspeha. Potencialnih možnostih uporabe gliv v sistemu rožnega gospodarstva je veliko. Kljub temu da je v nekaterih primerih potrebno premostiti še določene tehnološke, ekonomske ali regulatorne ovire, glive ostajajo pomemben povezovalni del sistema krožnega gospodarstva.

(5)

IV

KEY WORDS DOCUMENTATION ND Du1

DC UDC 602.3:582.28:606:628.3/.4:620.925:579(043.2)

CX circular economy, fungi, mushroom cultivation, spent mushroom substarte AU DEBEVEC, David

AA HUMAR, Miha (supervisor)

PP SI-1000 Ljubljana, Jamnikarjeva 101

PB University of Ljubljana, Biotechnical Faculty, Academic Study Programme in Biotechnology

PY 2021

TI FUNGI CULTIVATION IN THE CIRCULAR ECONOMY DT B. Sc. Thesis (Academic Study Programmes)

NO VI, 18 p., 3 fig., 31 ref.

LA sl AL sl/en

AB The system of circular economy enables making connections between individual biomass and energy flows into a network, which allows used or side products and waste to become (again) a useful product. Mere essence of described system is using all of the energy and biomass resources in a sustainable way, including environmental awarness. With their ability to decompose lignocelulosic matter, fungi play a very important role in connecting side chains from different origins of the system. This is especially evident when observing agricultural, food, and wood industry. Fungi are opening a broad range of options in acquiring packiging and building materials, chemicals, furniture, biofules production, production of textile, feed and food.

Mushroom cultivation engages in a great part of forestry and agricultural plants as well as in food industry activities, but its limits are far away yet to be reached. That being said, cultivating mushrooms could take an inportatnt position also in Slovenia.

After desired number of waves of fruiting, spent mushrooms substrate (SMS) can be used as a substrate for breeding other species of fungi, as feed supplement, for biofuel production, biocomposites, enzyme extraction or simply compost to become a nutricional addition to soil. Meanwhile the basic procedure of cultivationg mishrooms stays generally the same, knowing specifics of each individual species may often well be the key to success. There are many open options for using fungi in the system of circular economy. Regardless some technical, economic or regulatory obstacles that need to be overcome, the kingdom of fungi is still a very important source of connective parts of the sistem of circular economy.

(6)

V

KAZALO VSEBINE

Str.

KLJUČNA DOKUMENTACIJSKA INFORMACIJA ...III KEY WORDS DOCUMENTATION ... IV KAZALO VSEBINE ... V KAZALO SLIK ... VI

1 UVOD ...1

2 KROŽNO GOSPODARSTVO ...1

2.1 O KROŽNEM GOSPODARSTVU ...1

2.2 NAČELA KROŽNEGA GOSPODARSTVA ...1

2.3 POGLEDI NA KROŽNO GOSPODARSTVO ...2

3 POSTOPEK GOJENJA GOB ...3

3.1 NA SPLOŠNO ...3

3.2 PRIPRAVA INOKULUMA ...4

3.3 SUBSTRATI IN STERILIZACIJA ...4

3.3.1 Substrati...4

3.3.2 Toplotna obdelava substrata ...5

3.3.2.1 Metoda potapljanja ...6

3.3.2.2 Metoda parjenja ...6

3.3.2.3 Metoda delne sterilzacije ...6

3.4 INOKULACIJA ...7

3.5 PRERAŠČANJE SUBSTRATA ...7

3.6 SNOVANJE PLODIŠČ IN FRUKTIFIKACIJA...9

4 PRIMERI UPORABE GLIV V KROŽNEM GOSPODARSTVU ...10

4.1 PRIMERI ...10

4.2 BIOKOMPOZITI IN BIOMATERIALI ...10

4.3 BIOGORIVA IN ENCIMI ...12

4.3.1 Biogoriva ...12

4.3.2 Encimi ...13

4.4 KVASOVKE ...14

5 ZAKLJUČEK ...15

6 VIRI ...15

(7)

VI

KAZALO SLIK

Slika 1: Primer inokulacije lesa več kot 3 mesece po sečnji (prečni prerez hloda)

Str.

5

Slika 2: Z micelijem prerasel substrat 8

Slika 3: Zrel micelij 9

(8)

1 1 UVOD

Mnoge verige vrednosti, kjer nekoliko izstopata gozdno-lesna in agroživilska industrija, se končajo s kupom stranskih proizvodov, ki jih v veliki meri predstavljajo odpadki. Tako glavne verige vrednosti, kot njihove stranske tokove lahko v sistemu krožnega gospodarstva vključimo v nove verige vrednosti, ki odpadke pretvorijo v izdelke z dodano vrednostjo. Pri povezovanju zaključenih verig v krožne tokove so nam predstavniki kraljestva gliv zaradi svoje neizmerne sposobnosti rasti na pestrem izboru substratov in asimilacije le-teh v veliko pomoč. V diplomski nalogi želim opisati koncept krožnega gospodarstva in predstaviti njegove ključne principe, našteti nekaj primerov uporabe gliv v tem sistemu in določene podrobneje opisati ter na kratko predstaviti gojenje gob, saj le-to predstavlja pomemben del uporabe gliv v krožnem gospodarstvu.

2 KROŽNO GOSPODARSTVO 2.1 O KROŽNEM GOSPODARSTVU

Ideja krožnega gospodarstva ni na novo vpeljan koncept, vendar se je v zadnjih nekaj letih zaradi različnih razlogov, kot so na primer: naraščajoča okoljska ozaveščenost, vse večja onesnaženost zaradi kopičenja počasi razgradljivih odpadkov in poudarjanje neodvisnosti od fosilnih goriv in njihove omejenosti, zaradi želje po optimizaciji in zaporednem združevanju različnih gospodarskih panog …, pojavila potreba po uporabi stranskih produktov agroživilske in lesne industrije za proizvodnjo hrane in drugih produktov z visoko vrednostjo.

Ta pristop ne bi bremenil okolja in bi imel pozitiven vpliv na večino členov proizvodnih verig. »A circular economy is one that is restorative and regenerative by design and aims to keep products, components, and materials at their highest utility and value at all times, distinguishing between technical and biological cycles.« (Ellen Macarthur foundation, 2015).

Iz definicije lahko vidimo, da osnovni princip krožnega gospodarstva daje poudarek na obnovljivosti, oziroma trajnostni, lahko bi rekli tudi krožni rabi virov in energije. Druga pomembna točka definicije je maksimalni izkoristek virov, kar pomeni kaskadno rabo vsega razpoložljivega, saj bi drugače del vrednosti lahko ostal neizkoriščen. Sistem po tej definiciji razlikuje tudi med »tehničnimi komponentami« sistema, ki jih s pomočjo »tehnoloških procesov« popravlja, obnavlja in reciklira industrija sama in na drugi strani »biološkimi viri«, ki se polnijo oziroma obnavljajo sami preko »naravnih« ciklov (Geisendorf in Pietrulla, 2017).

2.2 NAČELA KROŽNEGA GOSPODARSTVA

Za uspešno vzpostavitev sistema krožnega gospodarstva, moramo poznati osnovna načela sistema, ki so: kaskadna raba virov, industrijska simbioza in zapiranje osnovnih energetskih ciklov (Juvančič in sod., 2021). Po istem viru bodo razložena vsa našteta načela, razen, če je vmes naveden drug vir. Najbolj očitno načelo, ki ga lahko potegnemo iz besed »sistem krožnega gospodarstva«, je načelo krožnosti oziroma »zapiranje osnovnih energetskih ciklov«. Pri »tradicionalnem« oziroma »linearnem« pogledu na proizvodnjo, poleg glavnega toka, v katerem nastaja izdelek, tečejo še stranski tokovi biomase, v katerih nastajajo stranski produkti oziroma odpad. Ti isti stranski tokovi se v krožnem gospodarstvu sklenejo v nastanku novega produkta ali storitve. Velika količina biomase, ki se navadno kopiči čez vse

(9)

2

meje, se v krožnem gospodarstvu s pomočjo ponovne uporabe ali predelave koristno uporabi.

Stranski tokovi biomase in podobno tudi energetski tokovi se s pomočjo dodatnih procesov sklenejo v zanke. Primer zapiranja osnovnih energetskih tokov je podjetje Paradajz d.o.o.

Podjetje iz stebel paradižnika, ki so jih sicer kompostirali, pripravlja celulozna vlakna, iz katerih izdeluje papir in papirno embalažo za lastne potrebe. To je izreden primer prikaza zaprte zanke in načela krožnosti, ki gotovo daje občutek obstoja mnogih odprtih možnosti za vpeljavo sistema krožnega gospodarstva še v marsikatero drugo pridelovalno ali proizvodno panogo. Žal navedeni primer ni ekonomsko upravičen, saj je glede na obseg predelave odlaganje rastlinske biomase na deponije ali kompostiranje še vedno cenejše. Za ekonomsko upravičenost bi bila potrebna vzpostavitev večjega predelovalnega obrata, ki ga v Sloveniji in bližnji okolici zaenkrat še ni. Pri kaskadni rabi virov gre za izkoriščanje virov na način, pri katerem ima v vsakem trenutku izdelek, ki smo ga proizvedli, najvišjo možno vrednost, ki nato preko uporabe, ponovne uporabe in predelave postopoma pada po istem pravilu.

Optimalna raba vira se začne z izdelki, ki se proizvajajo v majhnih količinah, a nosijo visoko dodano vrednost, z drugimi besedami-dosegajo visoko ceno. To so farmacevtski izdelki, fine kemikalije in sestavine hrane, ki imajo pozitivno biološko aktivnost. Temu naprej v verigi sledi hrana in drugi izdelki, kot na primer papir, lesni izdelki. Še eno »stopničko nižje«

spadajo (bio)materiali in primarni gradniki teh materialov, kot zadnje pa dane vire izkoriščamo kot energijske vire (proizvodnja biogoriv, pridobivanje elektrike in toplote.) Kaskadna raba virov seveda ne pomeni, da tekom celotne verige ne bi smeli iz stranskih proizvodov in »odpadkov« narediti izdelka z visoko dodano vrednostjo. Ravno nasprotno-le na ta način vir izkoristimo v karseda največji meri in ravno to nam narekuje načelo krožnosti.

Dober primer tega je pridobivanje vitamina B12 iz kisle sirotke, ki je sicer stranski produkt proizvodnje sira (Sodja in Perko, 2018). Čisto vse snovne in energijske tokove je izredno težko skleniti v zanko zgolj znotraj ene panoge, zato se morajo različne verige vrednosti prepletati tudi med različnimi panogami. Povezovanje med panogami namreč odpre mnogo več poslovnih možnosti, saj, če en tip industrije ne more izkoristiti enega izmed stranskih produktov, ga mogoče lahko drugi. Bistvo vzpostavljenega sistema je obojestranska korist.

Panoga, v kateri nastaja stranski proizvod oziroma odpad, se le-tega znebi ali ima od tega celo prihodek, če ga podjetje druge panoge kupuje. Na drugi strani ima prejemnik oziroma kupec (odvisno od narave stranskega proizvoda) korist bodisi z zmanjšanjem stroškov proizvodnje ali korist od prodaje, ko (poceni) stranski proizvod predela v nov izdelek z visoko dodano vrednostjo. Ker imata pri opisani povezavi korist oba tipa industrije, pravimo, da gre za

»industrijsko simbiozo«, ki je še ena izmed načel krožnega gospodarstva. Primer industrijske simbioze je podjetje Panvita, ki iz biorazgradljivih kuhinjskih odpadkov okoliških javnih zavodov, gostinskih obratov in rastlinske biomase lastnih proizvodnih obratov s pomočjo bioplinarn pridobiva električno energijo in toploto, ki ju delno porabi sama, delno pa trži interesentom v bližini. Nastali digestat (predelana biomasa iz bioplinarn) je alternativa mineralnim gnojilom in se uporablja za gnojenje njiv v obratu. Celotni cikel ima s proizvodnjo »zelene energije« pozitiven vpliv na okolje in ponuja nove zaposlitvene možnosti, vendar v opisanem procesu nastaja moteč smrad. Poleg tega so za postavitev večjih bioplinarn potrebna dodatna finančna sredstva.

2.3 POGLEDI NA KROŽNO GOSPODARSTVO

Na sistem krožnega gospodarstva lahko gledamo iz različnih zornih kotov in iz različnih vidikov opazujemo in preučujemo njegove pozitivne in tudi negativne učinke. Tehnološko

(10)

3

gledano vpeljava sistema večkrat zahteva ogromno znanja in inovativnosti ter iznajdljivosti.

Le na ta način se lahko izgradi uspešen in robusten sistem, ki bo okolju prijazen ali celo koristen, trajnosten in ki bo sledil vsem ostalim ciljem krožnega gospodarstva. Čeprav se iz tehnološkega vidika vzpostavitev krožnega sistema venomer splača, saj se s tem ob pravilni vpeljavi izognemo iztrošenju virov (trajnostna raba), se lahko pojavi težava ekonomske neupravičenosti sistema, naj bo to zaradi premajhnega obsega obrata (kot v primeru podjetja Paradajz d.o.o.), predrage vzpostavitve sistema ali katerega drugega razloga. Eden od pogostih problemov je tudi, da navkljub velikemu povpraševanju ljudje niso pripravljeni dražje plačati izdelka, ki je produkt krožnega gospodarstva, in raje posežejo po izdelku na osnovi fosilnih virov (Juvančič in sod., 2020). Okoljski učinki sistema so v večini primerov pozitivni, saj krožna raba omogoča obnavljanje virov, zmanjšuje ali popolnoma odstrani prej prisotne negativne stranske učinke na okolje in zmanjšuje prekomerno deponiranje

»izrabljene« biomase (Juvančič in sod. 2020). Ne smemo pozabiti tudi na negativne učinke sistema krožnega gospodarstva, ki še čakajo na rešitve, kot je na primer smrad iz bioplinarn.

Juvančič in sodelavci dalje navajajo, da so pozitivne družbene posledice sistema krožnega gospodarstva pojavljanje dodatnih možnosti zaslužka v kmetijstvu, nove zaposlitve tako pri zbiranju, začetni in končni obdelavi biomase, transportu in logistiki, poleg posrednega pozitivnega vpliva na družbo, ki je posledica čistejšega okolja. Sistem krožnega gospodarstva je kljub nekaterim mogočim negativnim učinkom gotovo ustrezen način za zagotavljanje kakovostne, trajnostne, tako okolju kot družbi prijazne rabe virov in hkrati sistem, ki omogoča učinkovito in samozadostno ter dolgoročno gospodarstvo.

Eden od neizkoriščenih potencialov za implementacijo v krožnem gospodarstvu je gojenje gob, ki bo podrobneje predstavljeno v nadaljevanju.

3 POSTOPEK GOJENJA GOB 3.1 NA SPLOŠNO

Glive so organizmi, ki v naravi zavzemajo skoraj vse okoljske niše. V posameznih nišah vladajo različni okoljski parametri, ki so predpogoj za uspešno vzgojo gob. S stališča glive lahko gojenje na grobo razdelimo v dve fazi in sicer na fazo preraščanja substrata in fazo tvorbe primordijev iz katerih se razvijejo gobe. Goba je organ za spolno razmnoževanje glive, ki se pri večini gliv tvori ob določenem šoku, na primer ob pomanjkanju hranil, nizki temperaturi, visoki koncentraciji CO2, nekatere glive pa zahtevajo tudi nekoliko bolj posebne spremembe pogojev oziroma dražljaje. Pri gojenju šitak (Lentinula edodes) na primer za tvorbo primordijev z micelijem preraščen substrat pred prestavljanjem na nižjo temperaturo nekoliko potolčemo, kar simulira naravni dogodek, tj. padec drevesa na zemljo. Tremella fuciformis je gliva, ki se na Kitajskem na hlodih goji že od leta 1894. Verjetno nas nekoliko preseneti podatek, da Tremella fuciformis ne more oziroma izredno slabo izrablja tako celulozo kot lignin. Gliva tvori primordije le, če zajeda drugo glivo, Hypoxylon archeri, ki mora biti po vrhu vsega izolirana iz iste ekološke niše (Chen in sod., 2001). Med tem ko za vzgojo nekaterih vrst gliv zadostujejo že ustrezen substrat, temperatura in vlažnost (tako substrata kot zraka), je, kot lahko vidimo iz prej navedenega primera, gojenje drugih gliv precej bolj zahtevno. Prav posebno mesto v kraljestvu gliv, tudi z vidika gojenja, zavzemajo mikorizne glive, ki jih še danes ne znamo gojiti. Kljub temu da je pri nekaterih poznan postopek vzgoje micelija, ostaja stimulus, ki bi spodbudil tvorbo primordijev zaenkrat neznan.

Kljub izredni raznolikosti predstavnikov kraljestva gliv in raznolikosti pogojev rasti pa

(11)

4

ostajajo nekateri postopki gojenja enaki, zato o njih nekoliko podrobneje v nadaljevanju.

Celoten postopek gojenja gob od priprave inokuluma do fruktifikacije je opisan po: Koso (1988), razen če je v besedilu na posameznih mestih zavedeno drugače.

3.2 PRIPRAVA INOKULUMA

Inokulum lahko kupimo, za kar se odločajo tudi nekateri komercialni gojitelji ali si ga z nekaj osnovnejše opreme pripravimo sami. Inokulum navadno pripravimo s postopkom kloniranja.

Priprava inokuluma ima velik pomen pri namnoževanju novih različic gliv s posebnimi ali industrijsko zanimivimi lastnostmi, ki jih dobimo bodisi z izolacijo iz narave ali kot produkt križanja. Teoretično možna bi bila tudi priprava inokuluma iz spor, vendar pri tem seveda ne bi natančno vedeli, kakšne rezultate pričakovati, saj po združitvi spor nastanejo nove genetske variante, kar je zanimivo z raziskovalnega vidika ali s stališča pridobivanja novih sort za gojenje. Pri kloniranju delček tkiva iz gobe sterilno prenesemo na trdno ali tekoče gojišče.

Deli gobe, ki pri kloniranju dajejo najboljše rezultate so v spodnjem in sredinskem delu beta ter tik ob trosišču. Trosišče za propagacijo ni primerno, saj je njegova čistost vprašljiva, poleg tega da ga pokrivajo spore. Kloniranje izvajamo v sterilnem okolju, najbolje v laminariju, lahko tudi tik ob gorilniku. Za vir tkiva za kloniranje izberemo gobo, ki je dovolj velika, saj je pri majhnih oziroma zelo tankih primerkih zelo težko priti do sterilnega tkiva. Pri vrstah, kjer so trosnjaki že po naravi majhni, se poslužujemo subkultivacije, tako da iz petrijevke, ki je sicer okužena, poskušamo dobiti košček preraslega gojišča brez kontaminacij. Po izboru gobe za kloniranje lahko le-to prebrišemo z v alkohol namočeno papirnato krpo. Gobo nato razpolovimo in s (sterilnim) skalpelom postrgamo ali izrežemo vzorec tkiva, ne da bi se pri tem z nesterilnim delom orodja ali rokami dotaknili notranjega tkiva, ki je sterilno. Delček tkiva prenesemo na gojišče, ki ga bo čez čas prerasel micelij. Postopek priprave inokuluma je opisan po: Freshcap, 2021. Ko micelij preraste gojišče in smo prepričani, da ni prišlo do kontaminacij s skalpelom del gojišča, preraslega z micelijem prenesemo na sterilen substrat (žitno zrnje, tekoče gojišče ali lesne moznike), ki nam bo po razrastu micelija služil kot inokulum za večjo količino substrata, bodisi slame, bodisi lesnih ostankov. V primeru tekoče kulture na podoben način z ustreznim volumnom kulture (sterilno) prelijemo substrat. Sestava gojišča se prilagaja vsaki vrsti posebej, a načeloma večini ustreza nižji pH, 5-6,5 (Srijoni in sod., 2015 in Booth, 1971). Gojišča, na katerih raste širok spekter gliv so lahko kompleksna, kot na primer PDA-potato dextrose agar, CMA-corn meal agar, SDA-Sabouraud dextrose agar ali pa definirana, kot so CzA-Czapek Dox agar, gojišče Glukoza-asparagin in druga.

Našteta gojišča so seveda samo peščica izmed mnogih, ki se uporabljajo za gojenje gliv (Booth, 1971).

3.3 SUBSTRATI IN STERILIZACIJA 3.3.1 Substrati

Gobe pogosto gojimo na slami žit (pšenica, oves, proso, rž, ječmen …), saj vsebujejo veliko celuloze, uporabimo lahko tudi koruzne storže (navadno v kombinaciji s slamo 1:1), seno, stebla tobaka, bombaža, soje, graha, konoplje in drugih. Slamo pred vlaženjem in sterilizacijo narežemo na 0,5-4 cm, po večini 2-3 cm velike kose. Gobe lahko vzgojimo tudi na žagovini, sekancih ali (manjših) hlodih in panjih. Pri tem je potrebno poudariti, da za gojenje gob les sadnega drevja in les iglavcev za večino vrst ni primeren. Gobe lahko vzgojimo tudi na

(12)

5

ostankih, ki jih dobimo po pripravi kave. Različne vrste gliv bolje uspevajo na enih substratih kot na drugih. Poleg samega tipa substrata je pomembna njegova kakovost. Bistvenega pomena pri substratu je, da ni okužen, lahko bi rekli tudi, da je sterilen, čeprav pri gojenju gob ne gre za sterilnost v pravem pomenu besede. Več kot je okužb v substratu, bodisi glivnih bodisi bakterijskih, tem težje bo gliva, ki jo želimo vzgojiti, prerastla substrat. Okuženost ima negativen vpliv tudi na obrod (pridelek), saj bodo hranila iz substrata izkoristili drugi organizmi. Čistoča je ena najpomembnejših iztočnic tekom celotnega postopka gojenja gob, saj skrb za čistost opreme in celotnega gojitvenega prostora močno zmanjša možnost za okužbo. Pomembni lastnosti substrata sta tudi vlažnost in velikost delcev. Substrat mora biti za rast gliv dovolj vlažen, a tudi dovolj zračen, saj je drugače verjetnost za okužbo večja. Da zagotovimo optimalno rast micelija izbrane vrste, substrat običajno pred inokulacijo steriliziramo. Tega pri gojenju na čokih ali panjih ne storimo, a mora biti zato les inokuliran maksimalno 3 mesece po sečnji, najbolje čim prej. V nasprotnem primeru je velika verjetnost, da so naš substrat načeli že drugi organizmi in bo zato uspešnost inokulacije in ostalih faz gojenja vprašljiva, tudi zaradi tega, ker se les po 3 mesecih že nekoliko osuši.

Slika 1: Primer inokulacije lesa več kot 3 mesece po sečnji (prečni prerez hloda)

3.3.2 Toplotna obdelava substrata

Pred sterilizacijo moramo substrat navlažiti. Slamo lahko nabašemo v mrežaste žaklje in jih za 48 ur v celoti namakamo v (čisti) vodi. Po namakanju vreče odcedimo. Slama bo z namakanjem pridobila približno dvakratnik svoje suhe mase. Druga možnost za navlaženje substrata je, da ga položimo na folijo ali betonsko ploščo, ga mešamo in polivamo, dokler iz substrata ne priteče voda, kar moramo početi enkrat do dvakrat na dan vsaj 3 dni. Slama je dovolj navlažena, ko ob stisku v pest izloči 1-2 kaplji vode. Po vlaženju moramo substrat toplotno obdelati, da kar se le da zmanjšamo možnost prisotnosti živih organizmov, ki bi lahko oslabili preraščanje substrata. Kot že omenjeno, substrat po toplotni obdelavi najpogosteje ni popolnoma sterilen, vendar to vsaj običajno zaradi količine dodanega

(13)

6

inokuluma tudi ni zares potrebno. Poznamo več načinov toplotne obdelave, a bom opisal tri najpogostejše.

3.3.2.1 Metoda potapljanja

Pri »metodi potapljanja v toplo vodo« s slamo napolnjene vreče iz soda za namakanje preložimo direktno v sod z vodo, ki mora imeti temperaturo od 45-50 °C. Po pol ure vreče prestavimo na čista tla (beton, folija) in jih pokrijemo s folijo, da substrat toploto zadrži čim dlje. Metoda je poznana tudi kot mikrobiološka fermentacija, saj se z njo znebimo večine škodljivih mikroorganizmov, hkrati pa spodbudimo rast tistih, ki jim ustreza višja temperatura, tj. okrog 50 °C. Ti »dobri« mikroorganizmi, ki ostanejo v substratu »kradejo«

hrano neželenim mikroorganizmom in s tem zavirajo njihovo rast in razmnoževanje. Z opisanim postopkom se močno zmanjša število mikroorganizmov, ki bolje uspevajo pri nižjih temperaturah in bi sicer izrabljali substrat v pogojih, pri katerih navadno rastejo gojene glive.

Opisana metoda je cenovno ugodna, a dolgotrajna. Poleg tega včasih po tretjem obrodu pride do razvoja gnilobe, saj substrat po toplotni obdelavi ni bil sterilen, vendar pa slednje ne nosi tako velike teže, saj je substrat po tretjem obiranju gob že precej izčrpan, zato večina (industrijskih) gojiteljev pripravi svežega. Ta metoda sterilizacije dosega visoke obrode (tudi do 30 % w/w) in se v enakem konceptu uporablja na industrijskem nivoju.

3.3.2.2 Metoda parjenja

Pri metodi parjenja substrat tretiramo s paro, ki doseže temperaturo nad 100 °C. V posodo za parjenje najprej postavimo podstavke, na te pa mrežo, ki bo ločevala substrat od dna posode.

na dnu nam tako ostane prostor za vodo (10 % mase substrata), ki jo bomo uparjali. Izparjeno vodo nadomeščamo z vrha z dolivanjem. Celoten postopek parjenja poteka 1 uro, v primeru, da substrat ne dosega ustrezne temperature (100 °C), pa moramo postopek podaljšati. Če posoda, v kateri parimo, ni zmožna zdržati visokih tlakov, seveda ne sme biti tesno zaprta, da je ob parjenju ne raznese. Pri industrijski izvedbi metode se para ustvarja in segreva v ločeni posodi, nato pa dovaja v posodo za parjenje oziroma v paritveno komoro, v kateri je substrat.

Substrat inokuliramo čim prej, ko se odcedi in ohladi. Metoda omogoča izredno dobro sterilizacijo in majhno možnost pojavnosti okužbe, vendar zaradi uparjanja vode dosega visoko ceno.

3.3.2.3 Metoda delne sterilzacije

Če je bila pri metodi potapljanja oziroma metodi mikrobiološke fermentacije temperatura substrata 50 °C, pa je pri metodi delne sterilizacije le-ta 90 °C, oziroma ima voda, v katero substrat potopimo 90-100 °C. Takoj ko substrat doseže želeno temperaturo, ga izvlečemo iz vode, odcedimo, ohladimo do primerne temperature in inokuliramo. Opisana metoda je hitra, a energetsko potratna. Z metodo uničimo veliko večino »škodljivih« mikroorganizmov, a tudi

»dobre«. Zaradi tega je rast micelija po inokulaciji počasnejša in v primerjavi z metodo potapljanja pridelek manjši.

(14)

7 3.4 INOKULACIJA

Vnašanje micelija ali inokulacijo lahko izvedemo s komercialnim inokulumom (na moznikih, žitnih zrnjih ali tekočem gojišču), ali si le-tega pripravimo sami. Substrat lahko inokuliramo kar na površini, na kateri se je ohlajal in z njim po mešanju polnimo vreče, lahko pa micelij vmešamo v substrat tekom polnjenja vreč, v katerih bo micelij substrat preraščal. Ne glede na izvedbo, mora biti substrat čim bolj enakomerno zasejan z micelijem. Vreče, v katere polnimo substrat morajo biti naluknjane na razdalji 10 cm, s premerom lukenj nekje med 5-8 mm.

Vreča mora biti dobro napolnjena, saj bi se sicer v zračnih prostorčkih lahko zaredile mušice.

Na spodnji strani vrečam vogale porežemo, da omogočimo odtekanje odvečne vode, jih zavežemo ali zalepimo in ustrezno označimo (vrsta, datum). Če inokuliramo slamo, ki je balirana, si pomagamo s kovinsko cevjo, ki jo zasadimo v balo in po njej spuščamo micelij.

Inokulacijo izvedemo na različnih globinah na več mestih in balo zavijemo v folijo, ki jo ravno tako kot pri vrečah naluknjamo. Vreče oziroma folija substrat ščitijo pred okužbami in izsušitvijo. Pred snovanjem zametkov gob folijo snamemo, saj bi se drugače pod njo razvile zmaličene gobe izrojenih oblik. Če smo substrat uspešno pripravili in ves čas pazili na čistočo, bi morala zadostovati že količina inokuluma, ki ustreza 2,5-5% mase toplotno obdelanega substrata odvisno od metode sterilizacije. Če smo na tem področju začetniki, oziroma dvomimo o kakovosti substrata, količino zasevka ustrezno povečamo. Inokuliran substrat prestavimo v prostor za preraščanje. Za inokulacijo hlodov lahko uporabimo micelij na lesnih čepih ali žitnih zrnih. Uporabimo hlode debeline 15-30 cm in dolžine 30-50 cm.

Lubja ne odstranjujemo, saj ščiti substrat pred izsušitvijo in okužbami. Če inokuliramo z micelijem na zrnih, v hlode na dveh nasprotnih si straneh po celotni dolžini naredimo zareze do ¾ premera in vanje vstavimo micelij. Zarezana mesta nato zavijemo s folijo, lepilnim trakom ali zamažemo z ilovico. V čoke lahko zarežemo tudi kline, nasujemo micelij, vstavimo klin, ga pribijemo z žebljem in zarezana mesta zaščitimo na prej opisan način. Če za inokulacijo uporabljamo micelij na moznikih, v debla po dolžini zavrtamo približno 4 cm globoke luknje v »cik-cak« vzorcu in vanje vstavimo čepe. Luknje zamašimo z zamaški, glino, folijo, lepilnim trakom ali zamažemo z voskom ali parafinom. Z voskom lahko premažemo tudi odrezane konce čokov, da zmanjšamo možnost okužbe in izgube vode.

3.5 PRERAŠČANJE SUBSTRATA

Micelij mora čim bolje prerasti substrat, saj je od tega odvisen tudi obrod. Celotno inkubacijo lahko razdelimo na fazo preraščanja podlage in fazo zorenja micelija. Posamezna faza lahko traja različno dolgo, kar je v največji meri odvisno od vrste gob, ki jih gojimo, pa tudi od količine inokuluma, temperature in od priprave podlage. Za preraščanje substrata svetloba navadno ni potrebna, je pa nujna za naslednji korak, snovanje zametkov gob. Ob preraščanju podlage moramo v prostoru zagotoviti dovolj kisika. Za manjšo pridelavo gob (do 200 kg substrata) je dovolj, če prostor prezračimo preko oken in vrat, pri pridelavi na veliko pa je namestitev prezračevalnega sistema nujna. Druga pomembna zahteva za uspešno preraščanje je vlažnost zraka, da se substrat in micelij ne izsušita. Ta je praviloma med 80-90 %. Ustrezno stopnjo vlažnosti zraka zagotovimo s pršenjem vode v zrak (megljenje) ali polivanjem po tleh, a nikakor ne direktno po vrečah, saj se s tem poveča možnost razvoja okužb. Zelo pomembna je tudi temperatura zraka v prostoru za preraščanje, saj je to eden najbolj ključnih faktorjev za uspešno razrast micelija. Z zagotavljanjem optimalnih pogojev za rast se zmanjša tudi

(15)

8

možnost okužbe, saj micelij kar se da hitro prerašča podlago. Prostor za preraščanje tako po potrebi hladimo ali ogrevamo.

Slika 2: Z micelijem prerasel substrat (Lentinula edodes ali Šitake)

(16)

9 Slika 3: Zrel micelij (Lentinula edodes ali Šitake)

3.6 SNOVANJE PLODIŠČ ALI FRUKTIFIKACIJA

Ko micelij v celoti preraste substrat in dozori, je pripravljen na obrod. Stimulusi za tvorbo zametkov gob so lahko različni, a navadno je ta »signal« za tvorbo primordijev nižja temperatura. Vreče s preraščeno podlago navadno prestavimo v prostor z nižjo temperaturo, ki je odvisna od vsake vrste posebej. Lahko bi sicer vreče pustili v istem prostoru in znižali temperaturo, vendar je to z vidika prenosa okužb in škodljivcev iz vreč, ki so že obrodile, na sveže preraščene vreče pogosto problematično, zato sta na industrijskem nivoju prostor za preraščanje in prostor za obrod ločena. Za rast gob je kot že omenjeno potrebna vsaj rahla osvetlitev (za ostrigarje na primer nad 40 lux) ter fotoperiodizem z 8-12 urnim dnevnim ali umetnim osvetljevanjem. Premajhna osvetlitev ima podobne posledice kot pomanjkanje kisika. Dobimo majhne klobuke na razpotegnjenih betih imenovane tudi »korale«. Zračenje je torej zelo pomembno tudi za snovanje zametkov gob, so pa različne vrste gliv na pomanjkanje kisika različno občutljive. Če gobe gojimo v velikih količinah, moramo zagotoviti tudi navpično mešanje zraka. Višje temperature zraka zahtevajo intenzivnejše prezračevanje, vendar hitrost pretoka ne sme biti prevelika, saj se kljub vzdrževanju ustrezne zračne vlažnosti vreče začnejo sušiti. Optimalna hitrost pretoka zraka je 3 cm/s, že pri hitrosti pretoka 6 cm/s pa substrat na nek način nima časa, da bi iz zraka potegnil zadostno količino vode in se zato prične sušiti. Tudi v fazi fruktifikacije je torej zagotavljanje visoke relativne zračne vlažnosti (80-90 %, na začetku rasti lahko tudi do 95 %) izrednega pomena, saj ob

(17)

10

nezadostni zračni vlažnosti velik delež plodišč ovene. Ob primernih pogojih gojenja in ustreznem načinu dela lahko gobe večkrat obrodijo. Imamo več tako imenovanih valov, med katerimi je potrebna določena faza mirovanja, ki se od vrste do vrste po dolžini razlikuje, a gojitelji navadno obirajo le še tretji val, saj je v naslednjih valovih količina zraslih gob premajhna v primerjavi z velikostjo tveganja za pojav okužbe. Kdaj so gobe zrele za obiranje, je odvisno od vrste, a navadno raje obiramo ne povsem zrele gobe, ki so manj žilave. Poleg tega, ko gobe dozorijo, začnejo v velikem obsegu s tvorbo spor in izgubljajo na teži, česar pa seveda nočemo niti za lastno uporabo niti za prodajo, poleg tega da lahko spore pri nekaterih izzovejo alergijsko reakcijo. Pri obiranju slabo razvita plodišča in ostanke odrezanih betov odstranimo, saj predstavljajo potencialen vir okužb.

4 PRIMERI UPORABE GLIV V KROŽNEM GOSPODARSTVU 4.1 PRIMERI

Glive imajo, kot že omenjeno izjemno sposobnost razkroja in asimilacije različnih organskih, predvsem lignoceluloznih materialov (npr. slama, žagovina, sekanci) česar večina drugih organizmov ni sposobna oziroma vsaj ne v tolikšni meri. Glive so tako organizmi, ki ponujajo raznolike rešitve za neizkoriščene potenciale številnih gospodarskih panog. Možnosti uporabe se kažejo na področjih pridobivanja biogoriv, kemikalij, krme, gradbenih elementov, pakirnih materialov, pohištva, tekstila in hrane (Meyer in drugi, 2020). Posebno pozornost se v glivni biotehnologiji posveča tudi izrabljenemu substratu, ki je stranski produkt gojenja gob.

Izrabljeni substrat (SMS-spent mushroom substrate) lahko predstavlja substrat za gojenje drugih vrst gob, lahko ga uporabimo kot visoko kakovostno živalsko krmo, za proizvodnjo biogoriv, encimov, biokompozitov in če že ne drugega kot kompost za izboljšanje rodovitnosti zemlje (Grimm in Wösten., 2018). Gojenje gob ne samo omogoča pretvorbo agroživilskih odpadkov v kakovostne produkte, ampak ima ob pravilni vpeljavi v sistem tudi močan pozitiven vpliv na celoten proizvodni obrat. Toplota in CO2, ki nastaneta ob gojenju gob se namreč lahko uporabita za ogrevanje rastlinjakov in pospeševanje rasti rastlin v njih (Grimm in Wösten, 2018). Na prvi pogled banalen primer, a po drugi strani izrednega pomena, saj nam gozdovi predstavljajo glavni vir kisika, predstavi Koso (1988) na primeru uporabe ostrigarjev-Pleurotus ostreatus v obnavljanju gozdov. Če štore podrtih dreves inokuliramo z micelijem, se ti po 3 letih že dovolj razgradijo, da jih izrujemo in tako po 3 ali 4 letih v gozdu že zasadimo nova drevesa. Neinokulirani panji razpadejo šele po 10 in več letih, poleg tega pa se v njih pogosto razvijejo lesni škodljivci, ki parazitirajo okoliška drevesa.

4.2 BIOKOMPOZITI IN BIOMATERIALI

Glive rodu Aspergillus, od katerih je najbolj poznan primer proizvodnje citronske kisline so producenti tudi drugih organskih kislin, ki bi lahko o mogočile proizvodnjo umetnih mas, katerih prekurzorji ne izvirajo iz fosilnih goriv in so poleg tega tudi biorazgradljive. Itakonska kislina bi lahko na primer nadomestila poliakrilno kislino (Karaffa in Kubicek, 2019), galaktarat pa PET (polietilentereftalat) (Kuivanen in sod., 2016). Poleg tega, da so glive izredno pomembni producenti raznolikih prekurzorjev za sintezo polimerov, lahko nanje, kot produkcijske enote v proizvodnji biomaterialov, gledamo tudi iz nekoliko bolj makroskopskega vidika. Preplet hif-micelij, ki se razraste po substratu, predstavlja vezivo, ki

(18)

11

celoten substrat, ki je bil pred rastjo hif precej razdrobljen (npr. žagovina), poveže v kompaktno strukturo. Pri proizvodnji biokompozitov je v sistemu krožnega gospodarstva cilj iz odpadkov oziroma bolje rečeno karseda nizkocenovnih surovin pridobiti cenovno dostopne materiale, ki bi bili po svojih lastnostih podobni ali celo boljši od svojih do sedaj poznanih alternativ, na eni strani zagotoviti visoko vzdržljivost in trajnost, po drugi strani pa enostavno razgradljivost s čim manjšim vplivom na okolje in čim nižjim ogljičnim odtisom (Meyer in sod., 2020). Micelij je osnovna komponenta pakirnih (nadomestek PS) in konstrukcijskih materialov, materialov za toplotno (Xing in sod., 2018) in zvočno izolacijo. Njihova potencialna uporaba se kaže tudi v proizvodnji tekstila (»vegansko usnje«), papirja in celo v industriji elektronskih komponent in prevoznih sredstev (Jones in sod., 2017). Jones in sodelavci navajajo tudi, da so lastnosti materiala, kot so na primer prožnost, trdnost, električna prevodnost, močno odvisne od vrste glive (elastičnost hif, njihova razvejanost oziroma način rasti, gostota mreže). Appels in sod. (2018) k temu dodajajo še vpliv aditivov, substrata in seveda pogojev gojenja ter procesov obdelave materiala po preraščanju, na primer vročega stiskanja, ki poveča čvrstost, homogenost in trdnost materiala. Dekstroza kot dodatek znatno vpliva na elastičnost proizvedenega materiala. Na lastnosti med priraščanjem vplivata tudi koncentracija CO2 in svetloba (Appels in sod., 2018). Različne vrste gliv na enakem substratu rastejo različno. Z vidika materiala je način rasti micelija način vezave delcev (rastlinske biomase), ki material sestavljajo. Ganoderma resinaceum je najprej prerastla površino kvadra iz pšenične slame, (morebiti zaradi gradienta vlage, CO2 ali O2 ali zaradi mehanizma preprečevanja rasti drugim glivam), med tem ko sta Oxyporus latermarginatus in Megasporoporia minor substrat dosti bolje prerastli tudi skozi njegovo sredo. Način razraščanja po substratu je pokazal razlike v fizikalnih lastnostih testiranih kvadrov (Xing in sod., 2018). Posamezna vrsta glive tudi preferira določene vrste substratov pred drugimi, na primer bolje raste na slami kot na lesu ali žagovini, kar je pri proizvodnji materilov iz micelija pametno vzeti v obzir. Xing in sodelavci kot pomembne lastnosti glive pri proizvodnji izolacijskih materialov izpostavljajo hitro rast micelija, ki hkrati počasi (oziroma le v manjši meri) razkraja substrat, kar poleg tega da skrajša čas proizvodnje, zagotavlja zadostno povezanost gradnikov in ustrezno kompaktnost ter trdnost. Z načinom rasti je nekoliko povezana še ena lastnost in sicer vzorec prostorskega in časovnega izločanja posameznih encimov in seveda intenzivnost njihovega izločanja (El-Gharabawy in sod., 2016).

Pomembna lastnost materiala iz micelija je tudi, do kolikšne mere je micelij uspel prerasti substrat. Ključnega pomena je, kdaj bomo micelij inaktivirali, saj je od tega odvisno razmerje med količino micelija in količino »nepredelane« rastlinske biomase, kar pa pomembno vpliva na lastnosti materiala. Micelij je potrebno inaktivirati tudi iz bolj enostavnega razloga, da nam npr. po vgradnji izolacijskega materiala v hišo, le-ta ne načne ostrešja ali tvori gob in spor, kar bi bilo sila neprikladno. Inaktivacija je največkrat toplotna. Dodaten postopek tretiranja, ki se po potrebi izvaja, je zaščita materiala pred navzemanjem vode, ki pa se mogoče lahko nadomesti z uporabo genskega inženirstva. Genski inženiring nam omogoča tudi nasproten učinek. Z delecijo gena za hidrofobin, ki sicer odvrača vodo s površine, dosežemo, da micelij absorbira več vode, zato se počasneje suši, poleg tega pa se hife znatno gosteje prepletajo, kar rezultira v večji kompaktnosti materiala in drugačnih mehanskih lastnostih (Appels in sod., 2018). Močan vpliv različnih dejavnikov po eni strani zahteva nadzor nad temi dejavniki tekom proizvodnje in ima za posledico nekolikšno odstopanje v lastnostih od šarže do šarže, a nam po drugi strani ravno možnost vpliva omogoča proizvodnjo široke palete materialov, ki so si v svojih lastnostih lahko zelo različni in hkrati zadostujejo vsem predpisanim kakovostnim standardom ali jih celo presegajo. Ta velik potencial so nekateri že prepoznali in

(19)

12

s svojim znanjem in delom tudi udejanjili. MycoWorks, Ecovative Design, MOGU, NEFFA in prav gotovo še drugi so dokaz, da so na miceliju osnovani materiali pomemben del prihodnosti krožnega gospodarstva, saj se pridobivajo iz odpadkov gozdarske in agroživilske verige, so biorazgradljivi in se hitro vračajo nazaj v krogotok biomase, pri njihovi proizvodnji pa se porabi manj vode in manj energije kot pri nadomestnih produktih konvencionalne proizvodnje.

4.3 BIOGORIVA IN ENCIMI 4.3.1 Biogoriva

Po koncu cikla gojenja gob se znajdemo z veliko količino izrabljenega substrata, ki se po večini kompostira, kar pa ni povsem v skladu s principi krožne ekonomije, saj bi se izrabljen substrat dalo tudi bolje izkoristiti. Ena od že omenjenih možnosti uporabe SMS je pridobivanje energije. Sežig izrabljenega substrata, sicer da določeno količino energije, vendar pa pri sežigu nastane velika količina pepela ( v povprečju 10 % w/w), kar nas ponovno postavi pred vprašanje, kako ga uporabiti in s tem izničiti oziroma vsaj zmanjšati njegov negativen vpliv na okolje. Ena od možnosti je uporaba pepela v proizvodnji cementa (Finney in sod., 2009). Primarno je proizvodnja bioetanola temeljila na substratih, kot sta sladkorni trs in koruza, kar pa ni bilo ne ekonomsko upravičeno ne legitimno, saj sta to surovini, ki se tradicionalno uporabljata v prehrani. Z uporabo izrabljenega substrata (SMS) se je ta težava rešila, poleg tega da substrat (zaradi velike količine) nosi izredno nizko ceno, in je s tem vzbudil še dodatno zanimanje za uporabo (Phan in Sabaratnam, 2012). Iz izrabljenega substrata je možno pridobivati plin ali ga razgraditi v postopku pirolize, vendar pa nobeden od postopkov ne daje energije v takšni količini, ki bi upravičila pridobivanje na industrijski ravni (Grimm in Wösten., 2018). Finney in sodelavci (2009) so pri postopku pirolize sicer dobili določeno količino goriv z nizko energijsko vrednostjo in proizvedli zanemarljive količine okolju škodljivih dušičnih in žveplovih spojin ter HCl, bi pa dodatno pozornost zaslužila visoka vsebnost alkalijskih oksidov v finem pepelu. S proizvodnjo bioplina niso bili uspešni.

Piroliza kombinacije kompostiranega izrabljenega substrata in izrabljene premogove rude je z nastalimi trdnimi, tekočimi in plinastimi snovmi z zadovoljivimi energijskimi vrednostmi podala pozitivne rezultate, vendar so Finney in sodelavci (2009) proces kljub temu ocenili kot nezadosten za širšo uporabo v večjem merilu. Po gojenju ostrigarjev na sirku so Ryden in sodelavci izrabljen substrat tretirali s paro, ga osušili in po dodatku vode tretirali najprej z encimi (saharifikacija) in nazadnje izvedli fermentacijo s kvasovkami. Iz substrata koncentracije 30 % w/v so s »solid state« fermentacijo pridobili 5,81 % v/v etanola. Po njihovem mnenju ima proizvodnja bioetanola iz izrabljenega substrata svetlo prihodnost, sploh ob uporabi novih sevov kvasovk. Po preraščanju koruznih storžev s Pleurotus eryngii in pobiranju pridelka so Oguri in sodelavci substrat zmleli s »krogličnim mlinom«, sledila je encimska hidroliza in fermentacija s Pichia stipitis za proizvodnjo etanola. Pri 20 % (w/v) koncentraciji substrata je bila maksimalna koncentracija etanola, ki so jo dosegli 17,7 g/L (1,77 % w/v). Njihov sklep je, da se lahko izrabljen substrat, osnovan na koruznih storžih, uspešno uporablja za pridobivanje etanola. Uporaba izrabljenega substrata ni edini primer uporabe gliv za proizvodnjo biogoriv. Proizvodnja biogoriv je možna tudi s ko-kultivacijo mikroalg in filamentoznih gliv (Ruoyu in sod., 2021). Zaradi vzpostavljene simbioze, se akumulira večja količina biomase, saj alge od gliv dobijo ogljikov dioksid in jim vračajo kisik, ki ga producirajo s fotosintezo (Tingting in sod., 2020). Poleg povečane proizvodnje

(20)

13

biomase, se močno zmanjšajo tudi stroški, ki bi nastali zaradi razbijanja celic alg ob pridobivanju biogoriva. Glive s svojimi encimi, kot so celulaze, hemicelulaze, lakaze in pektinaze, delno razgradijo celično steno alg in s tem olajšajo odpiranje celic. S povečanjem biomase se poveča tudi količina nastalih lipidnih komponent. Simbiotski sistem je primeren za proizvodnjo biodizla, etanola, metana in vodika, čeprav je za uporabo na industrijski ravni celoten proces potrebno dovršiti (Ruoyu in sod., 2021). Ruoyu in sodelavci navajajo tudi, da se je poleg obetavne proizvodnje biogoriv s kokultivacijo povečala tudi učinkovitost čiščenja odpadnih voda. Potencialno uporabo za proizvodnjo biogoriv so pokazale tudi anaerobne glive, katerih naravni habitat je črevesje rastlinojedih živali. Poleg prosto izločenih encimov anaerobne glive izločajo še encimske komplekse-celulosome (Solomon in sod., 2016).

Omenjene strukture omogočajo, da so encimi v njih s proteinskim ogrodjem organizirani na način, da so njihova aktivna mesta bolje izpostavljena substratu. S pomočjo encimov in encimskih kompleksov so anaerobne glive sposobne lignocelulozne substrate razgraditi in nadalje producirati etanol ali vodik. V njihovem metabolizmu nastajajo tudi maščobne kisline, ki jih lahko nekateri mikroorganizmi pretvorijo v vodik ali metan (Saye in sod., 2021). Glive so s svojo sposobnostjo razkrojevanja lignoceluloznih substratov pri proizvodnji biogoriv v veliko pomoč. Njihova uporabnost ni omejena samo na predelavo izrabljenega substrata po gojenju gob, marveč se jih lahko uporablja tudi za predelavo drugih bioloških »odpadkov«. V kombinaciji z drugimi organizmi se njihova uporabnost le še ojača do razsežnosti, ki je nikakor ne gre zanemariti.

4.3.2 Encimi

Rastlinsko biomaso sestavljajo različni polisaharidi, ki jih glive s svojimi encimi, kot so proteaze, lakaze, lipaze, celulaze, amilaze, pektinaze, inulaze, lahko razgradijo, zatem absorbirajo in asimilirajo. Encime torej v izredno velikih količinah (100 g/L) izločajo v substrat, kar je ugodno tudi s stališča pridobivanja encimov (Meyer in sod., 2020). V nabor encimov sodijo tudi ksilanaze, lignin peroksidaze in hemicelulaze. Možnost uporabe ekstrahiranih encimov se kaže v bioremediaciji okolja, kot dodatek krmi ali pri pretvorbi organskih substratov z namenom pridobivanja energije (Phan in Sabaratnam, 2012).

Ekstrahirani encimi se lahko na primer uporabljajo za razgradnjo policikličnih aromatskih ogljikovodikov (PAH), za kar so v največji meri odgovorne lakaze. Pri uporabi surovih ekstraktov iz izrabljenega gojitvenega substrata se je izmed gliv: Agaricus bisporus, Coprinus comatus, Pleurotus ostreatus in Pleurotus eryngii, najbolje izkazal slednji ekstrakt (Xuanzhen in sod., 2009). Encimske ekstrakte iz izrabljenega substrata je možno uporabiti tudi za tretiranje mikotoksinov v hrani. Eden izmed mikotoksinov, ki ga proizvajajo nekatere glive iz rodu Fusarium, je deoksinivalenol. Pojavi se lahko v zrnih pšenice, koruze, ječmena, riža in ovsa ter v žitnih izdelkih, kot so moka, kruh, rezanci, kosmiči, pivo in drugi. Do zaužitja lahko pride tudi posredno z uživanjem jeter ali ledvic klavnih živali, jajc ali mleka. Toksin pri živalih in ljudeh lahko povzroča vročino, glavobole, omotico, slabost in bolečine v želodcu, drisko ter bruhanje (Sobrova in sod., 2010). Manganove peroksidaze in lignin peroksidaze, izolirane iz izrabljenega gojitvenega substrata glive Flammulina velutipes (bolj poznana pod imenom Enokitake) so inhibirali rast glive Fusarium graminearum KR1 in zmanjšale produkcijo deoksinivalenola. Prav tako so omenjeni encimi uspešno razgrajevali že nastali toksin. Z dodatnimi raziskavami utegnejo manganove- in lignin peroksidase postati uporaben dodatek tako krmi za živali kot hrani za povečanje njune varnosti (Ko-Hua in sod., 2021). V izrabljenem substratu Pleurotus florida je bila prisotna znatna količina aktivnih lakaz in

(21)

14

ksilanaz. V primerjavi s surovo biomaso je bila nekoliko zmanjšana vsebnost kristalinične celuloze, kar poveča možnost razgradnje celuloze drugim organizmom. Manjša je bila tudi količina lignina, kar poveča dostopnost celuloze. Na takem substratu je Trichoderma longibranchiatum tvorila predvsem endo- in eksoglukanaze ter xilanaze. V substratu preraslem z Aspergillus aculeatus je bila zaznana visoka celobiazna aktivnost. Različne glive na istem substratu izločajo različne encime, za tarčno izolacijo encimov in njihovo aktivnost pa so zelo pomembni tudi pogoji in način izolacije (vrsta topila, pH …). Poleg tega, da bi se nekoliko zmanjšal volumen odpadnega izrabljenega substrata, le-ta predstavlja nizkocenoven substrat za gojenje nekaterih drugih vrst gliv in s tem vir celulolitičnih encimov (Rajavat in sod., 2019). Na prvi pogled popolnoma neuporaben odpadek, ki ga lahko v najboljšem primeru uporabimo le za obogatitev nerodovitne zemlje, se z nekoliko razmisleka in truda izkaže kot poceni surovina z mnogimi možnostmi uporabe, ki je je navadno še v izobilju.

Uporaba izrabljenega substrata za pridobivanje encimov je slikovit primer dobre vpeljave krožnega sistema gospodarstva. Vipap videm krško d.d. je podjetje, ki letno proizvede okrog 440 000 ton papirja (Vipap, 2021), za katerega kot osnovno surovino uporablja recikliran papir, ki mu odstranijo potisk (razčrniljenje) (Vipap, 2021). V samem postopku se običajno uporabljajo kemikalije, ki so jih nadomestili z glivnimi encimi. Encime pridobijo z vzgojo gliv na papirniškem blatu, ki je stranski produkt proizvodnje, s tem zmanjšajo uporabo okolju škodljivih kemikalij, hkrati pa koristno uporabijo svoj stranski proizvod. Tehnika je razvita na pol-industrijskem nivoju (Juvačič in sod., 2021).

4.4 KVASOVKE

Stranski produkt proizvodnje piva so pivske tropine, iz katerih se lahko pridobivajo organske kisline, sladkorji in bioabsorbenti (Juvančič in sod., 2021) ali služijo kot dodatek substratu za gojenje gob (Meyerin sod., 2020). Pivski kvas se uporablja pri peki kruha, kot dodatek krmi in kot dodatek mikrobnim gojiščem (Juvančič in sod., 2021). Kvasovke, kot že omenjeno, najdejo svoje mesto tudi ko gre za ponovno uporabo izrabljenega substrata, ki je stranski produkt gojenja gob. Glive, ki so sposobne rasti na rastlinski biomasi imajo navadno večje število genov (100-250), ki kodirajo encime za razgradnjo rastlinskih polisaharidov, med tem ko jih ma na primer pekovska kvasovka-Saccharomyces cerevisae le 30. Zaradi tega razloga so kvasovke na nek način odvisne od drugih gliv, ki jim substrat »predpripravijo« in jih na ta način oskrbijo z enostavnejšimi viri ogljika (sladkorji) (Meyer in sod., 2020). Iz tega dejstva lahko pridemo do razmisleka, da se tudi v že izrabljenem substratu, na katerem smo vzgojili gobe morebiti še najde določena količina neporabljene energije, ki jo lahko v vmesni stopnji (npr. proizvodnje biogoriv ali specifičnih metabolitov) koristneje porabimo, kot pa zgolj deponiramo na odlagališčih, a je o tem že več napisano v prejšnjih poglavjih. Iz ostankov kvasovk (stranski proizvod proizvodnje etanola) so Modesto in sodelavci (2020) z nekaj dodatnimi postopki uspeli pridobiti aktivno oglje. Kvasne ostanke so najprej karbonizirali v dušikovi atmosferi pri 800 °C, nato pa oglje aktivirali z ogljikovim dioksidom in vodno paro, ki ravno tako nastajata pri proizvodnji etanola. Aktivno oglje se je izkazalo kot učinkovito pri čiščenju dipirona iz vode, zato so avtorji mnenja, da postopek pridobivanja aktivnega oglja v prihodnosti utegne doseči komercialno raven. Kvasovke nimajo svoje vloge le v tradicionalni uporabi za pripravo vrste fermentiranih živil, marveč lahko rastejo tudi na tistih (stranskih) produktih živilske industrije, ki bi jih sicer zavrgli. V prekajevalnicah rib ostanejo po koncu postopka znatne količine ribjega olja, ki lahko služi kot poceni vir ogljika. Yarrowia lipolytica, vzgojena na ribjem olju, je sproducirala do 0,227 g lipidnih komponent na gram

(22)

15

suhe biomase. Del sintetiziranih lipidov so zavzemale tudi nenasičene dolgoverižne maščobne kisline: dokozaheksanojska, eikozapentanojska in eruka kislina, ki imajo pomembno vlogo v prehrani. Kljub potrebni optimizaciji postopka bi bilo iz odpadnega olja s pomočjo kvasovk pridobiti nov produkt z dodano vrednostjo (Fabiszewska, 2021).

5 ZAKLJUČEK

Glive kot organizmi imajo v sistemu krožnega gospodarstva pomembno vlogo povezovanja zaključenih snovnih in energijskih tokov v krožen sistem. Gojenje vsake izmed njih zahteva določene parametre znotraj meja optimalnega, vendar nekateri koraki kljub vrstnim specifikam ostajajo primerljivi. To diplomsko delo je zgolj ozek vpogled v širok nabor potencialnih ali že uresničenih možnosti uporabe gliv v sistemu krožnega gospodarstva, a hkrati pomaga sprevideti in razumeti, da je kraljestvo gliv premnogokrat zapostavljeno tako na strogo raziskovalnem kot tudi na aplikativnem področju. Ob zavedanju tehničnih, ekonomskih in drugih omejitev ostaja zaprt sistem krožnega gospodarstva odprt za domiselne rešitve. Bio-snovani materiali utegnejo zamenjati marsikateri »sintetični« material iz vsakdanjega življenja. Mogoče se bodo uporabljali za izdelavo nakupovalnih vrečk, lončkov za rože, tlakovcev, ploščic, ometov, plovil in drugih, zelo verjetno pa bodo glive v prihodnosti dosti bolj zaznamovale slehernikov vsakdanjik kot si morda mislimo. Kar se danes zdi utopija, je lahko že jutri začetek alternativne rešitve.

6 VIRI

Appels F. V. W., Dijksterhuis J., Lukasiewicz C. E., Jansen K. M. B., Wösten H. A. B., Krijgsheld P. 2018. Hydrophobin gene deletion and environmental growth conditions impact mechanical properties of mycelium by affecting the density of the material.

Scientific Reports, 8,1: 4703, doi: 10.1038/s41598-018-23171-2: 7 str.

Basu S., Bose C., Ojha N., Das N., Das J., Pal M., Khurana S. 2015. Evolution of bacterial and fungal growth media. Bioinformation, 11, 4: 182-184

Booth C. 1971. Chapter II fungal culture media. Methods in Microbiology, 4: 49–94

Chen W. A., Huang L. N. 2001. Production of the medicinal mushroom Tremella fuciformis berk. by mixed-culture cultivation on synthetic logs. International Journal of Medicinal Mushrooms, 3, 2-3: 1, doi: 10.1615/IntJMedMushr.v3.i2-3: 4 str.

El-Gharabawy H. M., Detheridge A. P., El-Fallal A. A., El-Sayed A. K. A., Griffith G. W. 2016. Analysis of wood decay and ligninolysis in Polyporales from the Nile Delta Region of Egypt. Mycosphere, 7, 4: 392-404

Ellen Macarthur foundation. 2015. Towards a circular economy: buisness rationale for an accelerated transition.

https://www.ellenmacarthurfoundation.org/assets/downloads/publications/TCE_Ellen- MacArthur-Foundation_26-Nov-2015.pdf (3. avg. 2021)

(23)

16

Fabiszewska A. U., Zieniuk B., Kozłowska M., Mazurczak-Zieniuk P. M., Wołoszynowska M., Misiukiewicz-Stępień P., Nowak D. 2021. Studies on Upgradation of waste fish oil to lipid-rich yeast biomass in Yarrowia lipolytica batch cultures. Foods, 10, 2: 436, doi:

10.3390/foods10020436: 15 str.

Finney K. N., Ryu C., Sharifi V. N., Swithenbank J. 2009. The reuse of spent mushroom compost and coal tailings for energy recovery: Comparison of thermal treatment technologies. Bioresource Technology, 100, 1: 310–315

Freshcap. 2021. How to clone mushrooms.

https://learn.freshcap.com/growing/how-to-clone-mushrooms/ (31. maj, 2021)

Geisendorf S., Pietrulla F. 2017. The circular economy and circular economic concepts-a literature analysis and redefinition. Thunderbird International Buisness Review, 60, 5: 771- 782

Grimm D., Wösten H. A. B. 2018. Mushroom cultivation in the circular economy.

Applied Microbiology and Biotechnology, 102, 18: 7795-7803

Jones M. P., Huynh T., Dekiwadia C., Daver F., John S. 2017. Mycelium composites: a review of engineering characteristics and growth kinetics. Journal of Bionanoscience, 11, 4: 241–257

Juvančič L., Mešl M., Križnik B. N., Lovec M., Osojnik Črnivec G. I., Arnič D., Oven P., Berne S., Rac I., Kocjančič T., Novak A. 2021. Zapiranje snovnih in energetskih tokov biomase-presoja scenarijev in podpornih ukrepov države. Bridge2bio: Premostitev vrzeli v biogospodarstvu: od gozdne in kmetijske biomase do inovativnih tehnoloških rešitev.

Ljubljana, Biotehniška fakulteta: 93 str.

Karaffa L., Kubicek C. P. 2019. Citric acid and itaconic acid accumulation: variations of the same story? Applied Microbiology and Biotechnology, 103, 7: 2889–2902

Ko-Hua T., Chompunut L., Jyhn-Cherng J., Yang-Kwang F., Hsin-I C. 2021. the potential of peroxidases extracted from the spent mushroom (Flammulina velutipes) substrate signifficantly degrade mycotoxin deoxynivalenol. Toxins, 13, 1: doi:

10.3390/toxins13010072: 14 str.

Koso Š. 1988. Ostrigarji: [gojenje in uporaba]. Ljubljana, Kmečki glas: 101 str.

Kuivanen J., Wang Y.J., Richard P. 2016. Engineering Aspergillus niger for galactaric acid production: elimination of galactaric acid catabolism by using RNA sequencing and CRISPR/Cas9. Microbial Cell Factories, 15, 210: doi: 10.1186/s12934-016-0613-5: 10 str.

(24)

17

Meyer V., Basenko Y. E., Benz P. J., Braus H. G., Caddick X. M., Csukai M., de Vries P. R., Endy D., Frisvad C. J., Cimerman G. C., Haarmann T., Hadar Y., Hansen K., Johnson R.

I., Keller P. N., Kraševec N., Mortensen H. U., Perez R., Ram J. F. A., Record E., Ross P., Shapaval V., Steiniger C., van den Brink H., van Munster J., Yarden O., Wösten B. A. H.

2020. Growing a circular economy with fungal biotechnology: a white paper. Fungal Biology and Biotechnology, 7, 5: doi: 10.1186/s40694-020-00095-z: 23 str.

Modesto R. H., Lemos G. S., dos Santos M. S., Komatsu J. S., Gonçalves M., Carvalho A.

W., Carrilho E. N. V. M., Labuto G. 2020. Activated carbon production from industrial yeast residue to boost up circular bioeconomy. Environmental Science and Pollution Research, 28, 19: 24694–24705

Oguri E., Takimura O., Matsushika A., Inoue H., Sawayama S. 2011. Bioethanol production by Pichia stipitis from enzymatic hydrolysates of corncob-based spent mushroom substrate. Food Science and Technology Research, 17, 4: 267-272

Phan C. W., Sabaratnam V. 2012. Potential uses of spent mushroom

substrate and its associated lignocellulosic enzymes. Applied Microbiology and Biotechnology, 96, 4: 863-873

Rajavat A. S., Rai S., Pandiyan K., Kushwaha P, Choudhary P., Kumar M., Chakdar H., Singh A., Karthikeyan N., Bagul Y. S., Agnihotri A., Saxena K. A. 2019. Sustainable use of spent mushroom substrate of Pleurotus florida for production of lignocellulolytic enzymes. Journal of Basic Microbiology, 60, 2: 173-184

Ryden P., Efthymiou M. N., Tindyebwa A. M. T., Elliston A., Wilson R. D., Waldron W. K., Malakar K. P. 2017 Bioethanol production from spent mushroom compost derived from chaff of millet and sorghum. Biotechnology for Biofuels, 10: doi: 10.1186/s13068-017- 0880-3: 11 str.

Ruoyu C., Shuangxi L., Liandong Z., Zhihong Y., Dan H., Chenchen L., Fan M. 2021. A review on co-cultivation of microalgae with filamentous fungi: Efficient harvesting, wastewater treatment and biofuel production. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 139: doi: doi.org/10.1016/j.rser.2020.110689: 17 str.

Saye L. M. G., Navaratna A. T., Chong P. J. J., O`malley A. M., Theodorou K. M., Reilly M.

2021. The anaerobic fungi: Challenges and opportunities for industrial lignocellulosic biofuel production. Microorganisms, 9, 4: doi: 10.3390/microorganisms9040694: 28 str.

Sobrova P., Adam V., Vasatkova A., Beklova M., Zeman L., Kizek R. 2010. Deoxynivalenol and its toxicity. Interdisciplinary Toxicology, 3, 3: 94-99

Sodja A., Perko B. 2018. Iz že rabljenih surovin nastajajo novi izdelki. Glas Gospodarstva.

https://www.gzs.si/Portals/SN-informacije-Pomoc/Vsebine/GG/september2018/77.pdf (2.

avg. 2021)

(25)

18

Solomon V. K., Haitjema H. C., Henske K. J., Gilmore P. S., Borges-Rivera D., Lipzen A., Brewer M. H., Purvine O. S., Wright T. A., Theodorou K. M., Grigoriev V. I., Regev A., Thompson A. D., O`Malley A. M. 2016. Early-branching gut fungi possess a large, comprehensive array of biomass-degrading enzymes. Science, 11, 351: 1192-1195

Tingting L., Liqun J., Yifeng H., Jackson T. P., Cristal Z., Karsten Z.,

Michael J. B.. 2020. Creating a synthetic lichen: Mutualistic co-culture of fungi and extracellular polysaccharide-secreting cynobacterium Nostoc PCC 7413. Algal research, 45: doi: 10.1016/j.algal.2019.101755: 8 str.

Vipap Videm Krško. 2021. Proizvodnja papirja in vlaknin d.d.

https://www.vipap.si/ (9. avg. 2021)

Xing Y., Brewer M., El-Gharabawy H., Griffith G., Jones P. 2018. Growing and testing mycelium bricks as building insulation materials. Earth and Environmental Sciences, 121:

22-32

Xuanzhen L., Xiangui L., Jing Z., Yucheng W., Rui Y., Youzhi F., Yong W. 2009.

Degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons by crude extracts from spent mushroom substrate and its possible mechanisms. Current Microbiology, 60, 5: 336-342