06 Innovation complète de la nourriture aux matériaux
Le marché mondial de la biotechnologie fongique a atteint des dizaines de milliards de dollars et devrait augmenter à un taux de 8 à 10% par an au cours des cinq prochaines années.Ce domaine crée non seulement un grand nombre d'emplois des fermes aux laboratoires, mais fournit également de nouvelles voies de croissance économique pour les pays en développement.Les propriétés en carbone négatives ou neutres en carbone des produits à base de champignons en font un choix durable pour les produits fossiles alternatifs avec de grands avantages environnementaux et économiques.
La culture des champignons s'est transformée en une industrie de plusieurs milliards de dollars dans le monde, avec des variétés majeures, notamment Agaricus bisporus, les champignons d'huîtres, les champignons shiitake et les champignons Enoki.Les techniques de culture modernes reposent sur des environnements contrôlés, des formulations de matrice précise et des systèmes de production efficaces.
Cas pratique:
Une ferme de champignons que j'ai visité en Pennsylvanie utilise des techniques d'agriculture verticale, triplant le rendement dans un environnement entièrement contrôlé.Ils ont atteint un cycle de production sans fin tout au long de l'année en contrôlant avec précision la température, l'humidité et la concentration de dioxyde de carbone.
Points techniques:
- Formule matricielle: proportion scientifique basée sur les déchets agricoles (paille, copeaux de bois, épis de maïs)
- Contrôle environnemental: gestion précise de la température (de 15 à 25 ° C selon la variété), humidité (85-95%), lumière et ventilation
- Gestion intégrée des maladies et des maladies: contrôler les maladies par le contrôle biologique plutôt que les pesticides chimiques
Erreurs et solutions courantes:
- Erreur: la récolte prématurée entraîne une diminution du rendement
- Solution: récupérer lorsque le capuchon est complètement déplié mais les bords ne sont toujours pas lancés
- Erreur: la stérilisation incomplète entraîne une contamination
- Solution: utilisez la stérilisation de la vapeur d'autoclave (121 ° C, 15-20psi, durée 90 minutes)
Les champignons ont une longue histoire et un large éventail d'applications dans les aliments fermentés.La levure (Saccharomyces cerevisiae) est utilisée pour la production de pain, de bière, de vin et de bioéthanol; La moisissure est impliquée dans la production de fromage (bleu, carmenberg), sauce de soja, miso, tempeh et tofu fermenté.
Explication scientifique:
La fermentation est essentiellement le processus par lequel les champignons divisent la matière organique complexe en composés plus simples et plus digestibles.Par exemple, dans la fabrication du pain, la levure convertit les sucres en dioxyde de carbone et en éthanol, qui élargit la pâte et produit une saveur unique.
Compétences professionnelles:
- Le contrôle de la température de fermentation est essentiel lors de la préparation de la bière à la maison.La levure Al convient à 18-22 ° C, tandis que la levure de la bière blonde nécessite 8 à 12 ° C.
- Maintenir un rapport stable de levure et des bactéries lactiques pour obtenir une saveur cohérente lors de la fabrication du pain au levain
Les additifs alimentaires produits par les champignons sont partout dans la vie quotidienne:
- Citric Acid: Principalement produit par la fermentation d'Aspergillus Niger, comme acide et conservateur
- Préparation enzymatique: l'amylase, la protéase, la lipase, etc. sont utilisées dans la transformation des aliments
- épaississant: les polysaccharides fongiques améliorent la texture alimentaire
- Assaisonnement omacatastrophique: extrait de levure et poudre de champignons améliorent la saveur
Recommandation d'experts:
Faire attention à ces ingrédients lors de la lecture des étiquettes alimentaires peut vous aider à comprendre dans quelle mesure la technologie fongique est utilisée dans les aliments transformés.
Les protéines mycéliales (telles que les produits de marque Quorn) sont fabriquées par des mycéliums fongiques cultivés en culture de fermenteur, avec une teneur élevée en protéines et des textures de viande, et sont devenus un produit important sur les marchés végétariens et végétaliens.
Expérience pratique:
Mon expérience dans l'élévation du mycélium des champignons d'hyster dans le laboratoire pour fabriquer de la viande à base de plantes montre que le contrôle de la concentration de glucose et des niveaux dissous d'oxygène est essentiel pour obtenir une texture idéale.Les conditions optimales sont: la concentration de glucose est de 20 g / L et l'oxygène dissous reste à 30 à 40%.
Les champignons sont la principale source d'enzymes industrielles, et des souches telles que Aspergillus Niger, Aspergillus oryzae et Trichoderma reesei sont largement utilisées.Le marché mondial des enzymes industrielles vaut plus de 6 milliards de dollars américains, dont les enzymes fongiques représentent environ 45%.
cellulase:
La cellulose dégradée est un sucre fermentable et est utilisée dans les biocarburants (éthanol de cellulose), les aliments pour animaux, les pâtes et les détergents.Cette technologie augmente la valeur des déchets agricoles (comme la paille) de 3 à 5 fois.
ligninase:
Comprend la laccase et la peroxydase pour le blanchiment de la pulpe (réduisant le chlore jusqu'à 70%), la biorestauration, le prétraitement textile et les biocarburants.Les champignons à pourriture blanche montrent une expertise spéciale à cet égard.
Amylase:
Convertir l'amidon en sucres et est utilisé dans les industries de la cuisson, du sirop de fructose élevé, de la vinification et des détergents.
Protease:
Protéines hydrolysées à utiliser dans les détergents, la transformation des aliments (viande tendre des aliments, le fromage) et les industries en cuir.
Lipozyme:
Décomposer les graisses et utilisé dans la production de détergent, de nourriture et de biodiesel.
Conseils rapides:
Des produits commerciaux contenant de la cellulase peuvent être ajoutés pendant le compostage des ménages pour accélérer la décomposition des matériaux de cellulose de 30 à 50%.
Par rapport aux catalyseurs chimiques, les enzymes fongiques présentent les avantages d'une production efficace, d'une spécificité élevée, respectueuse de l'environnement et renouvelable.La technologie de fermentation moderne a réduit le coût de la production enzymatique de plus de 60% au cours de la dernière décennie.
La découverte de la pénicilline (de la pénicillium) a changé les antécédents médicaux, et les antibiotiques à source fongique tels que la céphalosporine (de l'apex céphalosporine) ont en outre élargi notre arsenal d'anti-infection.
Contexte scientifique:
Les champignons doivent rivaliser avec les bactéries dans leur environnement naturel, évoluant ainsi de puissants composés antibactériens.La découverte de ces composés implique généralement des programmes de dépistage à grande échelle, avec une moyenne de 10 000 souches fongiques criblées pour découvrir un nouvel antibiotique potentiel.
Les métabolites fongiques tels que la cyclosporine A (des champignons du sol) et le tacrolimus font de la transplantation d'organes une procédure médicale de routine, réduisant considérablement le risque de rejet.
Des statines telles que la lovastatine, à l'origine dans les citations rouges et le pénicillium, sont maintenant l'une des catégories de médicaments les plus vendues au monde, empêchant chaque année des millions d'événements cardiovasculaires.
Le paclitaxel a été initialement isolé de l'if du Pacifique et plus tard, il a été découvert que certains champignons endophytes pouvaient également produire cet important médicament anticancéreux, qui offrait la possibilité d'une production durable.
Les systèmes d'expression de levure sont utilisés pour produire des protéines recombinantes, telles que le vaccin contre l'hépatite B. L'avantage des champignons en tant que plate-forme de production est leurs propriétés eucaryotes et leur capacité à effectuer des modifications complexes post-traduction.
Les extraits fongiques médicinaux tels que Ganoderma Lucidum, Cordyceps sinensis et Maijing constituent un énorme marché pour les produits de santé.Lorsque vous choisissez ces produits, vous devez rechercher des certifications tierces pour assurer la qualité et la pureté.
Recommandation d'experts:
Lors de l'achat de suppléments de champignons médicinaux, vérifiez le contenu bêta-glucan sur l'étiquette, qui est l'un des indicateurs clés pour mesurer la qualité du produit.
En cultivant le mycélium sur les déchets agricoles, une variété de matériaux solides peuvent être produits, ce qui est l'une des applications fongiques les plus innovantes.
Zone d'application:
- Matériel d'emballage: plastique en mousse alternatif, biodégradable
- Matériaux de construction: panneaux d'isolation sonore, panneaux d'isolation thermique et briques
- Meubles: produits de créateurs
- Substitution en cuir: Mycelium "cuir" et textiles
Cas pratique:
Mon expérience dans le développement de matériaux d'emballage mycélial avec Ecovative a montré que le choix de la bonne matrice de déchets agricoles a un impact énorme sur les performances du produit final.Les coques de riz offrent une dureté plus élevée, tandis que les copeaux de bois produisent des matériaux plus flexibles.
Analyse des avantages:
Les matériaux mycéliaux sont caractérisés par la durabilité, les émissions de carbone négatives, la croissance rapide (moulure de 5 à 10 jours) et le moulage.
Guide de bricolage:
Étapes simplifiées pour la maison de fabrication de matériaux mycéliaux:
1. Choisissez une matrice (marc de café, croustilles de paille ou de bois)
2. Traitement de stérilisation (vapeur ou autoclave)
3. Inoculer les champignons comestibles
4. Cultiver à la température et à l'humidité appropriées pendant 5-7 jours
5. Pressage et séchage à chaud
Les bioplastiques fongiques à base de polysaccharides sont des alternatives dégradables aux plastiques traditionnels, qui peuvent être décomposés dans des environnements naturels de plusieurs mois à deux ans, beaucoup plus rapidement que les centaines d'années de plastiques traditionnels.
Les champignons à pourriture blanche peuvent décomposer une variété de polluants, notamment des hydrocarbures de pétrole (hydrocarbures aromatiques polycycliques), des pesticides, des herbicides, des colorants industriels et même certains plastiques et polluants chimiques.
Cas pratique:
Dans un site industriel contaminé du Minnesota, nous avons utilisé des champignons à pourriture blanche pour traiter les HAP dans le sol, et les concentrations de polluants ont diminué de 85% en six mois.
Certaines espèces de champignons peuvent accumuler des métaux lourds et peuvent agir comme des biosorbants pour nettoyer le sol et l'eau contaminés.En récoltant ces champignons, il est efficace d'éliminer les métaux lourds de l'environnement.
Avertissement de sécurité:
Les champignons comestibles collectés dans des zones contaminés peuvent contenir des niveaux dangereux de métaux lourds et doivent être testés en laboratoire avant de pouvoir être consommés.
La recherche après l'accident de Tchernobyl a révélé que certains champignons ont une résistance au rayonnement et peuvent absorber les radionucléides, qui fournissent de nouvelles idées pour le contrôle de la pollution nucléaire.
Les champignons peuvent dégrader les polluants organiques et avoir des effets d'application importants dans les filtres biologiques.Par rapport aux systèmes bactériens, les systèmes fongiques ont de meilleurs effets de traitement sur certains contaminants difficiles à dégrader.
L'inoculum mycorhizien commercial peut améliorer considérablement la croissance des plantes et est largement utilisé dans la foresterie, l'agriculture et l'horticulture, ce qui peut améliorer le taux de survie des plantes de 20 à 40% et améliorer la résistance au stress.
Les champignons décomposent la matière organique et libèrent les nutriments, et l'inoculation de compostage de champignons spécifiques peut accélérer le processus de décomposition et améliorer la qualité des engrais.
Les champignons pathogènes des insectes (comme Leukobassia et Leukobassia) sont des alternatives efficaces aux pesticides chimiques, avec de fortes caractéristiques ciblées et respectueuses de l'environnement.
Guide d'application:
Lors de l'utilisation de la leucoprotéine de la direction blanche pour prévenir et traiter les flies et les pucerons, il doit être appliqué tôt le matin ou le soir pour éviter de forts rayons ultraviolets pour réduire la vitalité des spores.
La recherche dans ce domaine se développe rapidement lorsque certains champignons endophytes peuvent stimuler la croissance des plantes et améliorer la résistance.
La paille agricole et le fumier animal peuvent être utilisés comme substrats de culture des champignons pour améliorer la valeur et le recyclage des déchets agricoles.
Les enzymes fongiques jouent un rôle clé dans la production de biocarburants:
- l'éthanol de cellulose: l'enzyme fongique dégrade la cellulose en sucre fermentable
- Biodiesel: Certains champignons accumulent beaucoup d'huile et de graisse, adapté à la production de biodiesel
- Biogaz: les champignons participent à la décomposition organique pendant la digestion anaérobie
Défi et prospect:
Le principal défi à l'heure actuelle est la compétitivité des coûts, mais avec l'avancement technologique, les biocarburants fongiques devraient atteindre la parité des coûts avec les combustibles fossiles dans les 5 à 10 ans.
Système d'expression des protéines ###
La levure et les champignons filamenteux sont d'excellentes plateformes pour l'expression des protéines exogènes et sont utilisées pour produire des enzymes industrielles, des protéines de médicament et des vaccins.Ses avantages incluent la capacité de modification post-traductionnelle du système eucaryote et la commodité de la sécrétion dans le milieu de culture.
La technologie d'édition de gènes rend l'ingénierie fongique plus précise et peut être utilisée pour augmenter les rendements, découvrir de nouveaux composés et optimiser les traits.Les approches biologiques synthétiques permettent la conception de voies métaboliques entièrement nouvelles.
La fermentation solide (traditionnellement utilisée dans des produits tels que la sauce soja) et la fermentation liquide (production à grande échelle d'enzymes et de composés) présentent leurs propres avantages.L'optimisation des milieux de culture, des conditions et des souches est essentiel pour améliorer les rendements.
Compétences professionnelles:
Dans la fermentation à l'échelle de laboratoire, le contrôle dissous sur l'oxygène est l'un des paramètres les plus critiques, et l'impact sur le rendement des métabolites secondaires peut atteindre plus de 300%.
La recherche expérimentale montre que le réseau de mycélium a des capacités de traitement de l'information, qui peuvent ouvrir de nouvelles voies pour le développement d'ordinateurs biologiques.
La réponse des champignons aux polluants et aux toxines peut être développée comme un outil de détection biologique qui est peu coûteux et très sensible.
La sculpture mycélienne, les meubles et la mode deviennent une partie importante du mouvement du design durable.
La Station spatiale internationale a mené avec succès des expériences de culture des champignons et des matériaux de mycélium sont également pris en compte pour des études de faisabilité de l'architecture martienne future.
- Le coût de la production à grande échelle doit encore être réduit
- Acceptation du public des produits mycéliaux
- Processus d'approbation réglementaire pour les nouvelles applications
- Optimisation technique et normalisation
- L'équilibre entre la protection de la propriété intellectuelle et l'innovation ouverte
- La demande de développement durable entraîne une croissance du marché
- Support de politique bioéconomique
- Advances technologiques (biologie synthétique, automatisation)
- potentiel de coopération interdisciplinaire
- Grand potentiel de diversité fongique inexplorée
- suivre un cours mycologique ou biotechnologie dans une université locale
- Cours lié aux plateformes d'apprentissage en ligne (comme Coursera, EDX)
- Rejoignez une société de champignons ou une organisation professionnelle
- Startup de biotechnologie fongique (investissement initial de 50 000 à 500 000 $ US)
- Business de culture des champignons spécialisés (capital de démarrage à petite échelle de 5 000 à 20 000 $ US)
- Mycelium Material Product Development
- Postes dans le département de la R&D d'un établissement ou d'une entreprise universitaire
- Participation du projet scientifique citoyenne
- Expériences à petite échelle dans les laboratoires à domicile
- Soutenir les produits fongiques (matériaux mycéliaux, aliments aux champignons, etc.)
- Choisissez des produits de nettoyage respectueux de l'environnement contenant des enzymes Fung
- Acheter des produits agricoles à l'aide de biopesticides fongiques
- Soutenir les politiques d'agriculture et de biotechnologie durables
- Participer à des consultations et des audiences publiques pertinentes
- Promouvoir le financement de la recherche vers la technologie durable
L'industrie des champignons est largement utilisée, couvrant presque tous les domaines industriels, des aliments aux matériaux en passant par la médecine.La production enzymatique, la biorestauration et les matériaux mycéliaux sont les zones à la croissance la plus rapide avec une durabilité importante et des avantages environnementaux.Les progrès technologiques et la biologie synthétique ouvrent des possibilités sans précédent, avec d'énormes avantages économiques et environnementaux.Des technologies de fermentation anciennes à la biotechnologie de pointe, les champignons se sont révélés être un partenaire indispensable et précieux sur la voie du développement durable des êtres humains.
Que vous soyez entrepreneur, chercheur, passionné ou consommateur moyen, c'est le meilleur moment pour participer à la bioéconomie fongique.Ce domaine offre non seulement des opportunités commerciales, mais offre également des solutions pratiques pour le développement durable de notre planète.