|
|
|
|
|
гостевая карта сайта форум статьи ссылки обратная связь кулинария магазин на главную |
Селективность.
|
|
При культивировании съедобных грибов на лигноцеллюлозных субстратах конкурентные микроорганизмы чаcто вызывают серьезное снижение урожая. В естественных условиях ксилотрофные грибы и, в частности вешенка, растут в плотной древесине, развиваясь в ней достаточно медленно. При интенсивном культивировании вешенки, а также строфарии используют рыхлые субстраты, такие как опилки, измельченная кора или солома зерновых культур. На этих субстратах мицелий вступает в конкуренцию за питание с быстро растущими плесенями. Наиболее агрессивными конкурентами на соломе показали себя виды Trichoderma (Тr. harzianium, Тr. hamatum и др.) и Gilmaniella humicola. Так как полная стерилизация соломы и культивирование в стерильных условиях экономически невыгодно при промышленном производстве грибов вешенки, возникает необходимость получения селективного субстрата, который бы способствовал росту мицелия съедобного гриба, и в то же время тормозил развитие конкурентных микроорганизмов. Разница в пищевых потребностях большинства съедобных грибов и плесеней позволяет достичь необходимого уровня селективности субстратов. Развитие плесеней зависит от наличия легкодоступных источников азотного и углеродного питания, в то же время ксилотрофные грибы способны разрушать сложные труднодоступные лигноцеллюлозные комплексы соломы. Обработка субстрата при высокой температуре вызывает гидролиз растительных полисахаридов и появление свободных легкоусвояемых сахаров, которые способствуют размножению конкурентных плесеней. Селективный субстрат, тормозящий развитие плесеней и благоприятствующий росту мицелия, получают при обработке умеренной температурой 65 - 70°С. Повышение температуры обработки до 75 - 85° приводит к стимуляции развития плесеней типа Gilmaniella, Trichoderma, Fusarium, Мuсоr (рис.), если обработка достаточно длительная. Важна не только температура обработки субстрата, но и время обработки. Пастеризация при 65°С в течение 6-10 часов усиливает рост Trichoderma hamatum, а в течение 12 -16 часов - рост Gilmaniella humicola (рис.).
 Рис. Влияние температурной обработки на развитие
конкурентных плесеней и мицелия вешенки, длительность обработки – 24
часа. Рис. Влияние длительности пастеризации (65°С) на рост мицелия вешенки и конкурентной плесени.(в данной публикации отсутствует) 1 – Pleurotus ostreatus По некоторым данным ряд культур бактерий Bacillus subtilus, изолированных с соломы, ингибировал рост плесеней, не влияя на рост мицелия вешенки. S.Stolzer и К.Grabbe изолировали 119 культур бактерий и
актиномицетов из ферментатированной соломы и протестировали их на
антагонизм к различным плесеням. Было собрано 15 активных культур
Bacillus. Культуры выращивали на жидкой среде (10 г. мелассы/л, рН -
7,0) при 25°С и затем смешивали с соломой. Солому ферментировали при
45°С различное время и затем засевали спорами плесеней или культурой
вешенки. Бактериальные культуры разделились на 2 группы. 1-ая группа
объединяла представителей Bacillus subtilis и вызывала ингибирование
роста как мицелия вешенки, так и плесеней. 2-ая группа включала
представителей вида Bacillus pumilus, которые тормозили рост мицелия
плесеней (Trichoderma , Мuсоr, Fusarium, Gilmaniella), но не влияли на
развитие мицелия вешенки. Таблица.(в данной публикации отсутствует) Влияние ферментации субстрата с термофильными бактериями В. рumilus на развитие конкурентных плесеней (ферментация 72 часа при 45°С). Биохимические механизмы селективности субстрата. Первоначально считалось, что основой селективности субстрата при выращивании вешенки являются антибиотические вещества, выделяемые в период ферментации бактериями из группы Bacillus subtilis. Однако более поздние исследования показали, что бактерии и их выделения не оказывают непосредственного влияния на рост мицелия плесневых грибов, следовательно, селективность субстрата определяется другими факторами. Получение селективного субстрата для культивирования съедобных грибов возможно потому, что многие ксилотрофные грибы способны ферментативно разрушать лигноцеллюлозный комплекс соломы. В то же время развитие конкурентных плесеней зависит от присутствия легкодоступных соединений углерода и азота. Плесени рода Trichoderma, в отличие от других конкурентных плесеней, способны разрушать ещё и целлюлозу из лигноцеллюлозного комплекса. Однако Trichoderma не растет на термически необработанной соломе (см. рис.), что, видимо, обусловлено экранирующей ролью лигнина, покрывающего волокна целлюлозы. При высокотемпературной обработке субстрата лигноцеллюлозные связи частично разрушаются (делигнификация), и целлюлоза становится доступной для ферментативного гидролиза Trichoderma hamatum. Конкурентная плесень Gilmaniella humicola способна разрушать целлюлозу и обладает фенолоксидазной активностью, что обеспечивает определенную лигнолитическую активность. Кроме того, этот гриб способен расти при щелочном рН. Все это усугубляет трудности в борьбе с этой плесенью, которая имеет очень близкие характеристики с Pleurotus ostereatus. Селективность субстрата можно объяснить с точки зрения содержания легкодоступных сахаров. Высокотемпературная обработка субстрата приводит к химическому гидролизу полисахаридов и накоплению растворимых сахаров (табл.). Однако при пастеризации соломы при 65°С развивающиеся в субстрате термофильные бактерии группы Bacillus утилизируют практические все растворимые формы cахаров, не оставляя ничего для конкурентных мицелию плесеней (табл.). В процессе ферментации происходит также подщелачивание субстрата и утилизация легкодоступных форм азота (аммонийного). Для развития в субстрате плесени Trichoderma hamatum необходимо сочетание нескольких факторов: слабокислый рН, повышенное содержание растворимых легкодоступных форм азота и cахаров (табл.). Таблица Таблица Таблица Ферментация должна быть проведена таким образом, чтобы легкодоступные вещества полностью были утилизированы бактериальной микрофлорой и остановлена в момент, пока еще не началось разрушение основы субстрата - лигноцеллюлозного комплекса. Чрезмерное удлинение процесса обработки субстрата ухудшает не только физические, но и питательные свойства субстрата. Влияние термообработки на микроорганизмы субстрата. Термическая обработка субстрата проводится с целью
уничтожения конкурентных микроорганизмов, а также вредителей (насекомые,
клещи и т.п.). Мягкая термообработка (60 - 65°С) по сути, не является только пастеризацией, так как при этой температуре могут свободно существовать и размножаться бактерии, относящиеся к облигатным термофилам. На самом деле этот режим является режимом ферментации для облигатных термофилов. ...в субстрате развивается достаточное количество бактерий, которые полностью утилизируют свободные сахара и создают высокий уровень селективности. Дополнительная ферментация субстрата... способствует развитию группы термотолерантных термофильных бактерий, которые в еще большей степени усиливают селективность субстрата и обеспечивают надежную микробиологическую защиту от конкурентных плесневых грибов. Умеренная термообработка (70 - 90°С) уже является пастеризацией, так как уничтожает все вегетативные формы микроорганизмов и сохраняет часть споровых форм мезофилов и термофилов. Умеренная термообработка сохраняет еще некоторый уровень селективности субстрата, так как популяция термофилов достаточно быстро восстанавливается после обработки. Жесткая термообработка (100 - 125°С) при достаточной экспозиции не только пастеризует субстрат (уничтожение вегетативных форм), но и убивает споры микроорганизмов, в том числе и термофильных бактерий. Такой субстрат становится стерильным и полностью теряет селективность. На нем одинаково хорошо растет мицелий, и прекрасно развиваются конкурентные плесневые грибы. Поэтому инокуляцию стерильного субстрата проводят в стерильных условиях и используют стерильный, неперетаренный мицелий. Таблица
+ сохраняются, - уничтожаются. Влияние температуры обработки на селективность. Термообработка субстрата вызывает ряд химических реакций, снижающих его селективность. Во-первых, происходит термический гидролиз полисахаридов и высвобождение легкодоступных сахаров, служащих хорошим питанием для конкурентов. Во-вторых, происходит делигнификация лигноцеллюлозного комплекса субстрата. В результате, целлюлоза и гемицеллюлоза становятся доступными для конкурентных плесневых грибов, типа триходермы, обладающих заметной целлюлазной активностью. При высокотемпературной обработке лигноцеллюлозные связи частично разрушаются и тем больше, чем сильнее обработка. Даже умеренная, но длительная термообработка приводит к развитию на субстрате конкурентных плесеней. Различные способы обработки оказывают как положительное, так и отрицательное воздействие на селективность субстрата (табл.). Таблица
+ увеличение селективности Практическая часть. Введение Итак, после подробного рассмотрения всех теоретических вопросов, касающихся условий роста и размножения грибов, а также свойств субстрата, наиболее благоприятствующих такому росту, мы переходим непосредственно к технике культивации. Но прежде небольшой исторический экскурс в историю искусственного размножения грибов. Грибы в природе размножаются преимущественно спорами, однако они способны и к вегетативному размножению с помощью кусочков грибной ткани. Эту особенность давно подметили грибоводы и до конца прошлого столетия в качестве посадочного материала использовали дикорастущую грибницу. Для выращивания шампиньона брали грибницу на навозной свалке, если же в неблагоприятные годы на свалках грибница развивалась плохо, то ее размножали в специальных разведочных теплицах. Для этого грибницу высаживали в подготовленные навозные грунты, но сверху землю не насыпали, с тем чтобы не вызвать плодоношение. Когда субстрат почти полностью был пронизан разросшейся грибницей, его вынимали и использовали как посадочный материал. Слегка подсушенный субстрат, пронизанный грибницей, мог сохраняться годами. У нас таким методом получения мицелия шампиньона пользовались уже в 30-е годы. Однако такая грибница не давала высоких урожаев, быстро вырождалась, при посадке такого мицелия заносились и посторонние микроорганизмы, тормозящие рост и ухудшающие плодоношение шампиньона. Поэтому ученые вели поиск новых возможностей. В 1894 г. в Пастеровском институте во Франции была получена первая чистая культура гриба, выращенная на специальной питательной среде из спор шампиньона. Грибница, выращенная в стерильных условиях, имела значительно больший потенциал. Споровая грибница быстро приживалась, активно росла на компосте, плодоношение ее наступало значительно раньше, чем при использовании «дикого» мицелия. Поэтому уже с середины 20-х годов в большинстве стран — производителей шампиньона работали лаборатории по производству мицелия. В Советском Союзе способ получения стерильной грибницы был разработан в начале 30-х годов. Вначале грибницу выращивали на простерилизованном компосте, одновременно велся поиск других питательных сред. В 1932 году был запатентован способ выращивания мицелия на пшеничном зерне. Сейчас зерновой мицелий использует большинство грибоводов мира. В современных грибоводческих комплексах для культивирования грибов используют мицелий, выращенный на зерне пшеницы, ржи, ячменя, овса, проса, кукурузы и других злаков. При выращивании вешенки и других грибов, растущих в природе на древесине, посевной мицелий можно готовить как на зерне, так и на лузге подсолнечника, виноградных выжимках, смеси опилок и т.д. Интенсивная технология культивирования вешенки на лигноцеллюлозных субстратах начала развиваться в Европе в 60-х годах. В 1965 году в Венгрии была разработана и в 1966 году запатентована стерильная технология выращивания вешенки. Субстрат обрабатывали в автоклавах при повышенном давлении и температуре 115-130°С. В качестве тары использовали 3-5 литровые стеклянные банки. Стерильный способ давал прекрасные результаты, но был слишком дорогостоящим. Дальнейшее упрощение и удешевление технологии привело к замене автоклавирования обработкой субстрата в аппаратах без давления при температуре 100°С. Этот вариант мягкой стерилизации или атмосферной стерилизации был запатентован в 1970 г. Технология получила широкое распространение благодаря простоте и экономичности. Дальнейшее усовершенствование технологий приготовления
субстрата было направлено на повышение селективности и переход к
нестерильному способу обработки. В 1970 г в Венгрии была запатентована
интегрированная микробиологическая технология, которая предусматривала
обработку субстрата термофильными бактериями. Культуру бактерий в
большом количестве выращивали в ферментерах. Субстрат сначала
пастеризовали, а затем ферментировали. Достаточно стабильные результаты дает гидротермическая обработка в простых металлических контейнерах. Некоторые грибоводы успешно реализуют стерильную технологию выращивания, получая на небольших площадях высокие урожаи. Разработано несколько вариантов прессов для формирования субстратных блоков, производительностью 1 блок/минуту. Предварительная подготовка. Заготовка сырья. Составной частью большинства субстратов для выращивания вешенки и строфарии является солома зерновых культур (пшеница, ячмень, рожь, овес, рис, просо и т.п.). Хорошие результаты получают на стеблях, шелухе семян и лузге различных с/х культур (рапс, подсолнечник, гречиха и т.п.). В период вегетации растения инфицируются различными микроорганизмами (первичная инфекция), в том числе и конкурентными вешенке. Для предотвращения развития конкурентной микрофлоры необходимо соблюдать ряд правил (на примере соломы): 1 ) Сырье должно быть свежее, сухое. 2 ) Сырье должно быть чистое, однородное по составу. 3 ) Правильное хранение сырья. Экологическая чистота сырья - необходимое условие для получения экологически чистой продукции грибов. Мицелии грибов обладает свойством накапливать некоторые тяжелые металлы, особенно цинк и кадмии. Отдельные виды сырья могут содержать повышенное количество этих элементов, например, отходы типографии. Грибы, выращенные на субстрате, содержащем такие компоненты, уже не будут экологически чистыми, а могут стать и опасными для здоровья человека. По некоторым данным, применение пестицидов при выращивании пшеницы не оказывало никакого влияния на качество и величину урожая вешенки. Тем не менее, при выборе места заготовки сырья учитывают не только его экологическую чистоту (зараженность тяжелыми металлами, радионуклеидами), но и интенсивность обработок растении пестицидами! Складирование сырья Измельчение Солому зерновых и стебли различных с/х культур необходимо измельчать. Солому измельчают в различного рода соломорезках, измельчителях грубых кормов, измельчителях растительного материала, молотковых дробилках. Получают при этом различные фракции соломы 50 - 100 мм, 30 - 50 мм, 20 - 30 мм, 10-20 мм. Чем меньше фракция, тем плотнее и равномернее можно сформировать блок субстрата и тем меньше усилий нужно на его формирование. Солома должна быть не только нарезана на кусочки, но и расплющена, что достигается при использовании молотковых дробилок. Обработанная таким образом солома лучше увлажняется, так как наружный восковой слои соломины повреждается. Неизмельченная или крупнонарезанная солома плохо уплотняется, из - за этого в мешках создаются воздушные полости, где в период плодообразования формируются зачатки грибов и погибают, если не разрезать пленку. Слабое уплотнение субстрата (менее 0,35 – О,40 кг/л) приводит к значительному уменьшению объема блока после периода инкубации или 1-ой волны плодоношения. Пленка отстает от субстрата по всему объему блока. В такой ситуации необходимо либо снимать пленку целиком, либо делать новую формовку субстрата, обеспечивая хорошее натяжение пленки по блоку субстрата. Таким образом, степень измельчения растительного материала влияет на плотность субстрата, на ход плодоношения, качество грибов, а также выход урожая с одной емкости. Слишком мелкие частицы (менее 3 мм) создают трудности с газообменом, так как при формировании блока возможно переуплотнение. Для создания оптимальной структуры мелкую фракцию смешивают с крупными частицами (10-30 мм). Во время измельчения образуется много пыли, состоящей из мельчайших частиц субстрата и спор микроорганизмов. Для предотвращения распространения пыли помещение, где приводят измельчение изолируют от внешней среды и от других помещений фермы. Таблица
Смешивание Если субстрат состоит из нескольких компонентов или применяют минеральные и питательные добавки, то возникает необходимость в равномерном перемешивании. Минеральные и питательные добавки подвергают такой же термической обработке, как субстрат. Если компоненты добавляют после термической обработки субстрата, то их пастеризуют отдельно. Компоненты, применяемые в небольшом количестве (минеральные, питательные добавки), удобно вносить во время инокуляции вместе с мицелием, однако они должны быть предварительно термически обработаны. В технологической цепочке операция смешивания выглядит следующим образом: 1. Пастеризация соломы (Франция) 2 . Ксеротермическая обработка соломы (Венгрия) 3 . Гидротермическая обработка (Россия)
|
