Production of high-value nutritional ingredients by submerged fermentation of Pleurotus ostreatus

Η προβλεπόμενη αύξηση του πληθυσμού στα 9 δισεκατομμύρια έως το 2050, καθώς και η αύξηση του αριθμού των υποσιτισμένων ανθρώπων, ιδιαίτερα στις αναπτυσσόμενες χώρες, θα αυξήσουν τις απαιτήσεις σε τρόφιμα και θα μειώσουν την ποιότητα των τροφίμων. Επιπλέον, η συνεχής συρρίκνωση της γεωργικής γης και η μείωση των παγκόσμιων υδάτινων πόρων θα μπορούσαν να εμποδίσουν στο μέλλον τόσο την καλλιέργεια πλούσιων σε θρεπτικά συστατικά σιτηρών όσο και την ιχθυοκαλλιέργεια, οδηγώντας σε μείωση των κύριων πηγών πρωτεΐνης που χρησιμοποιούνται στην ανθρώπινη διατροφή. Η ανάγκη για εύρεση νέων πηγών θρεπτικών συστατικών φαντάζει πιο κρίσιμη από ποτέ. Η βιοτεχνολογία, ιδιαίτερα η μικροβιακή και η βιομηχανική βιοτεχνολογία, θα μπορούσαν να προτείνουν μεθόδους ελεγχόμενης καλλιέργειας μικροοργανισμών που μπορούν να αποτελέσουν πηγές βιομάζας με υψηλή θρεπτική αξία. Εκτός από τους ήδη γνωστούς μικροοργανισμούς που χρησιμοποιούνται στην ανθρώπινη διατροφή, μπορούν να απομονωθούν νέα στελέχη και να διερευνηθούν νέοι τρόποι καλλιέργειας τους, στα πλαίσια της κυκλικής οικονομίας. Η παρούσα διδακτορική διατριβή αποτελεί έναυσμα για την καθιέρωση ενός νέου τρόπου εκμετάλλευσης ενός ήδη γνωστού μανιταριού, του Pleurotus ostreatus, για την παραγωγή μυκηλιακής βιομάζας υψηλής αξίας με ταχύτερο και ασφαλέστερο τρόπο και την ενίσχυση της παραγωγής βιομορίων, όπως πρωτεϊνών, λιπιδίων, πολυσακχαριτών και ενζύμων με την προοπτική να χρησιμοποιηθούν σε νέα τρόφιμα στο μέλλον. Πιο συγκεκριμένα, οι βασικές συνθήκες καλλιέργειας βελτιστοποιήθηκαν για την παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης με πλούσιο αμινοξικό προφίλ από το Pleurotus ostreatus. Επιπλέον, διερευνήθηκε η επίδραση των κύριων σακχάρων των αγροτοβιομηχανικών παραπροϊόντων, της γλυκόζης και της ξυλόζης και μειγμάτων αυτών για την παραγωγή μυκοπρωτεΐνης υψηλής θρεπτικής αξίας. Τα διαφορετικά πρωτεομικά προφίλ και οι μεταβολικές οδοί που υπερεκφράστηκαν σε κάθε κατάσταση περιγράφηκαν μέσω πρωτεομικής ανάλυσης. Η παραγωγή πραγματοποιήθηκε επίσης σε καλλιέργειες μεγάλης κλίμακας με τη χρήση βιοαντιδραστήρων αναδευόμενης δεξαμενής. Το συνολικό κόστος της διεργασίας μειώθηκε με χρήση υδρολυμάτων από αγροτοβιομηχανικά παραπροιόντα της βιομηχανίας ξύλου και χαρτιού. Επιπρόσθετα, η οινολάσπη χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα για την επαγωγή της παραγωγής ενός σημαντικού εξωκυτταρικού ενζύμου, της λακκάσης, αλλά και για την παραγωγή βιομάζας υψηλής αξίας. Τέλος, εκτός από τις πιο γνωστές συνθήκες που επηρεάζουν την βυθισμένη καλλιέργεια του P. ostreatus, ένας αβιοτικός παράγοντας, το φως, που δεν έχει μελετηθεί εκτενώς μέχρι τώρα, διερευνήθηκε σε βιοχημικό και μοριακό επίπεδο. Περιγράφηκαν οι διαφορετικές βιοχημικές συστάσεις της βιομάζας που παρήχθη σε πρωτεΐνες, λιπίδια και υδατάνθρακες καθώς και τα διαφορετικά πρωτεομικά προφίλ σε κάθε μήκος κύματος φωτός. Καθ' όλη τη διάρκεια της διδακτορικής διατριβής, ο P. ostreatus χρησιμοποιήθηκε ως πηγή βιομάζας υψηλής αξίας που αποτελείται από πρωτεΐνες, λιπίδια, πολυσακχαρίτες και εξωκυτταρικά ένζυμα πολύτιμα για τη βιομηχανία τροφίμων. Η παρούσα διδακτορική διατριβή αποτελεί πρόταση για την προσθήκη μυκηλιακής βιομάζας από βυθισμένη καλλιέργεια ως πηγή θρεπτικών συστατικών υψηλής αξίας σε προϊόντα διατροφής. Η πρωτεομική ανάλυση πρότεινε πώς οι συνθήκες ανάπτυξης μπορούν να στρέψουν τον μεταβολισμό των μανιταριών σε παραγωγή συγκεκριμένων βιοδραστικών ενώσεων χωρίς την ανάγκη γενετικής τροποποίησης του στελέχους. Φυσικά, οι οργανοληπτικοί και ποιοτικοί έλεγχοι της βιομάζας που παράγεται σε βιοαντιδραστήρες πιλοτικής κλίμακας είναι ζωτικής σημασίας για την παραγωγή ασφαλών και υψηλής αξίας προϊόντων διατροφής.