Determinación de los parámetros de cultivo para la producción intensiva de hongos comestibles del género Oudemansiella (Basidiomicetes) : aportes nutricionales, nutracéuticos y enzimaticos.

Abstract

Los hongos comestibles no sólo son capaces de convertir la biomasa lignocelósica en alimentos para los seres humanos, sino que son también una fuente de nutrientes tales como proteínas, lípidos, carbohidratos, vitaminas y minerales, conteniendo además, compuestos medicinales con grandes beneficios para la salud, lo que le da un valor nutracéutico. Por otra parte, los hongos son muy eficientes para producir proteínas comparadas con las fuentes de producción de origen animal, además resultan favorables para el medio ambiente siempre que su producción sea gestionada de manera adecuada, debido a que permite emplear desechos de la agro-industria. A su vez, el cultivo de hongos cuenta con una serie de ventajas, como tener cortos períodos de producción, la inversión económica es inferior comparada a otros alimentos, requiere en general de un bajo nivel tecnológico y su cultivo es independiente de las condiciones ambientales. Por todos estos motivos, la producción de hongos comestibles debería incluirse como una alternativa dentro de un nuevo paradigma de alimentación mundial con el objeto de contribuir a la producción de comida. Con el afán de encontrar nuevas especies de hongos que puedan ser cultivados de forma intensiva y que aporten ventajas productivas o nutricionales, nos centramos en el estudio de las especies del género Oudemansiella, que son xilófagas y por lo tanto, cultivables en desechos lignocelulósicos. En el capítulo I de esta tesis el principal objetivo consistió en relevar y estudiar las especies del género Oudemansiella. Para abordar el mismo, se realizaron muestreos en diferentes parques provinciales y nacionales en el centro este y noreste de la Argentina, se caracterizaron detalladamente todos los ejemplares muestreados y cuando fue posible, se aislaron las cepas. Luego, se realizó la caracterización y diferenciación taxonómica de los materiales a nivel morfológico y molecular. Como resultados, se obtuvieron 22 colecciones a partir de las cuales se consiguieron aislar 15 cepas y se lograron obtener 20 secuencias de marcadores moleculares ITS. A partir de análisis taxonómicos, se encontraron dos especies que fueron identificadas como Oudemansiella canarii y O. cubensis. En el capítulo II hemos evaluado la producción de las especies en estudio. Para ello, nos planteamos el objetivo principal de estudiar los parámetros productivos para la producción intensiva de hongos del género Oudemansiella presentes en el país. Primeramente estudiamos el crecimiento micelial a diferentes condiciones de temperaturas, pH y empleando diferentes granos de cereales. Luego, estudiamos la tasa de inoculación óptima, el sustrato de cultivo óptimo y se propuso una metodología para determinar el mejor sistema para inducción de basidiomas de Oudemansiella, que además podría aplicarse para cultivar cualquier hongo xilófago por primera vez. Como resultado, se concluyó que para el cultivo de oudemansiellas, la forma óptima para producir inóculo es a 25°C, a un pH inicial neutro o levemente ácido y a partir de granos de sorgo o mijo. La tasa de inoculación óptima resultó ser al 10%. Se ensayaron 4 sustratos abundantes en la región: paja de trigo (Triticum sp.) aserrín de álamo (Populus sp.), aserrín de eucalipto (Eucalyptus sp.) y aserrín de pino (Pinus sp.) resultando el mejor sustrato la paja de trigo. Se ensayaron 5 sistemas de producción que son representativos de las especies más cultivadas mundialmente a saber: i) bolsas con perforaciones; ii) bolsas abiertas iii) frascos de vidrio; iv) bloques de micelio; v) bolsas con tierra de cobertura. El sistema óptimo de inducción y producción de basidiomas resultó ser el de bolsas plásticas con perforaciones. En los diferentes ensayos realizados se obtuvieron entre 1 y 4 oleadas de basidiomas, el ciclo duró entre 46 y 79 días; y los valores de EB obtenida fueron de hasta 188,52 % para O. canarii y hasta 142,24% para O. cubensis. En el capítulo III, decidimos estudiar algunas características importantes para un producto alimenticio novedoso. Con esa finalidad, nos planteamos el objetivo principal de estudiar la composición proximal, el perfil de ácidos grasos y la actividad antioxidante de los basidiomas de Oudemansiella. Para ello, se tomaron muestras y se mandaron a analizar a un laboratorio de alimentos, donde se determinó la composición proximal y perfil de ácidos grasos. Por otro lado, se realizaron extractos metanólicos a partir de los cuales se determinó el contenido de fenoles totales y se midió la actividad antioxidante mediante diferentes métodos. Como resultados, se encontró que la composición proximal de ambas especies fue muy similar dando valores promedio de 12% de proteína, 23,58% carbohidratos, 8,87% de grasas, 32,05% de fibras y 11,57 % de cenizas. Respecto al perfil de ácidos grasos, los encontrados mayoritariamente en O. canarii fueron el ácido linoleico y el ácido oleico, mientras que en O. cubensis los dos principales fueron el ácido linoleico y el palmítico. El contenido de fenoles totales fue similar para ambas especies siendo el valor promedio de 3,27 mg EAG/g extracto. A su vez, se registró actividad antioxidante en los extractos metanólicos de las especies estudiadas y la misma fue variable respecto a los valores reportados para otros hongos comestibles. En el capítulo número IV, se tuvo como principal objetivo el de estudiar las enzimas lignocelulolíticas de las especies obtenidas. Para ello, se realizaron extractos enzimáticos y se medió la actividad endoglucanasa, endoxilansa y lacasa a partir de muestras de sustrato durante las fases de incubación, formación de primordios, fructificación y poscosecha. Como resultado, se determinó que tanto la actividades CMCasa y endoxilanasas son máximas durante la fructificación, mientras que la máxima actividad lacasa es detectada durante la incubación. A partir de los resultados de actividad enzimática en la fase de poscosecha, se presume que el sustrato agotado de las oudemansiellas sería una fuente óptima para el aprovechamiento de endoglucanasas y endoxilanasas que podrían ser empleadas en diferentes industrias o en procesos de bioremediación. Queremos destacar que en este trabajo la especie O. cubensis fue producida en forma intensiva por primera vez a nivel global y es propuesta como una nueva especie cultivable de hongos comestibles, mientras que O. canarii fue producida por primera vez en la Argentina. Dado los desarrollos aquí obtenidos, ambas especies podrán ser empleadas para su producción intensiva en el país.

Edible mushrooms are not only capable of converting lignocellosic biomass into food for humans, but they are also a source of nutrients such as proteins, lipids, carbohydrates, vitamins and minerals, and also contain medicinal compounds with great health benefits, giving them a nutraceutical value. Moreover, mushrooms are very efficient for protein production compared to animal production sources, also, they are environmenta l ly friendly since they allow to recycling of agro-industrial wastes. Mushroom cultivation has a number of advantages, such as they have short growing periods, very low input requirements for production when compared with other food productions, Independence from weather conditions and generally, they require simple production technologies. For all these reasons, the production of edible mushrooms should be included as an alternative within a new global food paradigm as a source of food production. In an effort to find new species of mushrooms that can be cultivated intensively and provide productive or nutritional advantages, we focused on the study of species of the Oudemansiella genus, which are xylophagous fungi and, therefore, cultivable on lignocellulosic wastes. In the first chapter of this thesis, the main aim was to survey and to study the species of the Oudemansiella genus. In order to address this aim, samplings were carried out in different provincial and national parks in central-eastern and northeastern of Argentina. Specimens sampled were detailed described and, when possible, strains were isolated. Then, the characterization and taxonomic identification of the collected materials both at morphological and molecular level were performed. As a result, 22 collections were found, 15 strains were isolated and 20 sequences of ITS molecular markers were obtained. Results showed that there were present only two species which were identified as Oudemansiella canarii and O. cubensis. In chapter II we focused on the cultivation of these two species. The main objective of this chapter was to study the productive parameters for the intensive production of Oudemansiella. First, we studied the mycelia growth at different temperatures, pH values and using different cereal grains. Then, we evaluated the optimal inoculation rate and the optimal culture substrate. Finally, we proposed a methodology to determine the best system for Oudemansiella basidiomes’ induction and production that could also be applied to cultivate any xylophagous mushroom for the first time. As results, we found that the optimal way to produce Oudemansiella spawn was at 25°C, at a neutral or slightly acid initial pH and using sorghum or millet grains. The optimum inoculation rate was 10%. Four abundant substrates in the region were tested: wheat straw (Triticum sp.), poplar sawdust (Populus sp.), eucalyptus sawdust (Eucalyptus sp.) and pine sawdust (Pinus sp.), the best lignocellulosic substrate was wheat straw. Five production systems were tested that are representative of the most cultivated species worldwide, namely: i) bags with holes; ii) open bags iii) glass jars; iv) mycelial blocks; v) bags with cover soil. The optimal system for the induction and production of basidiomes was the system of plastic bags with holes. One to four flushes were obtained; the crop cycle lasted between 46 and 79 days; and the values of EB obtained were up to 188.52 % for O. canarii and 142.24% for O. cubensis. In chapter III, we studied some features that are important for a novel food product. The main objective for this chapter was to study the proximal composition, fatty acid profile and antioxidant activity of Oudemansiella basidiomes obtained in culture. The proxima l composition and fatty acid profile were determined in a food analysis laboratory. On the other hand, methanolic extracts were made in order to determinate the content of total phenols and the antioxidant activity by using different methods. As results, it was found that the proximal composition of both species was similar, and the average values were 12% for protein, 23.58% for carbohydrates, 8.87% for fat, 32.05% for fiber and 11.57% for ash. Regarding the fatty acid profile, the main fatty acids found in O. canarii were linoleic acid and oleic acid, while in O. cubensis were linoleic acid and palmitic acid. The total phenol content was similar for both species and the mean value was 3.27 mg AGE/g extract. In chapter IV, we studied the lignocellulolytic enzymes produced by the species of Oudemansiella that we found. For this purpose, enzyme extracts were made and endoglucanase, endoxylanase and laccase activities were measured from substrate samples during the incubation, primordium formation, fruiting and postharvest phases. We concluded that both CMCase and endoxylanase activities are maximal during fruit ing, while the maximum laccase activity is detected during incubation. Based on the results of enzymatic activity found in the postharvest phase, it is presumed that the spent substrate of oudemansiellas would be an optimal source for endoglucanases and endoxylanases that could be used in different industries or in bioremediation processes. We remark that in this work O. cubensis was produced intensively for the first time in the word while O. canarii was produced for the first time in Argentina. From the results here obtained, both species could be used for intensive production in our country.