Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

The shift towards a more sustainable food system emphasises a need for increased circularity and valorisation of available resources. Chaff constitutes one of three main fractions obtained upon harvest of certain crops, during which it is generally discarded on the field. New technologies have enabled collection of the chaff, consisting of 'bait and chaff', which could potentially increase the harvested residues by 30% and thereby, strengthen the interest in utilizing this unexploited biomass resource. Due to the presence of lignin in the plant cell wall, which cannot be degraded by rumen microbiota, delignification is necessary to increase digestibility when used as a feed ingredient. Pleurotus ostreatus has been recognized for its efficient lignin degradation in addition to its ability to produce fruiting bodies (mushrooms) on various substrates. The aim of the study was to explore utilization of wheat chaff through fungal substrate conversion, as potential base for animal feed or substrate for edible mushroom production.
The trials were performed at three different scales. Firstly, the mycelial expansion of various filamentous fungi – P. ostreatus, Pleurotus eryngii, Grifola frondosa, Lentinula edodes, Aspergillus oryzae and Rhizopus oligosporus – was compared on wheat chaff with a moisture content (MC) of approximately 75% packed into petri dishes and incubated at 25°C. P. ostreatus displayed the fastest growth followed by P. eryngii which, together with G. frondosa, created the densest mycelium during extended incubation. After 77 days of incubation, the chaff inoculated with P. ostreatus, P. eryngii, G. frondosa had significantly increased in ash content in relation to uninoculated control demonstrating loss of organic material by fungal utilization. In the second trial, the moistened wheat chaff (75% MC) with pH adjusted to approximately 7.25 with CaCO3 was inoculated with spawn of P. ostreatus strain M2191 and incubated in small boxes (5cm × 9 cm) for 46 days at 25°C to assess alterations in lignin, crude protein, and ash content in the wheat chaff. Lignin content decreased significantly from 12.2% to 10.8%, (of total solids), a decrease by 11.5%, in relation to the time zero control samples. Crude protein and ash content did however not show any significant difference. The wheat chaff exhibited structural alterations after treatment with P. ostreatus including bleached and fibrous appearance and granular slime sheets, all signs of ligninolytic activity by P. ostreatus. The third trial was performed with a larger substrate volume in bags (30 cm × 42 cm) to evaluate the potential of wheat chaff as a substrate for mushroom production. Three different bag trials were made with various adjusted pH in the range of 7.0-7.7. Bags were incubated at 25°C during the mycelial colonization and then subsequently moved to a pilot plant with conditions to induce fructification. Successful fruiting body production of P. ostreatus was established in bags from all the trials. From point of inoculation until first harvest a range of 62-85 days were required within the different trials. The study has contributed to the exploration of possible applications for fungal conversion of wheat chaff, as animal feed or mushroom substrate. To further evaluate the utilizations as feed, additional analysis on e.g., animal digestibility is required, as well as exploration of various strains to increase the efficiency and selectivity of the lignin degradation. The cultivation of fruiting bodies on wheat chaff also requires further optimization of culture conditions and substrate characteristics, possibly by supplementation, to reduce the time for the production cycle and increase the yields.

Skiftet mot ett mer hållbart livsmedelssystem understryker behovet av ökad cirkularitet och valorisering av tillgängliga resurser. Vid skörd av vissa sädesslag utgör fraktionen ”boss och agnar” en av tre huvudfraktioner, varpå den vanligtvis avlägsnas på fältet. Ny teknik har möjliggjort insamling av denna fraktion, vilket potentiellt skulle kunna öka de skördade resterna med 30% och därmed förstärks intresset att använda denna outnyttjade biomassaresurs. Eftersom lignin, som finns i växtmaterial, inte kan brytas ned av vommens mikrobiota, är ligninnedbrytning nödvändigt för att öka smältbarheten för att den sedan kunna utnyttjas som foderingrediens. Pleurotus ostreatus har erkänts för sin effektiva ligninnedbrytning, utöver sin förmåga att producera fruktkroppar (svampar) på varierande typer av substrat. Syftet med studien var att utforska potentiella användningsområden för veteagnar till följd av svampnedbrytning, som potentiell bas för djurfoder efter eller som substrat för produktion av matsvampar.
Experimenten utfördes på tre olika skalor: Det första; en screening för att utvärdera myceltillväxten av flera filamentösa svampar – P. ostreatus, Pleurotus eryngii, Grifola frondosa, Lentinula edodes, Aspergillus oryzae och Rhizopus oligosporus – på agnar med en vattenhalt på cirka 75 %, i petriskålar vilka inkuberades i 25°C. P. ostreatus uppvisade den snabbaste tillväxten följt av P. eryngii som tillsammans med G. frondosa skapade det tätaste mycelet efter förlängd inkubationstid. Efter 77 dagars inkubation hade substratet som var inokulerat med P. ostreatus, P. eryngii, G. frondosa ökat signifikant i askhalt i förhållande till kontrollen, vilket påvisar svampens nedbrytning av organiskt material i substratet. I det andra försöket inokulerades agnarna (75 % vattenhalt), med pH justerat till cirka 7,25 med CaCO3, med ympmedel av P. ostreatus stam M2191. Därefter inkuberades det i små lådor (5 cm x 9 cm) i 46 dagar i 25 °C, följaktligen analyserades skillnader i lignin-, råprotein- och askhalt. Andelen lignin reducerades signifikant från 12,2% till 10,8%, en minskning på 11,5%, i förhållande till kontrollprovet. Råprotein- och askhalt visade dock ingen signifikant skillnad. Agnarna uppvisade strukturella förändringar efter inokulering med P. ostreatus. inklusive blekt och fibröst utseende och granulärt slemskikt, vilka alla är tecken på ligninolytisk aktivitet av P. ostreatus. Det tredje försöket utfördes med en större substratvolym i påsar (30 cm × 42 cm) för att utvärdera potentialen hos agnar som substrat för svampproduktion. Tre olika försök gjordes med varierande (justerade) pH-värden i intervallet 7,0–7,7. Påsarna inkuberades i 25°C under mycelet kolonisering av substratet och flyttades därefter till en pilotanläggning med en miljö för att inducera produktionen av fruktkroppar (svampar). Påsar från alla tre försök resulterade i fruktkroppar av P. ostreatus och sammanlagt krävdes ett tidsintervall på 62–85 dagar, från inokuleringspunkten till första skörden.
Den aktuella studien har bidragit till forskningen inom området för möjliga tillämpningar av agnar fermenterad med filamentösa svampar. För att vidare utvärdera dess potential som djurfoder krävs ytterligare analyser av exempelvis djurens smältbarhet samt utforskandet av olika svampstammar för att möjliggöra en mer effektiv och selektiv ligninnedbrytning. Odlingen av fruktkroppar på agnar behöver också ytterligare optimering av odlingsförhållanden och substrategenskaper, för att minska tiden för produktionscykeln och öka skördarna.