Negli articoli precedenti (Prima parte e Seconda parte) abbiamo passato in rivista le diverse tecnologie in uso o in sviluppo per la produzione di biocarburanti da biomasse fungine. Nel presente articolo analizzeremo il loro potenziale da un altro punto di vista: quello dei biomateriali capaci di sostituire i prodotti petrolchimici.
La produzione di biomateriali è un'alternativa alla produzione di energia, che gli investitori spesso sottovalutano perché non beneficia di incentivi statali. Eppure il potenziale economico e ambientale è enorme, come abbiamo dimostrato nel caso specifico dei materiali per imballaggi ricavati da biomasse agricole.
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Inoltre, alcune specie di funghi hanno una spiccata capacità di degradare sostanze contaminanti, questo le rende utili per la bonifica di siti contaminati e per il trattamento dei reflui, con bassi costi e in tempi relativamente brevi.
I materiali da imballaggio prodotti con micelio
Tutti i funghi si caratterizzano per la capacità di colonizzare in breve tempo un substrato lignocellulosico, riempendo gli interstizi con filamenti di micelio chiamati ife. Il micelio è composto da chitina micosina, un polisaccaride azotato, quindi diverso dalla cellulosa ma alquanto resistente, sia in termini meccanici che chimici. Se il substrato viene collocato alla rinfusa in uno stampo e inoculato con spore o micelio, il micelio crescerà fino a riempire tutto lo spazio vuoto fra le particelle, inglobando al suo interno la frazione di substrato non digeribile. In senso lato, avremo prodotto un materiale composito contenente una frazione fibrosa (i resti di lignina e/o cellulosa) ed il micelio che funge da legante.
Le operazioni unitarie necessarie per la produzione di un oggetto qualsiasi con composito di micelio sono le seguenti (2):
- Riempire sacchi di plastica con il substrato lignocellulosico, adeguatamente sterilizzato e avente circa il 60% di umidità.
- Inoculare con il micelio della specie prescelta ed eventuali micronutrienti che favoriranno il suo sviluppo.
- Incubare fino a quando il micelio avrà colonizzato tutto il substrato. La temperatura di incubazione è di 25-30°C e il tempo necessario da quattordici a trenta giorni, a seconda della specie di fungo e del substrato.
- Riempire lo stampo con il substrato colonizzato dal micelio, comprimerlo con un controstampo per alcuni minuti per formare il pezzo e incubare ulteriormente per alcuni giorni all'interno dello stampo affinché si consolidi il materiale.
- Estrarre il pezzo dallo stampo e incubare altri giorni affinché il micelio copra uniformemente la superficie esterna, conferendo una finitura liscia. In questo modo si otterrà un blocco unico di micelio vivo, avente la sagoma dell'oggetto desiderato ma uno spessore maggiore.
- Collocare in forno a 70°C fino ad essiccare completamente il pezzo (da 24 a 72 ore). Questa operazione ridurrà il volume alla dimensione finale prevista. Variante di processo: l'essiccazione viene realizzata sotto pressione in uno stampo riscaldato.
Una sperimentazione condotta con quattro specie diverse di fungo - Lentinus sajor-caju CMU-NK0427, Ganoderma fornicatum CMU-NK0524, Ganoderma williamsianum CMU-NK0540 e Schizophyllum commune CMU-S01 - coltivati su tre biomasse residue - segatura di legno, paglia di riso e crusca di mais - su campioni preparati nel modo descritto, ha messo in risalto le differenze tra le proprietà meccaniche dei materiali compositi risultanti. In linea di massima, tutte le combinazioni fungo-substrato hanno dato come risultato materiali con caratteristiche simili a quelle delle schiume di polistirolo e poliimmide.
L'uso della plastica per il confezionamento degli alimenti è sempre più frequentemente materia di dibattito fra consumatori, produttori, istituzioni e Ong ecologiste. Se da un lato è vero che la produzione massiccia di alimenti freschi confezionati rappresenta un problema ecologico perché è impossibile riciclare tutta la plastica, è altrettanto vero che il confezionamento prolunga la conservazione dei cibi, riducendo drasticamente lo spreco alimentare e le emissioni di gas serra ad esso associate. La quadratura del cerchio potrebbe essere un film di bioplastica ottenuto da collagene e un liquido risultante dal trattamento combinato di stocchi di mais con soda caustica e micelio di diversi funghi delle famiglie Pleurotus e Ganoderma. Detto biofilm presenta ottime proprietà meccaniche, antisettiche, antiossidanti e idrorepellenti (3).
L'acido polilattico (PLA) è un poliestere termoplastico biodegradabile, biocompatibile e rinnovabile che deriva principalmente dall'amido di mais. L'acido lattico, monomero del PLA, è ottenuto da fonti naturali mediante la fermentazione batterica di mais, canna da zucchero, patate e altre biomasse saccarine o amidacee. Il PLA è un materiale molto utile da utilizzare in sostituzione dei polimeri a base di petrolio. Rispetto ad altri poliesteri biodegradabili, il PLA è il biopolimero dal potenziale più elevato grazie alla sua abbondante disponibilità e al basso costo: viene maggiormente utilizzato per la fabbricazione di sacchetti usa e getta compostabili. Tuttavia, il PLA è un polimero idrofobo e presenta scarsa tenacità, velocità di degradazione lenta, gruppi di catene laterali meno reattivi e bassa stabilità termica (4). Le sue caratteristiche meccaniche possono essere migliorate mediante l'aggiunta di 10% di fibre di micelio e di 15% di trietil citrato (TEC), un plastificante di origine biologica (5).
Le applicazioni ambientali dei funghi
Si stima che la produzione di coloranti superi i 70 milioni di tonnellate all'anno in tutto il mondo e circa il 10-15% dei coloranti viene scaricato direttamente nell'ambiente acquatico, rappresentando una delle principali fonti di inquinamento in tutto il mondo. I coloranti azoici sono importanti coloranti sintetici per applicazioni commerciali a causa della loro stabilità chimica e versatilità. Tuttavia, rappresentano una seria minaccia per gli organismi viventi a causa della loro tossicità e potenziale cancerogenicità.
I funghi del marciume bianco - quelli appartenenti ai generi Phanerochaete, Pleurotus, Trametes e Gloeophyllum - sono un gruppo di funghi lignocellulolitici ampiamente utilizzati per il trattamento dei coloranti nelle acque reflue industriali per la loro eccezionale capacità di degradazione non specifica per un'ampia gamma di substrati. La lignina kraft, o lignina alcalina - sottoprodotto della produzione di carta - ha proprietà decoloranti per il trattamento dei reflui delle industrie tessili. È stato riscontrato che la lignina alcalina inoculata con il fungo Ganoderma lucidum è in grado di rimuovere completamente i coloranti azoici e che l'effetto non è un mero adsorbimento nella matrice porosa, bensì la biodegradazione del colorante ad opera del fungo (6).
La capacità dei funghi del marciume bianco non si limita ai coloranti. Molti inquinanti organici persistenti sintetici - come idrocarburi derivati dal petrolio, composti fenolici, organoclorurati come le diossine polialogenate, agrofarmaci, polimeri sintetici e altri - sono purtroppo presenti nell'ambiente. Queste sostanze chimiche possono essere trasportate attraverso l'atmosfera e l'acqua e finire per depositarsi nei sedimenti e nel suolo, con un impatto negativo sull'ecosistema e sulla salute umana.
Poiché i funghi rispondono allo stress ambientale per sopravvivere, possono naturalmente utilizzare gli inquinanti organici persistenti come fonte di nutrimento e/o eliminarli come meccanismo di difesa e disintossicazione. La bassa specificità di molti enzimi fungini si traduce in un'ampia capacità di biorisanamento, poiché i funghi possono cometabolizzare composti strutturalmente diversi. Un fungo o un consorzio fungino può dunque degradare varie sostanze chimiche. Uno studio genomico condotto su 351 specie di funghi ne ha riscontrate settanta potenzialmente adatte alla biorimediazione di inquinanti organici persistenti, identificandone anche i geni (7).
Bibliografia
(1) Balaes, Tiberius, Bianca-Mihaela Radu, and Catalin Tanase. 2023. "Mycelium-Composite Materials—A Promising Alternative to Plastics?" Journal of Fungi 9, no. 2: 210.
(2) Aiduang, Worawoot, Jaturong Kumla, Sirasit Srinuanpan, Wandee Thamjaree, Saisamorn Lumyong, and Nakarin Suwannarach. 2022. "Mechanical, Physical, and Chemical Properties of Mycelium-Based Composites Produced from Various Lignocellulosic Residues and Fungal Species" Journal of Fungi 8, no. 11: 1125.
(3) Tunuhe, Alitenai, Pengyang Liu, Mati Ullah, Su Sun, Hua Xie, Fuying Ma, Hongbo Yu, Yaxian Zhou, and Shangxian Xie. 2022. "Fungal-Modified Lignin-Enhanced Physicochemical Properties of Collagen-Based Composite Films" Journal of Fungi 8, no. 12: 1303.
(4) H.S. Abdo, A.A. Elzatahry, H.F. Alharbi, K.A. Khalil, Chapt. 2 - Electrical Conductivity Behavior of Biopolymer Composites, Editor(s): K.K. Sadasivuni, D. Ponnamma, J. Kim, J.-J. Cabibihan, M.A. AlMaadeed, Biopolymer Composites in Electronics, Elsevier, 2017, Pages 13-25, ISBN 9780128092613.
(5) Asadollahzadeh M, Mahboubi A, Taherzadeh MJ, Åkesson D, Lennartsson PR. Application of Fungal Biomass for the Development of New Polylactic Acid-Based Biocomposites. Polymers (Basel). 2022 Apr 24;14(9):1738. PMID: 35566907; PMCID: PMC9100248.
(6) Sun, Su, Pengyang Liu, and Mati Ullah. 2023. "Efficient Azo Dye Biodecolorization System Using Lignin-Co-Cultured White-Rot Fungus" Journal of Fungi 9, no. 1: 91.
(7) Yu, Jiali, Jingru Lai, Brian M. Neal, Bert J. White, Mark T. Banik, and Susie Y. Dai. 2023. "Genomic Diversity and Phenotypic Variation in Fungal Decomposers Involved in Bioremediation of Persistent Organic Pollutants" Journal of Fungi 9, no. 4: 418.
