Wofür können Pilze außer für Hot Pot noch verwendet werden?

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Li Bo (Shaanxi Institut für biologische Landwirtschaft)

Hersteller: China Science Expo

Was nützt es einem Vielfraß, zufrieden zu sein? Die einzige Möglichkeit, ihn zu belohnen, ist mit Poesie.

Dies ist ein berühmtes Zitat von Shi Shu, einem Dichter der Song-Dynastie, der vor über tausend Jahren Pilze lobte. Wenn man über Pilze spricht, assoziiert man sie zwangsläufig mit Essen. Obwohl sie im Allgemeinen als Gemüse gelten, sind Pilze keine Pflanzen, sondern Pilze. Darüber hinaus handelt es sich bei diesen Teilen, die wir normalerweise als Nahrungsmittel betrachten, nicht um den gesamten Pilz. Unter der Erde (oder in morschem Holz), wo sie wachsen, befindet sich ein Hyphennetzwerk aus unzähligen Zellen, das als Myzel bezeichnet wird.

Bei den Pilzen, die wir essen, handelt es sich um die Fruchtkörper von Pilzen, allerdings ist dies nur ein sehr kleiner Teil von ihnen.

(Bildquelle: Wille, Emilio & Bento, Clovis RC. (2021). Das Wachstum filamentöser Pilze als Metapher für das Routing mobiler Kommunikationsnetzwerke. Fortschritte in der Elektro- und Computertechnik. 21. 10.4316/AECE.2021.02007.)

1. Einführung in Myzel

Myzel ist die grundlegende Struktureinheit von Pilzen. Es ist im Allgemeinen röhrenförmig, hat eine feste Zellwand, ist größtenteils farblos und durchsichtig und hat einen Durchmesser zwischen 1–30 μm. Es ist für die Aufnahme, den Transport und die Speicherung von Nährstoffen verantwortlich. Um an Nährstoffe zu gelangen, dehnen Pilze während ihres Wachstums ihre Hyphen kontinuierlich strahlenförmig nach außen aus, dringen in Risse im Boden und in morsches Holz ein und verzweigen sich weiter, bis sie schließlich unter der Erde ein riesiges Hyphennetzwerk bilden.

Myzel mit bloßem Auge sichtbar (oben) und Myzel unter einem Elektronenmikroskop beobachtet (unten) (Bildquelle: Wikipedia)

Zu den Hauptbestandteilen der Myzelzellwand gehören Chitin, Glucan und Protein . Die äußere Schicht der Zellwand besteht hauptsächlich aus Protein und Glucan, während die innere Schicht aus Chitin in Form von Mikrofibrillen besteht, die mit anderen Polysacchariden verwoben sind und so ein starkes Skelett bilden. Die Zugfestigkeit von Chitin ist mit der von Kohlenstofffasern vergleichbar und es verfügt über eine ausgezeichnete Wärmestabilität und Flammhemmung . Glucan wirkt wie ein Bindemittel und hilft dem Myzelnetzwerk, sich enger mit dem Substrat zu verbinden, auf dem es wächst, sodass es Nährstoffe besser aufnehmen kann. Gerade aufgrund dieser herausragenden Eigenschaften ist Myzel allmählich in das Blickfeld der Materialwissenschaftler gerückt.

Die Struktur des Myzels

(Bildquelle: Referenz [2])

2. Kleines Myzel hat einen großen Nutzen

Angesichts der Struktur und Eigenschaften des Myzels haben einige innovative Wissenschaftler versucht, es für die Forschung, Entwicklung und Herstellung neuer Biomassematerialien sowie für verschiedene Designbereiche einzusetzen. Durch die Schaffung geeigneter Kulturbedingungen wächst das Pilzmyzel allmählich zu einem einzigen röhrenförmigen Myzel heran, und dann wird durch künstliche Induktion das röhrenförmige Myzel miteinander verflochten und zu einer dichten Blattstruktur aggregiert. Da der gesamte Entstehungsprozess durch das natürliche Wachstum des Myzels erfolgt, ohne dass eine chemische Synthese erforderlich ist, wird dieses Material auch als bioassembliertes Material bezeichnet.

Das Wachstum des Ganoderma lucidum-Myzels zeigte nach Zugabe verschiedener Zellulosesubstrate unterschiedliche strukturelle Merkmale

(Bildquelle: Referenz [2])

Derzeit gibt es hauptsächlich zwei Arten von Myzelmaterialien: reine Myzelmaterialien und Myzelverbundmaterialien. Reines Myzelmaterial liegt in flacher Form vor und wird auf natürliche Weise aus reinem Myzel gezüchtet. Seine Textur ähnelt der von Tierleder und wird häufig in der Bekleidungs-, Schuh- und Hutverarbeitung und in anderen Bereichen verwendet. In den letzten Jahren haben viele international bekannte Luxusmarken Produkte aus Myzelleder auf den Markt gebracht. Im Vergleich zur Viehzucht zur Lederherstellung sind die Kohlenstoffemissionen bei der Myzel-Lederproduktion weitaus geringer. Aus diesem Grund haben die ehrgeizigen Luxusgiganten die darin verborgenen riesigen Geschäftsmöglichkeiten erkannt. Schließlich ist Umweltschutz heutzutage das beliebteste und modischste Element.

Im Zuge der fortschreitenden Forschung haben Wissenschaftler entdeckt, dass reine Myzelmaterialien die interaktiven Eigenschaften besitzen, bedruckbar, färbbar und nähbar zu sein, und dass das Myzel auf anderen Stoffen weiterwachsen und so weitere Myzel-Verbundstoffe bilden kann. Darüber hinaus ist dieses Material aufgrund der Verwicklung und Kompression der Hyphen reißfest und durch die Behandlung mit Glycerin kann die Dehnbarkeit noch weiter verbessert werden, sodass gummiartige Eigenschaften erreicht werden. Dieser aus Myzel hergestellte Schaumgummi hat viele Vorteile, beispielsweise ist er leicht, atmungsaktiv, flammhemmend und wasserdicht. Es wurde in Haushaltsartikeln für Säuglinge und Kleinkinder verwendet und ist in Nordamerika zu einem kommerziellen Produkt geworden.

Verpackungsschaumstoff (a), Verpackungskarton (b), lederähnliches Material (c) und flexibles Schwammmaterial (d) aus Myzel

(Bildquelle: Referenz [5])

Darüber hinaus haben Wissenschaftler herausgefunden, dass sich die Ermüdungs- und Verschleißfestigkeit von Ledermaterialien aus reinem Myzel mit natürlichen oder synthetischen Polymeren zur Bildung von Verbundwerkstoffen weiter verbessern lässt. Dieses Material ist weich und verschleißfest. Noch wertvoller ist, dass sie als reine Naturprodukte eine ausgezeichnete Bioaffinität aufweisen, die menschliche Haut nicht reizen oder allergische Reaktionen hervorrufen und eine sehr hohe Anwendungssicherheit aufweisen. Daher werden sie zu medizinischen und Schönheitsprodukten wie Gesichtsmasken, Augenmasken und Make-up-Quasten verarbeitet und verfügen über ein enormes Marktanwendungspotenzial.

Im Vergleich zu reinen Myzelmaterialien liegen Myzelverbundmaterialien überwiegend in dreidimensionaler Form vor. Es handelt sich um Verbundwerkstoffe, die durch die Kombination von Pilzmyzel mit landwirtschaftlichen Abfällen wie Reishülsen, Maiskolben, Stroh und Sägemehl entstehen. Beim Mischanbau mit diesen Abfällen zersetzt das Myzel die Abfälle, um Nährstoffe für sein eigenes Wachstum zu gewinnen, während es sich gleichzeitig eng mit den Abfällen verbindet und so sein eigenes Wachstum unterstützt.

Eigenschaften von Myzel-Verbundmaterialien bei unterschiedlichen Vergrößerungsmaßstäben: Oberflächeneigenschaften im Maßstab mit bloßem Auge (a); Längsschnittmerkmale im Maßstab des bloßen Auges (b); Längsschnittmerkmale nach 5-mm-Vergrößerung (c); Myzeleigenschaften nach 50 µM-Vergrößerung unter dem Rasterelektronenmikroskop (d)

(Bildquelle: Referenz [4])

Je nach Inkubationszeit verändert sich die Farbe des Materials von weiß nach braun. Der Farbunterschied wird hauptsächlich durch die Menge des Myzels verursacht, das auf der Oberfläche des Materials wächst. Im Allgemeinen gilt: Je weißer die Farbe, desto kräftiger das Myzelwachstum. Der größte Vorteil dieses Verbundwerkstoffs ist seine hohe Plastizität . Je nach Wuchsform kann jede beliebige Form hergestellt werden. Darüber hinaus vereint dieses Material die Eigenschaften von Myzel und Substraten wie Pflanzenfasern und Stroh und verfügt über hervorragende Eigenschaften wie geringes Gewicht, hohe Druckfestigkeit, Wärmedämmung, Schalldämmung und Lärmreduzierung, Flammhemmung und Wasserdichtigkeit. Daher werden Myzel-Verbundstoffe hauptsächlich zur Herstellung von Polsterverpackungen, Bausteinen, Schallschutz-Wandpaneelen, Lampenschirmen, Tischen und Stühlen sowie Materialien zur Fahrzeuginnenausstattung verwendet.

Verschiedene Produktverpackungen aus Myzel-Verbundwerkstoffen

(Bildquelle: Referenz [6])

Noch wichtiger ist, dass dieses Verbundmaterial auf natürliche Weise biologisch abbaubar und recycelbar ist und auch das Problem des Recyclings landwirtschaftlicher Abfälle wirksam lösen kann. Stellen Sie sich vor, wir müssten in naher Zukunft, wenn wir auf dem Mond oder dem Mars eine Basis für menschliche Aktivitäten errichten wollen, nicht mehr auf die kostspielige und mühsame Methode zurückgreifen, Baumaterialien mit Raumfahrzeugen von der Erde ins All zu transportieren. Mithilfe von Pilzmyzel und einfachen Matrixmaterialien können wir schnell und effizient die Baumaterialien herstellen, die wir in der Raumstation benötigen.

Der „Growth Pavilion“ (a) mit Myzelmaterialien als Bauoberflächenmaterial und die räumliche baumförmige Verzweigungsstruktur aus Myzelsteinen (b), ausgestellt auf der Dutch Design Week 2019

(Bildquelle: Referenz [8])

3. Myzel ist nicht nur einfach zu verwenden, sondern auch köstlich

Darüber hinaus werden Myzelmaterialien als Ersatz für Leder und Materialien in den Bereichen Verpackung, Bau und anderen Bereichen verwendet. Wissenschaftler haben es auch bei der Erforschung alternativer Proteinnahrungsmittel eingesetzt. Basierend auf der Technologie reiner Myzel-Ledermaterialien entstand eine neue Art künstlichen Myzel-Fleisches. In den USA gibt es eine Firma, die künstlichen Speck aus Myzel herstellt. Im Vergleich zu Kunstfleisch aus Sojaprotein weist es nicht nur keinen Bohnengeruch auf, sondern schmeckt auch näher an echtem Schweinefleisch. Darüber hinaus ist sein Nährwert höher als der von Schweinefleisch. Es ist nicht nur leicht verdaulich und absorbierbar, sondern auch reich an Vitaminen und Mineralstoffen. Daher wird es von immer mehr Vegetariern bevorzugt.

In Zukunft müssen wir auf den langen Reisen der interstellaren Erkundung nicht mehr die unangenehmen Gerüche in engen und geschlossenen Kabinen ertragen, um Vieh und Geflügel nur für einen Bissen Fleisch zu züchten, wie es die Seefahrer im Zeitalter der Entdeckungen im Europa des 14. Jahrhunderts taten. Die Anwendung der Myzel-Technologie zur Herstellung künstlicher Fleischersatzprodukte ist eine saubere und effiziente Methode. Darüber hinaus ist diese Technologie auch auf der Erde noch sehr vielversprechend. Im Vergleich zur traditionellen Vieh- und Geflügelzucht betragen die Kohlenstoffemissionen, die bei der Herstellung der gleichen Menge künstlichen Fleisches mithilfe der Myzel-Technologie entstehen, nur wenige Zehntel der herkömmlichen Produktion und der Verbrauch von Land- und Wasserressourcen kann erheblich reduziert werden. Da Umwelt- und Klimaprobleme immer wichtiger werden, ist die Entstehung dieser Technologie für die nachhaltige Entwicklung der Menschheit von großer Bedeutung.

Abschluss

Ob Myzelleder, Kunstfleisch oder Baustoffe: Der Produktionsprozess lässt sich in hohem Maße kontrollieren. Es können nicht nur Produkte mit einheitlichen Spezifikationen in großem Maßstab hergestellt werden, sondern auch Dicke, Gewicht, Haptik usw. der fertigen Produkte angepasst werden, um eine differenzierte individuelle Gestaltung zu erreichen. Dies ist auch ein wichtiger Grund dafür, dass diese Technologie in den nur zwei Jahrzehnten seit ihrer Erfindung einen Aufschwung erlebt hat.

Darüber hinaus können Wissenschaftler aufgrund der Unterschiede der Hauptbestandteile wie Chitin und Glucan in den Myzelzellen verschiedener Pilze je nach den unterschiedlichen Anforderungen bei der Herstellung von Myzelmaterialien unterschiedliche Pilzarten als Anbauobjekte auswählen. So können beispielsweise durch die Verwendung des Myzels essbarer Pilze wie Austernpilzen zur Herstellung von Kunstfleisch Risiken für die Lebensmittelsicherheit wirksam vermieden werden. Die Verwendung von stark verholzten Pilzen wie Ganoderma lucidum und Polypore zur Herstellung von Gummimaterialien und Baumaterialien kann deren Festigkeit und Zähigkeit deutlich verbessern. In der Natur gibt es mehr als 20.000 bekannte Arten großer Pilze, die wir Pilze nennen. Diese reichhaltigen Pilzressourcen bieten nahezu unbegrenzte Möglichkeiten für die Produktion und Anwendung von Myzelmaterialien.

Ich bin überzeugt, dass verschiedene Produkte aus Myzelmaterial bald in Tausenden von Haushalten Einzug halten und unser Leben bunter machen werden. Egal in welcher Ära es ist, es gibt immer viele unerwartete bahnbrechende technologische Innovationen, die der Menschheit eine glänzende Zukunft bescheren.

Quellen:

1. Islam MR, et al. Morphologie und Mechanik des Pilzmyzels. Scientific Reports, 2017,7(1):13070

2. Muhammad Haneef et al. Fortschrittliche Materialien aus Pilzmyzel: Herstellung und Feinabstimmung physikalischer Eigenschaften. Scientific Reports, 2017, 7: 41292

3. Mitchell Jones et al. Thermischer Abbau und Brandeigenschaften von Pilzmyzel und Myzel-Biomasse-Verbundwerkstoffen. Wissenschaftliche Berichte, 2018,8: 17583

4. MRIslam, et al. Mechanisches Verhalten von myzelbasierten Partikelverbundstoffen. J Mater SCI, 2018, 53:16371-16382

5. Wan Jie et al. Aktueller Stand und Perspektiven von Myzel-basierten Kunststoffen. Science and Technology Review, 2019, 37(22): 105-120

6. Liao Yaxin et al. Forschungsfortschritt bei Myzel-Biomaterialien basierend auf Designanwendungen. Journal of Beijing Institute of Fashion Technology (Naturwissenschaftliche Ausgabe), 2022, 42(02): 93-102

7. Tang Xiaohua et al. Forschungsfortschritte zur Anwendung des Myzels von Speise- und Heilpilzen. Journal of Edible Fungi, 2021, 28(4): 116-122

8. Zhang Zheyu et al. Forschung zu Myzel-Verbundwerkstoffen und deren Anwendung in der Architektur. Architektur und Kultur, 2022, 09(04): 13-15

9. Zhao Zhicheng et al. Forschungsfortschritte bei der Herstellung und Anwendung von Myzel-Verbundmaterialien. Neue chemische Materialien, 2023, 51(03): 73-78

10. Yan Wei et al. Forschungsstand zu Biomasse-Dämmstoffen auf Myzelbasis. Forstproduktindustrie, 2019, 56 (12): 34-37