Pasteurization-assisted solid-state bioconversion of Caragana korshinskii residues by Irpex lacteus n6

Nelle zone aride e semi-aride del nord della Cina, un resistente arbusto noto come Caragana korshinskii svolge un ruolo vitale nel trattenere il terreno e nel ripristinare gli ecosistemi fragili. Questa pianta, appartenente alla famiglia delle leguminose, prospera dove poche altre possono farlo, resistendo alla siccità e al freddo, mentre le sue radici profonde ancorano la terra contro l'erosione del vento. Tuttavia, man mano che questi arbusteti maturano, le piante diventano legnose e dure, accumulando ogni anno un fitto strato di scarti di potatura. Sebbene milioni di tonnellate di questo materiale vengano prodotte annualmente, la maggior parte viene semplicemente bruciata o lasciata marcire, rappresentando un'opportunità perduta. La sfida risiede nella struttura della pianta: le sue fibre sono intrappolate in una matrice rigida e ricca di lignina che rende difficile la digestione per gli animali. Per trasformare questo residuo coriaceo in un utile mangime animale, gli scienziati guardano ai riciclatori della natura: i funghi. Alcuni funghi, in particolare le specie del marciume bianco, possiedono la capacità unica di secernere enzimi che scompongono la lignina, la colla che tiene insieme le fibre vegetali, sbloccando efficacementmente i nutrienti intrappolati all'interno. Questo processo biologico offre un'alternativa più delicata e sostenibile ai duri trattamenti chimici spesso utilizzati nell'industria, trasformando potenzialmente un prodotto di scarto in una preziosa risorsa per il bestiamme.

I ricercatori dell'Università Agricola della Mongolia Interna si sono posti l'obiettivo di trovare il partner fungino perfetto per questo compito specifico. Hanno raccolto undici diversi ceppi selvatici di un fungo chiamato Irpex lacteus proprio dagli habitat dove crescono gli arbusti. L'obiettivo era identificare quale di questi ceppi autoctoni potesse colonizzare meglio il resistente residuo dell'arbusto e scomporlo in modo efficiente. Il team ha prima testato la velocità con cui ogni ceppo si diffondeva su un letto di materiale triturato dell'arbusto. Sebbene tutti i ceppi fossero cresciuti, due di essi, etichettati come n4 e n6, si sono espansi più velocemente, coprendo la superficie di prova in sole una settimana. Per capire il motivo, gli scienziati hanno esaminato gli enzimi prodotti da questi funghi. Hanno utilizzato semplici test colorimetrici per vedere quanto bene i funghi potessero attaccare diverse parti della pianta. Un test misurava la capacità di ossidare una sostanza simile alla lignina, mentre un altro controllava la capacità di dissolvere la cellulosa, la principale fibra strutturale delle piante. I risultati hanno mostrato che, mentre alcuni ceppi erano bravi in una cosa e altri in un'altra, il ceppo n6 si distingueva come il più versatile. Esso produceva i livelli più elevati degli enzimi specifici necessari per smantellare sia la colla della lignina che le fibre di cellulosa, rendendolo il candidato più forte per ulteriori studi.

Con il miglior ceppo identificato, i ricercatori si sono poi concentrati su come coltivarlo in modo più efficace. Hanno testato varie condizioni per vedere cosa aiutasse il fungo a prosperare, sperimentando con diverse temperature, livelli di acidità e fonti di cibo. Hanno scoperto che il fungo cresceva meglio a una temperatura calda di 3 di 30 gradi Celsius in un ambiente leggermente acido. Per quanto riguarda il cibo, il fungo preferiva il maltosio, un tipo di zucchero, e la peptone, un nutriente derivato dalle proteine, come sua dieta primaria. Per preparare una quantità sufficiente di questo fungo per trattare grandi quantità di scarti arbustivi, il team aveva anche bisogno di un modo per farlo crescere rapidamente su un terreno a base di cereali. Hanno testato cinque diversi cereali — grano saraceno, sorgo, mais, miglio e frumento — per vedere quale supportasse la crescita più rapida. Il grano saraceno è risultato il vincitore assoluto, permettendo al fungo di diffondersi più rapidamente e densamente rispetto a qualsiasi altro cereale. Questa scoperta ha fornito un metodo pratico per produrre la quantità necessaria di coltura iniziale fungina per l'esperimento principale.

La fase finale dello studio ha previsto di mettere al lavoro il fungo sul vero residuo dell'arbusto. I ricercatori hanno preparato il materiale vegetale triturato in due modi diversi per vedere quale metodo funzionasse meglio. Un gruppo di campioni è stato sterilizzato tramite vapore ad alta pressione, un metodo standard che uccide tutti gli altri microrganismi ma richiede un dispendio energetico significativo. L'altro gruppo è stato pastorizzato, un trattamento termico più blando che riduce i microbi concorrenti senza sterilizzare completamente il materiale. Entrambi i gruppi sono stati poi inoculati con il ceppo I. lacteus n6 coltivato sul grano saraceno e lasciati fermentare per 56 giorni. I risultati sono stati sorprendenti. I campioni trattati con il metodo più blando della pastorizzazione e poi inoculati con il fungo hanno mostato i miglioramenti più drammatici. Rispetto al controllo non trattato e pastorizzato, il materiale fermentato ha visto diminuire significativamente il contenuto di fibre. La quantità di fibra detergente neutra, che rappresenta la parete cellulare totale indigesta, è diminuita di quasi il 17 percento. La fibra detergente acida, una misura delle parti ancora più dure e meno digeribili, è scesa di circa il 16,5 percento. Più impressionante ancora, la lignina detergente acida, la componente ostinata che rende la pianta così difficile da mangiare, è stata ridotta di quasi il 50 percento.

Oltre a scomporre le fibre dure, il processo ha migliorato il valore nutrizionale del mangime. La quantità di proteine grezze nel materiale trattato è salita da circa l'8 percento a oltre il 12 percento, mentre i carboidrati solubili in acqua, che forniscono energia rapida agli animali, sono aumentati di oltre cinque volte. Questi cambiamenti suggeriscono che il fungo non solo abbia ammorbidito la struttura vegetale, ma abbia anche aggiunto la propria biomassa al mix, arricchendo il prodotto finale. Lo studio ha dimostrato che l'uso di un fungo reperibile localmente combinato con un semplice passaggio di pastorizzazione è un modo pratico per migliorare questo abbondante scarto arbustivo. Sebbene la ricerca confermi che il materiale diventi più digeribile e nutriente, gli autori sottolineano che sono necessari ulteriori test per vedere quanto bene gli animali effettivamente mangino e utilizzino questo nuovo mangime. Ciononostante, il lavoro fornisce una solida base per trasformare un enorme e sottoutilizzato flusso di scarti in una potenziale soluzione per la produzione zootecnica sostenibile nella regione.