PRODUCCIÓN DEL HONGO COMESTIBLE MAITAKE (Grifola frondosa) A ESCALA SEMI-INDUSTRIAL/PRODUCTION OF EDIBLE FUNGUS MAITAKE (Grifola frondosa) AT SEMI-INDUSTRIAL LEVEL

Headnote

RESUMEN

Antecedentes: Se han realizado pocos esfuerzos dirigidos a mejorar las condiciones de cultivo para el desarrollo comercial de maitake (Grifola frondosa), hongo comestible y medicinal, debido a la corta historia del cultivo especialmente en climas tropicales. En Colombia el cultivo del maitake no se ha desarrollado a escala industrial, a pesar de su gran potencial comercial como alimento nutracéutico. Objetivo: El propósito de este trabajo fue la evaluación de los parámetros del cultivo de maitake a escala semi-industrial incluyendo las condiciones ambientales, las formulaciones de los sustratos y la definición de la unidad básica de producción, entre otros. Métodos: Se evaluaron cuatro granos de cereales (maíz, cebada, sorgo y arroz) para la producción de cepa madre con posterior producción de la semilla sobre sustrato elaborado a partir de mezclas de residuos lignocelulósicos como aserrín de roble y salvado de maíz. Los sustratos para la producción de los cuerpos fructíferos se formularon con aserrín de roble, salvado de maíz, azúcar y sales de calcio. Resultados: La producción de la semilla sobre una mezcla de materiales lignocelulósicos resultó ser un factor importante para reducir el tiempo de incubación del hongo e incrementar la fase de adaptación del maitake sobre el sustrato antes de ser inoculado en el sustrato definitivo para la producción del carpóforo. Fue necesario incrementar el tiempo de esterilización de los sustratos a fin de disminuir las contaminaciones en el ciclo de producción. Se buscó un sitio en clima tropical a 2.250 msnm para garantizar las condiciones de formación de primordios bajando la temperatura hasta 15°C sin necesidad de realizar un choque térmico. Se obtuvo 34% como máxima eficiencia biológica con la cepa Grifola frondosa WC836, pero la mejor eficiencia biológica promedio (24%) se obtuvo con la cepa CHFZ01 para un ciclo de cultivo de 12-15 semanas. Conclusiones: Los resultados obtenidos en este trabajo contribuyen a ampliar el conocimiento sobre el cultivo comercial de G. frondosa y se comparan favorablemente con trabajos previos en Norteamérica, Europa y Asia con respecto a los rendimientos obtenidos, la calidad de los cuerpos fructíferos y el ciclo de producción.

Palabras clave: Grifola frondosa, semilla de maitake, carpóforo, eficiencia biológica.

ABSTRACT

Background: A few research efforts have been done aimed at improving the cultivation conditions for the commercial development of maitake (Grifola frondosa), an edible and medicinal mushroom, due to the short history of its cultivation, especially in tropical weathers. In Colombia, the maitake production has not been developed at industrial level despite its high commercial value as a nutraceutical food. Objective: The objective of this work was to evaluate the cultivation parameters for maitake production at semi-industrial level including the environmental conditions, substrate formulations, and definition of the basic production unit, among other factors. Methods: Four cereal grains (corn, barley, sorghum, and rice) were evaluated in order to produce the mother spawn with the subsequent production of spawn by using a substrate prepared from mixtures of lignocellulosic wastes like oak sawdust and corn bran. The substrates for production of the fruiting bodies were formulated with oak sawdust, corn bran, sugar, and calcium salts. Results: Spawn production on a mixture of lignocellulosic materials proved to be an important factor to reduce the incubation time of the mushroom and to increase the adaptation phase of maitake on the substrate before its definitive inoculation for carpophore production. An increase in the sterilization time was required to reduce the contamination during the production cycle. A location with a tropical weather at 2,250 m above sea level was selected to ensure the conditions for primordia formation with a temperature down to 15°C without the need of a thermal shock. The maximum biological efficiency of 34% was reached for the Grifola frondosa WC836 strain, but the highest average biological efficiency (24%) was obtained for the CHFZ01 strain for a 12-15-week cultivation cycle. Conclusions: The results obtained in this work contribute to expand knowledge on the commercial cultivation of G. frondosa and compare favorably with previous works in North America, Europe, and Asia regarding the obtained yields, quality of the fruiting bodies, and production cycle.

Keywords: Grifola frondosa, maitake spawn, carpophore, biological efficiency.

INTRODUCCIÓN

La producción de hongos comestibles a nivel mundial se ha convertido en una alternativa importante de explotación industrial a pequeña, mediana y gran escala. Aunque en la actualidad el champiñón (Agaricus bisporus) continúe siendo el hongo más cultivado del planeta, otras especies se presentan como promisorias por sus altos atributos nutricionales, medicinales o por su alta palatabilidad. Este es el caso de Grifola frondosa (maitake), reconocido por contener sustancias bioactivas en cantidades significativas y por su alta palatabilidad y composición nutricional. Esta seta es conocida y cultivada en Japón, Europa, Asia y Norteamérica (1). Maitake en su estado silvestre es una seta muy grande, de color café grisáceo oscuro cuando está joven, aclarándose con la edad, hasta llegar a tornarse amarilla en la vejez; el carpóforo está compuesto de múltiples cabezas cabezas de 2-10 cm de diámetro cada una, pero todas dependientes de una base común. Este hongo es muy sensible a los cambios medioambientales, lo que ha generado problemas en su cultivo (2). Tanto el cuerpo fructífero como el micelio del maitake cultivado en grano se utilizan por sus propiedades farmacológicas siendo sus principales componentes activos ??-glucanos con acción antitumoral e inmunomoduladora (3).

En Colombia la producción de hongos comestibles con atributos medicinales tiene un gran potencial, no sólo desde el punto de vista comercial para nichos particulares del mercado como tiendas naturistas y consumidores de alto perfil preocupados por la calidad de su alimentación, sino también considerando las necesidades de la población más vulnerable y de comunidades particulares con alta disponibilidad de los residuos lignocelulósicos requeridos para su cultivo. Sin embargo, son muy pocos los sistemas productivos existentes a gran escala. Siendo más crítico en el caso de G. frondosa, en donde aún no se ha desarrollado su cultivo comercial en climas tropicales. En un trabajo previo, se logró el cultivo de este hongo a pequeña escala (4), pero se requiere generar conocimiento para su desarrollo a nivel industrial. El objetivo del presente trabajo fue la evaluación de los parámetros del cultivo de maitake a escala semi-industrial a fin de establecer las condiciones ambientales, las formulaciones de los sustratos y la definición de la unidad básica de producción, entre otros aspectos.

MÉTODOS

La fase experimental de cultivo del hongo G. frondosa se realizó, en una primera etapa, en la Planta de Bioprocesos y Agroindustria de la Universidad de Caldas; posteriormente, se cultivó este hongo en unas instalaciones tomadas en arrendamiento, adecuadas para la producción a escala semiindustrial. La experimentación en esta segunda etapa fue realizada durante los años 2014 y 2015, cubriendo cada una de las fases del cultivo de G. frondosa, desde la extensión de tejido sobre agar papa dextrosa (PDA), la obtención de la cepa madre y la producción de semilla comercial, hasta todas las operaciones que comprenden el ciclo completo a escala semi-industrial, la formulación de los sustratos a diferentes escalas, su acondicionamiento, la selección de las unidades de producción del sustrato y la determinación de los tiempos de esterilización. Adicionalmente, se estudió todo lo concerniente al manejo del ambiente en las salas de cultivo para las diferentes etapas de desarrollo del hongo: incubación, fructificación y producción de los carpóforos.

La producción de semilla se evaluó en cuatro cepas: tres cepas de la colección de la Penn State University de EUA (WC836, WC828 y WC659) y una cepa de la Universidad Agricultura y Silvicultura de Fujian de la República Popular China (la cepa CHFZ01). En esta etapa se realizaron tres generaciones y tres réplicas de micelio extendido en PDA, utilizando cajas de petri de 90 mm de diámetro; el tiempo promedio de crecimiento del micelio sobre PDA fue de 21 días en incubadora a 25°C; cada réplica se realizó para verificar la viabilidad de cada una de las cepas, con posterior prueba bioquímica para la determinación de las actividades enzimáticas celulolíticas y ligninolíticas. Las inoculaciones se realizaron en cabina de flujo laminar y se llevaron a incubación por 21 días a 25°C y penumbra con posterior almacenamiento en refrigeración y repiques periódicos. La obtención de la cepa madre (paso del micelio de agar a grano de cereal) se llevó a cabo sobre sustratos de cereales arroz, maíz, sorgo rojo y cebada, los cuales fueron hidratados hasta humedades entre 35 y 45%, y luego empacados y pesados en frascos de vidrio de 500 g neto de capacidad, previamente lavados y esterilizados. En seguida el material se llevó a esterilización a 121°C por una hora, continuando luego con la inoculación en cabina de flujo laminar y utilizando como inóculo cinco trozos de agar colonizados de micelio de 1 g de peso cada uno, para una tasa de inoculación promedio por frasco de 3,33%. El tiempo de incubación para la cepa madre fue de 25 días en incubadora a 25°C para todos los cereales; las unidades que presentaron contaminación (cerca al 7%) fueron descartadas.

Para la producción de la semilla se utilizaron los frascos de cepa madre como inóculo sobre una mezcla de material lignocelulósico en calidad de sustrato (ver Tabla 1) a una humedad de 58-60%, con una tasa promedio de inoculación del 5% y utilizando bolsas de polipropileno bi-orientado de 500 g neto de capacidad con un filtro de celulosa en la parte superior para permitir la respiración del hongo previamente esterilizadas a 121°C por dos horas antes de realizar la inoculación; el tiempo de incubación promedio de la semilla fue de 25 días (4). Para la elaboración de los sustratos se utilizó la formulación consignada en la Tabla 1, la cual se ajustó a una humedad del 58-60%.

Durante todo el proceso de experimentación a escala semi-industrial para la producción de los cuerpos fructíferos, se realizaron siete lotes de una tonelada de sustrato cada uno. Para el empaque se utilizaron bolsas de polipropileno bi-orientado de 18 pulgadas de altura y 10 pulgadas de ancho; se utilizaron dos tipos de filtros para las bolsas de sustratos; la mitad llevó como filtro en la parte superior un algodón con gasa en una argolla de polietileno esterilizada, y la otra mitad una tela de celulosa adherida en la parte superior de la bolsa a fin de permitir la respiración del sustrato inoculado. En cada bolsa se empacaron 2 kg de sustratos con posterior esterilización por dos horas a 121°C. Los sustratos esterilizados y enfriados a 25°C fueron inoculadas en cabina de flujo laminar con la semilla colonizada de cada cepa. Cada tonelada de sustrato fue dividida en cuatro partes iguales para la inoculación. Posteriormente, las bolsas fueron llevadas a incubación en penumbra, a 25°C y 50-60 % de humedad relativa por 75-90 días; luego de terminado el ciclo de incubación, se inició la inducción de la formación de los cuerpos fructíferos cambiando las condiciones ambientales para lo que se disminuyó la temperatura de la sala de cultivo a 15-18°C, se incrementó la intensidad de luz a 150 luxes y se hicieron dos relevos de aire de tres horas cada uno en 24 horas. En la Figura 1 se muestra el esquema de producción del hongo G. frondosa. La eficiencia biológica (EB) se determinó como la relación de la masa de hongos frescos respecto a la masa de sustrato seco al momento de la siembra, expresado en porcentaje.

RESULTADOS

En el cultivo del hongo G. frondosa a escala semiindustrial se realizaron varios cambios respecto al proceso definido previamente a pequeña escala (4). Los cambios más significativos realizados fueron: (i) En la formulación de sustratos se introdujo un material, sulfato de calcio pentahidratado (ver Tabla 1). (ii) Se incrementó la unidad de sustrato de 1 kg a 2 kg de sustrato, lo que implicó incrementar en una hora el tiempo de esterilización. (iii) En el cultivo a escala semi-industrial no se realizó choque térmico drástico hasta 10°C, ya que uno de los principales intereses de este trabajo fue determinar la viabilidad de producción de esta especie a escala semi-industrial en climas tropicales, logrando obtener productividades aceptables con tres de las cuatro cepas evaluadas a una temperatura promedio de 17°C. (iv) Se obtuvo una sola cosecha de cada lote de producción. (v) Se evaluaron cuatro cepas de G. frondosa a fin de determinar el mejor comportamiento a escala semi-industrial, encontrando que la mejor en tiempos de producción y en EB promedio fue la cepa CHFZ01 con 24,7%. En la Figura 2 se presentan las etapas del proceso productivo del cultivo de maitake a escala semi-industrial.

Las etapas de crecimiento y desarrollo se describen en la Tabla 2. Éstas inician con la fase de incubación que contempla dos sub-etapas. La primera corresponde a la fase de colonización completa de micelio sobre el sustrato, en la que el micelio es de color blanquecino durante los primeros 30 días de incubación. Posteriormente se da la última sub-etapa de la fase de incubación, donde se forma el abrigo micelial y la pigmentación del mismo con exudados amarillos a naranjas en los siguientes 20-30 días, siendo este estado el indicador de que los sustratos están listos para la inducción de primordios.

El carpóforo del maitake exhibe cambios durante su crecimiento y desarrollo desde la formación del primordio hasta tener el hongo listo para cosecha. Es así como en la primera fase tiene formación de exudado localizado de color negro a gris oscuro, sobre esa zona se forma una masa con forma de cerebro, posteriormente adopta forma de coliflor y finalmente adquiere la forma definitiva similar a un coral con pétalos bien definidos y de tonalidades grisáceas en la mayoría de las cepas, pero siempre compartiendo una sola base que se desprende del sustrato.

En la Tabla 3 se relacionan las EB obtenidas con cada una de las cepas evaluadas, lográndose cosechas de todos los sustratos. Se destaca que las cepas WC836 y WC 659 fueron las cepas que obtuvieron la mayor y menor EB en todos los sustratos evaluados, respectivamente y de una sola cosecha en todos los casos.

DISCUSIÓN

El cultivo semi-industrial de maitake es posible en climas tropicales pero seleccionando zonas sobre los 2000 msnm, cuyas temperaturas promedio no son superiores a 20°C durante todo el año, esto debido a que la inducción de los primordios requiere bajar la temperatura por lo menos hasta 15°C y posteriormente sostenerla a 17-18°C; lo que implicaría un incremento sustancial en la dotación de maquinaria y equipos si se decidiera realizar el montaje de dichos cultivos en climas más cálidos. Asimismo, a escala semiindustrial es posible obtener cuerpo fructíferos de maitake de buena calidad y con EB competitivas en comparación con las obtenidas a pequeña escala, lo que indica que trabajar con alguna de las cuatro cepas probadas en este estudio tiene proyección a futuro para la implementación de un cultivo comercial de maitake en Colombia.

Es muy importante hacer énfasis en la supervisión y control de todo el proceso productivo, ya que un error en una de las variables de proceso puede generar una contaminación masiva en todo el material cultivado, generando cuantiosas pérdidas económicas y de tiempos.

CONCLUSIONES

El ciclo de producción del hongo G. frondosa a escala semi-industrial es un 15% mayor que el ciclo de producción a pequeña escala. Asimismo, de las cuatro cepas evaluadas, la cepa WC 836 fue la que obtuvo la mayor EB por unidad de sustrato (34%), aunque la que generó mayor promedio de EB fue la cepa CHFZ01 con una EB del 24,7%; del mismo modo la cepa WC 659 fue la que generó la menor EB (14%). Se identificaron las razones por las cuales se presentaron las contaminaciones de los primeros sustratos que se sembraron. La causa principal de la contaminación fue el tiempo de esterilización, ya que los primeros sustratos se esterilizaron una hora por 121°C, mientras los sustratos siguientes fueron esterilizados por 2 horas a 121°C permitiendo la reducción de la contaminación del 50% al 5%.

Las EB promedio obtenidas a escala semiindustrial con las cuatro cepas que fueron evaluadas son competitivas, lo que genera una alternativa de prospección importante para el futuro comercial de la producción de esta especie en climas tropicales.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen al Departamento Administrativo de Ciencia, Tecnología e Innovación (Colciencias) y a la Vicerrectoría de Investigaciones y Postgrados de la Universidad de Caldas por la financiación de esta investigación.

References

REFERENCIAS

1. Stamest P. Growing gourmet and medicinal fungi. Hong Kong: Ten Speed Press and Mycomedia. 1994; 456 p.

2. Chang ST, Miles PG. Mushrooms Cultivation, Nutritional Value, Medicinal effect, and Enviromental Impact. Second ed. New York: CRC Press. 2004; 451 p.

3. Mau J-L, Chang C-N, Huang S-J, Chen C-C. Antioxidant properties of methanolic extracts from Grifola frondosa, Morchella esculenta and Termitomyces albuminosus mycelia. Food Chem. 2004; 87: 111-8.

4. Montoya B, Varon M, Levin L. Effect of culture parameter on the production of the edible mushroom Grifola frondosa (maitake) in tropical weathers. World J Microbiol Biotechnol. 2008; 24: 1361-6.