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蘑菇可以替代塑料是什么技术?

2020-12-30 11:12:52  来源:DeepTech深科技

用蘑菇可以替代塑料、皮革、板砖,甚至走向时尚前沿?

一家生物材料公司 Bolt Threads 此前宣布,已经和英国时装设计师 Stella McCartney、和世界第二大奢侈品公司开云集团(巴黎世家、古驰、亚历山大?麦昆、宝缇嘉等品牌背后的时装公司)、露露柠檬、阿迪达斯等品牌达成合作,共同探索基于蘑菇的皮革替代品。

随着温室气体的加速积累、自然资源也被不断消耗,研究人员开始探索生物材料的应用,带动了与真菌、菌丝体设计相关的研究蓬勃兴起并蔓延至产业界,跨学科的应用使真菌走入了日常生活、家具装饰、建筑材料、甚至是时尚行业。

生活中处处存在真菌,蘑菇只是真菌存在的一种形式。真菌是自然界的回收者,产生的酶能够帮助有机物降解,将其转化为矿物质。菌丝体是真菌的营养生长部分,由许多分支的菌丝组成,比如蘑菇的可见表面下,有着长长的根,就称为菌丝。菌丝是极细的白色丝状物,向四周发展,形成复杂网络。当将真菌放入土壤或者合适的基质中时,菌丝就会像胶水一样,将基质黏合起来,使其变坚实。合适的基质可以由锯末、磨木、秸秆、各种农作物残渣或其他类似的材料组成。

大部分情况下,在实验室的不是 “蘑菇”(Mushroom)部分,而是 “藏” 在地下的菌丝(Hypha)部分。

图 | 菌丝体示意图,从左到右分别是蘑菇的结构:子实体 (地面以上部分,生殖结构) 和菌丝、菌丝体微观结构、由几个细胞组成的菌丝示意图、单个菌丝细胞壁的结构和组成(来源:Haneef M., 2017)

全球最领先的、试图用 “蘑菇” 让世界更美好的公司是总部位于美国的 Ecovative Design (以下简称 “Ecovative”),它是当今菌丝体设计的先驱,Ecovative 利用菌丝体创造了 100% 可堆肥替代品、可替代塑料、皮革、泡沫塑料包装、肉等,应用领域涵盖了包装、皮肤护理、餐饮以及服饰。

上文中提到的 Bolt Threads 使用的正是 Ecovative 授权的技术。除此之外,Ecovative 和 Bolt Threats 也在合作将废玉米秸秆与菌丝体的结合物进行塑形,之后鞣制、压缩并制造出垫子,整个过程仅需要数天时间。

事实上,除了做包包,蘑菇还可以做更多。

“当然,这是一个疯狂的想法”

Ecovative 的联合创始人兼首席执行官 Eben Bayer 生长在佛罗蒙特中部,从小的生活环境是鸡、猪、林产品、枫糖浆、大花园,但他只对喷气引擎、计算机、纳米机器人感兴趣。他在美国最早的工科大学伦斯勒理工学院求学,期间逐渐形成了一种认识:机器并不是世界上最伟大的技术,大自然才是。

由此,他开始钻研生物系统,最后瞄准了菌丝体,这不仅是一种食物,还可以将它视为一种 “天然胶水”,将木制品等 “粘” 在一起。

“当然,这是一个疯狂的想法”,Eben Bayer 曾在接受英国杂志 Musings 的采访中表示。

2007 年,在 Eben Bayer 的导师 Burt Swersey 的帮助以及资金支持下,Eben Bayer 和合伙人 Gavin Mclntyre 共同创立了 Ecovative。作为首家利用菌丝体设计的公司,Ecovative 已在 31 个国家 / 地区拥有 40 多项专利,大多数菌丝体材料实际上都是由 Ecovative 许可制造的。Burt Swersey 曾在伦斯勒工程学院机械、航空航天和核工程系任教超过 25 年,他启发了众多才华横溢的伦斯勒学生,于 2015 年 3 月去世。Gavin Mclntyre 同时担任公司的业务发展总监,主要负责公司早期产品的研发工作。

大多数从事菌丝体生物技术的研究人员都是在液体培养基上培养,随后将其结构破坏,它们的存在仅仅是为了产生所需的物质,比如酿酒酵母。Ecovative 则让菌丝形成复杂而又美丽的 3D 结构,让这些网络变成材料、物体。

历经 13 年的发展,Ecovative 已经可以用菌丝体设计出肉、可替代塑料、皮革等产品。Ecovative 拥有三个技术平台用来生产这些材料,分别是Atlast™、MycoFlex™以及 MycoComposite™,用这三个平台分别生产肉类、皮革以及可降解材料 。

Ecovative 将真菌和基质混合插入模具中,在合适的温度、湿度和光照下,材料凝固成所需的形状,这大约需要 5 天的时间。然后将物体放入烘箱中,使存在的微生物完全失活,随后就可以作为普通的包装产品使用。宜家、戴尔等大型公司已经开始使用这种完全可以生物降解的包装材料了。

在过去的几年中,Ecovative 已经利用菌丝体设计生产了超过 500 万磅的Mushroom®包装,这种包装可以依靠土壤微生物进行降解,将其放入土壤中大约 30 天就可以实现完全堆肥。目前,Ecovative 正在全球范围内许可 Mushroom® 包装技术,以帮助减少泡沫聚苯乙烯的污染。

人造肉和建筑

目前,Ecovative 已将重点转向了创造培根和整块肉上。

“人造肉” 对传统肉类的替代性作用非常有限,当前能够创造出来的可替代的包括碎肉和膨化肉,对于鱼片、鸡胸肉、培根的替代却很少有人做到。根据公开资料,在每年购买的肉类中,80% 以上是整块肉,而不是汉堡或者香肠等。

在森林中寻找具有猪肉风味和质地的蘑菇很难,它们往往需要花费数年的时间生长。Ecovative 的子公司 Atlast Food Co.(以下简称 “Atlast”)可以使用相同的菌株,在几天内表达大量的菌丝体,并将它们培育成任何形状,比如培根。Atlast 已经通过菌丝体创造出了肉的味道和质地,预计明年会推出培根。

关于菌丝体制成的植物性肉类的味道和质地,Eben Bayer 早有回答,菌丝体可以生长成具有特定的风味和质地。Ecovative 的研究人员也一直在种植、煎炸和食用像培根一样的 “培根”,研究人员甚至也在用特定的食用菌模仿金枪鱼和牡蛎的口感。

除了在可降解塑料、皮革等领域的应用之外,Ecovative 也曾在 2014 年的时候和纽约的 The Living studio 公司合作完成了 Hy-Fi Project。Hy-Fi 坐落于纽约的现代艺术博物馆,是一种用切碎的玉米秸秆残渣和菌丝混合形成的菌丝砖堆砌的塔楼,供游客休息、遮阳,在 2 个月的展览后,塔楼被拆除送往堆肥厂,利用其天然的生物降解能力进行回收。

除了建筑之外,菌丝体还具有隔热和隔音的潜力。在 Ecovative 的另一项研究中,将活蘑菇置于木板之间可以形成有效的隔热墙。大约三天的时间,菌丝生长并凝结为松散的颗粒,形成密闭的隔热层,同时粘附在木板上,形成极强的夹层。根据 Ecovative 的说法,大约一个月后,蘑菇保温层自然干燥,就不会继续生长了。

2019 年,Ecovative 获得 1000 万美元融资用于菌丝体的研究。目前,Ecovative 正在建造 Mycelium Foundry One,这是一种高通量的菌丝体高级研究设施,包括定制的菌丝体固态培养装置以及数据分析硬件和软件,这会极大的提升 Ecovative 菌丝体材料的发展速度,预计在 10 倍以上。今年初,Eben Bayer 表示,用菌丝体生产培根等植物性肉类和建造 Mycelium Foundry One 将是 Ecovative 的重点。

从现如今的技术和发展来看,真菌何时能够大规模、工业化应用依然难以猜测,但可以看到的是,这种研究和应用在增加。一次性发泡塑料大约需要 200 年的时间,而现在,利用菌丝体制成的包装产品仅需要 30 天就可以实现降解,就像 Eben Bayer 说的,在 2030 年,海洋中的塑料制品比鱼多的时候,Mushroom® 产品将是鱼类的食品,而这和减少 CO2 一样,一同在保护生态系统。

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