Los hongos comestibles son organismos heterótrofos típicos. Cómo transformar y utilizar de forma más eficiente la lignina, la celulosa y otros compuestos orgánicos, así como otros nutrientes, sigue siendo el problema central del desarrollo y la innovación tecnológica de la industria de los hongos comestibles^[1]. El sustrato de cultivo, fuente nutricional indispensable para el crecimiento y desarrollo de los hongos comestibles, proporciona la fuente de carbono, la fuente de nitrógeno y diversos oligoelementos. Su tipo, origen y modo de tratamiento influyen directamente en el ciclo de crecimiento, el rendimiento, la calidad nutricional y la eficiencia económica. Con la aceleración del desarrollo económico de alta calidad y el ajuste de la estructura industrial en China, la aplicación de los sustratos de cultivo de hongos comestibles se enfrenta a nuevos desafíos: en primer lugar, los precios de los sustratos a granel fluctúan con frecuencia; en segundo lugar, en el contexto de políticas ambientales cada vez más estrictas, el suministro estable de sustratos a base de serrín se vuelve muy incierto, mientras que las fuentes alternativas siguen siendo limitadas y se difunden lentamente; en tercer lugar, con la promoción del retorno de la paja a los campos, el ensilado de maíz y el arroz perenne, la oferta futura de sustratos a base de paja podría disminuir aún más; en cuarto lugar, la tasa de bioconversión de los sustratos sigue siendo globalmente baja y la tasa de utilización de los recursos debe mejorarse; en quinto lugar, el modo de producción industrializada ha aumentado considerablemente las capacidades de producción, haciendo cada vez más agudas las cuestiones de tratamiento de los residuos de cultivo y de valorización de los sustratos. Así, el desarrollo posterior de la industria de los hongos comestibles se enfrenta al riesgo de ajustes pasivos de las fórmulas básicas. El desarrollo de nuevas fórmulas de sustratos de menor coste y mayor rendimiento, junto con las técnicas de cultivo asociadas, se ha convertido en un factor clave del desarrollo sostenible de la industria.

Con este fin, el autor, basándose en los datos bibliográficos de Web of Science y de las revistas principales de CNKI desde 2015, ha resumido sistemáticamente los avances de la investigación en el ámbito de los sustratos de cultivo de hongos comestibles en China, ha explorado los puntos calientes, la dinámica de desarrollo y las tendencias futuras de este ámbito, con el objetivo de proporcionar una referencia teórica para la profundización de las investigaciones conexas y el desarrollo sostenible de alta calidad de la industria de los hongos comestibles.

I. Aplicación de nuevos sustratos

1.1 Serrines y virutas de árboles

El serrín de madera constituye la principal fuente de sustratos para los hongos comestibles lignícolas. Las investigaciones actuales sobre los sustratos a base de serrín se han extendido de los serrines duros representados por el roble, el liquidámbar, el haya y el fagus (Fagaceae) a los serrines de árboles frutales (manzano, morera, melocotonero, kiwi, nogal, peral, jinjolero, jinjolero agrio, vid) así como a los serrines de otras especies económicas (camelia oleífera, ramas de té, ramas de morera, hevea, ramas de pimienta de Sichuan, lycium, vitex, sauce amarillo, moringa, corteza y virutas de eucalipto). Además, los estudios sobre la aplicación de serrines resinosos oleaginosos (criptomeria, picea) en el cultivo del pleuroto han proporcionado una base teórica para la explotación de recursos de serrín ricos en taninos, pectinas, flavonoides totales y otros componentes funcionales^[2].

1.2 Tallos de cultivos

La paja de arroz, la paja de trigo, los tallos de maíz y otros tallos de cultivos, ricos en celulosa y hemicelulosa, constituyen una fuente importante de sustratos para los hongos comestibles herbícolas como el agaricus bisporus, la volvariella y la stropharia. La tendencia actual de la investigación es la extensión progresiva de la gama de materias primas de las paj as de cereales tradicionales (arroz, maíz, sorgo) a los tallos de cultivos económicos (colza, patata, soja, cáñamo, ramio, yuca, tallos de té, artemisa) así como a los recursos de tallos y hojas de cultivos hortícolas (espárrago, jengibre, mostaza de tallo).

1.3 Subproductos de la industria alimentaria

Las fuentes de sustratos procedentes de los subproductos de la industria alimentaria se han ampliado de los residuos tradicionales (salvado, torta de soja) a las tortas, cáscaras de semillas, orujos y otros tipos. Las tortas incluyen principalmente las de algodón, ricino, colza, así como las de semillas de peonía y de pimienta de Sichuan; las investigaciones sobre las cáscaras de semillas se han extendido de las materias corrientes (cáscaras de café, cáscaras de cacahuete) a los recursos regionales (núcleos de betel, núcleos de jinjolero silvestre, pepitas de uva, cáscaras de loto, cáscaras de euryale); los orujos alimentarios incluyen los de baijiu, cerveza, vinagre, residuos de castaña de agua, de rosa roxburghii, de espino amarillo, de café y de té. Además, el lodo de filtración de las azucareras se considera un excelente material complementario de fuente de carbono de rápida asimilación para los hongos comestibles^[3].

1.4 Plantas medicinales y residuos farmacéuticos

Los sustratos a base de plantas medicinales proceden principalmente de los residuos vegetales tras la cosecha de las materias medicinales, tales como las ramas de evodia, las hojas y tallos de madreselva, los tallos y hojas de codonopsis, las hojas y la corteza de eucommia, el platycodon, los tallos de perilla, la madera de canela y otros subproductos. Aunque los residuos farmacéuticos no constituyen una fuente tradicional de sustratos para hongos comestibles, las investigaciones se multiplican en los últimos años, centrándose principalmente en los residuos de plantas medicinales chinas, de fórmulas de medicina china y de medicamentos occidentales. Por ejemplo, los residuos de astrágalo se han utilizado para cultivar el hydnum erinaceus^[4], los residuos de polygonum cuspidatum para el pleurotus eryngii^[5]; los residuos de seis preparaciones chinas (Huoxiang Zhengqi, Jinqiancao, Jizhi, Dabaidu, Bazheng, Huangqin) para el hypsizygus^[6], los residuos de jarabe Jizhi para la stropharia^[7], los residuos de comprimidos Wei-C Yinqiao para el coprinus comatus^[8-9]; los residuos de oxitetraciclina para el pleurotus eryngii^[10]. Los sustratos a base de plantas medicinales y de residuos farmacéuticos presentan un gran potencial para el cultivo de cuerpos fructíferos con propiedades nutricionales o funcionales específicas, pero su seguridad requiere aún una verificación sistemática.

1.5 Otros sustratos

Los sustratos a base de hierbas para hongos constituyen un ámbito emergente de la investigación en los últimos años. Los materiales habituales incluyen la hierba gigante para hongos, la hierba elefante, el miscanthus, el arundo, la alfalfa, mientras que el trisetum y el junco son recursos potenciales de carácter local. Cabe señalar que la micromorfología del micelio de shiitake en los sustratos de hierbas frescas y secas presenta diferencias marcadas, abriendo nuevas direcciones de investigación^[11].

Las investigaciones sobre los materiales de cobertura se centran principalmente en el limo, la arena, la turba, los suelos de campos de trigo y de arroz, los suelos de huertos, los suelos de residuos de cultivo, los residuos de juncos, los limos de estanques, etc., utilizados habitualmente para el cultivo del agaricus bisporus, del coprinus negro, del coprinus comatus, de la stropharia y de otros hongos herbícolas.

II. Indicadores fisicoquímicos y modos de tratamiento de los sustratos

2.1 Indicadores fisicoquímicos de los sustratos

La granulometría, la relación carbono/nitrógeno, el contenido de agua, la permeabilidad al aire, el pH, etc., son indicadores fisicoquímicos importantes que influyen en la eficacia del cultivo. Su regulación racional permite mejorar el rendimiento y la calidad. La granulometría y la permeabilidad al aire influyen directamente en el crecimiento y el rendimiento. Kong Weili et al.^[12] constataron, en ensayos de sustratos fermentados de pleuroto de diferentes granulometrías, que el contenido de carbono orgánico soluble en agua de las partículas finas era inferior al de las partículas gruesas, mientras que el contenido de amoníaco y de sustancias inhibidoras de contaminantes era superior; cuanto más finas eran las partículas, más baja era la temperatura del sustrato durante la fase de colonización, más bajo el índice de contaminación y más alto el índice de bioconversión. Estudios metabolómicos posteriores mostraron diferencias significativas de metabolitos microbianos entre los sustratos fermentados preparados con mazorca de maíz de tamaño pequeño (D₅₀=0,5 cm) y de tamaño grande (D₅₀=1,5 cm): se seleccionaron 464 y 201 metabolitos diferenciales respectivamente en modos de iones positivos (POS) y negativos (NEG)^[13]. Yu Hailong et al.^[14] indicaron que la granulometría del serrín influye significativamente en el peso unitario, la forma, el índice de bioconversión y el ciclo de producción del shiitake en cultivo industrializado. He Yan et al.^[15] constataron mediante análisis de correlación que la permeabilidad al aire del sustrato y del material de cobertura influye directamente en el tiempo de fructificación y el rendimiento de la stropharia rugosoannulata; el agua oxigenada o magnetizada presenta un potencial de mejora de los caracteres agronómicos y de aumento del rendimiento. Xiao Lan et al.^[16] aplicaron agua magnetizada durante la mezcla y la humidificación del sustrato para el flammulina, aumentando la actividad de la lacasa extracelular, de la polifenoloxidasa, de la carboximetilcelulasa y de la hemicelulasa, acortando el ciclo de producción, reduciendo el índice de contaminación de los sacos y aumentando el rendimiento por frasco en más de 2 g. Un sustrato moderadamente alcalinizado favorece el aumento del rendimiento y de la calidad de los cuerpos fructíferos; Zhang Weirui et al.^[17] estiman que ello podría estar relacionado con el aumento de la actividad de la lacasa del micelio tras el tratamiento alcalino.

2.2 Modos de tratamiento de los sustratos

Los principales modos de tratamiento de los sustratos de cultivo de hongos comestibles comprenden la compresión, la fermentación y la esterilización.

(1) Compresión del sustrato: las investigaciones se centran en la influencia de los diferentes procedimientos de compresión sobre el crecimiento del micelio y el rendimiento. Geng Yucong et al.^[18] cultivaron el agaricus bisporus sobre estiércol de vaca y paja de trigo comprimidos y constataron que a una densidad de 500 kg/m³ se obtenía un ahorro significativo de espacio y de costes, así como un aumento de rendimiento. Bao Xuxiang et al.^[19] utilizaron un dispositivo de compresión mecánica y un método de conformación termo-húmeda para preparar sacos de auricularia a base de serrín de roble de Mongolia; a una densidad volumétrica de 0,72 g/cm³, la velocidad de crecimiento del micelio era la más rápida, la descomposición de la materia seca máxima, el tiempo de aparición de los cuerpos fructíferos el más corto, las láminas más largas y más gruesas, la dureza y el índice de rehidratación más bajos. Qi Jing et al.^[20] comprimieron virutas de vid en gránulos mediante una máquina de solidificación de biomasa para cultivar el pleuroto, aumentando significativamente el rendimiento.

(2) Fermentación del sustrato: las investigaciones abarcan dos aspectos. En primer lugar, los mecanismos de inhibición de los mohos. Cui Xiao et al.^[21] descubrieron que el extracto de sustrato fermentado de mazorca de maíz puede destruir las paredes y membranas celulares de Trichoderma viride y Penicillium glaucum, provocando una fuga del contenido intracelular e inhibiendo así el crecimiento y la germinación de las esporas. En segundo lugar, la optimización de los procedimientos de fermentación. Huang Linxiang et al.^[22] exploraron los parámetros de carga de los túneles de fermentación para la volvariella; Zha Lei et al.^[23] analizaron las variaciones de pH, de conductividad eléctrica, de contenido de agua y de contenido de nitrógeno durante la fermentación; Wang Qian et al.^[24] estudiaron la influencia de la fermentación en túnel sobre el crecimiento del micelio del agaricus bisporus y la degradación del sustrato.

(3) Esterilización del sustrato: las investigaciones cubren el autoclave convencional, el autoclave por etapas, la esterilización a presión atmosférica y el autoclave de corta duración. Chen Qing et al.^[25] constataron que con el aumento del número de ciclos de esterilización a presión atmosférica, la porosidad, el contenido de agua y el pH de los sacos de hypsizygus disminuyen, y que el número de ciclos está negativamente correlacionado con el tiempo de colonización completa y el índice de bioconversión. Yang Hongpeng et al.^[26] descubrieron que el autoclave por etapas, en comparación con el método convencional, contribuye a aumentar la actividad de tres lignasas (lacasa, manganeso-peroxidasa y lignina-peroxidasa) y de cuatro celulasas (enzima papel filtro, endoglucanasa, β-glucosidasa, hemicelulasa) en el micelio de hypsizygus, así como el rendimiento medio por racimo.

III. Influencia de los factores exógenos sobre el crecimiento de los hongos

3.1 Elementos minerales

El nivel y la composición de los elementos minerales en el sustrato influyen directamente en el rendimiento y la composición nutricional de los cuerpos fructíferos. Sus funciones importantes incluyen el mantenimiento de la estructura celular, la participación en la regulación de las enzimas extracelulares y la lucha contra las interferencias externas tales como los iones de metales pesados^[27].

(1) Selenio: la adición de selenito de sodio en el sustrato se aplica ampliamente en las investigaciones de cultivo enriquecido en selenio del pleuroto, del agaricus bisporus, de la stropharia, del flammulina, del hypsizygus y del pleurotus eryngii. Estudios han mostrado que el índice de recuperación del selenio en los cuerpos fructíferos de flammulina tratados con selenito de sodio es superior al de los tratamientos con selenometionina y selenato de sodio^[28], y que el selenito de sodio puede aumentar significativamente el contenido de selenio, mejorar la calidad nutricional y reforzar la capacidad antioxidante de la stropharia^[29-30].

(2) Calcio: el calcio es un componente importante de las paredes celulares y del mantenimiento de la estabilidad de las membranas, y participa en la regulación de la presión osmótica y de la actividad enzimática de las células miceliares. La adición moderada de carbonato de calcio en el sustrato proporciona no solo el calcio necesario, sino que neutraliza también eficazmente las sustancias ácidas producidas durante la fermentación o el crecimiento del micelio. Wu et al.^[31] descubrieron que durante el cultivo del agaricus bisporus, el contenido de calcio disminuye significativamente durante las fases de compostaje y de crecimiento del micelio, siendo la disminución más marcada en la capa de cobertura, lo que indica que el calcio participa principalmente en el metabolismo y los procesos enzimáticos del micelio en esta etapa; durante la fase de cosecha, las variaciones de contenido de calcio, carbono y oxígeno en la capa de cobertura y el compost tienden a estabilizarse.

(3) Zinc: se regula generalmente mediante la adición de sulfato de zinc. La adición de sulfato de zinc en el sustrato de flammulina puede aumentar significativamente la actividad de la enzima papel filtro, de la carboximetilcelulasa, de la hemicelulasa y de la β-glucosidasa durante la fase de crecimiento del micelio, y presenta un cierto efecto de aumento de rendimiento^[32].

(4) Otros elementos minerales: Sun Ya et al.^[33] seleccionaron variedades de auricularia enriquecidas en estroncio añadiendo cloruro de estroncio de diferentes concentraciones; Lin Jinsheng et al.^[34] aumentaron significativamente la biomasa miceliar de la volvariella y acortaron el ciclo de cultivo añadiendo 0,5 g/L de citrato de sodio en el medio líquido PDB. Zhu Changwei et al.^[35] descubrieron que la adición simultánea de polvo de levadura y de sulfato de cobre puede aumentar sinérgicamente la actividad de la lacasa en el líquido de fermentación del pleurotus eryngii. Wang Jing et al.^[36] confirmaron que la adición exógena de MnSO₄, Na₂SeO₃, CaSO₄, FeSO₄ puede aumentar significativamente la velocidad de crecimiento del micelio, la biomasa y la actividad de las enzimas antioxidantes (superóxido dismutasa, catalasa) de la volvariella.

Además, algunos elementos minerales interactúan en el metabolismo de las células miceliares: la carencia de fósforo o de azufre en el sustrato puede provocar una disminución del índice de absorción del selenito de sodio por el flammulina^[37]; la adición de sulfato de zinc favorece la reducción de la acumulación de cadmio por el micelio de shiitake^[38]. Zhang Liang et al.^[39] descubrieron que bajo estrés de iones de manganeso, el boleto coloreado y el lactarius pueden activar el potasio difícilmente soluble del suelo secretando ácido oxálico e iones de hidrógeno. Así, las investigaciones recientes se interesan más por la acción sinérgica y los mecanismos de regulación integrada de múltiples elementos minerales.

3.2 Ácidos orgánicos

Algunos ácidos orgánicos tienen un efecto positivo sobre el rejuvenecimiento de las cepas, el rendimiento y la mejora nutricional de los cuerpos fructíferos. Kong Zixuan et al.^[40] compararon el efecto de la adición igual de 20 aminoácidos L para rejuvenecer una cepa degenerada de volvariella y constataron que la serina (Ser), la alanina (Ala), la valina (Val), la leucina (Leu) y la prolina (Pro) favorecen el crecimiento del micelio y la acumulación de biomasa, aumentan el contenido de polisacáridos, proteínas, flavonoides y polifenoles del micelio, inhiben eficazmente la acumulación de especies reactivas de oxígeno y aumentan la actividad de las enzimas antioxidantes. Estudios posteriores mostraron que tras el tratamiento con Ser, el contenido de metionina (Met), cisteína (Cys), serina y de minerales Mg, Cu, Zn aumenta significativamente^[41]. Gong et al.^[42] descubrieron que la adición exógena de ácido cítrico y de arginina puede reforzar la actividad de la rama de síntesis de la arginina del ciclo del ácido cítrico en las células miceliares de hypsizygus, favorable al aumento del rendimiento. Zhang Jinjing et al.^[43] aumentaron la actividad de la lacasa y de la celulasa del micelio de hypsizygus marmoreus en fase de crecimiento reproductivo añadiendo ácido kójico, mejorando así el índice de utilización de la lignocelulosa y el rendimiento. Wang Minghui et al.^[44] constataron que la adición de una cierta concentración de ácido salicílico favorece el crecimiento del micelio de la pluteus blanca.

3.3 Azúcares

Los azúcares, como fuente de carbono, favorecen eficazmente el crecimiento del micelio. Liu Xiaoxia et al.^[45] descubrieron que la sacarosa, la fructosa, el manitol y el trehalosa pueden aumentar la densidad del micelio aéreo, la velocidad de crecimiento y la biomasa de una cepa degenerada de volvariella, aumentar el contenido de polisacáridos y proteínas, inhibir eficazmente la acumulación de especies reactivas de oxígeno y aumentar la actividad de la superóxido dismutasa (SOD) y de la peroxidasa (POD). Cheng Zhihong et al.^[46] también informaron de que la adición exógena de manitol puede restaurar en gran medida la actividad de la enzima papel filtro, de la endoglucanasa, de la lacasa y de la manganeso-peroxidasa de una cepa degenerada. Yang Huanling et al.^[47] indicaron que la adición de trehalosa favorece el crecimiento del micelio de stropharia y de hypsizygus marmoreus, aumenta la biomasa y regula significativamente la actividad de la celulasa y de la lacasa. Además, Liu et al.^[48] confirmaron experimentalmente que bajas concentraciones de trehalosa exógena pueden atenuar el efecto inhibidor del estrés térmico sobre el crecimiento del micelio. En el futuro, el trehalosa podría añadirse a los sustratos como agente protector contra los estrés abióticos.

3.4 Extractos vegetales

La adición de extractos vegetales específicos en el sustrato puede ejercer efectos antimicrobianos, acelerar el crecimiento de las células miceliares, favorecer el metabolismo de los fenoles y aumentar la actividad antioxidante. La adición de un extracto mixto de ajo y jengibre en el medio de cultivo del pleuroto no solo ofrece un buen efecto antimicrobiano, sino que también acorta el tiempo de aparición de los primordios, hace los cuerpos fructíferos más densos y reduce el tamaño de los sombreros^[49]. El vinagre de madera de cáscaras de albaricoque puede inhibir eficazmente la mancha parda bacteriana del pleuroto y favorecer el crecimiento del micelio^[50]; los extractos de ajo y de tuy a en el sustrato de coprinus tienen un efecto antimicrobiano significativo contra los penicillium y rhizopus, y presentan efectos de aumento de rendimiento, de acortamiento del intervalo entre las oleadas y de mejora de la relación sombrero/pie^[51]. Además, Bao Yihong et al.^[52] descubrieron que el extracto acuoso de pedúnculos de betel puede aumentar eficazmente la actividad antioxidante del micelio de pleuroto, de pleuroto limón y de flammulina; Wu Li et al.^[53] informaron de que la adición de 8 % (en masa) de extracto de ramas de camelia oleífera no solo favorece netamente el crecimiento del micelio, sino que refuerza también el metabolismo de las sustancias fenólicas y la capacidad de eliminación de los radicales hidroxilo. El extracto de sustrato fermentado de mazorca de maíz después de 10 días puede también aumentar significativamente la velocidad de crecimiento y la biomasa del micelio de pleuroto, así como la actividad de la ATPasa, de la succinato deshidrogenasa, de la fosfatasa alcalina, de la lacasa y de la proteasa; la observación microscópica mostró un aumento neto del número de mitocondrias y de vesículas en las células miceliares en comparación con el testigo^[54].

3.5 Otros factores exógenos

Los reguladores de crecimiento vegetal pueden regular el metabolismo de los hongos comestibles, favorecer el crecimiento del micelio y aumentar la actividad enzimática. El ácido indolacético, el ácido naftalenoacético, la 6-bencilaminopurina, la citoquinina KT-30, la giberelina y el humato de sodio se han revelado todos capaces de favorecer en cierta medida el crecimiento del micelio del agaricus de Balkhash^[55]; la adición de 2,0 mL de ácido β-oligomérico por kg de materia seca favorece el crecimiento del micelio del pleurotus eryngii, del coprinus, de la ganoderma y del hydnum erinaceus^[56]. Además, el ácido clorofenoxiacético, el ácido naftalenoacético y la zeatina se aplican también en el cultivo de micelio líquido y podrían en el futuro utilizarse más ampliamente como aditivos de sustratos.

Las preparaciones enzimáticas tienen a la vez un efecto de aumento de rendimiento y de mejora de la calidad comercial de los cuerpos fructíferos. Zhang Heying et al.^[57] añadieron en el sustrato de shiitake una preparación enzimática compuesta (enzimas + inductores de expresión génica de las enzimas + activadores de enzimas), lo que adelantó en 15 días el tiempo de colonización completa de los sacos respecto al testigo, aumentó significativamente la actividad de la celulasa, de la proteasa y de la amilasa durante la fase de cambio de color, y aumentó el índice de bioconversión en un 21,99 %. Xin Yu et al.^[58] informaron de que la adición antes de la primera fermentación de 1 % de celulasa ácida, 1 % de celulasa neutra y 0,5 % de hemicelulasa (en masa) puede aumentar significativamente el diámetro de los primordios de volvariella.

Los extractos de pies de hongos y de residuos de cultivo utilizados como soluciones nutritivas exógenas en el sustrato presentan también buenas perspectivas. Yin Chuan et al.^[59] mezclaron extractos de pies de shiitake, de pleurotus eryngii y de hypsizygus blanco con tierra y los aplicaron sobre la superficie de corte circular de los sacos de pleurotus blanco; el rendimiento con el extracto de pies de shiitake aumentó un 54,6 % respecto al testigo, y el contenido de nitratos y de proteínas de los cuerpos fructíferos también aumentó. Zhang Ting et al.^[60] pulverizaron un extracto de residuos de flammulina sobre la capa de cobertura del agaricus bisporus y midieron puntuaciones de aminoácidos (AAS), químicas (CS), de coeficiente de ratio de aminoácidos esenciales (SRC), de índice de aminoácidos esenciales (EAAI), de valor biológico (BV) y de índice nutricional (NI) todas superiores al testigo, lo que indica que el extracto de residuos de flammulina favorece la mejora de la calidad proteica de los cuerpos fructíferos.

IV. Evolución de las comunidades microbianas en los sustratos

4.1 Aislamiento, identificación y selección de cepas funcionales en los sustratos fermentados

Las comunidades bacterianas de los sustratos fermentados presentan una gran diversidad; los grupos dominantes y su abundancia relativa varían netamente según las etapas de fermentación. Una disminución de la abundancia relativa de los grupos dominantes puede provocar un fracaso de la fermentación, mientras que la ausencia de comunidades específicas durante la fase de fructificación puede provocar anomalías de fructificación. Por consiguiente, el aislamiento, la identificación y la selección de cepas que presentan funciones específicas (antimicrobianas, promotoras de crecimiento, detoxificantes) para regular y optimizar el proceso de fermentación constituyen un punto caliente de la investigación. Actualmente, la técnica de secuenciación del gen 16S rRNA se utiliza ampliamente en este tipo de estudios^[61].

Zhang Junjie et al.^[62] aislaron 94 cepas bacterianas de sustratos fermentados de pleuroto en diferentes períodos, de las cuales 11 presentaban una doble acción de inhibición de Trichoderma y de promoción del crecimiento del pleuroto. Estudios posteriores mostraron que algunas cepas promotoras de crecimiento poseen una fuerte capacidad de síntesis de ácido indolacético (IAA)^[63]. Cui Xiao et al.^[64] descubrieron que las variaciones de contenido de aflatoxina durante la fermentación del sustrato de pleuroto están fuertemente correlacionadas negativamente con la abundancia relativa de los géneros Paenibacillus y Luteimonas, lo que sugiere que estos dos géneros podrían participar en la degradación de la aflatoxina. Wu et al.^[65] aislaron y seleccionaron un consorcio microbiano a partir de orujos de vino. Tras la adición de este agente en el sustrato fermentado de pleuroto, el índice de metabolismo de los glúcidos aumentó significativamente, la temperatura del sustrato aumentó y la fase termófila se prolongó. Paralelamente, el contenido de ergosterol fúngico, el índice de degradación de la lignocelulosa y la actividad de las enzimas asociadas eran más elevados que en el testigo, acelerando la colonización del sustrato por el micelio de pleuroto.

4.2 Estructura de las comunidades y evolución de los grupos dominantes de los microorganismos de cobertura

Los microorganismos de la capa de cobertura desempeñan un papel importante en el crecimiento del micelio, la formación de los primordios y el aumento del rendimiento de los hongos herbícolas. Generalmente, la abundancia y la composición de los grupos dominantes varían significativamente según las oleadas de fructificación. Wang et al.^[66] constataron que durante la primera oleada del agaricus bisporus, los géneros dominantes son Sphingomonas, Dongia y Achromobacter, mientras que durante la tercera oleada, las cepas dominantes son principalmente Norank, Pseudomonas, Flavobacterium y Brevundimonas. Además, pueden existir interacciones extensas entre las comunidades de la capa de cobertura, lo que ha sido confirmado en los estudios de Yang et al.^[67] sobre el boleto de pie venoso. Algunos investigadores han aislado también cepas funcionales de la capa de cobertura: Hua et al.^[68] aislaron la cepa de rizobio CACMS001 del suelo alrededor de los esclerocios de polyporus; esta cepa no solo favorece el crecimiento del micelio de polyporus y de armillaria gallica, sino que aumenta también significativamente la actividad de la xilanasa de armillaria gallica.

V. Enzimas extracelulares y leyes de degradación y utilización de los sustratos

5.1 Correlación entre la actividad de las enzimas extracelulares y el rendimiento de los cuerpos fructíferos

El proceso de utilización de los nutrientes del sustrato por los hongos comestibles comprende principalmente la degradación de las macromoléculas orgánicas (lignina, celulosa, hemicelulosa, proteínas, etc.), la absorción de los elementos minerales (nitrógeno, fósforo, potasio, etc.) y el metabolismo de las pequeñas moléculas orgánicas (aminoácidos, péptidos, lípidos, vitaminas, fenilpropanoides, policétidos, ácidos piránicos, piranonas, hormonas vegetales, sustancias antimicrobianas, etc.). La degradación de las macromoléculas depende de las enzimas extracelulares secretadas por los hongos, que descomponen las macromoléculas en componentes de bajo peso molecular asimilables. Por consiguiente, la actividad de las enzimas extracelulares está estrechamente ligada a la velocidad de crecimiento del micelio y al rendimiento de los cuerpos fructíferos. Xie et al.^[69] constataron, en ensayos comparativos sobre diferentes sustratos, que el índice de degradación de la lignocelulosa y la actividad de las enzimas lignocelulolíticas del pleurotus eryngii están positivamente correlacionados con el índice de bioconversión. Lin Hui et al.^[70] mostraron una correlación positiva significativa entre el rendimiento de cuerpos fructíferos frescos de hypsizygus marmoreus y la actividad de la carboximetilcelulasa, de la xilanasa, de la enzima papel filtro y de la amilasa. Liu Shunjie et al.^[71] cultivaron la volvariella sobre residuos de algodón y constataron que la actividad de la carboximetilcelulasa y de la xilanasa de los lotes de alto rendimiento era significativamente superior a la de los lotes de bajo rendimiento. Cai Panpan et al.^[72] informaron también de una correlación positiva entre la actividad de la carboximetilcelulasa y de la xilanasa y el rendimiento del agaricus bisporus.

5.2 Evolución de la actividad de las enzimas extracelulares en las diferentes etapas de crecimiento

La actividad de las enzimas extracelulares presenta características de variación por etapas marcadas a lo largo del crecimiento y desarrollo de los hongos comestibles. Lei Ping et al.^[73] descubrieron que la actividad de la enzima papel filtro, de la carboximetilcelulasa, de la β-glucosidasa, de la amilasa y de la hemicelulasa en las células miceliares de pleuroto limón presenta primero una tendencia al aumento y luego a la disminución, manteniendo un nivel elevado hasta la etapa de los cuerpos fructíferos jóvenes; mientras que la actividad de la lacasa y de la peroxidasa es elevada al inicio del crecimiento del micelio y disminuye con el tiempo de cultivo. Yue Ying et al.^[74] descubrieron que la actividad de la carboximetilcelulasa, de la pectinasa, de la enzima papel filtro y de la hemicelulasa del hydnum erinaceus alcanza su pico durante el desarrollo de los cuerpos fructíferos, mientras que la amilasa, la pectinasa y la peroxidasa son más activas durante la fase de crecimiento del micelio. Li Zihao et al.^[75] midieron la actividad de la lacasa del pleurotus eryngii en las etapas de micelio, de anudamiento, de primordios, de cuerpos fructíferos jóvenes y de cuerpos fructíferos maduros; la actividad en la etapa de los cuerpos fructíferos maduros era significativamente superior a las otras etapas, sin diferencia significativa entre las otras cuatro etapas de desarrollo.

5.3 Influencia de la fuente de carbono sobre la actividad de las enzimas extracelulares

El tipo y la proporción de adición de la fuente de carbono influyen ambos en la actividad de las enzimas extracelulares. En comparación con los medios que contienen cáscara de algodón, serrín y mazorca de maíz, la actividad de la lacasa de la auricularia peluda es más elevada en los medios que contienen salvado^[76]; el pleuroto cultivado sobre sustrato fermentado de cáscara de algodón presenta una actividad de carboximetilcelulasa, de lacasa y de proteasa neutra superior a la del pleuroto cultivado sobre sustrato fermentado de mazorca de maíz^[77]. Las diferencias de proporción de fuente de carbono provocan también variaciones de actividad enzimática. Chen Hui et al.^[78] mostraron que en la fase de crecimiento del micelio, cuando la fracción másica de mazorca de maíz en el sustrato de auricularia es del 70 %, la actividad de la lignina-peroxidasa es máxima; al 50 %, la de la manganeso-peroxidasa es máxima; al 30 %, la de la carboximetilcelulasa es máxima; con el aumento de la fracción másica de mazorca de maíz, la actividad de la lacasa disminuye, mientras que la de la N-acetil-β-D-glucosaminidasa aumenta, y la actividad de la β-1,3-glucanasa, de la β-glucosidasa y de la endo-β-1,4-glucanasa presenta primero una tendencia al aumento y luego a la disminución. Cabe señalar que ya se empiezan a explorar los mecanismos de regulación de la actividad de las enzimas extracelulares por diferentes fuentes de carbono a nivel molecular. Xiao Donglai et al.^[79] realizaron un análisis sistemático sobre el sparassis de hojas anchas desde el punto de vista de la expresión de los genes relacionados con la degradación de la celulosa y de la hemicelulosa.

VI. Relación entre el sustrato de cultivo y la calidad de los cuerpos fructíferos

6.1 Influencia de diferentes sustratos sobre la composición nutricional de los cuerpos fructíferos

Este tipo de investigación consiste generalmente en cultivar una misma especie de hongo sobre diferentes sustratos y medir los indicadores nutricionales (proteínas, aminoácidos, azúcares totales, polisacáridos, polisacárido-péptidos, fibras alimentarias, etc.) de los cuerpos fructíferos, a fin de evaluar la influencia de los diferentes sustratos sobre el valor nutricional y de proporcionar una base científica para el desarrollo y la explotación de nuevos sustratos. Por una parte, numerosas investigaciones se centran en el contenido y la composición de los aminoácidos. Hu Yingping^[80] cultivó el pleuroto sobre una mezcla de hierbas para hongos, cáscaras de loto y cápsulas de loto, obteniendo cuerpos fructíferos ricos y diversificados en aminoácidos y ácidos grasos. Lin Xingsheng et al.^[81] aumentaron significativamente el contenido de aminoácidos de los cuerpos fructíferos de tremella añadiendo hierba para hongos fresca en el sustrato de cáscara de algodón. Ke Binrong et al.^[82] cultivaron el agaricus bisporus sobre sustratos principales de residuos de flammulina y de pleurotus eryngii, y constataron que la composición en aminoácidos y el contenido en aminoácidos aromáticos de los cuerpos fructíferos eran superiores a los de la fórmula a base de paja de arroz. Por otra parte, cada vez más investigaciones se centran en la influencia de diferentes sustratos sobre sustancias nutricionales específicas de los cuerpos fructíferos, proporcionando referencias para el desarrollo de productos de hongos comestibles de valor nutricional o funcional particular. Wen Qing et al.^[83] revelaron que el aumento de la concentración másica de fuente de nitrógeno (como la urea) favorece la acumulación de ácido γ-aminobutírico (GABA) en los cuerpos fructíferos de varios hongos comestibles; la adición de serrín, de residuos de frutos y de hojas de espino amarillo puede aumentar significativamente el contenido de flavonoides de los cuerpos fructíferos de flammulina^[84]; la adición de tallos de yuca puede aumentar el contenido de trehalosa de los cuerpos fructíferos de auricularia, de pleuroto y de pleuroto limón^[85]; la adición de tallos y hojas de astrágalo puede aumentar el contenido de terpenos, flavonoides y otras sustancias bioactivas de astrágalo en los cuerpos fructíferos de pleuroto^[86].

6.2 Influencia de diferentes sustratos sobre las sustancias aromáticas de los cuerpos fructíferos

Diferentes sustratos de cultivo influyen de manera variable sobre las sustancias aromáticas volátiles, los aminoácidos aromáticos y otras sustancias aromáticas no volátiles de los cuerpos fructíferos. Algunos sustratos pueden contener aminoácidos aromáticos relativamente abundantes, que son absorbidos durante el crecimiento de los hongos y aumentan así el contenido de aminoácidos aromáticos de los cuerpos fructíferos. Por ejemplo, en los cuerpos fructíferos de hypsizygus cultivados sobre residuos de medicina china, el contenido de aminoácidos umami y dulces es superior al del tratamiento con cáscara de sorgo^[87]. Diferentes sustratos pueden modificar el tipo y el contenido de los compuestos volátiles de los cuerpos fructíferos y favorecer la formación de ciertos componentes aromáticos, influyendo así en la calidad aromática global. Yu Changxia et al.^[88] constataron, mediante el análisis del isopentanal, del hexanal, del 1-octen-3-ol, del metanotiol, del 2-pentilfurano, del dimetilsulfuro y de otras sustancias aromáticas volátiles principales, que el aroma de los cuerpos fructíferos de volvariella cultivados sobre diferentes sustratos difiere significativamente: la calidad aromática es la mejor sobre los residuos de pleurotus eryngii y la peor sobre los residuos de flammulina. Yin Chaomin et al.^[89] mostraron en ensayos comparativos que el sustrato de cáscara de algodón favorece la formación de compuestos ésteres aromáticos en los hongos del género Pleurotus, mientras que el sustrato de serrín mixto favorece la formación de aminoácidos libres. El sustrato de cultivo puede también influir en el contenido y la composición de otras sustancias aromáticas. Yu Changxia et al.^[90] descubrieron que el contenido y la composición de los aminoácidos hidrolizados de la volvariella cultivada sobre cáscara de algodón eran óptimos entre los tratamientos, mientras que el contenido de azúcares-alcoholes solubles y de ácidos orgánicos de la volvariella cultivada sobre paja de arroz era el más elevado. Li Jing et al.^[91] sustituyeron parcialmente el salvado por un líquido de fermentación de jarabe de maíz para cultivar el pleurotus eryngii, y obtuvieron contenidos de azúcares-alcoholes solubles, ácidos orgánicos y 5'-nucleótidos de los cuerpos fructíferos todos superiores al testigo.

VII. Investigaciones sobre el cultivo de hongos comestibles sobre residuos de cultivo

7.1 Tipos de residuos y modos de utilización

Desde el punto de vista de los tipos de residuos, los investigadores chinos se han centrado sobre todo en los últimos años en los residuos de hongos industrializados (pleurotus eryngii, flammulina, hypsizygus, hongo de mar) así como en los residuos de variedades tradicionales cultivadas a gran escala (shiitake, auricularia). Además, la reutilización de nuevos residuos tales como los sacos nutritivos usados de morillas, la madera usada de gastrodia y el sustrato de arroz usado de cordyceps del Norte atrae cada vez más la atención de los investigadores.

Desde el punto de vista de los modos de utilización, la vía principal consiste en cultivar hongos herbícolas sobre los residuos de hongos lignícolas; los residuos se utilizan generalmente en combinación con otras materias frescas. Algunos residuos, tales como la madera usada de tremella y los residuos de auricularia, pueden también sustituir parcialmente el serrín fresco para el cultivo de otros hongos lignícolas. La mayoría de los residuos, al tiempo que sirven de sustrato, desempeñan también un papel de complemento de fuente de carbono y de nitrógeno; por ejemplo, el sustrato de arroz usado de cordyceps del Norte puede servir de material de sustitución típico del nitrógeno^[92]. Además de la trituración y la mezcla directa de los residuos frescos, Zhang Tengxiao et al.^[93] utilizaron cuatro métodos de modificación (reacción alcalina, compostaje, cocción, ultrasonido) para tratar los residuos, mejorando eficazmente el rendimiento y la calidad del flammulina cultivado sobre residuos.

7.2 Evaluación de los efectos y optimización de las fórmulas

La cuestión de la seguridad durante la utilización de los residuos para el cultivo de otros hongos comestibles constituye el primer punto de atención de las investigaciones actuales. Chen Furong et al.^[94] utilizaron los residuos de pleurotus eryngii como aditivo para el cultivo sucesivo de pleuroto, de pleurotus eryngii y de flammulina; los contenidos de As, Hg, Pb, Cd medidos en los cuerpos fructíferos eran todos inferiores a las normas nacionales pertinentes.

Los puntos calientes de la investigación actual se centran en la comparación integrada del estado de crecimiento del micelio, de las prestaciones de rendimiento, de la composición nutricional de los cuerpos fructíferos y de la eficiencia económica, a fin de seleccionar las fórmulas óptimas de cultivo sobre residuos. Wen Qing et al.^[95] exploraron la influencia de diferentes proporciones de residuos de flammulina industrializado sobre los caracteres agronómicos y la composición nutricional de los cuerpos fructíferos de pleuroto en cultivo sobre sustrato esterilizado, y propusieron la dosis más adecuada. Li Zhengpeng et al.^[96] sustituyeron los residuos de algodón por un 60 % (en masa) de residuos de pleurotus eryngii y de agaricus bisporus respectivamente, acortando el ciclo de producción de la volvariella en 1,6 días y aumentando el rendimiento en un 15 % y un 17 % respectivamente. Chen Hua et al.^[97] descubrieron que la sustitución de un 30 % (en masa) de paja de arroz por residuos de pleurotus eryngii permite obtener el rendimiento más elevado de agaricus, y que las fracciones másicas de proteínas brutas, de aminoácidos y de polisacáridos de los cuerpos fructíferos son superiores a las de la fórmula tradicional, mientras que el coste de las materias primas disminuye en más de un 35 %.

VIII. Perspectivas

Durante los últimos 10 años, las investigaciones chinas sobre los sustratos de cultivo de hongos comestibles han obtenido resultados abundantes en numerosos ámbitos, mostrando tendencias a la diversificación de las fuentes de sustratos, a la diversificación de los modos de tratamiento y a la complejización de las fórmulas de sustratos. La comprensión de las leyes de sucesión de las estructuras de comunidades microbianas en los sustratos, de los mecanismos de actividad de las enzimas extracelulares y de utilización de los sustratos, así como de la influencia de los sustratos sobre la composición nutricional y las sustancias aromáticas de los cuerpos fructíferos se ha profundizado continuamente. Los futuros ejes de investigación pueden centrarse en las siguientes direcciones:

(1) Análisis en profundidad de los mecanismos de influencia de los componentes de los sustratos. Las investigaciones se centrarán más en los mecanismos de regulación del crecimiento y del desarrollo de los hongos comestibles por los diferentes componentes de los sustratos, en particular en los mecanismos de regulación molecular de los procesos clave de degradación de los sustratos, de transporte de los nutrientes y de síntesis de los metabolitos secundarios. Las redes de regulación de los genes clave relacionados con la transformación de los nutrientes y la síntesis de los metabolitos se convertirán en un punto caliente^[98].

(2) Desarrollo rápido y aplicación industrializada de los sustratos comerciales. Con el progreso continuo de la producción industrializada de los hongos comestibles, las cadenas industriales se especializan cada vez más; los productores especializados de sustratos comerciales acelerarán el desarrollo de sustratos de cultivo eficaces, seguros y funcionales adaptados a las diferentes especies de hongos comestibles, en particular los productos compuestos especializados de fórmulas de aditivos diversificadas. Paralelamente, el desarrollo de sustratos modificados con prestaciones de resistencia a los estrés para hábitats no tradicionales (altas altitudes frías, desiertos, tierras salino-alcalinas) constituirá también una dirección de investigación importante.

(3) Extensión de las investigaciones sobre la estructura y las funciones de las comunidades microbianas de los sustratos fermentados y de las capas de cobertura. Las investigaciones actuales se centran principalmente en los mecanismos de promoción del crecimiento y de inhibición microbiana de los microorganismos beneficiosos en las diferentes etapas de desarrollo. En el futuro, se partirá más de la ecología microbiana para explorar las relaciones de interacción entre las comunidades, la redundancia funcional y las redes de regulación, a fin de realizar una regulación precisa y una utilización eficaz de los recursos microbianos.

(4) Construcción de un sistema de evaluación de los riesgos ecológicos y de la bioseguridad de los nuevos sustratos. Con la extensión continua de la aplicación de nuevos materiales en los sustratos de cultivo, la evaluación de su impacto potencial sobre los ecosistemas y la salud humana se vuelve cada vez más importante. Por tanto, es urgente establecer un sistema de evaluación científico y sistemático para evaluar de manera exhaustiva la seguridad ecológica, la calidad nutricional de los cuerpos fructíferos y los efectos toxicológicos potenciales de los nuevos sustratos, a fin de garantizar que no tengan un impacto negativo sobre el medio ambiente y la salud humana al tiempo que se asegura el rendimiento^[99], y de promover el bienestar humano.

(5) Desarrollo de tecnologías de reciclaje de los residuos de cultivo y de reutilización de los sustratos. Con la extensión continua de la escala de producción, la mejora de la eficiencia de utilización de los recursos y la reducción de los costes se convierten en problemas urgentes de la industria. La exploración de la viabilidad de la utilización múltiple de los sustratos, la revelación de las leyes de evolución de sus propiedades fisicoquímicas durante la reutilización y de su influencia sobre el rendimiento y la calidad de los hongos comestibles proporcionarán una base teórica y un apoyo técnico para la construcción de un sistema industrial de hongos comestibles verde, de baja emisión de carbono y sostenible.

(6) Desarrollo y aplicación de sistemas inteligentes de gestión de los sustratos. Gracias a las tecnologías del Internet de las cosas, del big data y de la inteligencia artificial, el desarrollo de sistemas inteligentes de gestión de los sustratos adaptados a las diferentes especies de hongos comestibles y que poseen capacidades de autoaprendizaje y de evolución, permitiendo el seguimiento en tiempo real y la regulación precisa de los parámetros del conjunto del proceso (trazabilidad del origen de los sustratos, tratamiento de los sustratos, análisis nutricional y utilización de la degradación), constituye una de las vías clave de la modernización de las tecnologías de producción industrializada en el futuro^[100].