חומר רקע
ייצור חלבו
נים ופחמימו
ת
מתפטיר פיטריות– מנוע לכלכלה מעגלית ולביטחון מזון למדינת ישראל
מבוא
.גידול מסורתי של בעלי חיים לצורך ייצור חלבון מעמיד אתגרים סביבתיים, אתיים ובריאותיים
הצעה וז בוח
נת
את גידול
התפטיר, החלק הא-
מיני של הפטריות, כמקור חלבון חלופי בר-קיימא באמצעות גידול בתרבית נוזלית
בביוריאקטורים (מיכלי
)גידול מבוקרים .
( מכון שמיר למחקר (ע"ר) הממוקם בקצרין, הינו ממובילי תחום חקר הפטריות בארץMycology
)
ומחזיק
באוסף פטריות הכובע הגדול במזה"ת. מדינת ישראל הינה 'אי בודד' ומסתמכת על למעלה מ–
90%
ייבוא של חלבון
ופחמ
י.מות והצורך בייצור עצמי של מרכיבי המזון לאוכלוסייה הינו מרכיב מרכזי בביטחון המזון של אזרחי ישראל
יתרונות:
גידול תפטיר
בביוריאקטור דורש שטח זעיר וכמות מים זניחה לעומת
חקלאות מסו
רתית
.של צמחיה או בע"ח
.פגעי מזג האוויר אינם מרכיב הפוגע ברציפות הגידול והתנובה
בגידול פיטריות ניתן
.לנצל פסולת חקלאית ופסולת מזון על מנת להפחית עלויות ייצור והשפעות סביבתיות
פרמנטציה )(התססה של תפטיר הפיטריה
במצע נוזלי מציעה יתרונות רבים על פני גידול מס ורתי של גופי פרי, בכך
שהיא מאפשרת ייצור מבוקר וחסכוני אשר ניתן לגימלון (
up-scale
) .
גידול בביוריאקטורים יכול להתבצע במרתפים תחת האדמה ובכך לאפשר גידול ואספקת חומרי גלם לתעשיית
.המזון גם במצב מלחמה תחת אש
למרות מגוון המי נים וזנים רחב מאוד
בממלכת הפטריות
(Fungi)
, רק מספר מצומצם של מינים משמשים כיום
באופן מסחרי בגידול בתרביות נוזליות, מה שמדגיש את חוסר הניצול של
ה
פוטנציאל הגלום ב
פטריות
לטובת הזנת
האנושות .
ב
אוסף הפטריות של מכון שמיר
למחקר קיים מגוון פיטריות מאכל ומרפא ארץ ישראליות והאוסף גדל עם איסוף
דוגמאו .ת נוספות מכל רחבי הארץ בכל שנה
המחקר בנושא המתבצע כיום במכון שמיר למחקר מתמקד באפיון הגידול של הפיטריות בתנאי סביבה שונים
בביוריאקטורים ו
פיתוח פרוטוקולים ל
ייצור מירבי של ביומאסה ו
מטבוליטים פעילים. ה
פרוייקט
המוצע י נצל את
אוסף
הפיטריות , הידע הייחודי והטכנולוגיה הקיימת במכון
לפיתוח פרוטוקולים חדשים לייצור חלבון חלופי ופחמימו
ת .
מטרות:
אפיון פטריות עם תנובת חלבון גבוהה
,אופטימיזציה של תנאי הגידול שלהן (טמפרטורהpH
,
,חמצן
)יחס פחמן:חנקן
בחינת
.שימוש בתוצרי לוואי חקלאיים כחומרי הזנה חלופיים בתהליכי הפרמנטציה במצע נוזלי
הערכת התאמת חלבוני
ופחמ
י מות התפטיר ליישומי מזון תעשייתיים על ידי בחינת התוצרים ל תכונותיהם
.הפונקציונליות והפרופילים הארומטיים
פרוטוקול ייצור חלבון ופחמ
י
מה בכמות מסחרית ממקור תפ.טיר פטרייה
.השימוש בפסולת חקלאית בביוריאקטורים תפחית עלויות וטביעת רגל סביבתית ותתרום לשיפור הכלכלה המעגלית ,בכך
המחקר יקדם את השימוש והיישום של פטריות כמקור חלבון בר-קיימא בתעשיית המזון
ותציב את ישראל בחזית המחקר
והתעשייה בתחום לצד אבטחת אספקת מזון סדירה לאזרחי ישראל בעתות שלום ובעתות משבר.
פוטנציאל כלכלי
המחקר מתמקד בפיתוח תהליכי פרמנטציה מתקדמים וזולים להפקת חלבון מפטריות, תוך שימוש בזנים חדשים ושיפור
תנאי הגידול. מטרת הטכנולוגיה היא לענות על הצורך הגובר בחלבון בר-
קיימא וזול, במיוחד לאור הביקוש העולמי הגובר
למקורות חלבון אלטרנטיביים. יתרונה של הטכנולוגיה שתפותח
הוא הפקת חלבון וחומרים נוספים בזמנים קצרים ובעלות
נמוכה, תוך שימוש בתוצרי לוואי מהתעשייה והחקלאות כחומרי גלם (לדוגמא פסולות מת עשיית המיץ ורכז פרי, תעשיית
הבירה והיין, מכוני אריזה וכו'). בנוסף גידול פיטריות בביוריאקטורים דורש כמויות מים, דשן וקרקע זניחות לעומת חקלאות
מסורתית. כל אלה יביאו להפחתת
עלויות ייצור ו
הפחתת ההשפעה ה
סביבתית השלילית.
סקר שוק:
שוק החלבונים מפיטריות מוערך ב-
2025
במאות מיליוני דולרים והשוק גדל וצפוי לגדול בכ-
10
אחוזים בשנה בעשורים
.הקרובים בעשור האחרון, שוק הפטריות העולמי חווה עלייה משמעותית, לא רק בתחום המזון אלא גם בשוק התרופות
והמזון הבריאותי. פטריות מאכל, ובפרט זני פטריות מסוימות כמו פטריות מרפא (
)רעמת האריה, קורדיספס ועוד , הפכו
לחלק בלתי נפרד מ ,תוספי תזונה מסחריים מזון בריא ומזון פונקציונלי. הגידול בתודעה הציבורית לגבי יתרונות תזונתיים
ובריאותיים של פטריות, וההכרה ביכולתן לשמש כמקור חלבון טבעי ויעיל, תרמו להתפשטות וגידול השוק, הן בצריכה
הביתית והן בתעשיית המזון. נראה כי העתיד הקרוב ימש י ך את מגמת הצמיחה, במיוחד עם דרישת הצרכנים העולה
למוצרים איכותיים מ
חלבו נים חלופיים. חברות מזון וסטארטאפים בתחום הפיתוח הקולינרי מעוניינים לשלב פטריות כמרכיב
חשוב בתפריטי החלבונים החלופיים עקב מבנה קורי מיצליום הפיטריה
שמדמה בטקסטורה מוצרי בשר והטעם (טעם
)נייטרלי או אוממי . העלייה בצריכת פטריות כמזון בר-
קיימא ובריאותי, במיוחד לאור הצורך להפחית את תלות האנושות
בחלבון מן החי, תתרום לכך שישראל תוכל למצב את עצמה בחזית התעשייה של חלבון חלופי מפטריות. פיתוח טכנולוגיות
חדשניות בתחום הגידול בביוריאקטורים ושימוש בפסולת חקלאית כמצע מזון ימצבו את ישראל כגורם מוביל בשוק החלבון
החלופי הגלובלי ויתרמו להשגת יעד הכלכלה המעגלית.
הפוטנציאל הקנייני של המחקר כולל פיתוח פטנטים על פיתוח זנים
ושיטות גידול מתקדמות, שיגנו על הידע ויאפשרו ניצול מס חרי של התוצאות. הידע שיצטבר צפוי להוביל לפיתוח מוצרים
חדשים בשוק החלבונים האלטרנטיביים ולתרום לכלכלה הישראלית באמצעות
יצירת משרות חדשות והגדלת הייצוא . הידע
והטכנולוגיות שיפותחו ישמשו חברות מזון, חקלאות וטכנולוגיה חקלאית, וכן מחקר ופיתוח בתחומי המדע והטכנול .וגיה
התועלות לישראל כוללות הפחתת תלות בייבוא חלבון ופחממה
, עידוד חקלאות בת-קיימא ושיפור בריאות הציבור.
יתרונות תזונתיים לחלבון, פחממה וסיבים תזונתיים מפטריות:
תכולת ה פחמימות
ב
פטריות
הפטריות מכילות מספר סוגי פחמימות, שחלקן זמינות לעיכול על ידי גוף האדם
וחלקן משמשות כסיבים תזונתיים:
1.
גליקוגן
–
.בניגוד לצמחים המאחסנים אנרגיה בצורת עמילן, פטריות אוגרות אנרגיה כגליקוגן, בדומה לבעלי חיים
בני אדם יכולים לעכל גליקוגן בקלות.
2.
כיטין
– זהו רב-סוכר מבני המרכיב את דופן התא של הפטריות, בדומה לצלולוז
בצמחים. בני אדם חסרים את
האנזים כיטינאז ולכן לא יכולים לעכל אותו ישירות ללא חימום
, אך חיידקי המעי מסוגלים לפרק אותו באופן חלקי.
3.
טרהלוז (Trehalose) – דו-
.סוכר נפוץ בפטריות שניתן לעיכול על ידי האנזים טרהלז המצוי במעי
4.
בטא-גלוקנים
– רב-
סוכרים המהווים חלק מדופן התא של הפטריות. בני אדם אינם יכולים לעכל אותם ישירות, אך
הם ידועים בתכונותיהם הפרה-ביוטיות והמשפרות את מערכת החיסון.
5.
מננים ואוליגוסכרידים נוספים
–
אלו תרכובות סוכריות נוספות בדופן התא של הפטריות שאינן מתעכלות ישירות
בגוף האדם, אך משמשות כסיבים תזונתי
ים התורמים לבריאות מערכת העיכול.
תכולת החלבון בפטריות
הפטריות הן מקור ייחודי לחלבון, והן מכילות חומצות אמינו חיוניות. אחוז החלבון ב מיני פיטריות מסויימות עשוי להגיע ל-
40%
המ משקל היבש של
ה
פטרייה.
הרכב החלבון בפטריות:
הפטריות מכילות את כל חומצות האמינו
החיוניות, מה שהופך אותן למקור חלבון איכותי.
הן עשירות בחומצות אמינו כגון
ליזין וליאוצין, החסרות בדגנים ולכן משלימות תזונתית מקורות צמחיים אחרים.
תכולת החלבון תלויה במין הפטרייה ובתנאי הגידול שלה.
עיכול וזמינות ביולוגית של חלבון פטריות:
החלבון בפטריות נחשב לבעל זמינות ביולוגית בינונית–
פחות זמינה מעוף או ביצים, אך
טובה יותר
מקטניות
מסוימות.
עיבוד כמו
בישול או תסיסה יכול לשפר את הזמינות הביולוגית
על ידי פירוק דופן התא המכילה כיטין, המגביל את
הגישה לאנזימי העיכול.
מהלך ה פרויקט
ו חבילות
ה
עבודה:
חבילת עבודה
שיטות העבודה
משך הזמן הצפוי
להשלמת חבילת
העבודה
מתחילת
הפרויקט
1
. סריקה וגידול
פטריות מאכל במצע
נוזלי
ייבחרו כ-
20
מיני פטריות מאכל מאוסף הפטריות של מכון שמיר
,למחקר .תוך התמקדות במינים הידועים בערכם התזונתי והקולינרי
בנוסף, נכלול פטריות מרפא כגוןGanoderma lucidum, Hericium
erinaceus
ו-
Cordyceps militaris
כדי לבחון את האפשרות לייצור
ביומסה בעלת ערך כפול–
כמקור חלבון כמקור לחומרים פעילים בעלי
ערך רפואי .
מתוך פטריות המאכל שייבחנו, ייבחרו3
מינים להמשך
תהליך אופטימיזציה, מיחדוש פסולת חקלאית וגימלון
.התהליך
6 חודשים
2
. אופטימיזציה של
תנאי הגידול
,עבור שלושת מיני הפטריות הנבחרים
תבוצע
אופטימיזציה של
פרמטרים שונים ב
תהליך ה גידול על מנת לשפר את תפוקת ואיכות
המיצליום. הפרמטרים שייבחנו יכללו
רמות pH
בטווח של4
עד7
,
יחסי C:N
בין10:1
ל-
30:1, וטמפרטורה בטו וח של20°
C
עד35°
.
כאשר ריכוזי הגלוקוז והאמוניה
יותאמו על מנת להשיג את יחסי C:N
הרצויים. הניסויים יתבצעו במערכת
ביוריאקטורים המאפשרת שליטה
מדויקת וניטור רציף של תנאי הגידול.
12
חודשים
3
. שימוש בתוצרי
לוואי מחקלאות
ותעשייה מקומית
כמצעי גידול
ייבחנו שיטות שונות לטיפול מקדים של פסולות חקלאית ותוצרי לוואי
ממפעלי משקאות מקומיים. השיטות שייבחנו יתבססו על הידרוליזה
כימית (ע"י שימוש בחומצה), עיכול אנזימטי ושילובם. החומרים
המומסים יעברו אנליזה לקביעת הרכב וריכוז החומר האורגני ותרכובות
החנקן ויוטמעו בתהליך הפרמנטצי ה בריכוזים ויחסים שונים בהתאם
לתוצאות חבילת עבודה2
.
18
חודשים
4
. התאמת הביומסה
לתעשיית המזון
התכונות הפונקציונליות של הביומס
ה וחלבון המופק ממנה כגון
מסיסות, ג'לציה, אמולסיפיקציה ויכולת אגירת מים ושמן
יבחנו בשיטות
.המקובלות בתחום ההרכב התזונתי של הביומסה ייבחן בהיבטים
מרכזיים הכוללים פרופיל חומצות אמינו, נעכלות החלבון והרכב
פחמימות.
,בנוסף, הרכב התרכובות הנדיפות (כוהלים, אלדהידים
חומצות, קטונים, אסטרים ופחמימנים) ינותח באמצעות
מיכשור
אנליטי, כגון
GC/MS
,
במטרה להבין את תרומתן לפרופיל הארומטי של
.המוצרים התוצאות יושוו לתוצאות המין-
Fusarium venenatum
,אשר מיוצר כיום בקנה מידה מסחרי לצרכי חלבון כדי להעריך את
הפוטנציאל של המינים הנבחרים ולזהות יתרונות או צורך בשיפו ר
.לצרכי שימושים שונים בתעשיית המזון
24
חודשים
5. גמלון התהליך
העברת פרוטוקול הגידול באופן מדורג מנפח של1
ליטר ל-
10
,
100
ו-
1,000
.ליטר. מכאן תיסלל הדרך לייצור המוני
36
חודשים
דרישות תקציב:
סעיף פירוט עלויות
כ"א
( עוזר מחקר וסטודנטים לתארים מתקדמים5
)סטודנטים לתואר שני ושני סטודנטים לדוקטורט
1,000,000
₪
מתכלים
,מבחנות, צלחות פטרי, כלי זכוכית
חומרי הזנה
.למדיום הגידול
300,000
₪
מתקני פרמנטציה
מעבדתיים
ארבע מערכות ביוריאקטורים בנפחים של1-10
,ליטר. עם בקר שליטה על תכולת גזיםpH
,
.ומומסים
1,000,000
₪
מתקני פרמנטציה
תעשייתיים
מכלי נירוסטה עם מערכות בקרה וערבול בנפחים
של100-1,000
.ליטר
1,200,000
₪
סה"כ
3,500,000
₪