BR112020009426A2 - homogeneidade aumentada de biopolímero micológico desenvolvido em espaço vazio - Google Patents

Abstract

O método de cultivo de um material biopolimérico emprega a incubação de um meio de crescimento composto por substrato nutritivo e um fungo em recipientes que são colocados em uma câmara de incubação fechada com fluxos de ar passando sobre cada recipiente, enquanto a câmara é mantida com um ambiente predeterminado de umidade, temperatura, dióxido de carbono e oxigênio. Os fluxos de ar podem ser direcionados paralela ou perpendicularmente às superfícies do meio de crescimento.

Description

“HOMOGENEIDADE AUMENTADA DE BIOPOLÍMERO MICOLÓGICO DESENVOLVIDO EM ESPAÇO VAZIO” RELATÓRIO DESCRITIVO

[001] Este é um Pedido de Patente (Não Provisório) e reivindica o benefício do Pedido de Patente Provisório 62/707.704, depositado em 14 de novembro de 2017.

[002] Esta invenção refere-se aos métodos para criar um biomaterial com maior homogeneidade, resistência e densidade em comparação com o biopolímero micológico descrito no Pedido de Patente US publicado 2015/0033620 (A).

[003] Conforme descrito no Pedido de Patente US 2015/0033620 (A) publicado, as condições ambientais para a obtenção do produto biopolímero micológico, ou seja, um alto teor de dióxido de carbono (C02) (de 5% a 7% em volume) e uma temperatura elevada (de 29,4°C a 35ºC), evitam a diferenciação completa do fungo em um cogumelo. Não há cepas, proteína ativadora catabólica (CAP) ou esporos produzidos. A temperatura elevada acelera a produção de tecidos. O produto biopolímero cresce no espaço vazio da ferramenta, preenchendo o espaço com um polímero de quitina-micélio indiferenciado, que é subsequentemente extraído do substrato e seco.

[004] Resumidamente, a invenção permite a produção de um material resistente e flexível que pode ser usado para substituir couro, materiais semelhantes a couro, têxteis e espumas de alta densidade e resistência em muitas aplicações, como estofamento, vestuário/moda, equipamento militar, equipamento esportivo e calçados.

[005] A invenção envolve o crescimento de um biopolímero micológico em condições de fluxo de ar direcionado, deposição de umidade e solutos, como minerais, na superfície do organismo em crescimento, crescimento por meio de uma matriz de não substrato de tela ou elevada e flutuação do perfil de umidade ao longo do crescimento para induzir material mais homogêneo e produzir uma variedade de densidades de material. O produto biopolímero micológico consiste inteiramente de micélio fúngico.

[006] Uma modalidade da invenção é a colocação do meio de crescimento inoculado contido usado para produzir biopolímero micológico dentro de um compartimento de crescimento equipado para fornecer um fluxo de ar direcionado através de pelo menos uma das superfícies do meio de crescimento.

[007] Nesta modalidade, o método de cultivo de um material biopolimérico compreende as etapas de fornecer uma pluralidade de recipientes, cada um dos quais define uma cavidade contendo um meio de crescimento composto de substrato nutritivo e um fungo; colocar os recipientes em uma câmara de incubação fechada; manter a câmara de incubação com um ambiente predeterminado de umidade, temperatura, dióxido de carbono e oxigênio suficientes para produzir um biopolímero de micélio, enquanto impede a diferenciação completa do referido fungo em um cogumelo; direcionar fluxos de ar contendo um alto teor de dióxido de carbono através da câmara de incubação para passagem pelo meio de crescimento em cada recipiente; e incubar o meio de crescimento em cada recipiente por um período de tempo suficiente para o fungo digerir o substrato nutritivo e produzir um biopolímero de micélio consistindo inteiramente de micélio fúngico em cada recipiente.

[008] Cada recipiente pode ser colocado dentro da câmara de incubação dentro de uma” caixa de fluxo de ar”, de modo que a altura do recipiente interaja com o fluxo de ar ou cada recipiente possa ser afundado na caixa de fluxo de ar, de modo que a área transversal total da caixa possa ser empregada.

[009] De acordo com a invenção, os fluxos de ar são direcionados para a câmara de incubação fechada lateralmente dos recipientes ou perpendicularmente aos recipientes.

[0010] Uma segunda modalidade da invenção emprega a deposição controlada de umidade e minerais em pelo menos uma das superfícies de crescimento para induzir homogeneidade com uma gama de densidades com base no volume de umidade e de deposição mineral.

[0011] Nesta modalidade, o método de cultivo de um material biopolimérico compreende as etapas de fornecer uma pluralidade de recipientes, cada um dos quais define uma cavidade contendo um meio de crescimento composto de substrato nutritivo e um fungo; colocar a pluralidade de recipientes em uma câmara de incubação fechada; manter a câmara de incubação com um ambiente predeterminado de umidade, temperatura, dióxido de carbono e oxigênio suficiente para produzir um biopolímero de micélio, enquanto impede a diferenciação completa do referido fungo em um cogumelo; distribuir uma névoa através da câmara de incubação para passagem sobre o meio de crescimento em cada recipiente; e incubar o meio de crescimento em cada recipiente por um período de tempo suficiente para produzir um biopolímero de micélio em cada recipiente.

[0012] De acordo com a invenção, a névoa inclui umidade e um soluto, como minerais.

[0013] Uma terceira modalidade da invenção envolve o crescimento de um biopolímero micológico através de uma matriz de não substrato de tela ou elevada que está em contato direto ou elevada acima da superfície de crescimento do substrato e cultivada em um recipiente sem o uso de uma tampa.

[0014] Uma quarta modalidade emprega a flutuação da porcentagem de umidade em períodos de crescimento durante toda a duração do ciclo, a fim de induzir um material de maior densidade com maior homogeneidade.

[0015] Uma quinta modalidade utiliza taxas de fluxo de ar específicas para atingir uma gama de densidades de micélio aéreo e desempenho mecânico.

[0016] Em todas as modalidades da invenção, o biopolímero micológico é cultivado a partir de um substrato nutritivo e cresce em um painel a uma densidade seca de 8,01 kg/m³ a 64,07 kg/m³. As condições ambientais localizadas, isto é, ar com alto teor de dióxido de carbono, deposição de umidade e temperatura, devem ser homogêneas, exceto para a modalidade que utiliza uma matriz de não substrato de tela ou elevada, a fim de alcançar um crescimento uniforme dentro de cada painel e em toda a câmara de crescimento maior.

[0017] Como descrito em mais detalhes no Pedido de Patente US 2015/0033620 (A) publicado, foi recrutado o uso de uma tampa para controlar as condições ambientais localizadas que influenciam o crescimento do biopolímero micológico.

[0018] De acordo com a invenção, sob fluxo de ar direcionado, a tampa do recipiente é removida e as condições ambientais localizadas são homogeneizadas via fluxo de ar. O uso do fluxo de ar permite o crescimento de toda a superfície do recipiente de crescimento e ajuda a melhorar a homogeneidade e uniformidade do tecido cultivado. Isso pode ser atribuído ao fluxo de ar, facilitando a liberação de umidade, água e solutos, como minerais, para o tecido em crescimento, eliminação de microambientes e/ou aumento da força mecânica. Existem muitas aplicações para têxteis e espuma biológicos que requerem maior volume de material homogêneo.

[0019] Os ambientes de crescimento utilizados na produção de cogumelos comestíveis, tanto o Agaricus quanto especialidades, atualmente empregam o uso de algum fluxo de ar não controlado através das câmaras de crescimento para aquecimento, resfriamento, gaseificação de dióxido de carbono produzido pelos cogumelos em crescimento ou introdução de oxigênio na câmara de crescimento. Isso difere da tecnologia de fluxo de ar empregada para impedir toda e qualquer diferenciação do fungo em um corpo de frutificação que produz um cogumelo comestível, proporcionando um ambiente uniforme para o crescimento do biopolímero micológico.

[0020] Além disso, o fluxo de ar no cultivo de cogumelos é direcionado à remoção de subprodutos metabólicos, como dióxido de carbono e outros voláteis, e é de natureza intermitente. O fluxo de ar empregado para crescer o biopolímero micológico é direcionado a fornecer uma homogeneização consistente do ambiente de incubação sem variações localizadas que possuam parâmetros suficientemente controlados (por exemplo, alto dióxido de carbono), de modo que o micélio não possa se diferenciar em um cogumelo. Além disso, a velocidade do fluxo de ar fornece uma força direcionada que modula a estrutura do micélio aéreo, afetando a densidade.

[0021] Enquanto os ambientes de crescimento utilizados na produção de cogumelos comestíveis podem empregar o fluxo de ar através das câmaras de crescimento, o fluxo de ar é indireto e parte de um sistema de recirculação para umidificação do ambiente. O fluxo de ar não é direcionado através da superfície do meio de crescimento, como é o caso de acordo com a invenção.

[0022] Esses e outros objetivos e vantagens se tornarão mais evidentes a partir da descrição detalhada a seguir, tirada com os desenhos anexos, em que: a FIG. 1A ilustra fotografias das superfícies superiores dos painéis cultivados em um ambiente direto de alto fluxo de ar com diferenciação mínima na morfologia do tecido de acordo com a invenção; a FIG. 1B ilustra fotografias das superfícies superiores dos painéis cultivados em um ambiente indireto de baixo fluxo de ar com tecido altamente diferenciado; a FIG. 1C ilustra fotografias das superfícies superiores dos painéis cultivados em um ambiente de fluxo de ar zero e resultando em tecido altamente diferenciado e crescimento aéreo reduzido; a FIG. 2 ilustra um gráfico de tratamento versus densidade de acordo com a invenção;

a FIG. 3A1 ilustra esquematicamente um sistema de fluxo de ar lateral de acordo com a invenção; a FIG. 3A2 ilustra uma vista em perspectiva de uma caixa de ar usada para a incubação de dois recipientes de acordo com a invenção; a FIG. 3B ilustra esquematicamente um sistema de fluxo de ar lateral modificado de acordo com a invenção; a FIG. 3C ilustra esquematicamente outro sistema de fluxo de ar lateral modificado de acordo com a invenção; a FIG. 4A ilustra esquematicamente um sistema de fluxo de ar perpendicular para a passagem de ar sobre a superfície do meio de crescimento de acordo com a invenção; a FIG. 4B ilustra uma fotografia da superfície superior de um painel cultivado no sistema da Figura 4A; a FIG. 4C ilustra esquematicamente os padrões de fluxo de ar sobre um meio de crescimento no sistema da Figura 4A; a FIG. 5A ilustra esquematicamente um sistema de distribuição de névoa de acordo com a invenção; e a FIG. 5B ilustra esquematicamente um sistema de fluxo de ar indireto para recirculação de ar umidificado que não está de acordo com a invenção.

[0023] Com referência à Figura 3A1, em uma primeira modalidade, o método de cultivo de um material de biopolímero emprega uma câmara de incubação fechada 10 tendo uma pluralidade de prateleiras 11 separadas espaçadas verticalmente e paredes frontais transparentes (não mostradas) para visualizar o interior da câmara 10.

[0024] Além disso, um sistema de fluxo de ar 12 é conectado à câmara 10 para direcionar os fluxos de ar lateralmente através da câmara 10, como indicado pelas setas 13 de um lado da câmara 10 para e através do lado oposto da câmara 10. Como ilustrado, o sistema de fluxo de ar 12 inclui um coletor M na parte superior da câmara 10 para distribuir o ar umidificado através do topo da câmara 10 descendo em forma de cascata pelas prateleiras 11 até ser recirculado no canto inferior direito para reumidificação.

[0025] Cada prateleira 11 da câmara 10 é dimensionada para receber uma caixa de ar B que contém dois recipientes 14, cada um dos quais contém um meio de crescimento 15 constituído por substrato nutritivo e um fungo.

[0026] Com referência à Figura 3A2, cada recipiente 14 está na forma de uma bandeja retangular com um topo aberto para definir uma cavidade de um tamanho de 29,21 cm polegadas por 47 cm com um lábio de 2,54 cm em torno de todo o recipiente que se estende externamente para fora da cavidade. Cada recipiente é colocado dentro da caixa de ar B.

[0027] Os recipientes 14 são construídos a partir de um material não reativo suficientemente rígido, como policarbonato, e o orifício do recipiente é tal que é emparelhado com o dispositivo de fluxo de ar para atingir as taxas de fluxo de ar desejadas. O comprimento do recipiente, juntamente com as taxas de fluxo de ar, dita a consistência desse fluxo, e o comprimento de entrada antes que o fluxo de ar atinja a parte crescente é transmitido para controlar a natureza laminar ou turva do fluxo. Os recipientes podem incluir rampas, carenagens, como aerofólios ou defletores, para auxiliar na homogeneização do fluxo.

[0028] A caixa de ar B é de forma retangular que recebe as bandejas de crescimento 14 e tem um lado aberto 16 em uma face de extremidade e um orifício menor 17 em uma face de extremidade oposta.

[0029] O sistema de fluxo de ar 12 inclui um ventilador 12’ situado no orifício 17 de cada caixa de ar B para puxar o ar sobre o meio de crescimento 15 nos recipientes 14 e na parte crescente como indicado pelas setas horizontais. O orifício é coberto pelo ventilador para garantir que todo o ar se mova através do ventilador. Alternativamente, o ventilador 12' pode ser posicionado no lado aberto 16 da caixa de ar B para empurrar o ar sobre o meio de crescimento 15.

[0030] Como indicado, o ar umidificado que desce em cascata do coletor M passa para dentro e através de cada caixa de ar B através dos orifícios 16, 17.

[0031] Especificamente, o meio de crescimento 15 compreende: Entrada de materiais Quantidade aproximada de materiais Substrato selado ensacado: Palha de milho 6.000 g Sementes de Papoula 1440g Maltodextrina 256 g Sulfato de cálcio 80 g Água municipal 16.000 g Inoculante: ID de cepa Ecovativa 2880 g 045-08-003 prole

[0032] Durante o método de cultivo de um material biopolimérico, a câmara de incubação 10 é mantida com um ambiente predeterminado de umidade, temperatura, dióxido de carbono e oxigênio.

Especificamente, a câmara 10 é mantida a 99% de umidade relativa (UR), 5% de C02 e a uma temperatura flutuante de 29,4ºC a 32,2ºC durante a etapa de incubação.

[0033] A câmara de incubação 10, isto é, compartimento de crescimento, pode ser aberta em uma extremidade e na outra pode ser equipada com ventiladores ou aparelhos para mover o ar sobre os recipientes 14 em uma direção lateral, conforme indicado pelas setas 13, puxando ou empurrando o ar em velocidades que variam de 5 CFM a 10.000 CFM de forma constante ou pulsante. A câmara de incubação 10 pode estar dentro de uma câmara de incubação maior (não mostrada) que é capaz de manter as condições ambientais, incluindo umidade, temperatura, dióxido de carbono e oxigênio.

[0034] A forma e a construção da câmara de incubação 10 podem ser especialmente criadas para auxiliar no direcionamento do fluxo de ar e nas características laminar ou turvação do fluxo de ar.

Etapas do processo (vide a Figura 3A1) Fluxo de ar lateral direcionado

1. O meio de crescimento nutritivo e o inócuo do organismo 15 são embalados em recipientes 14, como descrito na US 20150033620 A, com a exceção de que esses recipientes 14 não são equipados com tampas.

2. Estes recipientes 14 são colocados dentro de caixas de ar B nas prateleiras 11 da câmara de incubação fechada 10.

3. Direcionar fluxos de ar através do sistema de fluxo de ar 12 através da câmara de incubação 10 para passagem lateralmente sobre o meio de crescimento 15 em cada recipiente 14, como indicado pelas setas 13.

4. Incubar o meio de crescimento 15 em cada recipiente 14 por um período de tempo suficiente para produzir um painel P de biopolímero de micélio em cada recipiente 14, por exemplo, os painéis podem ser cultivados por 4 a 14 dias dentro da câmara de incubação 10.

[0035] Os fluxos de ar são gerados por ventiladores equipados para a câmara de incubação 10 e são direcionados sobre os recipientes 14 e de volta para o maior espaço de incubação.

[0036] Com referência à Figura 1A, um par de painéis 17 produzidos de acordo com o método acima consiste inteiramente em micélio fúngico e mostra diferenciação mínima na morfologia do tecido.

[0037] Taxas de fluxo de ar de 100 pés cúbicos por minuto a uma RH constante de > 99% resultaram em tecido com uma densidade seca de 1,98 pcf e uma resistência à tração de 17,5 psi. Esses painéis ofereceram um alto grau de consistência.

[0038] As taxas de fluxo de ar de 2,832 m³/min. a 4,95 m³/min. e a umidade relativa caem para 96% por um período de 48 horas, resultando em tecido com uma densidade seca de 1,45 pcf e uma resistência à tração de 13,6 psi. Esses painéis crescidos resultaram em um alto grau de consistência.

[0039] As velocidades de fluxo de ar de 8,49 m³/min a 9,91 m³/min. e a uma RH constante> 99% resultaram em tecido com uma densidade seca de 3,32 pcf e uma resistência à tração de 31,2 psi.

[0040] Referindo a Figura 1B, pares de painéis produzidos em condições sem fluxo de ar direcionado foram caracterizados como tendo tecido altamente diferenciado.

[0041] Com referência à Figura 1C, pares de painéis cultivados em um ambiente de fluxo de ar zero foram caracterizados por terem tecido altamente diferenciado e crescimento aéreo reduzido;

[0042] Referindo-nos à Figura 3B, em que caracteres de referência semelhantes indicam peças semelhantes como acima, a câmara de incubação 10 pode ser construída com prateleiras 11 (ou racks)

espaçadas verticalmente e pode ser encerrada por folhas (não mostradas) para cooperação com recipientes 14 de comprimento estendido, tal que cada prateleira 11 receba uma caixa de ar B com apenas um único recipiente 14.

[0043] Além disso, a câmara de incubação 10 é equipada com um sistema de fluxo de ar lateral 12' com ventiladores instalados na câmara 10' para direcionar o fluxo de ar do ambiente de incubação através das caixas de ar B e sobre os recipientes 14 e de volta para o maior espaço de incubação, conforme indicado pelas setas 18.

[0044] Referindo-se à Figura 3C, em que caracteres de referência semelhantes indicam partes iguais como acima, a câmara de incubação 10' pode ter prateleiras abertas 11 nas quais os recipientes 14 com meio de crescimento 15 são colocados sem o uso de caixas de ar. Além disso, a câmara de incubação 10' é equipada com um sistema de fluxo de ar lateral com ventiladores (não mostrados) localizados no lado direito, como visto, da câmara 10' para puxar o ar que flui através e para fora da câmara 10' enquanto passando lateralmente sobre os recipientes 14.

[0045] Referindo-nos à Figura 4A, em que caracteres de referência semelhantes indicam partes semelhantes como acima, o crescimento do biopolímero micológico pode ser efetuado passando os fluxos de ar perpendicularmente aos recipientes 14.

[0046] Por exemplo, a câmara de incubação fechada 10” pode ser construída com um ou mais dispositivos de fluxo de ar (não mostrados) posicionados acima do meio nutritivo 15 para empurrar ou puxar o ar condicionado sobre o micélio em crescimento. O dispositivo de fluxo de ar 12 como na Figura 3A1 é mantido estático a uma altura desejada acima do recipiente de crescimento 14' ou modulado em atuadores lineares (não mostrados) durante o curso do crescimento.

[0047] Como ilustrado, dois recipientes 14' estão posicionados em cada prateleira 11 dentro da câmara de incubação 10” e cada recipiente 14' é fornecido com espaçadores verticais 18 que espaçam uma cobertura 19 (teto) de um recipiente 14’. Os espaçadores verticais 18 são fabricados a partir de uma substância não reativa, como cloreto de polivinila (PVC), e são suficientemente rígidos para resistir às forças do dispositivo de fluxo de ar.

[0048] A câmara de incubação 10” pode ser aberta em uma extremidade e na outra, pode ser equipada com ventiladores ou aparelhos para mover o ar sobre os recipientes 14' em uma direção perpendicular à superfície de crescimento, conforme indicado pelas setas 13”, puxando ou empurrando o ar em velocidades que variam de 5 CFM a 10.000 CFM de forma constante ou pulsante.

[0049] A câmara de incubação 10” pode estar dentro de uma câmara de incubação maior (não mostrada) que é capaz de manter as condições ambientais, incluindo umidade, temperatura, dióxido de carbono e oxigênio.

[0050] Com referência à Figura 4B, um painel de biopolímero micológico produzido na câmara de incubação 10” pode ser caracterizado por ter uma concentração de micélio abaixo do dispositivo de fluxo de ar à medida que o ar foi puxado sobre a superfície de crescimento, como indicado na Figura 4C, em oposição à parte crescente na Figura 1A. Como indicado na Figura 4B, onde o dispositivo de fluxo de ar puxava o ar para cima de uma região central do meio de crescimento, o micélio em crescimento foi concentrado na região central do painel.

Fluxo de ar perpendicular direcionado (vide Figura 4A)

1. O meio de crescimento nutritivo e o inócuo do organismo são embalados em recipientes, conforme descrito na US 20150033620 A, com a exceção de que esses recipientes não são equipados com tampas.

2. Estes recipientes 14” são colocados dentro da câmara de incubação fechada 10”.

3. Direcionamento dos fluxos de ar através do sistema de fluxo de ar 12 através da câmara de incubação 10” para passagem perpendicular ao meio de crescimento em cada recipiente 14”, conforme indicado pelas setas 13”.

4. A forma e o design do gabinete de crescimento podem ser especialmente criados para auxiliar na orientação do fluxo e nas características laminares ou de turvação do ar.

5. Incubação do meio de crescimento 15 em cada recipiente 14” por um período de tempo suficiente para produzir um painel de biopolímero de micélio em cada recipiente 14”, por exemplo, os painéis podem ser cultivados por 4 a 14 dias dentro da câmara de incubação 10”.

6. O movimento do ar pode ser usado para moldar e estruturar o material em formas e padrões particulares durante o crescimento para um produto final modelado usando o fluxo de ar.

[0051] Na Etapa 6 acima, a velocidade do fluxo de ar horizontal puxado (> 175 cfm) cria um padrão denso e recortado. O fluxo de ar vertical cria estruturas abaixo do dispositivo de fluxo de ar, apresentando uma morfologia que parifica o fluxo de ar (puxado para cima como uma estalagmite). O ato de empurrar cria padrões de ondas opostos ao fluxo de ar (160 CFM). A proximidade com o dispositivo de fluxo de ar e o padrão de fluxo de ar gera padrões de tecido que imitam o fluxo.

[0052] Com referência à Figura 2, como ilustrado graficamente, verificou-se que o teor de umidade e soluto do meio de crescimento se relacionam diretamente à densidade do material que está sendo cultivado. Quanto maior o teor de umidade, menor a densidade do material cultivado, uma tendência que foi demonstrada em uma variedade de tipos de substrato.

[0053] A Figura 2 mostra três outras variedades de substrato em comparação com o material da palha de milho com 4 teores de umidade diferentes. Isso resultou em variações na densidade do produto final, que aumentou o teor de umidade, resultando em tecido de menor densidade.

[0054] Tukey Kramer é um teste de comparação médio (ponderado) que determina a diferença significativa entre os testes. O 0,05 é o intervalo de confiança, portanto, existe uma confiança de 95% no relacionamento entre os dados.

[0055] A capacidade das células fúngicas de preencher o espaço vazio depende da água e dos solutos disponíveis para o organismo durante o crescimento. Quanto mais água disponível, mais agressivamente o organismo pode se expandir, causando a queda da densidade do material.

[0056] Por conseguinte, referindo-se à Figura 5A, em que caracteres de referência semelhantes indicam partes iguais como acima, uma câmara de incubação fechada 20 é equipada com um sistema de distribuição de névoa 21, de modo que a umidade e os solutos possam ser aplicados ao tecido em crescimento através de várias passagens com o objetivo de produzir uma variedade de densidades de material no biopolímero micológico produzido.

[0057] Como ilustrado, a câmara de incubação 20 tem uma pluralidade de prateleiras separadas espaçadas verticalmente 21 e paredes frontais transparentes (não mostradas) para visualizar o interior da câmara 20. A câmara de incubação 20 é dimensionada para receber uma pluralidade de recipientes 14, cada um cheio com um meio de crescimento 15.

[0058] Como acima, a câmara de incubação 20 pode ser colocada dentro de câmaras de incubação maiores que são capazes de manter condições ambientais uniformes, incluindo umidade, temperatura, dióxido de carbono e oxigênio.

[0059] O sistema de distribuição de névoa 21 está posicionado para fornecer umidade e solutos, como minerais, para o topo do tecido em crescimento em cada recipiente 14 e também pode ser usado para controlar a densidade do material e regular a homogeneidade do material. Este material é composto por hifas aéreas que crescem e saem de um espaço nutritivo para um ambiente não nutritivo. Para controlar o crescimento em um ambiente como esse, o organismo emprega o uso da pressão do turgor para regular a extensão das hifas no ápice, ou ponta hifal. Assim, a regulação da quantidade, distribuição e/ou tamanho de gota da umidade disponível e dos solutos depositados na superfície superior do material em crescimento pode controlar o gradiente osmótico criado dentro das hifas e, posteriormente, sua taxa de crescimento e padrão de colonização.

[0060] Solutos são qualquer agente que possa causar um potencial osmótico. RO (osmose reversa) ou água destilada estão livres desses agentes. Outros solutos podem incluir proteínas, carboidratos, polímeros e minerais.

[0061] Um soluto é um material que induz um potencial osmótico dentro de uma solução. Um soluto pode ser um mineral, um carboidrato, uma proteína ou lipídeo. As concentrações de um soluto em um lado de uma membrana, como uma membrana celular e/ou parede, conduzirão um potencial através da membrana se a solução no lado oposto da membrana tiver uma menor concentração do soluto.

[0062] A umidade e a deposição de soluto podem ser empregadas para atingir densidades específicas do material e aumentar a homogeneidade do material.

[0063] A umidade e os solutos podem ser distribuídos pela superfície crescente do meio de crescimento usando um banho maria equipado com um” disco umidificador” que atomiza a água em vapor ou névoa. Um “disco umidificador” é um umidificador ultrassônico que produz gotículas de baixa qualidade e alto conteúdo líquido, com uma faixa de tamanho de 5 a 22 mícra. A gota de água líquida, em oposição ao vapor, é importante, pois pode transportar um soluto. O mesmo vale para sprays ou borbulhadores, mas não pode ser alcançado com o vapor. O vapor pode ser usado para regular a umidade, mas não como substituto da água que transporta os solutos.

[0064] Essa névoa pode ser distribuída pela superfície do meio de crescimento usando o fluxo de ar indireto de um ventilador ou aparelho similar ou por um bico de pulverização que pode ser equipado com ar comprimido ou outros meios para expulsar a umidade do bico e direcionar para a superfície em crescimento dos meios de crescimento.

[0065] A quantidade de umidade e minerais, a distribuição e o tamanho das gotículas podem ser regulados para produzir um biopolímero de micélio homogêneo de densidades variadas.

[0066] A flutuação da porcentagem de umidade durante o ciclo de crescimento pode ser empregada como um método para aumentar a densidade e a homogeneidade do material. No método descrito no documento US 2015/0033620 A publicado, a umidade foi mantida estática durante toda a duração do ciclo de crescimento para alcançar o crescimento do material. Alterando-se esse paradigma e flutuando a umidade da câmara de crescimento em estágios específicos durante o ciclo de crescimento, a densidade e a homogeneidade podem ser aumentadas.

[0067] Um ambiente úmido é geralmente necessário para que os fungos cresçam agressivamente. Quando um ambiente dessecante é encontrado, muitas espécies de fungos desenvolveram métodos para se proteger contra a perda de umidade. Para hifas aéreas, é necessário um ambiente localizado de alta umidade para permitir a expansão contínua e evitar o colapso das hifas em direção à superfície em crescimento. A flutuação da umidade na câmara de crescimento pode ser usada para desencadear respostas fisiológicas do organismo a um ambiente dessecante, bem como manipular o crescimento da hifa aérea, a fim de alcançar as características desejadas do material.

[0068] Um projeto de sistema que permite a deposição controlada de névoa no material em crescimento sem o uso de fluxo de ar foi prototipado e testado utilizando a câmara de incubação da Figura 5A. Esse protótipo do sistema de nebulização distribuiu uniformemente um volume equivalente de névoa no material em crescimento como um sistema de controle de alto fluxo de ar. O sistema de nebulização usou um bico atomizador alimentado por sifão SF1010SS, ou “atomizador” para expelir um spray em forma de leque de gotículas de água fina, equivalente em tamanho à tecnologia de controle MycoFlex ™, conforme empregado nos métodos descritos na US 2015/0033620, na superfície de crescimento das partes experimentais sem o uso de fluxo de ar direto.

[0069] O sistema de nebulização do atomizador foi configurado com o bico posicionado a 67,31 cm da parede da incubadora para o lado direito da superfície de crescimento alvo. O bico foi afixado em um ângulo de 45 graus na prateleira 11, acima do recipiente alvo 14 e girado em 90 graus, resultando em um padrão de pulverização em forma de leque orientado verticalmente. O volume total alvo de umidade de 0,28 microsiemens por centímetro (uS/cm) por minuto mais/menos sete microsiemens por centímetro (uS/cm), bem como o desvio-alvo na umidade através da superfície do painel de 0,00014 g/min. foi alcançado usando um paradigma de nebulização de 2,4% de nebulização no período de 1 minuto. O volume alvo se baseou nos valores de TDS coletados para o sistema de incubações diretas e com alto fluxo de ar da Figura 3A1.

[0070] Este sistema de nebulização com atomizador foi testado com biomassa para avaliar o impacto da deposição de umidade independente do fluxo de ar. Sete partes foram carregadas em uma incubadora de laboratório equipada com o sistema de nebulização do atomizador sem fluxo de ar (Figura 5A).

[0071] A umidificação deste sistema foi alcançada pela entrada de umidade no sistema via atomizador.

[0072] Duas incubadoras de controle foram operadas simultaneamente usando o sistema de umidificação de biopolímero padrão e as condições ambientais. Uma incubadora de controle foi montada usando o sistema de caixa de fluxo de ar direto alto padrão e o sistema de recirculação por umidificação (Figura 3A1), enquanto o outro estava equipado apenas com o baixo fluxo de ar indireto usado para a recirculação do ar umidificado (Figura 5B) Todas as três incubadoras foram ajustadas para condições ambientais de biopolímeros padrão de 99% RH, 5% C02 e temperatura flutuante de 29,4-32,3ºC por nove dias de crescimento.

[0073] O fluxo de ar direto e alto resultou em maior homogenei- dade de crescimento dentro dos painéis em toda a incubadora e permitiu a produção dos painéis da Figura 1A com diferenciação mínima na morfologia do tecido.

[0074] A incubadora de fluxo de ar zero equipada com o sistema de nebulização do atomizador resultou em painéis altamente diferenciados com um baixo volume de crescimento vertical (Figura 1C) Um painel desenvolvido por esta técnica pode ser caracterizado por possuir” bulbos” ou feixes de fibras de micélio de 0,25 cm a 2,54 de diâmetro e por ter regiões densas separadas predominantemente sem tecido conjuntivo.

[0075] A incubadora de fluxo de ar baixo e indireto também resultou em material altamente diferenciado e menor crescimento aéreo; no entanto, o volume de crescimento vertical foi aumentado (Figura 1 B) Um painel desenvolvido por esta técnica pode ser caracterizado por possuir “bulbos” ou feixes de fibras de micélio iguais ou superiores a 1,52 cm, por exemplo, de 1,52 a 10,16 cm de diâmetro. Em comparação, os “bulbos” de fibras de micélio no painel da Figura 1C são inferiores a 1,52 cm.

[0076] Além disso, o painel da Figura 1B é caracterizado pelo fato do tecido conjuntivo ser menor e resultar em uma estética homogênea, porém em desempenho heterogêneo. Isso significa que, embora a superfície pareça lisa, o desempenho mecânico pode variar na seção da peça.

[0077] O ambiente de alto crescimento do fluxo de ar direto resultou em painéis significativamente mais homogêneos, com diferenciação mínima em todos os painéis (Figura 1A).

Etapas do processo Umidade e deposição mineral na superfície do material durante o crescimento

1. O meio de crescimento nutritivo e o inócuo do organismo foram embalados em recipientes 14, como descrito no documento US 20150033620 A, com a exceção de que esses recipientes 14 não foram equipados com tampas.

2. Estes recipientes 14 foram colocados dentro da câmara de incubação 10 mantidos em condições ambientais pré- determinadas, incluindo umidade, temperatura, dióxido de carbono e oxigênio.

3. Umidade e minerais foram distribuídos através da superfície crescente da média nos recipientes usando um banho maria equipado com um disco umidificador que atomiza a água em vapor ou névoa.

4. Os painéis foram cultivados por 4 a 14 dias dentro da câmara de incubação 10.

Regulação da umidade e minerais no substrato para controlar a densidade do tecido

[0078] Foram realizados testes para determinar o efeito da regulação da umidade e dos minerais dentro de um substrato (meio de crescimento) antes da incubação em uma câmara de incubação fechada com relação à densidade de um painel produzido de biopolímero micológico.

[0079] Um teste usou as seguintes etapas:

1. O meio de crescimento nutritivo e o inócuo do organismo foram embalados em recipientes 14, como descrito no documento US 20150033620 A, com a exceção de que esses recipientes 14 não são equipados com tampas.

2. Umidade e minerais foram distribuídos no meio de crescimento para obter uma umidade especificada entre 20-95% de umidade.

3. Incubação do meio de crescimento 15 em cada recipiente 14 por um período de tempo suficiente para produzir um painel de biopolímero de micélio em cada recipiente 14, os painéis foram cultivados por 4 a 14 dias dentro da câmara de incubação 10.

[0080] O resultado do teste foi que a quantidade de umidade e minerais dentro do meio de crescimento antes da colocação na câmara de incubação pode ser regulada para produzir um painel homogêneo de biopolímero micológico de densidade desejada. Note-se que o teor de umidade de 65% no substrato da palha de milho resultou em densidades de 1,7 pcf e o teor de umidade de 55% resultou em densidades de 2,7 pcf.

[0081] Em outra modalidade, o biopolímero micológico pode ser cultivado através de uma matriz de não substrato de tela ou elevada. Nesta modalidade, a matriz de não substrato de tela ou elevada é de natureza orgânica ou inorgânica e oferece porosidade suficiente para que o micélio possa se infiltrar no material. A matriz de não substrato de tela ou elevada é posicionada sobre ou acima do substrato nutritivo e todo o conjunto é incubado em uma das configurações acima. O material de tela ou elevado serve como reforço ao micélio, um meio de orientar e direcionar o crescimento do tecido, um método para remover consistentemente o tecido cultivado do substrato nutritivo ou uma combinação dos mesmos.

[0082] Em uma quarta modalidade, a flutuação da porcentagem de umidade em períodos de crescimento ao longo da duração do ciclo é empregada para induzir um material de maior densidade com maior homogeneidade. Nesta modalidade, a umidade relativa é mantida em uma alta porcentagem durante o período de indução aérea de micélio, que pode começar entre o dia 0 e 5 de crescimento. Uma vez induzida, a umidade é reduzida para menos de 98% por um período de 4 a 72 horas para induzir uma densificação do tecido apical. A umidade pode ser novamente elevada para induzir um crescimento diferenciado recentemente para fornecer uma faixa de densidade, morfologia do tecido e orientação através da seção transversal do produto. Isso pode ser repetido quantas vezes for necessário para reunir as variações desejadas no desempenho através da espuma micológica.

[0083] Em uma quinta forma de realização, são utilizadas taxas de fluxo de ar específicas para atingir uma gama de densidades de micélio aéreo e desempenhos mecânicos. Nesta modalidade, o fluxo de ar pode ser definido a uma taxa constante, de modo que a velocidade do fluxo de ar seja passivamente modulada no crescimento do tecido, ou a taxa possa ser ajustada durante o curso da incubação para fornecer uma taxa constante sobre o tecido em crescimento. Taxas de fluxo de ar mais altas demonstraram a produção de tecidos mais densos, enquanto taxas de fluxo de ar mais baixas resultam em uma elevação mais alto de tecido que é menos denso quando seco.

Claims (13)

REIVINDICAÇÕES

1. Método Para Cultivar Material Biopolimérico, caracterizado por que compreende as etapas de: fornecer uma pluralidade de recipientes, cada um dos referidos recipientes definindo uma cavidade contendo um meio de crescimento constituído por substrato nutritivo e um fungo; colocar a referida pluralidade de recipientes em uma câmara de incubação fechada; manter a referida câmara de incubação fechada com um ambiente predeterminado de umidade, temperatura, dióxido de carbono e oxigênio suficiente para produzir um biopolímero de micélio, enquanto impede a diferenciação completa do referido fungo em um cogumelo; direcionar fluxos de ar contendo um alto teor de dióxido de carbono através da referida câmara de incubação para passagem sobre o meio de crescimento em cada referido recipiente; e incubar o meio de crescimento em cada recipiente por um período de tempo suficiente para o referido fungo digerir o substrato nutritivo e produzir um biopolímero de micélio consistindo inteiramente de micélio fúngico em cada recipiente.

2. Método Para Cultivar Material Biopolimérico, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que os referidos fluxos de ar são direcionados para a referida câmara de incubação fechada lateralmente a partir dos referidos recipientes.

3. Método Para Cultivar Material Biopolimérico, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que os referidos fluxos de ar são direcionados para a referida câmara de incubação fechada perpendicularmente aos referidos recipientes.

4. Método Para Cultivar Material Biopolimérico, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que a referida pluralidade de recipientes é empilhada dentro da referida câmara de incubação em uma pluralidade de fileiras espaçadas verticalmente.

5. Método Para Cultivar Material Biopolimérico, de acordo com a Reivindicação 4, caracterizado por que o referido ambiente é mantido a 99% de umidade relativa (UR), 5% de C02 e a uma temperatura flutuante de 29,4 a 32,2ºC durante a referida etapa de incubação.

6. Método Para Cultivar Material Biopolimérico, de acordo com a Reivindicação 5, caracterizado por que os referidos fluxos de ar são direcionados para a referida câmara de incubação fechada lateralmente a partir dos referidos recipientes.

7. Método Para Cultivar Material Biopolimérico, de acordo com a Reivindicação 5, caracterizado por que os referidos fluxos de ar são direcionados para a referida câmara de incubação fechada perpendicularmente aos referidos recipientes.

8. Método Para Cultivar Material Biopolimérico, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que os referidos fluxos de ar são pulsados durante a referida etapa de incubação.

9. Método Para Cultivar Material Biopolimérico, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que os referidos fluxos de ar contêm um teor de dióxido de carbono de pelo menos 5% a 7% em volume.

10. Método Para Cultivar Material Biopolimérico, caracterizado por que compreende as etapas de: fornecer uma pluralidade de recipientes, cada um dos referidos recipientes definindo uma cavidade contendo um meio de crescimento constituído por substrato nutritivo e um fungo; colocar a referida pluralidade de recipientes em uma câmara de incubação fechada; manter a referida câmara de incubação fechada com um ambiente predeterminado de umidade, temperatura, dióxido de carbono e oxigênio; distribuir uma névoa através da referida câmara de incubação para passagem através do meio de crescimento em cada referido recipiente; e incubar o meio de crescimento em cada recipiente por um período de tempo suficiente para o referido fungo digerir o substrato nutritivo e produzir um biopolímero de micélio consistindo inteiramente no micélio fúngico sem variação morfológica substancial em cada dito recipiente.

11. Método Para Cultivar Material Biopolimérico, de acordo com a Reivindicação 10, caracterizado por que a referida névoa inclui umidade e um soluto.

12. Método Para Cultivar Material Biopolimérico, de acordo com a Reivindicação 10, caracterizado por que o referido soluto é um mineral.

13. Método Para Cultivar Material Biopolimérico, de acordo com a Reivindicação 10, caracterizado por que a hifa aérea cresce a partir de cada recipiente referido durante a referida etapa de incubação e a referida névoa é distribuída em quantidades reguladas e/ou distribuição de soluto sobre uma superfície superior da referida hifa aérea para atingir uma densidade de material predeterminada e homogeneidade do material.

Petição 870200058851, de 12/05/2020, pág. 70/80 Densidade canola canola canola milho NY milho NY tratamento milho NY trigo trigo trigo todos os pares Turkey-Kramer