菌丝体：真菌如何将农业废料转化为先进材料

以稻草、锯末、纸板和咖啡渣为食，根状菌丝网络将碎屑编织成轻质泡沫、板材和织物，这些材料正开始挑战传统材料的地位。

什么是菌丝体？

菌丝体是丝状真菌的营养体。它由致密的三维网络构成，这些网络由称为菌丝的微小管状结构组成，这些菌丝分支、融合并交织在有机基质中。随着菌丝的生长，它们会分泌纤维素酶和木质素酶等酶，将包括纤维素和木质素在内的复杂生物聚合物分解成更小、更简单的营养物质。

这种化学消化和物理定殖相结合的方式赋予菌丝体两个关键功能。从生物学角度来看，它使真菌能够吸收养分并最终形成蘑菇；从物质角度来看，它起到天然的、自组装粘合剂的作用。

随着菌丝分枝，它们包裹并粘合废物颗粒，将松散的纤维转化为具有凝聚力的生物复合材料。在显微镜下，这些复合材料呈现出纤维状基质^，其中木质纤维素颗粒嵌入连续的真菌网络中。

将农业废弃物转化为原料

菌丝体材料通常由丰富、廉价且常被视为废弃物的有机基质形成。研究表明，锯末、纸板和废纸、椰壳纤维（椰糠）、干草以及咖啡渣、咖啡壳、大麻粉尘和谷物副产品等农工废料均可作为菌丝体生长的基质。

在一项以包装为导向的研究中，研究人员报告了包括纸板、纸张、锯末、椰糠和干草在内的基质，这些基质在接种平菇（Pleurotus ostreatus）或灵芝（Ganoderma lucidum）孢子之前被切碎、浸泡和消毒。

然后将混合物装入模具，并在25至30℃下培养约两周，在此期间菌丝体在基质上定植，并在表面形成一层致密的白色菌膜。最后，将复合材料在50℃下干燥，以终止菌丝生长并使材料稳定。

DG Barta等人开展了一项平行研究，旨在开发声学面板。他们使用了一种由废弃咖啡渣、咖啡壳、干草秸秆、麻粉和谷物混合物（约占复合材料质量的90%）与10%灵芝孢子混合而成的材料。将该混合物压入100 × 100 mm的模具中，在约24 °C下分几个生长阶段进行培养，以确保均匀定植，最后在60至70 °C下干燥。

这两种工艺都是低温低压的，与生产膨胀聚苯乙烯（EPS）、膨胀聚乙烯（EPE）泡沫和合成树脂的高能石油化工路线形成鲜明对比。

从生物材料到轻质泡沫

干燥后，这些菌丝复合材料可以像轻质泡沫或纤维板一样发挥作用，其性能可以通过选择合适的真菌种类和基质进行调节。

在包装领域的研究中，利用灵芝生长的纸板基复合材料的抗压强度达到了约2.49 MPa，比EPS（≈0.28 MPa）和EPE（≈0.07 MPa）高出一个数量级。

在设计用于包装和建筑的菌丝体材料时，与水分相关的特性是一个重要因素。吸水率测试表明，基质的选择和菌丝密度决定了复合材料吸收水分的速度。

同时，水接触角测量结果表明，许多配方具有疏水性，接触角超过 90°，在某些情况下甚至超过了 EPS 的接触角。这种疏水性归因于覆盖在气生菌丝体表面的疏水蛋白。

最重要的是，这些材料是真正可生物降解的。当埋入土壤中时，菌丝复合材料可在六周内损失高达 80% 的质量，这与石油泡沫形成鲜明对比，后者可存在数百年之久，并很容易分解成微塑料。

替代塑料泡沫和包装

鉴于菌丝体生物复合材料具有低密度、隔热和可控吸水等一系列特性，它们是替代塑料泡沫用于二次包装的理想选择。

实验研究直接将它们与EPS和EPE的压缩性能进行了比较。一项研究表明，通过适当的基质和真菌组合，菌丝体的刚度可以达到甚至超过泡沫材料，同时提供类似的减震性能。

工业界已经开始探索这种转变：菌丝包装已被用于保护电子产品和食品。一些大型电脑制造商也已采用这种包装来运输笔记本电脑，这表明该技术能够满足实际物流需求。

由于这种材料是在模具中培育的，因此可以根据特定产品进行定制，就像定制的EPS内衬一样。但与被丢弃后直接送往垃圾填埋场不同，它可以进行堆肥处理。

菌丝体可以替代塑料包装吗？

同样的生长原理可以推广到方盒和角块之外的更多应用领域。一项使用咖啡基基材的声学研究制备了厚度为25-30毫米的面板，并使用阻抗管测量了其在50至3150赫兹频率范围内的吸声性能。

利用灵芝生长的复合材料在低频（<700 Hz）下表现出特别强的吸音性能，而低频范围历来是薄材料难以实现的。这种面板可用于办公室、餐厅、工作室或车辆的内衬，既能有效控制噪音，又能营造出直观的生物基美感。

Elsacker等人的另一项研究强调了菌丝体在隔热、建筑构件和夹芯板芯材方面的应用前景，其中菌丝体可作为结构性且可降解的芯材，并与更坚固的饰面相结合。这与目前更广泛的趋势相符，即使用菌丝体砖、块和板来建造低承重墙和室内装饰材料。

在时尚界，人们正在开发一种新型材料——由菌丝体生长而成的致密片状材料，作为动物皮革和合成PU皮革的替代品。这种“蘑菇皮革”可以通过工程设计，定制其厚度、纹理和柔韧性，为设计师提供了一种无需石油化学涂层即可制作纯素、可生物降解配饰的途径。

环境效益与挑战

菌丝体材料的环境效益主要体现在三个方面，但仍面临挑战。菌丝体复合材料可以将锯末、稻草、椰壳纤维、干草、碎纸和咖啡渣等废弃物转化为有用的产品，减少露天焚烧、空气污染和垃圾填埋场的压力，同时从农业副产品中创造价值。

这种真菌生物质可再生，在适中的温度和常压下即可生长，与许多传统塑料和泡沫相比，其生产能耗更低，碳足迹更小。菌丝体产品在其生命周期结束后可进行堆肥处理，能够安全地将碳和养分归还土壤，而不是造成持久性塑料垃圾。

然而，要实现这些材料的规模化生产，需要持续控制基材质量和生长条件，以获得可靠的机械性能，并提高其耐水性，从而满足严苛的建筑应用需求。

即使针对一次性塑料的法规和人们对低碳材料的兴趣为更广泛地采用这些材料创造了有利条件，但满足消防安全、卫生和结构标准，以及建立具有成本效益的废物收集和处理供应链，仍然是主要障碍。

从废弃物到未来材料

从这个角度来看，菌丝体不是一种小众的奇特事物，而是一个多功能的制造平台，可以利用切碎的稻草、纸板和咖啡渣等简单的原料，培育出保护泡沫、吸音板、隔热材料，甚至是皮革状的薄片。

从菌丝结构研究到与EPS和EPE等传统泡沫材料的比较，新兴研究表明，这些生物基材料既能满足实际性能需求，又能实现废物循环利用。

随着基质、真菌菌株和加工方法的不断改进，菌丝体正从实验性包装走向主流产品设计和建筑，预示着未来新材料将从农业废料中生长出来，而不是从化石碳氢化合物中生长出来。

参考文献和延伸研究

SDE团队利用菌丝体替代塑料，实现可持续包装。https : //www.digicomply.com/blog/utilizing-mycelium-to-replace-plastics-for-sustainable-packaging
Vandelook, S.; Elsacker, E.; Van Wylick, A.; De Laet, L.; Peeters, E., 纯菌丝材料的现状与未来展望。真菌生物学与生物技术 2021, 8, 20。
Biby, SR; Surendran, V.; Kundanati, L., 农业和造纸废料中的菌丝体生物复合材料：塑料泡沫基二次包装的可持续替代品。生物资源技术报告 2025, 102177。
Barta, DG; Simion, I.; Tiuc, AE; Vasile, O.,菌丝体基复合材料作为废物管理和循环经济的可持续解决方案。Materials（瑞士巴塞尔）2024, 17。
Sivaprasad, S.; Byju, SK; Prajith, C.; Shaju, J.; Rejeesh, C., Development of a Novel Mycelium Bio-Composite Material to Substitute for Polystyrene in Packaging Applications. Materials Today: Proceedings 2021, 47, 5038-5044.
Lee, T.; Choi, J., 用于大气颗粒物吸附的菌丝复合板。Results in Materials 2021, 11, 100208。
Elsacker, E.; Vandelook, S.; Van Wylick, A.; Ruytinx, J.; De Laet, L.; Peeters, E., 菌丝基木质纤维素复合材料生产的综合框架。总体环境科学 2020, 725, 138431。
Kniep, J.; Graupner, N.; Reimer, JJ; Müssig, J., 基于菌丝体的仿生复合结构作为一种可持续的皮革替代品。Materials Today Communications 2024, 39, 109100。
Ghazvinian, A.; Gürsoy, B., 菌丝体基复合材料的挑战与优势：影响材料性能的生长因素综述。真菌生物聚合物和生物复合材料：前景与途径 2022, 131-145。