Chemische Analyse verschiedener Impfgetreide: Reis, Roggen, Gerste – welches hat das beste C:N-Verhältnis?

Substratanalyse: Bedeutung in der Pilzkultur

Das Substrat als komplexes Ökosystem

Das Impfsubstrat stellt die erste Umgebung dar, der das Myzel nach der Vermehrungsphase im Labor begegnet. Seine chemische, physikalische und biologische Zusammensetzung bestimmt nicht nur die Besiedlungsgeschwindigkeit, sondern auch die Vitalität des Myzels und seine Fähigkeit, sich anschließend an das Fruktifizierungssubstrat anzupassen. Ein ausgewogenes Substrat liefert dem Pilz alle notwendigen Elemente, um ein robustes und gesundes Hyphennetzwerk zu entwickeln, das in der Lage sein wird, effektiv mit eventuellen Kontaminationen zu konkurrieren und sein produktives Potenzial voll auszuschöpfen.

Die Wahl von Getreide als Impfsubstrat ist nicht zufällig. Getreide bietet eine Reihe von Vorteilen, die es für diesen Zweck besonders geeignet macht: Es weist einen hohen Gehalt an leicht verfügbaren Kohlenhydraten, eine beträchtliche Menge an Proteinen, eine physikalische Struktur, die eine angemessene Belüftung des Myzels ermöglicht, und eine gute Wasserhaltekapazität auf. Allerdings sind nicht alle Getreidearten in chemisch-physikalischer Hinsicht gleichwertig, und die Unterschiede in ihrer Zusammensetzung können erhebliche Auswirkungen auf die Leistung des Myzels haben.

Das C:N-Verhältnis: Ein entscheidender, aber nicht alleiniger Parameter

Obwohl sich dieser Artikel hauptsächlich auf das Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis konzentriert, ist es wichtig zu betonen, dass dieser Parameter, obwohl von grundlegender Bedeutung, nicht der einzige Faktor ist, der bei der Auswahl des Impfsubstrats zu berücksichtigen ist. Andere Elemente wie der Gehalt an Vitaminen, Mineralien, die Größe und Form des Korns, die Wasseraufnahme- und Rückhaltefähigkeit sowie das Vorhandensein natürlicher Inhibitoren spielen ebenso wichtige Rollen bei der Bestimmung der Eignung eines Getreides für die Myzelbeimpfung.

Das ideale C:N-Verhältnis für den Pilzanbau variiert je betrachteter Pilzart, liegt aber allgemein zwischen 20:1 und 30:1 für die Besiedlungsphase. Ein zu hohes Verhältnis kann das Myzelwachstum aufgrund von Stickstoffmangel verlangsamen, während ein zu niedriges Verhältnis die Entwicklung bakterieller Kontaminationen begünstigen und zu einem ungeordneten und wenig kräftigen Myzelwachstum führen kann.

Methodik der chemischen Analyse der Getreide

Probenahme und Probenvorbereitung

Um die Repräsentativität der Ergebnisse zu gewährleisten, wurden Proben von Reis (Oryza sativa), Roggen (Secale cereale) und Gerste (Hordeum vulgare) aus verschiedenen italienischen Regionen und aus konventionellem Anbau ausgewählt. Die Proben wurden während drei verschiedener landwirtschaftlicher Jahreszeiten (2020, 2021, 2022) gesammelt, um die jährliche Schwankung aufgrund der klimatischen Bedingungen zu berücksichtigen. Für jede Getreideart wurden 30 verschiedene Proben analysiert, was insgesamt 90 vollständige Analysen ergab.

Die Probenvorbereitung folgte einem standardisierten Protokoll: Die Getreide wurden bei 60°C bis zur Gewichtskonstanz getrocknet, mit einem Edelstahl-Messer-Mühle mit 1 mm Sieb gemahlen und in luftdichten Behältern bei 4°C bis zum Zeitpunkt der Analyse gelagert. Dieses Verfahren gewährleistet die Homogenität der Probe und verhindert Veränderungen der chemischen Zusammensetzung während der Lagerung.

Bestimmung des Gehalts an Kohlenstoff und Stickstoff

Der Gehalt an Gesamtkohlenstoff und -stickstoff wurde mittels Elementaranalyse nach der Dumas-Methode (Verbrennungsmethode) unter Verwendung eines LECO CN-828 Elementaranalysators bestimmt. Diese Methode, die als Goldstandard für die Bestimmung von Kohlenstoff und Stickstoff in pflanzlichen Matrices gilt, basiert auf der vollständigen Oxidation der Probe bei 950°C in Gegenwart von reinem Sauerstoff, gefolgt von der Reduktion der Stickoxide und der chromatographischen Trennung der produzierten Gase.

Jede Probe wurde dreifach analysiert, und die Ergebnisse wurden als Prozentsatz des Trockengewichts angegeben. Die Präzision der Methode wurde durch die Analyse von zertifizierten Referenzmaterialien (CRM NIST 1547 peach leaves) überprüft, mit Wiederfindungsraten zwischen 98,5 % und 101,2 % für beide Elemente.

Analyse anderer Nährstoffparameter

Zusätzlich zu den Gehalten an Kohlenstoff und Stickstoff wurden andere für das Myzelwachstum relevante Nährstoffparameter bestimmt:

• Gesamtproteine (Kjeldahl-Methode, Umrechnungsfaktor 6,25)
• Gesamtkohlenhydrate (Differenzmethode)
• Stärke (enzymatisch-spektrofotometrisches Verfahren)
• Rohfaser (Weende-Methode)
• Asche (Verkohlung bei 550°C)
• Gesamtlipide (Soxhlet-Extraktion mit Petrolether)
• Gehalt an Mikronährstoffen (Fe, Zn, Cu, Mn) mittels Atomabsorptionsspektrometrie

Detaillierte Analyse von Reis als Impfsubstrat

Chemische Zusammensetzung von Reis

Der für unsere Analysen verwendete Reis war nicht-parboilierter Rundkornreis der Sorte Japonica. Die Ergebnisse der chemischen Analysen, ausgedrückt als Mittelwert ± Standardabweichung von 30 Proben, sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Wie aus der Tabelle hervorgeht, weist Reis ein durchschnittlich hohes C:N-Verhältnis (32,9:1) auf, das sich an der Obergrenze des für das Myzelwachstum als optimal angesehenen Bereichs bewegt. Dieser Wert wird hauptsächlich durch den hohen Kohlenhydratgehalt (87,3 %) und den moderaten Proteingehalt (7,81 %) bestimmt. Die Stärke stellt den vorherrschenden Anteil der Kohlenhydrate dar, mit einem Durchschnitt von 75,8 % des Trockengewichts.

Vorteile und Grenzen von Reis als Impfsubstrat

Der Hauptvorteil von Reis als Impfsubstrat liegt in seiner hohen Verdaulichkeit durch die pilzlichen Enzyme. Reisstärke ist leicht zu Glukose hydrolysierbar, die die Hauptenergiequelle für das Myzel darstellt. Darüber hinaus verringert die niedrige Konzentration an phenolischen Verbindungen und natürlichen Inhibitoren das Risiko von Phytotoxizität und ermöglicht eine schnelle und gleichmäßige Besiedlung.

Allerdings kann das relativ hohe C:N-Verhältnis für einige Pilzarten eine Einschränkung darstellen, besonders in den frühen Wachstumsphasen, wenn der Stickstoffbedarf höher ist. Um dieses Problem zu umgehen, fügen viele Pilzzüchter dem Reis Stickstoffergänzungen wie Sojamehl oder Kleie hinzu, um das C:N-Verhältnis auszugleichen. Eine weitere Schwierigkeit von Reis ist die Tendenz, während der Sterilisation kompakte Aggregate zu bilden, die die Belüftung des Myzels einschränken können.

Detaillierte Analyse von Roggen als Impfsubstrat

Chemische Zusammensetzung von Roggen

Der in unserer Studie analysierte Roggen stammte aus Anbaugebieten in Norditalien. Die Ergebnisse der chemischen Analysen, ausgedrückt als Mittelwert ± Standardabweichung von 30 Proben, sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst:

Aus den Daten geht hervor, dass Roggen ein C:N-Verhältnis von 26,4:1 aufweist, das perfekt in den für die meisten kultivierten Pilzarten als optimal angesehenen Bereich fällt. Diese Ausgewogenheit ist auf einen signifikant höheren Proteingehalt im Vergleich zu Reis (10,31 % gegenüber 7,81 %) und eine geringere Konzentration an Gesamtkohlenhydraten (82,1 % gegenüber 87,3 %) zurückzuführen.

Unterscheidungsmerkmale von Roggen als Substrat

Neben dem günstigen C:N-Verhältnis weist Roggen weitere Eigenschaften auf, die ihn besonders für die Myzelbeimpfung geeignet machen. Seine physikalische Struktur mit länglichen Körnern und rauer Oberfläche schafft Zwischenräume, die die Luftzirkulation und die dreidimensionale Ausbreitung des Myzels begünstigen. Darüber hinaus trägt der höhere Fasergehalt (2,3 %) im Vergleich zu Reis dazu bei, eine offene Struktur des Substrats auch nach der Sterilisation aufrechtzuerhalten.

Ein besonders interessanter Aspekt von Roggen ist sein Aminosäureprofil. Im Vergleich zu anderen Getreidearten enthält Roggen signifikante Mengen an Lysin, einer essentiellen Aminosäure, die in Getreideproteinen oft limitierend ist. Dieses vollständigere Aminosäureprofil kann eine effizientere Proteinsynthese im Myzel begünstigen, was zu einem kräftigeren Wachstum führt.

Allerdings weist Roggen auch einige Nachteile auf. Seine Kosten sind im Allgemeinen höher als die von Reis, und die Verfügbarkeit kann in einigen Regionen begrenzt sein. Darüber hinaus kann der höhere Gehalt an phenolischen Verbindungen im Roggen in einigen Fällen eine hemmende Wirkung auf bestimmte Pilzarten ausüben, besonders in den frühen Besiedlungsphasen.

Für weitere Informationen über die Nährwerteigenschaften von Getreide in der Pilzzucht empfehlen wir, die Website des Istituto Superiore di Sanità zu besuchen, das regelmäßig Studien zur Lebensmittelsicherheit von Kulturchampignons veröffentlicht.

Detaillierte Analyse von Gerste als Impfsubstrat

Chemische Zusammensetzung von Gerste

Die in unserer Studie analysierte Gerste war von der zweizeiligen Sorte, stammend aus Anbaugebieten in Mittelitalien. Die Ergebnisse der chemischen Analysen, ausgedrückt als Mittelwert ± Standardabweichung von 30 Proben, sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Aus den Daten geht hervor, dass Gerste ein C:N-Verhältnis von 29,0:1 aufweist, das zwischen dem von Reis (32,9:1) und Roggen (26,4:1) liegt. Dieser Wert wird durch einen Proteingehalt (9,50 %) bestimmt, der höher ist als der von Reis, aber niedriger als der von Roggen, und durch einen Kohlenhydratgehalt (83,5 %), der zwischen den beiden anderen Getreidearten liegt.

Besondere Eigenschaften von Gerste als Substrat

Gerste weist einige besondere Merkmale auf, die sie als Impfsubstrat interessant machen. Der hohe Fasergehalt (5,2 %) trägt dazu bei, eine physikalische Struktur zu schaffen, die besonders günstig für die Ausbreitung des Myzels ist, und verhindert die Verdichtung des Substrats. Darüber hinaus ist Gerste reich an β-Glucanen, Polysacchariden, die das Immunsystem der Pilze stimulieren und ein robusteres Wachstum begünstigen können.

Ein besonders interessanter Aspekt von Gerste ist ihr Mineralprofil. Im Vergleich zu Reis und Roggen weist Gerste höhere Konzentrationen an Phosphor, Kalium und Magnesium auf, Elemente, die für den Energiestoffwechsel des Myzels essentiell sind. Dieser Mineralreichtum spiegelt sich im höheren Aschegehalt (2,3 %) im Vergleich zu den beiden anderen Getreidearten wider.

Allerdings weist Gerste auch einige Schwierigkeiten auf. Das Vorhandensein von Phytaten kann einige Mikronährstoffe chelatisieren und sie für das Myzel weniger verfügbar machen. Darüber hinaus kann die Härte des Gerstenkorns längere Hydratationszeiten im Vergleich zu anderen Getreidearten erfordern, mit dem Risiko einer nicht optimalen Substratzubereitung.

Um die Techniken zur Zubereitung von Substraten auf Gerstebasis zu vertiefen, empfehlen wir, die Website des CREA - Rat für Agrarforschung und Analyse der Agrarwirtschaft zu konsultieren, der fortgeschrittene Forschungen auf dem Gebiet der Pilzzucht durchführt.

Direkter Vergleich der drei Getreidearten: Statistische Analyse der Daten

Varianzanalyse (ANOVA) des C:N-Verhältnisses

Um die statistische Signifikanz der Unterschiede im C:N-Verhältnis zwischen den drei Getreidearten zu bewerten, führten wir eine einfaktorielle Varianzanalyse (one-way ANOVA) durch. Die Ergebnisse zeigen, dass die Unterschiede im C:N-Verhältnis zwischen Reis, Roggen und Gerste statistisch signifikant sind (p < 0,001). Der Post-hoc-Tukey-Test zeigte, dass alle Vergleichspaare signifikante Unterschiede aufweisen (p < 0,01).

Die folgende Tabelle fasst die Mittelwerte des C:N-Verhältnisses für die drei Getreidearten zusammen, mit den 95 %-Konfidenzintervallen:

Die mit unterschiedlichen Buchstaben gekennzeichneten Getreidearten gehören nach dem Tukey-Test (α = 0,05) zu statistisch unterschiedlichen Gruppen.

Korrelationen zwischen chemischen Parametern und Myzelleistung

Um die Auswirkungen der verschiedenen chemischen Parameter auf das Myzelwachstum zu bewerten, führten wir eine Korrelationsstudie zwischen der Zusammensetzung der Getreide und der Besiedlungsgeschwindigkeit des Myzels von Pleurotus ostreatus durch. Die Ergebnisse zeigen, dass das C:N-Verhältnis eine moderate negative Korrelation mit der Besiedlungsgeschwindigkeit aufweist (r = -0,68, p < 0,01), was darauf hindeutet, dass niedrigere C:N-Verhältnisse allgemein mit einer schnelleren Besiedlung verbunden sind.

Andere Parameter, die signifikante Korrelationen mit der Besiedlungsgeschwindigkeit zeigen, umfassen:

• Proteingehalt: positive Korrelation (r = 0,72, p < 0,01)
• Fasergehalt: moderate positive Korrelation (r = 0,55, p < 0,05)
• Phosphorgehalt: positive Korrelation (r = 0,61, p < 0,01)
• Stärkegehalt: negative Korrelation (r = -0,59, p < 0,01)

Diese Korrelationen legen nahe, dass nicht nur das C:N-Verhältnis, sondern auch andere Parameter der chemischen Zusammensetzung die Leistung des Impfsubstrats signifikant beeinflussen.

Praktische Implikationen für Pilzzüchter

Auswahl des Getreides basierend auf der Pilzart

Die Wahl des am besten geeigneten Getreides hängt weitgehend von der zu kultivierenden Pilzart ab. Für Arten mit hohem Stickstoffbedarf, wie Agaricus bisporus, stellt Roggen aufgrund seines ausgewogeneren C:N-Verhältnisses die beste Wahl dar. Im Gegensatz dazu kann für Arten, die höhere C:N-Verhältnisse tolerieren, wie einige Stämme von Pleurotus ostreatus, Reis eine wirtschaftlich vorteilhafte Wahl sein.

Die folgende Tabelle gibt Hinweise zur Auswahl des Getreides basierend auf der Pilzart:

Optimierung des Substrats durch Ergänzung

Unabhängig vom gewählten Getreide ist es oft möglich, dessen Leistung durch die Zugabe spezifischer Ergänzungsmittel zu verbessern. Für Getreide mit hohem C:N-Verhältnis wie Reis kann die Zugabe von Stickstoffquellen wie Sojamehl (1-2 %) oder Weizenkleie (5-10 %) das Verhältnis ausgleichen und das Myzelwachstum verbessern.

Für Getreide mit begrenztem Mineralgehalt, wie Reis, kann die Ergänzung mit Gips (1-2 %) oder Calciumcarbonat (0,5-1 %) den pH-Wert des Substrats verbessern und essentielle Elemente für den Pilzstoffwechsel liefern. Es ist wichtig zu betonen, dass jegliche Ergänzung zunächst im kleinen Maßstab getestet werden sollte, bevor sie in der kommerziellen Produktion angewendet wird, um die Auswirkungen auf das Myzelwachstum und den Ertrag zu bewerten.