Shaojun Xiong

För att kunna försörja en växande global befolkning (8,5 miljarder år 2030 och 10 miljarder år 2050) utan att ytterligare försämra jordens klimat och biologiska mångfald är det avgörande att utveckla nya teknologier, inte bara för en hållbar produktion av hälsosam mat, utan även för att öka energi- och resurseffektiviteten samt minska utsläppen av växthusgaser. En viktig strategi är att använda lokala restbiobaserade resurser, inklusive rester från jord- och skogsbruk, för produktion av livsmedel, bränslen och biomaterial inom ramen för en cirkulär ekonomi. I dag är livsmedelsindustrin energiintensiv, och fossila bränslen dominerar fortfarande energiförsörjningen. Befintliga teknologier för produktion av andra generationens biodrivmedel från biomassa, såsom bioetanol, liksom biomaterial, är kostsamma och förknippade med miljöutmaningar, ofta till följd av användningen av kemikalier i processerna.

Under de senaste 15 åren har min forskning fokuserat på utveckling av biologiska och svampbaserade förbehandlingsmetoder för lignocellulosamaterial, i syfte att möjliggöra användning av restbiomassa för livsmedel och biobaserade produkter. Vi bedömer att konceptet ”kombinerad produktion av ätliga svampar och biodrivmedel/biobaserade produkter” kommer att vara betydelsefullt, inte bara i Sverige utan även i ett globalt perspektiv. Den vetenskapliga grunden för detta angreppssätt är att ätliga svampar, såsom shiitake (Lentinula edodes) och ostronskivling (Pleurotus spp.), är vitrötesvampar och proteinrika livsmedel som selektivt kan bryta ned lignin och hemicellulosa i de lignocellulosabaserade substrat som de växer på. Efter skörd av svampen blir det använda odlingssubstratet, så kallat spent mushroom substrate (SMS), cellulosarikt och redo för biokonvertering (t.ex. via enzymatiska eller fermentativa processer) till cellulosabaserad etanol eller andra cellulosabaserade bioprodukter, utan behov av kemisk förbehandling.

Ett exempel på vårt FoU-arbete är projektet ”Hållbar svampodling för dubbla produkter – livsmedel och biodrivmedel” (IVA:s 100-lista 2021, samt IVA:s 100-lista 2022). Projektet omfattar tre huvudsakliga innovationer:

1. En effektiv svampbaserad förbehandling av lignocellulosabaserade substrat med hjälp av ätliga vitrötesvampar, som maximerar ligninnedbrytning samtidigt som förluster av cellulosa minimeras. Detta möjliggör direkt användning av SMS för produktion av cellulosabaserad etanol utan kemisk behandling.
2. Nya processer för automatiserad svampodling. En patenterad odlingsenhet och process möjliggör robotisering av produktionskedjan, vilket avsevärt kan minska arbetskostnader och odlingstid.
3. En klimatsmart metod för pastörisering av svampsubstrat (patenterad). I denna metod används varm luft (75–90 °C) i stället för konventionell trycksatt ånga (121 °C, 2 bar), vilket kan minska energianvändningen med upp till 60 % och koldioxidutsläppen med 65 %.
Tillsammans kan dessa innovationer underlätta industriell uppskalning.

På senare tid har vi även undersökt möjligheterna att använda SMS för framställning av funktionella biomaterial, i samarbete med forskare vid Luleå tekniska universitet. Det har framgångsrikt visats att SMS kan processas direkt, utan konventionella kemiska behandlingar, för att isolera cellulosa och avlägsna lignin ur biomassan för produktion av nanofibrer. Dessa nanofibrer kan därefter användas för att tillverka exempelvis förpackningsmaterial, filmer och skum. Jämfört med kemiska förbehandlingsmetoder kan detta angreppssätt avsevärt minska miljöpåverkan kopplad till utsläpp av toxiska ämnen i miljön.

Pågående projekt

Finding Peat Alternatives for Agriculture in Swedens Most Abundant Industrial Waste Streams (Alternative Peat)

Finansiering: MISTRA 2025-2028, med en total budget på 6 miljoner kronor. Deltagare: Ulrike Schimpf (koordinator) och Mika Sipponen, Stockholms universitet; Lauren McKee, KTH; och Shaojun Xiong, SLU. Företagspartner: Svamplådan (https://svampladan.se/). 

Målet med detta projekt är att minska användningen av torv för täckjorden i svampproduktion och hitta alternativ för kritiska torvberoende arter som den vanliga champinjonen, Agaricus bisporus. Utvinning av torv från naturlandskap frigör långlagrat kol, vilket leder till stora utsläpp av växthusgaser. Forskningen syftar till att utveckla slamblandningar som efterliknar torvens egenskaper, undersöka mikrobiella interaktioner i slammet och bedöma dess effekt på svamptillväxt, säkerhet och kvalitet.

Mushroom-based processes for increased local production of non-meat protein and enhanced agriculture sustainability (MUSA) 

Finansiering: Nordfork 132066 / FORMAS, 2023-2026, med total budget 7 miljoner NOK. Medverkande: Carlos Martin (koordinator, Inland Norway University of Applied Sciences), Shaojun Xiong (Sverige ledare SLU), Volkmar Passoth (SLU), Malin Hultberg (SLU), Oksana Golovko (SLU), Kadri Pöldmaa (University of Tartu).

MUSA avser att bidra till att förbättra jordbrukets hållbarhet genom att (i) använda skogs- och grödorester från nordiska länder för att producera ätbara svampar, och (ii) uppgradera svampsubstrat (SMS) för användning som stödjer livsmedelsproduktion, ersättning av mineralgödselmedel och tillhandahålla lösningar för bioremediering av avloppsvatten. Projektet kommer att fokusera på shiitakesvampar (Lentinula edodes) och ostronsvampar (Pleurotus spp.), vilka är klimatsmarta proteinrika livsmedelskällor som är gynnsamma för människors näring och välbefinnande. Projektet kommer att utveckla metoder för att utvinna bioaktiva föreningar från SMS, såsom polyfenoler och proteiner, och extraktionsresterna kommer att sackarifieras för att producera hydrolysat som kommer att fungera som substrat för odling av oljehaltiga jästar. Den producerade jästen kommer att användas för att extrahera lipider som kan ersätta importerad växtolja. Genomförbarheten av SMS som gödningsmedel eller jordförbättringsmedel kommer att undersökas, vilket inkluderar utvärderingar av att använda SMS som torversättning inom trädgårdsodling, effekten av mikrobiella samhällen i SMS på jordförbättringsmedel, och användning av SMS för att avlägsna mikroföroreningar från avloppsvatten som ska användas för bevattning.

Svamp protein och lipid från lignocellulosa

Finansiering: FORMUS 2022-2025, med en total budget på 6 miljoner kronor; Medverkande: Volkmar Passoth (koordinator, SLU), Shaojun Xiong (SLU) och Carlos Martin (Inland Norway University of Applied Sciences).

Detta projekt syftar till att omvandla icke-ätliga restprodukter från skogsbruk och jordbruk (lignocellulosa, dvs. restprodukter från trä och halm) till livsmedel och högvärdiga livsmedelsingredienser. Detta kommer att uppnås genom att först odla ätliga svampar (Pleurotus spp och Lentinula spp) på utvalda substrat, med en optimering för att producera optimala mängder svampprotein (fruktkroppar) och underlätta nedströms extraktion och produktion av bioaktiva ämnen och mikrobiell olja från det använda svampsubstratet (SMS).