Sandra Montoya

Colombia’s rich biodiversity highlights the potential for chemical exploration of plants, animals, and fungi. Fungi play essential ecological roles in organic matter degradation, nutrient cycling, and symbiotic interactions. Fungal volatilomics has emerged as a valuable approach for characterizing volatile organic compounds (VOCs) with potential biotechnological, pharmaceutical, and environmental applications. This study aimed to characterize the volatile organic compounds (VOCs) naturally emitted by wild macromycete species collected in the Botanical Garden of the University of Caldas (Manizales, Colombia), contributing to the chemical characterization of their volatilome and providing a basis for future studies on fungal biomarkers and bioactive metabolites. VOCs were extracted using static and dynamic headspace solid-phase microextraction (HS-SPME, SHS-SPME, and DHS-SPME) with PDMS/DVB/CARB fibers and Tenax tubes. Samples were analyzed both in situ and under controlled laboratory conditions using GC–MS for qualitative identification. More than 120 VOCs were identified, including alcohols, ketones, terpenoids, aromatic compounds, and branched alkanes. The volatilomic profiles differed among fungal species and according to the extraction methodology employed, highlighting compounds such as 1-octen-3-ol, 3-octanone, D-limonene, caryophyllene, and 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol. Multivariate statistical analyses and metabolic pathway annotation revealed distinct volatilomic patterns and suggested associations with lipid metabolism, fatty acid biosynthesis, and terpenoid biosynthesis. The chemical diversity identified demonstrates that tropical wild macromycetes constitute an important source of structurally diverse volatile metabolites. Furthermore, the complementary use of SHS-SPME, DHS-SPME, and laboratory HS-SPME expanded VOC coverage, providing a comprehensive volatilomic dataset that may support future applications in fungal chemotaxonomy, bioprospecting, ecological studies, and the discovery of candidate bioactive compounds.

Mycelium-based composites (MBCs) have emerged as eco-friendly alternatives, utilizing fungal mycelium as a natural binder for agro-industrial residues. This study focuses on developing an MBC based on abundant waste in Colombia, pith Arboloco (A) (Montanoa quadrangularis), a plant endemic to the Colombian–Venezuelan Andes with outstanding insulating properties, and natural fiber of Kikuyu grass (G) (Cenchrus clandestinus), utilizing Ganoderma lucidum as an agent to form a mycelium network in the MBC. Three formulations, T (100% A), F1 (70% A/30% G), and F2 (30% A/70% G), were evaluated under two different Arboloco particle size ranges (1.0 to 5.6 mm) for their physical, mechanical, and thermal properties. The Arboloco particle sizes did not show significant differences in the MBC properties. An increase in Kikuyu grass proportion (F2) demonstrated superior density (60.4 ± 4.5 kg/m³), lower water absorption (56.6 ± 18.4%), and better compressive strength (0.1686 MPa at 50% deformation). Both mixing formulations (F1–F2) achieved promising average thermal conductivity and specific heat capacity values of 0.047 ± 0.002 W m⁻¹ K⁻¹ and 1714 ± 105 J kg⁻¹ K⁻¹, comparable to commercial insulation materials. However, significant shrinkage (up to 53.6%) and high water absorption limit their scalability for broader applications. These findings enhance the understanding of MBC’s potential for non-structural building materials made of regional lignocellulosic waste, promoting a circular economy in waste management for developing countries.

Ganoderma lucidum es un basidiomiceto de pudrición blanca estudiado especialmente por sus atributos medicinales. No obstante, la información sobre la suplementación de los medios de cultivo con metales como Zn, Li, Mn, Cu es escasa aun conociendo que la presencia de metales en los sustratos mejora las características de los basidiomas obtenidos e incrementa su productividad. El objetivo fue evaluar las actividades enzimáticas lacasa (Lc) y manganeso peroxidasa (MnP), la fructificación y eficiencia biológica (EB) de G. lucidum en cultivos sólidos formulados con residuos agroindustriales (aserrín de roble, cascarilla de café, salvado de maíz) suplementados con dos niveles de sal de manganeso II (0,05 % y 0,1 % p/p) y una formulación sin adición de la sal de manganeso. Las actividades enzimáticas se determinaron durante 98 días del ciclo productivo, con toma de muestras semanales. El tratamiento uno (0,05 % p/p de MnSO4.H2O) suministró la mayor EB del cultivo con 25,90 ± 2,12 % y los mayores títulos de actividades ligninolíticas en el tiempo con 0,7299 UE/g s.s. de MnP a los 35 días de fermentación y 4,1760 UE/g s.s para la actividad de Lc a los 42 días de proceso con relación a los tratamientos dos y control. Asimismo, hubo una disminución del ciclo de cultivo del hongo para los tratamientos uno (83 días) y dos (95 días) en comparación con el tratamiento control (117 días). Los resultados de este trabajo son promisorios para cultivadores industriales de G. lucidum, ya que la suplementación de los sustratos con Mn incrementa la productividad de los cultivos.

Solid-state fermentation requires the development of more efficient cultivation systems for its industrial application. The objective of this work was to evaluate the effect of aeration regime on the production of biomass and several lignocellulolytic enzymes (laccase, manganese peroxidase, endoxylanase, β-glucosidase, and total cellulases) by Trametes versicolor in a novel fixed-bed solid-state pilot-scale bioreactor. Three regimes were assessed: natural convection, low aeration level (10 min every 6 h at 10 L/h air flowrate), and high aeration level (1 h every 6 h at 10 L/h air flowrate). The mushroom was grown on a medium based on lignocellulosic residues. The design of the bioreactor, as well as the control of aeration, humidity, and temperature of the beds, allowed T. versicolor to grow properly on the medium, reaching a maximum biomass production of 204.7 mg/g dry solid (ds). The influence that aeration regime had on the production of lignocellulolytic enzymes was determined. Low level of forced aeration favored obtaining the highest titers of laccase (6.37 U/g ds) compared to natural convection and high aeration level. The greatest lignin degradation was also verified for low aeration regime. For the first time, pilot scale cultivation of T. versicolor was reported in a fixed-bed bioreactor.

Research Highlights: For the first time, a model was developed and applied for polysaccharide production from Trametes versicolor grown in agro-industrial and woody residues under solid-state fermentation (SSF) conditions. Background and Objectives: Fungal biomass is an important biological resource for biotechnological applications. Basidiomycetes fungi can be grown and developed on lignocellulosic materials such as forestry, wood, and agro-industrial residues in order to produce value-added products like bioactive polysaccharides. The objectives of this study were to evaluate the effects of the C/N ratio and copper concentration on biomass and polysaccharide production during solid state fermentation (SSF), as well as on the consumption of cellulose and hemicellulose, and lignin degradation, and to propose and validate a mathematical model to describe the overall SSF process. Materials and Methods: This research was carried out by growing three Basidiomycetes species (T. versicolor, Lentinula edodes, and Pleurotus ostreatus) on twelve formulations of solid substrates using mixtures of different inexpensive lignocellulosic residues such as oak sawdust, coconut fiber (hairs), coffee husks, and corn bran plus soybean oil, calcium carbonate, and two levels of copper(II) sulfate. Results: The three fungal species grew well on all substrate formulations. The statistical analysis of experimental data showed no significant effects on polysaccharide production, in the range of C/N and copper concentrations evaluated. Taking into account that the best polysaccharide production was obtained with T. versicolor (96.09 mg/g solid substrate), a mathematical model was proposed for this fungus to describe the behavior of the fermentation system from the obtained data of all the resulting combinations to reach the highest polysaccharide production by the fungus. Conclusions: The mathematical model disclosed in this work enabled to describe the growth and development of a higher basidiomycete under solid-state fermentation conditions on lignocellulosic substrates as well as the production of value-added products like polysaccharides with medicinal properties.

Objetivo: Investigar la influencia de los iones de Mn+2 y Cu+2 en ocho formulaciones de diferentes medios sólidos (F1-F8) para la producción de lacasa (LAC), manganeso peroxidasa (MnP) y endo β-D-1,4-xilanasa (ENX) con Trametes versicolor. Metodología: Los medios se formularon con residuos lignocelulósicos, dos niveles de carbonato de calcio, sulfato de manganeso (II) y sulfato de cobre (II). Las formulaciones se inocularon al 4% (p/p) con Trametes versicolor y se incubaron por 17 días evaluando la producción de biomasa, azúcares reductores y la degradación de hemicelulosa y lignina. Se aplicó un diseño experimental multifactorial a cuatro vías y se determinó la actividad de LAC, MnP y ENX. Resultados: Los mejores títulos enzimáticos de LAC se obtuvieron para F5 y F8 con actividades de 11,96 U/g sólido seco (ss) y 8,36 U/g ss; para MnP, el medio F8 arrojó la mayor actividad enzimática (1,32 U/g ss). La máxima actividad ENX fue de 2,63 U/g ss para F1. La mayor degradación de lignina (42,5%) y de hemicelulosa (32,5%) se alcanzó con el medio F7. Se propuso un modelo matemático para la producción de biomasa fúngica, actividades LAC y MnP y consumo de sustratos. Conclusiones: La adición de 0,16% de CuSO4 y de 0,1% de MnSO4 favoreció la producción de LAC y MnP por Trametes versicolor. Las condiciones de cultivo seleccionadas permitieron una mayor síntesis de LAC y ENX. El modelo matemático propuesto permitió describir adecuadamente el proceso de fermentación en estado sólido con Trametes versicolor.

Ganoderma lucidum es un hongo macromiceto reconocido por sus propiedades medicinales y su contenido de compuestos bioactivos que incluyen polisacáridos, triterpenoides, proteínas inmunomoduladoras, entre otros, lo que ha generado un incremento notable en su producción. La mayoría de especies de hongos responden y se adaptan a diversas señales ambientales incluida la luz, que favorece su productividad, tanto en calidad como en cantidad al estar estrechamente relacionada con la formación de cuerpos fructíferos. Por tal razón, el objetivo de este estudio fue evaluar la eficiencia biológica (EB) y la tasa de producción (TP) como parámetros de productividad del cultivo sólido de Ganoderma lucidum bajo irradiación de los sustratos con luz emitida por diodos azules (LED) con dos periodos de foto-estímulo de 12 y 24 h durante todas las fases de cultivo para inducir el crecimiento micelial y la formación de los cuerpos fructíferos. Se aplicaron parámetros convencionales para el crecimiento y desarrollo del hongo en las etapas de producción. Para la formulación de los sustratos, se emplearon residuos agroindustriales y materiales lignocelulósicos. El diámetro de los cuerpos fructíferos sometidos a tratamientos con luz azul fue mayor que los exhibidos a luz blanca fluorescente (Testigo). Los resultados muestran que el cultivo de Ganoderma lucidum con exposición a la luz azul es útil para la inducción de cuerpos fructíferos de alta calidad, logrando una disminución del periodo de fermentación en 16 días para el foto-estímulo de 24 h con EB de 28,04% y TP de 0,64.