Protein-Extraktion aus Entengrütze (Lemna minor)

Entengrütze (Lemna minor) ist eine schnell wachsende Wasserpflanze, die reich an Proteinen und anderen Nährstoffen ist. Die Ultraschallextraktion wird als hocheffiziente und zuverlässige Verarbeitungstechnologie zur Freisetzung von Proteinen, Lipiden und Phyto-Nährstoffen aus Entengrütze eingesetzt. Die Sonifizierung ermöglicht die einfache und schnelle Aufbereitung von Entengrütze bzw. Wasserlinsen für Produkte mit Lebensmittelqualität.

Entengrütze als Nahrungsmittel

Entengrütze (Gattung Lemna), eine blühende Wasserpflanze, ist die kleinste bekannte Blütenpflanze. Auch als Wolffia, Wasserlinsen bzw. kleine Wasserlinse bekannt, wächst Entengrütze in Süßwasser und ist weltweit zu finden. Bei den Wasserlinsen-Gattungen sind verschiedene Arten wie Spirodela, Landoltia, Lemna, Wolffiella und Wolffia bekannt. Da die Lemna-Pflanze ein schnelles Wachstum aufweist, bei dem die Pflanze ihre Größe täglich verdoppeln kann, hat die Wasserlinse das Interesse von Wissenschaftlern und Lebensmittelingenieuren geweckt, die auf dem Gebiet der Ernährung, der Lebensmittelsicherheit und der funktionellen Lebensmittel arbeiten. In Teilen Südostasiens ist die Wasserlinse seit langem für ihre Nährstoffdichte bekannt und wird unter dem Spitznamen „Gemüsefrikadelle“ aufgrund ihres hohen Proteingehalts (mehr als 45 % der Trockenmasse) geschätzt und konsumiert. Entengrütze bietet das komplette Proteinprofil (so wie Hühnereier) und enthält alle neun essentiellen sowie sechs weitere Aminosäuren.

Lipide und Proteine aus Entengrütze

Entengrütze enthält 20-35% Protein, 4-7% Fett und 4-10% Stärke pro Trockengewicht. Interessanterweise liegen die Aminosäureverteilungen in Wasserlinsen nahe an denen der WHO-Empfehlungen, mit z.B. 4,8% Lysin, 2,7% Methionin und Cystein und 7,7% Phenylalanin sowie Tyrosin. Der Gehalt an mehrfach ungesättigten Fettsäuren lag zwischen 48 und 71 % und der hohe Gehalt an n3-Fettsäuren führte zu einem günstigen n6/n3-Verhältnis von 0,5 oder weniger." (Appenroth et al. 2017)

SEM-Bilder von Wasserlinsenproben: Die obere Reihe zeigt die intakten Zellen der Wasserlinsen-Kontrollproben
Die untere Reihe zeigt Wasserlinsenproben, die mit dem Sonicator UP400ST extrahiert wurden. Die Zellen zeigen eine deutliche mechanische Zersetzung durch die Beschallung.
Studie und Bilder: ©2023 Inguanez et. al.

Ultraschall-Extraktion von Wasserlinsen

Die Ultraschallextraktion wird zur Gewinnung von Wasserlinsenbestandteilen, insbesondere von Proteinen und Lipiden als Lebensmittel verwendet. Lemna-Proteinextrakt und Lemna-Lipide werden effizient aus der Wasserlinsenpflanze freigesetzt und isoliert.

Wie wird Ultraschall für Extraktion aus Entengrütze angewendet?

Nach der Ernte der Lemna wird überschüssiges Wasser abgetrennt (z.B. durch Zentrifugieren). Für die Ultraschallextraktion ist eine biomassereiche (d.h. Lemna-dichte) Slurry zu bevorzugen, da der Ultraschallprozess dadurch effizienter wird. Die Wasserlinsen-Slurry kann aus Wasserlinsen und Wasser oder einem anderen Lösungsmittel der Wahl bestehen. Diese Slurry wird dann in einen Ultraschallreaktor geleitet, wo akustische Kavitation die Zellmatrix aufbricht und die intrazellulären Verbindungen in das wasser- oder lösungsmittelbasierte Extraktionsmedium freisetzt.

Wählen Sie Ihr Extraktionslösungsmittel

Die Ultraschallextraktion ist mit (fast) allen Arten von Lösungsmitteln kompatibel. In der Forschung wurden Verbindungen aus Wasserlinsen mit Lösungsmitteln wie dem polaren Lösungsmittel Ethanol sowie verschiedenen unpolaren Lösungsmittelgemischen einschließlich Methanol-Ethanol, Chloroform-Ethanol, Hexan-Ethanol, Diethylether-Ethanol, Petrolether-Ethanol in unterschiedlichen Volumenverhältnissen extrahiert.
Das richtige Lösungsmittel in Kombination mit der Ultraschallbehandlung intensiviert die Freisetzung von Phyto-Nährstoffen aus der Entengrütze-Biomasse. Die Ultraschallbehandlung homogenisiert und schließt die pflanzlichen Zellstrukturen auf, was zur Zell-Lyse und -Extraktion führt. Die Ultraschallextraktion wird auch häufig für die Herstellung von Pflanzen-, Pilz- und Algenextrakten verwendet.

Der Mechanismus der Ultraschallextraktion

Die Einkopplung von Leistungsultraschall in Flüssigkeiten bzw. Slurries führt zu energieintensiven Effekten wie akustischer Kavitation, Scherung und Vibration. Diese Effekte von Leistungsultraschall werden erfolgreich eingesetzt, um zelluläre Strukturenaufzubrechen und aufzuschließen. Zusätzlich kann Ultraschall molekulare Bindungen von Lipiden, Proteinen und Kohlenhydraten aufbrechen, so dass die angestrebten Mikro-und Makronährstoffe sowie Phyto-Chemikalien aus dem Zellinneren des pflanzlichen Rohstoffs, z.B. den Wasserlinsen, freigesetzt werden. Dabei intensiviert und verkürzt die Ultraschallbehandlung die Extraktion erheblich.

Ultraschallextraktoren für Proteine und Lipide aus Entengrütze

Hochleistungs-Ultraschall-Extraktionssysteme von Hielscher Ultrasonics sind weltweit in R&D sowie auf kleiner, mittlerer und voll-kommerzieller Produktionsstufe eingesetzt. Hochleistungs-Ultraschallextraktoren intensivieren den Extraktionsprozess und erhöhen die Ausbeute und Gesamteffizienz der hochwertigen Extraktproduktion. Hielscher Ultrasonics bietet Extraktionsgeräte für jedes Volumen / jede Prozesskapazität. Mit mehr als 25 Jahren Erfahrung in der botanischen Extraktion ist Hielscher Ultrasonics Ihr zuverlässiger Partner für die Hochleistungs-Ultraschallextraktion!