Extraktion von Beta-Glucanen aus Pilzen durch Ultraschallbehandlung

Die Extraktion von Beta-Glucanen aus Pilzen für Laborversuche oder Produktionszwecke umfasst eine Kombination aus Hacken, Mahlen oder Zerkleinern der Pilze, ultraschallunterstützter Extraktion und Ausfällen der Beta-Glucane. Nachfolgend finden Sie eine vereinfachte Darstellung des Extraktionsverfahrens für Beta-Glucane sowie Beispielmengen und -gewichte für ein Experiment im Labormaßstab. Bitte beachten Sie, dass die spezifischen Bedingungen und Messungen je nach Art der Pilze und der gewünschten Beta-Glucan-Reinheit variieren können.

Materialien und Ausrüstung

  • Pilze (z. B. 100 g gehackte oder in Scheiben geschnittene Pilze)
  • Kaltes destilliertes Wasser (z. B. 500 ml)
  • Mixer oder Zerkleinerer
  • Bechergläser oder Glaskolben
  • Filterpapier oder eine Vakuumfiltrationsanlage
  • Zentrifuge (optional)
  • Alkohol (z. B. Ethanol) zur Ausfällung
  • Kühlschrank
  • Trockenofen
Extraktion von Beta-Glucan aus Löwenzahnpilzen

Protokoll zur Extraktion von Beta-Glucan

  1. Die Pilze (z. B. Chaga oder Lion) mahlen oder zerkleinern.‘ Mähnenpilz) in grobe Partikel von ca. 1 bis 3 Millimetern. Verwenden Sie zum Beispiel 100 g getrocknete Pilzteilchen.
  2. Geben Sie dann die Pilzteilchen in ein Becherglas oder einen Glaskolben.
  3. Geben Sie dann 500 ml destilliertes Wasser in das Becherglas mit den zu extrahierenden Pilzpartikeln. Das Verhältnis von Wasser zu Pilzen kann je nach Pilzart und Partikelgröße variieren.
  4. Nachdem Sie die Aufschlämmung gerührt haben, beschallen Sie das Gemisch mit einem Ultraschall-Laborhomogenisator (z. B. UP400St mit 22-mm-Sonotrode bei 100 % Amplitude oder UP200Ht mit 14-mm-Sonotrode bei 100 % Amplitude) und halten Sie eine Temperatur von unter 90 °C ein. Niedrigere Temperaturen tragen dazu bei, hitzeempfindliche Verbindungen, wie z. B. Beta-Glucane, während der Extraktion zu erhalten. Beschallen Sie das Gerät UP400St ca. 5 bis 10 Minuten und das Gerät UP200Ht ca. 10 bis Minuten. Bitte beachten Sie, dass die Temperatur und die Extraktionszeit je nach der verwendeten Ultraschallleistung variieren können. Größere Volumina erfordern natürlich auch längere Beschallungszeiten.
  5. Filtrieren Sie die beschallte Mischung durch Filterpapier oder verwenden Sie eine Vakuumfiltrationsanlage, um die Flüssigkeit (die die extrahierten Beta-Glucane enthält) von den festen Pilzrückständen zu trennen.
  6. Anschließend werden die Beta-Glucane durch Zugabe von Alkohol (z. B. Ethanol) aus der Flüssigkeit ausgefällt. In der Regel können Sie 2-3 Volumina Alkohol für die Ausfällung verwenden.
  7. Danach wird die Mischung mehrere Stunden im Kühlschrank aufbewahrt, damit die Beta-Glucane ausfallen können.
  8. Nach der Ausfällung können Sie die Flüssigkeit vorsichtig dekantieren und den Beta-Glucan-Niederschlag auffangen.
  9. Anschließend trocknen Sie die Beta-Glucane in einem Ofen bei niedriger Temperatur (z. B. 40-50 °C), bis der Alkohol vollständig entfernt ist und Sie ein trockenes Pulver erhalten.
Dieses Video demonstriert die hocheffiziente Extraktion von Löwenmähnenpilzen mit dem Hielscher Ultraschall-Homogenisator UP200Ht.

Extraktion von Löwenmäulchen mit einem Ultraschall-Homogenisator UP200Ht

Video-Miniaturansicht

Pilze weisen unterschiedliche Eigenschaften auf. Daher kann der Prozess der Beta-Glucan-Extraktion von Faktoren wie der spezifischen Pilzart, dem Zustand der Pilze (getrocknet oder frisch), der Partikelgröße und der Extraktionstemperatur abhängen. Um Ihr Extraktionsverfahren zu optimieren, sollten Sie mit verschiedenen Parametern experimentieren, z. B. das Fest-Flüssig-Verhältnis variieren, die Temperatur anpassen, verschiedene Lösungsmittel ausprobieren und verschiedene Beschallungsdauern und Amplitudeneinstellungen testen.

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Ultraschall-unterstützte enzymatische Extraktion von Beta-Glucan

Die ultraschallunterstützte enzymatische Extraktion ist eine Methode zur Extraktion von Beta-Glucanen aus Pilzen, bei der eine Kombination aus Enzymen und Ultraschallwellen eingesetzt wird. Dieses Verfahren erhöht die Effizienz der Extraktion, indem es die Zellwände der Pilze aufbricht und die Freisetzung der Beta-Glucane erleichtert.

Scale-Up der Beta-Glucan-Extraktion aus Pilzen

Sobald Sie ein Beta-Glucan-Extraktionsprotokoll festgelegt haben, das Ihren Anforderungen entspricht, kann die Skalierung des Extraktionsprozesses ein einfaches Unterfangen sein.

Batch-Extraktion Scale-Up

Wenn Sie vorhaben, die Batch-Extraktion zu vergrößern, empfehlen wir Ihnen, das Volumen der Batch zu erhöhen, während Sie das Fest-Flüssig-Verhältnis und alle anderen Parameter konstant halten. Wenn Sie weiterhin denselben Ultraschallhomogenisator verwenden, müssen Sie die Beschallungszeit proportional erhöhen. Bei Chargen von mehr als 1 Liter können Sie einen langsamen Rührer in Betracht ziehen, um die Partikelsuspension aufrechtzuerhalten und die Gleichmäßigkeit der Extraktion zu verbessern. Die Abbildung unten zeigt einen 8-Liter-Batch-Extraktionsaufbau unter Verwendung eines UP400St Ultraschallhomogenisators in Kombination mit einem Laborrührer.

Aufbau der Pilzextraktion mit dem Ultraschall-Homogenisator UP400sT (400W, 24kHz)

8L Batch-Pilzextraktionsanlage mit UP400St Sonicator

Vakuumfiltration von Beta-Glucan-Extrakt nach Sonikation mit einem UP200Ht Sonicator

Vakuumfiltration von Beta-Glucan-Extrakt nach Sonikation

Inline-Pilzextraktion

Für diejenigen, die an der kontinuierlichen Extraktion größerer Mengen von Beta-Glucanen aus Pilzen interessiert sind, bietet Hielscher Ultrasonics Durchflusszellenreaktoren an, die für die Extraktion von pflanzlichem Material ausgelegt sind. Wenn dies auf Sie zutrifft, bitten wir Sie, sich für weitere Informationen direkt mit uns in Verbindung zu setzen. Unser technisches Team hilft Ihnen gerne dabei, die für Ihre speziellen Bedürfnisse am besten geeignete Anlage zu finden. Die Durchführung des bereits erwähnten Experiments im Labormaßstab mit Ihrer spezifischen Pilzart kann jedoch von unschätzbarem Wert sein, um die genauen Prozessanforderungen zu verstehen. Die Abbildung unten zeigt einen großen Durchflusszellenreaktor mit einem UIP4000hdT-Ultraschallhomogenisator für die Extraktion von Beta-Glucanen mit etwa 50 bis 200 Litern Pilz-Lösungsmittel-Aufschlämmung pro Stunde.

Durchflusszellenreaktor mit einem UIP4000hdT-Ultraschallhomogenisator für die Beta-Glucan-Extraktion bei 50 bis 200 Litern Pilz-Lösungsmittel-Aufschlämmung pro Stunde

UIP4000hdT Ultraschall-Homogenisator für 50 bis 200 l Pilz-Lösungsmittel-Suspension pro Stunde

Empirische Beta-Glucan-Konzentration von Pilzarten

Nachstehend finden Sie eine Liste der empirischen Beta-Glucan-Konzentration, die aus verschiedenen Pilzarten extrahiert wurde.

PilzartenBeta-Glucan-Gehalt (% Gewicht)
Termitomyces fuliginosus R. Heim1%
Steinpilz R. Heim3%
Russula densifolia Secr. ex Gillet25%
Russula cyanoxantha (Schaeff.) Fr.29%
Russula alboareolata Hongo42%
Russula emetica (Schaeff.) Pers.10%
Russula delica Fr.38%
Pycnoporus cinnabarinus (Jacq.) P. Karst.35%
Amanita hemibapha (Berk. & Broome) Sacc.5%
Amanita princeps Ecke & Bas9%
Amanita caesarea (Scop.) Pers.4%
Heimiella retispora (Pat. & C.F. Baker) Boedijn19%
Cortinarius claricolor var. turmalis (Fr.) Quadr13%
Termitomyces tylerianus Otieno12%
Termitomyces microcarpus (Berk. & Broome) R. Heim8%
Termitomyces eurhizus (Berk.) R. Heim7%
Polyporellus varius (Pers.) P. Karst.2%
Pycnoporus coccineus (Fr.) Bondartsev & Sängerin45%
Lentinus squarrosulus Mont.2%
Daedaleopsis confragosa (Bolton) J. Schröt3%
Pycnoporus sanguineus (L.) Fr.35%
Amanita hemibapha (Berk. & Broome) Sacc.5%
Amanita virgineoides Bas1%
Agaricus silvaticus Schaeff.3%
Chlorophyllum molybdites (G. Mey.) Massee3%
Ganoderma lucidum (Curtis) P. Karst.33%
Amauroderma rugosum (Blume & T. Nees) Torrend4%
Suillus bovinus var. bovinus (Pers.) Kuntze1%
Clitocybe suaveolens (Schumach.) P. Kumm. S9%
Cleroderma verrucosum (Bull.) Pers.9%
Heimiella retispora (Pat. & C.F. Baker)19%
Lentinula edodes (Berk.) Pegler34%
Pycnoporus cinnabarinus (Jacq.) P. Karst.35%

Beta-Glucan-Konzentration von Wildpilzarten, Quelle: Boonyanuphap, Jaruntorn & Hansawasdi, Chanida. (2010). Räumliche Verteilung von Beta-Glucan-haltigen Wildpilzgemeinschaften im subtropischen Trockenwald, Thailand. Fungal Diversity. 46. 29-42. 10.1007/s13225-010-0067-8.

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Quantifizierung der Beta-Glucan-Extrakt-Konzentration von Pilzen

Die Beta-Glucan-Konzentration nach der Extraktion kann je nach Art des Beta-Glucans und den spezifischen Anforderungen der Analyse mit verschiedenen Methoden quantifiziert werden. Im Folgenden werden gängige Methoden zur Quantifizierung der Beta-Glucan-Konzentration aufgeführt. Natürlich hängt die Wahl der Methode von Faktoren wie der erforderlichen Genauigkeit und der verfügbaren Ausrüstung ab.

  1. Gravimetrische Methode

    • Prinzip: Diese Methode basiert auf der Ausfällung von Beta-Glucanen mit Ethanol, gefolgt von Trocknung und Wiegen des Niederschlags.
    • Verfahren: Die Probe wird in Wasser aufgelöst, mit Ethanol behandelt, um die Beta-Glucane auszufällen, und dann wird der Niederschlag gesammelt, getrocknet und gewogen.
    • Vorteile: Einfach und weit verbreitet.
    • Beschränkungen: Im Vergleich zu anderen Methoden weniger genau.
  2. Kolorimetrische Methoden

    • Prinzip: Diese Methoden beruhen auf Farbreaktionen mit spezifischen Reagenzien, die eine Farbänderung proportional zur Beta-Glucan-Konzentration hervorrufen.
    • Beispiele:

      • Phenol-Schwefelsäure-Methode: Bei dieser Methode wird die Probe mit konzentrierter Schwefelsäure und Phenol behandelt, wodurch sich die Lösung orange färbt. Die Farbintensität ist proportional zur Beta-Glucan-Konzentration.
      • Anthron-Methode: Das Anthron-Reagenz reagiert mit Beta-Glucanen und erzeugt eine blau-grüne Farbe, deren Intensität gemessen wird.
    • Vorteile: Empfindlich und geeignet für Hochdurchsatzanalysen.
    • Beschränkungen: Interferenzen durch andere Verbindungen und die Notwendigkeit spezifischer Reagenzien.
  3. Enzymatische Assays

    • Prinzip: Bei enzymatischen Tests werden Enzyme wie β-Glucanase verwendet, um Beta-Glucane in einfachere Zucker aufzuspalten, und die freigesetzten Zucker werden quantifiziert.
    • Vorteile: Hochspezifisch und genau.
    • Beschränkungen: Erfordert spezielle Geräte und Reagenzien.
  4. Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie (HPLC)

    • Prinzip: Die HPLC trennt und quantifiziert Verbindungen auf der Grundlage ihrer Wechselwirkungen mit einer chromatographischen Säule.
    • Verfahren: Beta-Glucane werden zu Monosacchariden hydrolysiert, und die resultierenden Zucker werden mittels HPLC getrennt und quantifiziert.
    • Vorteile: Hochgenau und für komplexe Proben geeignet.
    • Beschränkungen: Erfordert spezielle Ausrüstung und Fachkenntnisse.
  5. Spezifische Immunoassays

    • Prinzip: Bei Immunoassays werden spezifische Antikörper gegen Beta-Glucane eingesetzt, um deren Konzentration zu bestimmen.
    • Beispiele:

      • ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay): Bei dieser Methode erzeugt ein enzymgekoppelter Antikörper eine Farbänderung, wenn er sich an Beta-Glucane bindet.
      • Lateral Flow Assays: Dies sind Schnelltests, die ein sichtbares Ergebnis auf einem Teststreifen liefern.
    • Vorteile: Hohe Spezifität und Empfindlichkeit.
    • Beschränkungen: Erfordert spezifische Antikörper und kann kostspieliger sein.

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