Extraktion von Beta-Glucanen aus Pilzen durch Ultraschallbehandlung
Materialien und Ausrüstung
- Pilze (z. B. 100 g gehackte oder in Scheiben geschnittene Pilze)
- Kaltes destilliertes Wasser (z. B. 500 ml)
- Mixer oder Häcksler
- Bechergläser oder Glaskolben
- Filterpapier oder eine Vakuumfiltrationsanlage
- Zentrifuge (optional)
- Alkohol (z. B. Ethanol) zur Ausfällung
- Kühlschrank
- Trockenofen
Protokoll zur Extraktion von Beta-Glucan
- 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.
- Geben Sie dann die Pilzteilchen in ein Becherglas oder einen Glaskolben.
- 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.
- Nachdem Sie die Aufschlämmung gerührt haben, beschallen Sie die Mischung 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. Niedrigere Temperaturen tragen dazu bei, hitzeempfindliche Verbindungen wie Beta-Glucane während der Extraktion zu konservieren. Beschallung für ca. 5 bis 10 Minuten bei Verwendung des UP400St bzw. 10 bis Minuten bei Verwendung des UP200Ht. Bitte beachten Sie, dass die Temperatur und die Extraktionszeit je nach verwendeter Ultraschallleistung variieren können. Natürlich erfordern größere Volumina längere Beschallungszeiten.
- 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.
- 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.
- Danach wird die Mischung mehrere Stunden im Kühlschrank aufbewahrt, damit die Beta-Glucane ausfallen können.
- Nach der Ausfällung können Sie die Flüssigkeit vorsichtig dekantieren und den Beta-Glucan-Niederschlag auffangen.
- 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.
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.
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 erstellt 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.
8L Batch-Pilzextraktionsanlage mit UP400St 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. Das Bild 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.
Empirische Beta-Glucan-Konzentration von Pilzarten
Nachstehend finden Sie eine Liste der empirischen Beta-Glucan-Konzentration, die aus verschiedenen Pilzarten extrahiert wurde.
| Pilzarten | 1,3-1,6-β-D-Glucan insgesamt (g/100g Trockenmasse) |
|---|---|
| Steinpilz (Boletus pinophilus) | 9,8% |
| Suillus granulatus | 13,3% |
| Craterellus cornucopioides | 4,5% |
| Suillus variegatus | 13,7% |
| Hydnum repandum | 4,1% |
| Gyroporus cyanescens | 14,3% |
| Tricholomopsis rutilans | 10,2% |
| Agaricus bisporus (Portobello) | 4% |
| Agaricus bisporus (Cremini) | 4% |
| Auricularia auricular-judae | 16,8% |
1,3-1,6-β-D-Glucan-Gehalt in den untersuchten wildwachsenden und kultivierten Pilzen, Quelle: Mirończuk-Chodakowska et al. (2017): Quantitative Bewertung des Gehalts an 1,3-1,6-Β-D-Glucan in wildwachsenden polnischen Speisepilzarten. Rocz Panstw Zakl Hig 2017;68(3):281-290.
SonoStation: Mobiles schlüsselfertiges System für die Ultraschallbearbeitung – bestehend aus Ultraschall-Dispergierern, Pumpe, Rührer und Tank
Ultraschall-Homogenisator UIP4000hdT für die Verarbeitung von ca. 50 bis 200 Litern Pilzlösemittelschlamm pro Stunde
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.
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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.
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Kolorimetrische Methoden
- Prinzip: Diese Methoden beruhen auf Farbreaktionen mit spezifischen Reagenzien, die eine Farbänderung proportional zur Beta-Glucan-Konzentration hervorrufen.
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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.
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Enzymatische Assays
- Prinzip: Bei enzymatischen Tests werden Enzyme wie β-Glucanase eingesetzt, um Beta-Glucane in einfachere Zucker aufzuspalten, und die freigesetzten Zucker werden quantifiziert.
- Vorteile: Hochspezifisch und genau.
- Beschränkungen: Erfordert spezielle Geräte und Reagenzien.
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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.
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Spezifische Immunoassays
- Prinzip: Bei Immunoassays werden spezifische Antikörper gegen Beta-Glucane eingesetzt, um deren Konzentration zu bestimmen.
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Beispiele:
- ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay): Bei dieser Methode erzeugt ein enzymgekoppelter Antikörper eine Farbänderung, wenn er 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.