Igelstachelbart-Extrakt mit Ultraschall herstellen

Extrakte aus der Pilzart Hericium erinaceus, bekannt als Igelstachelbart, lassen sich am effizientesten durch Ultraschallbehandlung herstellen. Ultraschallextraktoren schließen die Zellmatrix des Pilzes rasch auf und ermöglichen die vollständige Extraktion bioaktiver Verbindungen aus dem Myzel und dem Fruchtkörper des Igelstachelbarts.

Ultraschallgestützte Extraktion von Igelstachelbart

Bioaktive Verbindungen im Igelstachelbart: Hericium erinaceus, auch unter den gebräuchlichen Namen Löwenmähne, japanisch Yamabushitake, Pom-Pom-Pilz, Bartzahn, Igelstachelbart oder Affenkopfpilz bekannt, ist ein Pilz, der seit Jahrzehnten als traditionelles Heilmittel und Therapeutikum verwendet wird. Igelstachelbart enthält viele bioaktive Verbindungen: Polysaccharide, Sterole, Glykoproteine, Terpenoide (z. B. Erinacine) sowie phenolische und flüchtige Verbindungen (z. B. Hericenone). Diese Substanzen sind für ihre antioxidativen, antidiabetischen, krebshemmenden, entzündungshemmenden, antimikrobiellen, antihyperglykämischen und hypolipidämischen Wirkungen bekannt. Wissenschaftliche Untersuchungen haben gezeigt, dass die Verbindungen des Igelstachelbarts die neuronale Entwicklung und Funktion verbessern können und möglicherweise Nerven vor Schäden schützen. Deshalb wird er derzeit als Therapeutikum gegen Demenz getestet.

Dieses Video demonstriert die hocheffiziente Extraktion von Igelstachelbart mit dem Hielscher UP200Ht Ultraschallhomogenisator. Die Ultraschallextraktion ist das ideale Verfahren zur Herstellung hochwertiger Vollspektrumextrakte, die Polysaccharide wie Beta-Glucane sowie Hericenone und Erinacine enthalten.

Ultraschallextraktion von Igelstachelbart:
Die Ultraschallextraktion von Igelstachelbart ist ein Verfahren, bei dem Hochleistungsultraschall eingesetzt wird, um bioaktive Verbindungen aus dem Fruchtkörper oder Myzel des Igelstachelbarts (Hericium erinaceus) zu extrahieren. Der Igelstachelbart ist ein bekannter Heilpilz und enthält verschiedene gesundheitsfördernde bioaktive Verbindungen wie Polysaccharide, Beta-Glucane, Hericenone, Erinacine und Antioxidantien.
Bei der Ultraschallextraktion von Pilzen werden Ultraschallgeräte mit Sonotrode eingesetzt, die in einem flüssigen Medium (wie Wasser, Ethanol oder Methanol), das das Pilzmaterial enthält, intensive Kavitation erzeugen. Die erzeugte Ultraschallkavitation bricht die Zellwände des Pilzmaterials auf und setzt die bioaktiven Verbindungen in die Flüssigkeit / das Lösungsmittel frei. Die Ultraschallwellen verbessern zudem den Stofftransport der bioaktiven Verbindungen aus dem Pilzmaterial in das Lösungsmittel, wodurch die Extraktionseffizienz steigt.
Die Ultraschallextraktion von Pilzen ist ein sehr effizientes und schnelles Isolierungsverfahren, das keine hohen Temperaturen oder schädlichen Chemikalien erfordert. Die extrahierten bioaktiven Verbindungen können für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden, etwa in Nahrungsergänzungsmitteln, funktionellen Lebensmitteln und Nutrazeutika. Darüber hinaus ist die Ultraschallextraktion von Igelstachelbart umweltfreundlich und nachhaltig und damit eine ideale Wahl zur Extraktion bioaktiver Verbindungen aus natürlichen Quellen.

Diese Vorteile machen die Ultraschallbehandlung zu einem hervorragenden Extraktionsverfahren für hochwertige Pilzextrakte und sind der Grund dafür, dass Hielscher Ultraschallgeräte weltweit in Laboren und in der Industrie zur Herstellung von Pilzextrakten eingesetzt werden.

Protokoll zur Ultraschallextraktion von Igelstachelbart

Valu et al. (2020) demonstrierten ein hocheffizientes Extraktionsverfahren zur Gewinnung und Konzentrierung der bioaktiven Produkte aus der Biomasse von H. erinaceus auf Grundlage der Prinzipien der Ultraschallextraktion. Für die Extraktion wurde ein Hielscher Ultraschallprozessor (Hielscher UIP1000hdT, 1000 Watt, 20 kHz) mit der Sonotrode BS4d40 (40 mm Durchmesser) verwendet. Vor den Extraktionsversuchen wurde der Ultraschallprozessor kalibriert, um die Nettoleistungsaufnahme zu bestimmen. Während der Beschallung wurde dieser Wert automatisch vom Bruttoenergieverbrauch abgezogen, sodass die an das Extraktionsmedium abgegebene Nettoleistung ermittelt werden konnte. Während der Versuche wurden die Proben unter kontinuierlichem magnetischem Rühren in einem Eisbeutel platziert, um eine niedrige Probentemperatur aufrechtzuerhalten. Nach Abschluss der Extraktion wurden die Proben unter Vakuum filtriert und anschließend zentrifugiert (2500× g für 5 min). Zur Entfernung von Wasser und Alkohol aus den Überständen wurde ein Rotationsverdampfer verwendet. Die verbleibenden Wasser- und Alkoholreste aus den Proben wurden einer Gefriertrocknung unterzogen, um einen pulverförmigen Extrakt zu erhalten. Alternativ kann das Lösungsmittel mithilfe eines Vakuumfilters und eines Vakuumrotationsverdampfers entfernt werden, um ein Pilzkonzentrat zu erhalten.
 

 
Die optimierten Extraktionsbedingungen mit Ultraschall waren wie folgt:

• Ultraschallgerät UIP1000hdT mit Sonotrode BS4d40: 100% Amplitude, 100% Einschaltdauer)
• getrockneter, gemahlener Hericium erinaceus
• Lösungsmittel: 80% wässriges Ethanol
• Lösungsmittel–Material-Verhältnis: 1:30 (g/mL)
• Extraktionszeit: 45 min

Der Gesamtgehalt an phenolischen Verbindungen in diesem optimierten H. erinaceus-Extrakt betrug 23,2 mg GAE/g DM, und im DPPH-Test erreichte die antioxidative Aktivität einen IC50-Wert von 87,2 μg/mL.
Das Forschungsteam zeigte erfolgreich, dass die Ultraschallextraktion die Isolierung von Antioxidantien aus Hericium erinaceus effizient vorantreibt, insbesondere von Polyphenolen und Flavonoiden, die mit dem für seine hohe antioxidative Aktivität bekannten Diterpenoid Erinacin A korrelieren.
(vgl. Valu et al., 2020)

In diesem Video demonstrieren wir die ultraschallgestützte Kaltwasserextraktion aus Chaga-Pilzen. Der Hielscher UP100H ist ein Ultraschallhomogenisator mit 100 Watt. Diese 14mm-Sonotrode – MS14 – eignet sich sehr gut für die Extraktion pflanzlicher Rohstoffe in kleinen Chargen. Die Intensität lässt sich über den Amplitudenregler einstellen. Für diese Extraktionsdemonstration verwenden wir 100% Intensität.

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Igelstachelbart ist reich an Chitin. Wie alle Pilze enthält Igelstachelbart viel Chitin in seinen Zellwänden. Chitin ist ein widerstandsfähiges Biopolymer, das den Zellwänden eine hohe Steifigkeit und Festigkeit verleiht. Aufgrund seines hohen Chitingehalts sollte Igelstachelbart nicht roh verzehrt werden, da Chitin schwer verdaulich ist und Magenbeschwerden verursachen kann.
Um die Zellwände des Igelstachelbarts aufzubrechen und die intrazellulären bioaktiven Verbindungen zu extrahieren, sind starke Kräfte erforderlich. Deshalb liefern Ultraschallbäder oder Reinigungsbecken nicht die gewünschten Extraktionsergebnisse.
Lesen Sie mehr über den Effizienzvergleich zwischen einem Ultraschallgerät mit Sonotrode und einem Ultraschallbad!
Im Gegensatz dazu erzeugen Sonotroden lokal Ultraschallwellen hoher Intensität und Kavitation, die die notwendige Energie zum Aufschluss der chitinhaltigen Zellwände von Pilzen liefern. Darüber hinaus ist die Beschallung mit einer Sonotrode ein nichtthermisches Extraktionsverfahren, das den thermischen Abbau der bioaktiven Verbindungen durch Hitze verhindert. Daher ist die Extraktion mit Ultraschallgeräten mit Sonotrode das effizienteste Verfahren zur Extraktion von Heilpilzen.
 
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Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen Anhaltspunkt für die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallgeräte:

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Literatur / Quellen

• Valu, Mihai-Vlad; Liliana Cristina Soare; Nicoleta Anca Sutan; Catalin Ducu; Sorin Moga; Lucian Hritcu; Razvan Stefan Boiangiu; Simone Carradori (2020): Optimization of Ultrasonic Extraction to Obtain Erinacine A and Polyphenols with Antioxidant Activity from the Fungal Biomass of Hericium erinaceus. Foods 9, No. 12, 2020.
• Valu, M.-V.; Soare,L.C.; Ducu, C.; Moga, S.; Negrea, D.; Vamanu, E.; Balseanu, T.-A.; Carradori, S.; Hritcu, L.; Boiangiu, R.S. (2021): Hericium erinaceus (Bull.) Pers. Ethanolic Extract with Antioxidant Properties on Scopolamine-Induced Memory Deficits in a Zebrafish Model of Cognitive Impairment. Journal of Fungi 2021, 7, 477.
• Venturella, G.; Ferraro, V.; Cirlincione, F.; Gargano, M. L. (2021): Medicinal Mushrooms: Bioactive Compounds, Use, and Clinical Trials. International Journal of Molecular Sciences, 22(2), 634.
• Picture of Hericium By Jim Champion / Hericium erinaceum on an old tree in Shave Wood, New Forest / CC BY-SA 2.0

Wissenswertes

Bioaktive Pilzverbindungen aus Myzel und Fruchtkörper im Vergleich

Sowohl Myzel- als auch Fruchtkörperextrakte lassen sich mittels Ultraschallextraktion herstellen, und beide haben ihre jeweils eigenen Vorteile. Welcher Extrakt besser geeignet ist, hängt vom konkreten Anwendungsfall und den gewünschten Ergebnissen ab.
Myzelextrakte sind im Allgemeinen kostengünstiger und lassen sich leichter in großen Mengen herstellen als Fruchtkörperextrakte, wodurch sie leichter zugänglich sind. Myzel enthält außerdem viele nützliche Verbindungen wie Polysaccharide, Ergosterol und Enzyme.
Fruchtkörperextrakte enthalten dagegen höhere Mengen an Beta-Glucanen, Triterpenoiden und anderen Verbindungen, die mit gesundheitlichen Vorteilen in Verbindung gebracht werden. Fruchtkörper weisen zudem tendenziell ein vielfältigeres Spektrum an Verbindungen auf und können in manchen Fällen wirksamer sein.
Letztlich hängt die Wahl zwischen Myzel- und Fruchtkörperextrakten von der jeweiligen Anwendung und den gewünschten Wirkungen ab. Wenn Sie beispielsweise das Immunsystem unterstützen möchten, kann ein Myzelextrakt aufgrund seines hohen Polysaccharidgehalts eine gute Option sein. Wenn Sie die kognitiven Funktionen unterstützen möchten, kann ein Fruchtkörperextrakt aufgrund seines hohen Triterpenoidgehalts die bessere Wahl sein. Zu beachten ist außerdem, dass hochwertige Extrakte sowohl aus Myzel als auch aus Fruchtkörpern für eine Vielzahl von Zwecken wirksam und nützlich sein können.

Welches ist das beste Extraktionsverfahren für Beta-Glucane aus Igelstachelbart?

Die ultraschallgestützte Kaltwasserextraktion ist das beste Verfahren, um wasserlösliche Verbindungen aus Pilzen, etwa aus dem Fruchtkörper des Igelstachelbarts, freizusetzen. Die ultraschallgestützte Kaltwasserextraktion perforiert und durchbricht die widerstandsfähigen Zellwände von Pilzen, um bioaktive Verbindungen wie β-Glucane aus der Zellmatrix freizusetzen. Da die Ultraschallbehandlung ein schonendes Verfahren ist, schädigt sie die sekundären Pflanzenstoffe nicht und verhindert den Abbau aller gesundheitsfördernden bioaktiven Verbindungen einschließlich der Beta-Glucane.

Welche Vorteile bietet ein Pilzextrakt?

Der Extraktionsprozess, z. B. die Ultraschallextraktion, setzt bioaktive Verbindungen wie Beta-Glucane aus der Zellmatrix frei. Deshalb enthalten Pilzextrakte größere Mengen bioaktiver Verbindungen als gemahlenes Pilzpulver. Der Hauptanteil der β-Glucane, bei denen es sich um hochmolekulare Polymere handelt, ist wasserlöslich. Deshalb ist die ultraschallgestützte Kaltwasserextraktion nicht nur eine gesunde und umweltfreundliche Extraktionsmethode, sondern setzt die β-Glucane auch effizient aus den Pilzzellen in Wasser frei. Mit dem Extrakt lassen sich Therapeutika und Nahrungsergänzungsmittel herstellen, die in jeder Dosis eine gleichbleibende Menge bioaktiver Moleküle enthalten.

Bioaktive Verbindungen im Igelstachelbart

Zu den sehr wichtigen und gut untersuchten bioaktiven Metaboliten zählen auch die Erinacine (A–I), eine Gruppe von Cyathin-Diterpenoiden, die aus dem Myzel von Hericium erinaceus, auch Igelstachelbart oder Yamabushitake genannt, extrahiert werden, sowie die Hericenone (C–H), Benzylalkoholderivate, die aus dem Fruchtkörper extrahiert werden. Beide Stoffgruppen können die Blut-Hirn-Schranke leicht überwinden und haben neurotrope und neuroprotektive Wirkungen gezeigt. Berichten zufolge induzieren sie sowohl in vitro als auch in vivo die Synthese des Nervenwachstumsfaktors (NGF). Dieser Heilpilz besitzt jedoch auch antioxidative, entzündungshemmende, krebshemmende, immunstimulierende, antidiabetische, antimikrobielle, hypolipidämische und antihyperglykämische Eigenschaften, obwohl er am häufigsten zur Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen und kognitiver Beeinträchtigungen eingesetzt wird.
Für Erinacin A, den Hauptvertreter der Erinacin-Gruppe, wurde eine wirksame Schutzwirkung gegen die Parkinson-Krankheit nachgewiesen. In einem Mausmodell der Parkinson-Krankheit mit 1-Methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridin (MPTP) bewirkte Erinacin A eine Verringerung des MPTP-induzierten Verlusts dopaminerger Zellen, des durch oxidativen Stress induzierten apoptotischen Zelltods sowie der Konzentrationen von Glutathion, Nitrotyrosin und 4-Hydroxy-2-nonenal (4-HNE); es machte außerdem MPTP-assoziierte motorische Defizite rückgängig und verringerte die Beeinträchtigung durch die von 1-Methyl-4-phenylpyridinium (MPP) induzierte Zytotoxizität und Apoptose neuronaler Zellen, und zwar durch eine durch Stress des endoplasmatischen Retikulums (ER) aufrechterhaltene Aktivierung der Signalwege IRE1α/TRAF2, JNK1/2 und p38 MAPK sowie die Expression des C/EBP-homologen Proteins (CHOP), von IKB-β und NF-κB sowie von Fas und Bax. Dieser Metabolit erwies sich auch als wirksam gegen ischämischen Schlaganfall, wie in einer Studie an Ratten berichtet wurde. Darin wurde durch gezielte Einwirkung auf die Signalwege iNOS/reaktive Stickstoffspezies (RNS) und p38 mitogenaktivierte Proteinkinase (MAPK)/CCAAT-Enhancer-bindendes-Protein-homologes Protein (CHOP) eine Verringerung der neuronalen Apoptose sowie der Größe der durch den Schlaganfall entstandenen Höhle im Gehirn beobachtet.
Für Erinacin A wurde außerdem eine signifikante Antitumoraktivität in menschlichen Magenkrebszellen TSGH 9201 berichtet, in denen es eine signifikante Apoptose induzierte, die mit einer erhöhten Phosphorylierung in den Signalwegen der fokalen Adhäsionskinase/Proteinkinase FAK/Akt/p70S6K und der Serin/Threonin-Kinase PAK-1 verbunden war. Es führte auch zu erhöhter Zytotoxizität und ROS-Bildung, zur verringerten Invasivität und Aktivierung von Caspasen sowie zur Expression des Tumornekroserezeptors TRAIL. Die starke Antitumorwirkung dieses Metaboliten wurde anschließend in einer neueren Studie sowohl in vitro an zwei menschlichen Darmkrebszelllinien (DLD-1 und HCT-116) als auch in vivo in einem Mausmodell bestätigt, die seine Mechanismen weiter aufklärte. Zu den Behandlungseffekten gehörten die Stimulation der extrinsischen Signalwege zur Apoptoseaktivierung (TNFR, Fas, FasL, Caspasen), die Unterdrückung der Expression der antiapoptotischen Moleküle Bcl-2 und Bcl-XL sowie die Phosphorylierung der auf Stressreize reagierenden Jun-N-terminalen Kinase JNK1/2, von NF-κB p50 und p330. Es wurde auch gezeigt, dass die Hochregulation von Todesrezeptormolekülen über den JNK-MAPK/p300/NF-κB-Signalweg durch die Modifikation des Histons H3K9K14ac vermittelt wird; die Ergebnisse des In-vivo-Versuchs zeigten tatsächlich erhöhte Mengen des Histons H3K9K14ac sowie eine Histonacetylierung an den Promotoren von Fas, FasL und TNFR.
Ein weiteres Erinacin, Erinacin C, ist für seine antineuroinflammatorischen und neuroprotektiven Wirkungen bekannt. Diese könnten durch einen Mechanismus erreicht werden, der die Hemmung der Proteinexpression von IκB, p-IκBα (beteiligt an der vorgeschalteten NF-κB-Signaltransduktionskaskade) und der induzierbaren Stickstoffmonoxid-Synthase (iNOS) sowie die Aktivierung des vor Stress schützenden Nrf2/HO-1-Signalwegs umfasst. Die Behandlung menschlicher BV2-Mikrogliazellen mit LPS-induzierter Entzündung führte zu verringerten Konzentrationen von Stickstoffmonoxid (NO), IL-6, TNF-α und iNOS, zur Hemmung der NF-κB-Expression und zur Phosphorylierung von IκBα-Proteinen (p-IκBα) sowie zur Hemmung des Kelch-ähnlichen ECH-assoziierten Proteins 1 (Keap1), zu einer erhöhten Menge des nukleären Transkriptionsfaktors Erythroid-2-verwandter Faktor (Nrf2) und einer erhöhten Expression des Hämoxygenase-1-Proteins (HO-1).
(Auszug aus Venturella et al., 2021)