Hielscher – Ultraschall-Technologie

Ultraschall-Extraktion von medizinischen Pilzen

  • Medizinische Pilze sind seit der Antike für ihre außergewöhnlichen gesundheitlichen Vorteile bekannt. In letzter Zeit haben sich medizinische Pilze zu einem Mainstream-Produkt entwickelt, um die Gesundheit zu verbessern und die Energie zu steigern.
  • Um das gesamte Spektrum der gesundheitsfördernden Wirkung von Heilpilzen zu erfahren, müssen Verbindungen wie Polysaccharide aus den Pilzzellen freigesetzt werden.
  • Die Ultraschallextraktion ist eine ausgezeichnete Technik, um bioaktive Verbindungen aus Pflanzenstoffen wie Reishi, Löwenmähne, Cordyceps, Shiitake, Chaga etc. zu isolieren.

Heilpilze

Medizinische Pilze haben sich aufgrund ihrer außergewöhnlichen Auswirkungen auf die kognitiven Funktionen und das Immunsystem als Superfood und Nootropic etabliert. Neben ihrer gesundheitlichen und kognitiven Wirkung werden Heilpilze zur Vorbeugung und Behandlung von Krankheiten (z.B. Krebs, Diabetes, Entzündungen etc.) eingesetzt. Die bekanntesten Speisepilzarten sind Chaga, Reishi, Lion's Mane, Cordyceps, Shiitake und Maitake.

Ultraschall-Extraktion von Shiitake-Pilzen mit UP400St

The most prominent health effects, fungi have been shown to boost immunity, increase nerve growth factor (NGF), improve endurance during physical activity as well longevity. The bioactive compounds, which cause the health-boosting effects, are polysaccharides such as ?-glucans and ?-glucans. The profile of glucans differs between the specific fungi species and is responsible for the specific use of different mushrooms to achieve various effects. For instance, Lion’s Mane promotes the nerve growth factor (NGF), while the Cordyceps fungus improves endurance, and Reishi supports the immune system and longevity.

Warum Pilzextrakte?

Pilzextrakte sind von Vorteil, da nur geringe Mengen konsumiert werden, die die gleiche Wirkung haben wie bei der Einnahme großer Mengen von Pilzpulver, was notwendig ist, um die gewünschten Effekte zu erzielen. Ultraschall-isolierte Pilzextrakte liefern Ihnen alle wichtigen Nährstoffe und bioaktiven Substanzen in sehr konzentrierter Form!

Hielscher's UP400St is a powerful ultrasonic extractor (Click to enlarge!)

UP400St für die Polysaccharidextraktion aus Pilzen

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Ultraschallextraktion von Polysacchariden

Um Polysaccharide (wie Alpha-Glucane und Beta-Glucane), Triterpene und andere bioaktive Verbindungen aus Heilpilzen zu isolieren, ist die Ultraschallextraktion die geeignetste, effektivste und effizienteste Technik.
Weitere nützliche Bestandteile vieler Speisepilze sind Selen, Vitamin D und Vitamin B3. Durch intensiven Ultraschall werden die Zellwände von Pilzen (die aus Chitin bestehen) perforiert und lysiert, so dass die chemischen Verbindungen wie Polysaccharide, Vitamine etc. in das umgebende Lösungsmittel freigesetzt werden. Die Ultraschallextraktion ist hocheffizient und setzt das gesamte Spektrum an bioaktiven Verbindungen in kürzester Zeit frei im Vergleich zu herkömmlichen Extraktionstechniken.
Nach der Extraktion können die bioaktiven Verbindungen durch Filtration, Destillation / Verdampfung und Fällung getrennt und gereinigt werden, um hochkonzentrierte, hochwirksame Pilzextrakte herzustellen. Diese Pilzextrakte werden später zu Medikamenten, Nahrungsergänzungsmitteln, Inhaltsstoffen für funktionelle Lebensmittel, Tinkturen und Tonika verarbeitet.

Ultraschallwasser- oder Lösungsmittelextraktion

Ein großer Vorteil der Ultraschallextraktion ist die breite Auswahl an Lösungsmitteln zur Auswahl. Die ultraschallunterstützte Isolierung von Phytochemikalien und bioaktiven Verbindungen kann in Lösungsmitteln wie Wasser, Ethanol, Methanol, Isopropanol, Wasser-Ethanol-Gemischen, Glycerin, Pflanzenölen usw. durchgeführt werden.
Abhängig von den zu isolierenden Verbindungen kann die ultraschallunterstützte Extraktion in Wasser oder Lösungsmitteln wie Ethanol, Methanol, Isopropanol etc. durchgeführt werden. Da Pilze meist wasserlösliche Zielverbindungen und nur wenige nicht wasserlösliche Komponenten enthalten, ist eine Wasserextraktion die bevorzugte Methode. Lösungsmittel mit hohem Alkoholanteil werden speziell zur Isolierung von Extrakten mit hohem Triterpenanteil eingesetzt.

Hielscher Ultrasonics' SonoStation ist ein einfach zu bedienende Ultraschall-Setup für Produktionsmaßstab. (Klicken um zu vergrößern!)

SonoStation – ein Ultraschallsystem mit 2x 2kW Ultraschallgeräten, Rührtank und Pumpe – eignet sich hervorragend für die Extraktion großer Mengen.

Vorteile der Ultraschallextraktion

  • Effizienteste
  • Schnelle Extraktion
  • vollständigere Extraktion
  • Hochwertige Vollspektrum-Extrakte
  • Milder, nicht thermischer Prozess (Kaltpressung)
  • Pharma- / Lebensmitteltauglich
  • Standardisierter Prozess
  • Verschiedene Lösemittel zur Auswahl
  • sicher & einfach zu bedienen

Ergebnisse der Ultraschallextraktion

Ultraschallprozessparameter sind entscheidend für die Isolierung und Rückgewinnung von Phytochemikalien. Erstens sind Ultraschallparameter wie Amplitude, Druck und Temperatur wichtige Faktoren, um den Extraktionsprozess auf höchste Ausbeute und Qualität abzustimmen. Zweitens sorgen präzise kontrollierte Prozessbedingungen dafür, dass die Extrakte nicht durch zu starke Prozesswirkungen abgebaut werden. So sind beispielsweise botanische Verbindungen wie Polysaccharide anfällig für den Abbau bei hohen Temperaturen.
Hielscher Ultrasonics‘ Extraktoren können exakt gesteuert werden – durch Einstellen von Amplitude, Druck, Temperatur auf optimale Bedingungen. Dies ermöglicht reproduzierbare Ergebnisse, Extraktqualität und Prozessstandardisierung.
Forschungen (Alzorqi et al.) haben gezeigt, dass (1-3; 1-6)-β-d-glucans von malaysischen Pilzen, die durch Ultraschall extrahiert wurden, eine höhere antioxidative Aktivität, ein höheres Molekulargewicht und einen optimalen Verzweigungsgrad im Vergleich zu Extrakten aufweisen, die mit herkömmlichen Extraktionsverfahren hergestellt wurden.

Leistungsstarke Ultraschall-Extraktoren

Hielscher Ultrasonics ist ein langjähriger, erfahrener Hersteller von Hochleistungs-Sonden, die erfolgreich zur Isolierung bioaktiver Komponenten aus Pflanzen und Pilzen eingesetzt werden. Mit einer Produktpalette, die das gesamte Spektrum von kleineren tragbaren Ultraschallgeräten über Tisch- und Pilotanlagen bis hin zu vollindustrialen Einheiten abdeckt, ist Hielscher Ultrasonics Ihr Partner, der Sie von der ersten Machbarkeitsprüfung und Prozessoptimierung bis zur Endmontage Ihrer industriellen Produktionslinie unterstützt. Um bioaktive Verbindungen aus Pflanzenstoffen freizusetzen, können hohe Amplituden erforderlich sein. – besonders wenn robuste Zellwände perforiert und lysiert werden müssen. Die Ultraschallprozessoren von Hielscher Ultrasonics, z.B. UIP500hdT oder UIP2000hdTkann sehr hohe Amplituden von bis zu 200µm erreichen. Diese hohen Amplituden können natürlich im 24/7-Betrieb kontinuierlich betrieben werden. Die Robustheit der Hielscher Ultraschallgeräte gewährleistet einen problemlosen 24/7-Betrieb bei hoher Beanspruchung und in anspruchsvollen Umgebungen.

Warum Hielscher Ultrasonics?

  • Hochleistungs-Ultraschall-Extraktoren
  • Präzise steuerbar
  • reproduzierbare Ergebnisse
  • die lineare Skalierbarkeit
  • Robust & Geringer Wartungsaufwand
  • Beratung & Service
  • einfacher & betriebssicher

In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallsysteme:

Batch-Volumen Durchfluss Empfohlenes Ultraschallgerät
1 bis 500ml 10 bis 200ml/min UP100H
10 bis 2000ml 20 bis 400ml/min UP200Ht, UP400St
0.1 bis 20l 0.2 bis 4l/min UIP2000hdT
10 bis 100l 2 bis 10l/min UIP4000
n.a. 10 bis 100l/min UIP16000
n.a. größere Cluster aus UIP16000

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Hielscher Ultrasonics produziert leistungsstarke Ultraschallgeräte für Vollspektrum-Extrakte.

Hochleistungs-Ultraschall-Extraktoren vom Labor- über den Pilot- bis zum industriellen Maßstab.

Literatur

  • Alzorqi I., Sudheer S., Lu T.J., Manickam S. (2017): Ultraschallgeschütztes β-d-glucan aus künstlich gezüchteten Pilzen, charakteristische Eigenschaften und antioxidative Aktivität. Ultraschallsonochemie 2017. 531-540.
  • Alzorqi I., Singh A., Manickam S., Al-Qrimli H. (2016): Optimierung der ultraschallunterstützten Extraktion (UAE) von β-D-Glucan-Polysacchariden aus Ganoderma lucidum für ein zukünftiges Scale-up. Ressourceneffiziente Technologien 2016.
  • Khan, A.A., Gani A., Masoodi F., Kousar S., Ahmad M. (2014): Antioxidative und funktionelle Eigenschaften von β-Glucan aus essbarem Pilz Agaricus Bisporus, Pleurotus Ostreatus und Coprinus Atramentarius. Proceedings of the 8th International Conference on Mushroom Biology and Mushroom Products (ICMBMP8) 2014.
  • Vardanega R., Santos D.T., Meireles M.A.M. (2014): Intensivierung der Extraktion bioaktiver Verbindungen aus Arzneipflanzen durch Ultraschall-Bestrahlung. Pharmakogn Rev. 2014 Jul-Dez; 8(16): 88-95.


Wissenswertes

Ultraschall-Extraktion – Funktionsprinzip

Die Ultraschallextraktion ist eine einfache, kostengünstige, schnelle und effiziente Technologie, die die Flüssig-Feststoff-Extraktion intensiviert und traditionelle Extraktionstechniken übertrifft. Die Hauptvorteile der Ultraschall-Feststoff-Flüssigkeitsextraktion basieren auf einer schnelleren Extraktionskinetik und dem Stoffaustausch sowie auf einer Erhöhung der Ausbeute des Extrakts. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, den Extraktionsprozess bei niedrigeren Temperaturen durchzuführen, wodurch wärmeempfindliche Verbindungen vor dem Abbau geschützt werden. Im Vergleich zu alternativen Isolierungstechniken wie Mikrowelle oder überkritischem CO2 ist der Ultraschall-Extraktor kostengünstiger (sowohl für Anschaffung als auch für Betrieb), benutzerfreundlich und sicher zu bedienen.

Die ultraschall-akustische Kavitation erzeugt hochintensive Kräfte, die die als Lyse bezeichneten Zellwände öffnen (Zum Vergrößern anklicken!).

Die Ultraschallextraktion basiert auf der akustischen Kavitation und ihren hydrodynamischen Scherkräften. Hielscher Ultraschallgeräte‘ Systeme erzeugen intensive Ultraschallwellen und Kavitation für die Extraktion von Fotochemikalien aus Pflanzenstoffen.

akustische Kavitation – das Phänomen der Ultraschallverarbeitung: Wenn intensive Ultraschallwellen in ein flüssiges Medium eingekoppelt werden, werden Kompressions- und Expansionszyklen auf das Fluid angewendet. Während der Expansion (Verdünnung) entstehen in der Flüssigkeit Vakuumblasen oder Hohlräume. Diese Vakuumblasen entstehen, wenn der ausgeübte Unterdruck die Zugfestigkeit der Flüssigkeit übersteigt. Über verschiedene Kompressions- / Verdünnungszyklen hinweg wachsen die Vakuumblasen, bis sie einen Punkt erreichen, an dem sie keine weitere Energie aufnehmen können, so dass sie heftig zusammenbrechen (Blasenimplosion). Während der Blasenimplosion treten extreme Bedingungen wie sehr hohe Temperatur- und Druckdifferenzen, Flüssigkeitsstrom und Scherkräfte lokal auf. Diese intensiven Kräfte brechen Zellen (von Pflanzen und Gewebe), so dass das intrazelluläre Material (z.B. Polysaccharide), TerpeneProteine, Flavone etc.) werden in das Lösungsmittel freigesetzt. Der Prozess der Bildung, des Wachstums und des Zusammenbruchs der Vakuumblasen wird als Kavitation.

Pilz

Pilze sind der botanische Begriff für alle Mitglieder der Gruppe der eukaryontischen Organismen, zu denen Mikroorganismen wie Hefen, Schimmelpilze und Pilze gehören. Vor allem in der Traditionellen Medizin (z.B. Asiatische / Chinesische Medizin) werden Pilze verabreicht, um vielfältige Wirkungen wie kognitive Verbesserungen, Immunsystem-Booster oder Langlebigkeit zu erzielen. Heutzutage werden Heilpilze nicht nur als alternatives Medikament verwendet, sondern auch Pilzextrakte als funktionelle Lebensmittel oder Supernahrung. So werden beispielsweise Pilze wie Maitake, Cordyceps, Putenschwanz, Reishi eingenommen, um ihre Wirkung als Immunmodulatoren zu nutzen. Mehrere Pilzarten wie die Psilocybin-Pilze (umgangssprachlich als Zauberpilze bekannt) werden wegen ihrer psychedelischen Eigenschaften verwendet. Pilze sind keine Pflanzen und werden in das Reich der Pilze eingeordnet.

Polysaccharide

Polysaccharide sind wichtige bioaktive Verbindungen, die in medizinischen Pilzen vorkommen. Sie werden als biochemisch aktive Verbindungen für die pharmazeutische und nutrazeutische Verabreichung mit positiven Effekten wie Immunregulation, zur Umkehrung oder Verhinderung von Strahlenschäden, Anti-Blut-Koagulation sowie zur Bekämpfung von Krebs, antiviralen und hypoglykämischen Aktivitäten eingesetzt. Die aus Pilzen gewonnenen Polysaccharide Lentinan, Schizophyllan und Krestin wurden in Japan, Korea und China als Immunpräparate (Medikamente zur Stärkung des Immunsystems) zugelassen.
Pilze enthalten neben Polysacchariden unter anderem Phenole, Heteropolysaccharide, Glykogene, Vitamine und Triterpene.

Medizinische Pilzarten

In Chaga Pilz, der auch bekannt ist als Inonotus obliquus obliquus oder Schwarzer Baumpilz (umgangssprachlich Schlackenpilz, Birkenpilz, Klinkerpolypore genannt), sind Polysaccharide die bekanntesten Wirkstoffe. Die Polysaccharide von Chaga haben eine sehr starke antioxidative Aktivität, die freie Radikale abfangen.

Löwenmähne (Hericium erinaceus) ist ein essbarer und medizinischer Pilz aus der Gruppe der Zahnpilze. Lion's Mähne ist bekannt für ihre neuroprotektive und nootropische Wirkung, was bedeutet, dass Lion's Mähne verwendet wird, um das Gedächtnis und die kognitiven Funktionen zu verbessern.

Der Reishi-Pilz enthält Polysaccharide, die durch Ultraschall (z.B. mit Hielscher Ultrasonics) am effektivsten isoliert werden können.' UP400St).Reishi (Ganoderma lucidum, auch bekannt als Ling Zhi / Lingzhi, Mannentake, Pilz der Unsterblichkeit) ist ein polyporöser Pilz, der leicht an seiner rot lackierten, nierenförmigen Kappe zu erkennen ist. Der Reishi-Pilz produziert eine Gruppe von Triterpenen, die sogenannten Ganodersäuren. Ganoderinsäuren weisen eine Molekülstruktur auf, die der von Steroidhormonen ähnlich ist. Darüber hinaus sind in Reishi auch Polysaccharide (z.B. Beta-Glucan), Cumarin, Mannitol und Alkaloide enthalten. Sterine, die aus dem Pilz isoliert wurden, beinhalten Ganoderol, Ganoderensäure, Ganoderiol, Ganodermanontriol, Lucidadiol und Ganodermadiol. Kulinarisch gesehen ist Reihi bekannt für seinen bitteren Geschmack und wird oft in Kaffeegetränken konsumiert.

Shitake (Lentinula edodesumgangssprachlich als Schwarzwälder Baumpilz, Xiang Gu, Duftpilz bezeichnet), ist als Zutat in asiatischen Gerichten weit verbreitet. Aus gesundheitlichen Gründen verabreicht, stärkt Shiitake das Immunsystem und führt zu einem deutlichen Rückgang der Entzündung.

Coriolus versus Farbe (Trametes versicolor, Polyporus versicolor.Yun Zhi, Kawaratake) enthält die Polysaccharide PSK, PSP und Kresin sowie B-1,3 und B-1,4 Glukane. Die Polysaccharide werden zur Verbesserung der Immunfunktion bei Patienten mit bestimmten Krebsarten zusammen mit einer Chemotherapie eingesetzt. In der traditionellen chinesischen Medizin wird Turkey Tail als Tonikum verwendet.

Cordyceps sinensis (Ophiocordyceps sinensisAuch der chinesische Raupenpilz, Dong Chong Xia Cao, yartsa gunbu) ist ein weiterer Pilz mit außergewöhnlichen antioxidativen Eigenschaften. Cordyceps enthält starke Antioxidantien, die schädliche freie Radikale neutralisieren und auch die Aktivität des körpereigenen Antioxidationssystems erhöhen.

Maitake (Grifola frondosaCloud Pilz, Hui Shu Hua, Henne aus dem Wald, Widderkopf, Schafskopf) ist ein polyporöser Pilz, der sowohl das angeborene Immunsystem als auch das adaptive Immunsystem stimuliert. Die Forschung ergab, dass Maitake das Immunsystem von Brustkrebspatientinnen stimuliert. Darüber hinaus zeigt es blutzuckersenkende Effekte, da der Pilz einen Alpha-Glukosidase-Inhibitor enthält.

Agaricus subrufescens (auch bekannt unter den Bedingungen von Agaricus blazei, Agaricus brasiliensis, Agaricus rufotegulisMandelpilz, Sonnenpilz, Gottespilz, Lebenspilz, königlicher Sonnenagaricus, Jisongrong oder Hämatsutake) ist ein essbarer Pilz, der sich durch seinen süßen Geschmack und Duft von Mandeln auszeichnet. Der Agaricus-Pilz ist ein beliebter medizinischer Pilz, der vor allem wegen seiner immunstärkenden Wirkung verwendet wird.