Warum ist ein Ultraschallstab die effizienteste Methode für die Pilzextraktion?

Sie fragen sich, warum Ihre Pilzextraktion im Ultraschallbad bzw. der Ultraschallreinigungswanne nicht die gewünschte Extraktausbeute bringt? Erfahren Sie hier alles, was Sie über die starren chitinhaltigen Zellwände von Pilzen, die beste Extraktionstechnik und geeignete Lösungsmittel wissen müssen!

Weshalb sind für Pilze intensive Extraktionskräfte notwendig?

Die Zellwände aller Speise- und Heilpilze bestehen aus Chitin, dem gleichen Material, aus dem auch die Panzer von Krebstieren und Insekten bestehen. Chitin ist ein sehr hartes Material, das den Pilzzellen eine hohe Beständigkeit und Robustheit verleiht. Die Zellwand bildet eine Barriere zu den intrazellulären Kompartimenten, welche die bioaktiven Moleküle der Pilze enthalten. Wichtige Pilzmoleküle sind zum Beispiel α- und β-Glucane, Polysaccharide, Terpene, Antioxidantien, Vitamine oder halluzinogene Verbindungen. Jede Pilzart verfügt über ein einzigartiges Spektrum an bioaktiven Verbindungen. Um diese gesundheitsfördernden Substanzen aus den Pilzzellen freizusetzen, müssen die Zellwände aufgebrochen werden. Aufgrund ihres Chitingehalts ist das Aufbrechen der Pilzzellen eine schwierige Aufgabe, für fachliche Kenntnisse und hochentwickelte Geräte notwendig sind.

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Der Ultraschallextraktor UP100H, eine kompakte, 100 Watt starker Ultraschallstab, wird für die Extraktion bioaktiver Verbindungen wie Polysaccharide, Glucane, Vitamine sowie Halluzinogene wie Psilocybin aus Zauberpilzen der Gattung Psilocibe verwendet.

Tragbares Ultraschallgerät UP100H für eine effiziente Pilzextraktion.

In this video, we compare the extraction power of an ultrasonic bath - also known as an ultrasonic cleaner - with that of a Hielscher UP100H ultrasonic probe.

Mushroom Extraction - Bath vs Probe Ultrasonication - Side-by-Side Comparison

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Aufschließen chitin-haltiger Pilzzellwände mittels Sonikation

Chitin ist zwar eine Quelle für Ballaststoffe, Präbiotika und Antioxidantien, das Problem ist jedoch, dass der Mensch nicht in der Lage ist, Chitin zu verdauen. Das bedeutet auch, dass beim Verzehr von rohen, unbehandelten Pilzen die vielen bioaktiven Verbindungen, die Pilze so gesund machen, kaum verwerten kann, da sie in den Zellen eingeschlossen sind, die durch dicke chitinhaltige Zellwände geschützt sind.
Durch die Ultraschallextraktion werden bioaktive Verbindungen aus Pilzen bioverfügbar gemacht, so dass der menschliche Körper den Nährstoff schnell und vollständig aufnehmen kann. Außerdem werden bei der Ultraschallextraktion von Pilzen die nützlichen Nährstoffe konzentriert, so dass selbst kleine Mengen des Pilzextrakts bereits die gewünschten gesundheitsfördernden Effekte erzielen.

Ultraschall für die Pilzextraktion

Die Ultraschallbehandlung ist ein Verfahren, bei dem mit Hilfe von Hochfrequenz-Schallwellen Kavitationsblasen in einer Flüssigkeit erzeugt werden. Wenn diese Blasen kollabieren, erzeugen sie starke lokale Scherkräfte, die Zellen aufbrechen und den Inhalt der Zellen in die Flüssigkeit freisetzen können.
Bei der Pilzextraktion kann Ultraschall eingesetzt werden, um die Zellwände der Pilze aufzubrechen und ihre bioaktiven Bestandteile in ein Lösungsmittel freizusetzen. Es gibt zwei Arten von Ultraschallgeräten: Ultraschallbäder und Ultraschallstabschwinger.

Warum liefert mein Ultraschallbad unzureichende Ergebnisse bei der Pilzextraktion?

Ein Ultraschallbad ist ein Gerät, bei dem die Probe in einen Behälter gegeben wird und das gesamte Probengefäß indirekt mit Ultraschallwellen beschallt wird. Diese Methode gilt als relativ ineffektiv, da im Ultraschallbad die akustische Kavitation ungleichmäßig und mit nur sehr geringer Intensität auftritt. Da im Ultraschallbad die Pilzprobe indirekt beschallt wird, kann der Ultraschall nicht tief in die Probe eindringen. Die Ultraschallwellen müssen zuerst die Gefäßwände durchdringen, bevor sie auf das Pilzmaterial treffen. Dadurch werden die ohnehin schon schwachen Ultraschallwellen der Ultraschallwanne noch weiter abgeschwächt.

Die Beschallung mit einem Ultraschallstabschwinger ist für die Extraktion von Chaga-Pilzen wesentlich effizienter als ein Ultraschallbad. Die Ultraschallsonotrode UP100H bricht die chitinhaltigen Zellwände auf und setzt die bioaktiven Verbindungen vollständig frei.

Diese UV-Vis-Messungen zeigen den signifikanten Extraktionsunterschied zwischen einem Ultraschallstab und einem Ultraschallbad. Der Ultraschallstab UP100H (schwarze Kurve) ergibt einen deutlich höheren Ertrag an Chaga-Pilzextrakt als das Ultraschallbad (rote Kurve).

Intensive Ultraschallextraktion mit dem Ultraschallstab

Ein Ultraschallstabgerät hingegen ist mit einer Sonotrode ausgestattet – auch häufig Ultraschallfinger oder Sonde genannt – die direkt in die Probe eingeführt werden kann und eine gezieltere und lokalisierte Anwendung von Ultraschallenergie ermöglicht. Dies führt zu einem wesentlich effizienteren Zellaufschluss und zur Extraktion bioaktiver Verbindungen.
Die gezielte lokale Anwendung von Ultraschallenergie mittels Ultraschallstab stellt sicher, dass das Chitin mit ausreichender Intensität beschallt wird, umso dass das Chitin zersetzt wird.
Zudem dann der Ultraschallstab in der Probe bewegt werden, was eine zusätzliche Makro-Durchmischung bewirkt. Dadurch wird sichergestellt, dass die gesamte Pilz-Slurry ausreichend beschallt wird. Dies ist besonders wichtig für Pilze mit dicken Zellwänden oder dichten Strukturen.

 

In this video we demonstrate the ultrasonic cold water extraction of Chaga mushrooms. The Hielscher UP100H is a 100 watts ultrasonic homogenizer. This 14mm probe - MS14 - is very suitable for botanical extraction of small batches. You can adjust the intensity using the amplitude dial. We use 100% intensity for this extraction demonstration.

Kalte Extraktion von Chaga-Pilzen durch Ultraschallbehandlung

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Vorteile der Pilzextraktion mit einem Ultraschallstab
 

  • vollständigere Extraktion
  • Höhere Erträge
  • hochwertige Extrakte
  • schnelles Verfahren
  • Schonendes, nicht-thermisches Verfahren
  • kompatibel mit allen Lösungsmitteln
  • einfach und sicher zu bedienen
  • Geringer Wartungsaufwand
Sonotrode S24d22L2 am Ultraschallprozessor UP400St für die Pilzextraktion

Ultraschall-Extraktionsgerät UP400St zur Herstellung von Bio-Pilzextrakten.

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Ultraschallstab vs. Ultraschallbad für die Pilzextraktion

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die hohe Intensität eines Ultraschallstabs notwendig ist, um das Chitin in den Zellwänden der Pilze aufzubrechen und die bioaktiven Verbindungen freizusetzen. Die gezielte und lokalisierte Anwendung der Ultraschallenergie durch den Ultraschallstabschwinger stellt sicher, dass das Chitin mit ausreichend hoher Intensität beschallt wird. Dadurch wird eine effizientere und gründlichere Extraktion der bioaktiven Verbindungen aus den Pilzen erreicht.
Ein Ultraschallstabschwinger gilt im Allgemeinen als deutlich effizienter für die Pilzextraktion, da er im Vergleich zu einem Ultraschallbad eine gleichmäßigere und gründlichere Extraktion der bioaktiven Verbindungen ermöglicht.
Lesen Sie mehr über die Unterschiede bei der Ultraschallbearbeitung mit einem Ultraschallstab gegenüber einem Ultraschallbad!
 

Was ist das ideale Lösungsmittel für die Pilzextraktion mit Ultraschall?

Das Ultraschall-gestützte Extraktionsverfahren ist mit jedem Lösungsmittel kompatibel. Dies bedeutet, dass die Wahl des richtigen Lösungsmittels unter Berücksichtigung der Pilzart und der zu extrahierenden bioaktiven Verbindungen erfolgen sollte.
Pilze enthalten eine Vielzahl bioaktiver Verbindungen wie Polysaccharide, Beta-Glucane, Triterpenoide, Phenolverbindungen und Ergosterol, die nachweislich verschiedene gesundheitliche Vorteile haben. Die Extraktion dieser bioaktiven Verbindungen aus Pilzen kann mit verschiedenen Lösungsmitteln erfolgen, die jeweils ihre Vor- und Nachteile haben. Im Folgenden werden einige der am häufigsten verwendeten Lösungsmittel für die Extraktion bioaktiver Verbindungen aus Pilzen vorgestellt:

  • Wasser: Wasser ist ein gängiges Lösungsmittel für die Extraktion bioaktiver Verbindungen aus Pilzen. Polysaccharide und Beta-Glucane sind wasserlöslich, was es zu einem idealen Lösungsmittel für die Extraktion dieser Verbindungen macht. Wasser ist auch ein sicheres und ungiftiges Lösungsmittel, was es zu einem idealen Lösungsmittel für Lebensmittel und für medizinische Produkte macht.
  • Ethanol: Ethanol ist ein polares Lösungsmittel, das üblicherweise für die Extraktion von phenolischen Verbindungen und Triterpenoiden aus Pilzen verwendet wird. Ethanol kann zudem auch zur Extraktion von Polysacchariden und Beta-Glucanen verwendet werden, allerdings mit einer geringeren Ausbeute als Wasser.
  • Wässriges Ethanol: Unter wässrigem Ethanol versteht man ein Gemisch aus Wasser und Ethanol. Das Verhältnis von Wasser zu Ethanol kann je nach Bedarf angepasst werden. Die Verwendung von wässrigem Ethanol als Lösungsmittel hat mehrere Vorteile gegenüber der Verwendung von Wasser oder Ethanol allein. Zum einen kann der Zusatz von Ethanol zu Wasser die Löslichkeit bestimmter bioaktiver Verbindungen verbessern, die in Wasser allein nur schwer löslich sind, wie z. B. einige phenolische Verbindungen und Triterpenoide. Zum anderen kann die Verwendung von wässrigem Ethanol im Vergleich zu Wasser oder Ethanol allein zu höheren Extraktionsausbeuten führen, da ein breiteres Spektrum an bioaktiven Verbindungen extrahiert werden kann.
    Die Wahl der Ethanolkonzentration in dem wässrigen Ethanol-Lösungsmittel hängt von der Polarität der zu extrahierenden bioaktiven Verbindungen ab. Eine höhere Ethanolkonzentration (70-100 %) ist ideal für die Extraktion von weniger polaren Verbindungen verwendet werden, während eine niedrigere Ethanolkonzentration (30-50 %) für die Extraktion von polareren Verbindungen verwendet bevorzugt wird.
  • Methanol: Methanol ist ein weiteres polares Lösungsmittel, das für die Extraktion von Phenolverbindungen aus Pilzen verwendet werden kann. Methanol ist giftig und sollte daher mit Vorsicht verwendet werden. Um Methanol nach der Extraktion zu entfernen, ist eine aufwendige Aufreinigung des Extraktes erforderlich.
  • Aceton: Aceton ist ein unpolares Lösungsmittel, das üblicherweise für die Extraktion von Ergosterol aus Pilzen verwendet wird. Aceton ist entflammbar und giftig, daher sollte es mit Vorsicht verwendet werden.
  • Hexan: Hexan ist ein unpolares Lösungsmittel, das für die Extraktion von lipophilen Verbindungen aus Pilzen verwendet werden kann. Hexan ist entflammbar und giftig und muss dementsprechend mit Vorsicht verwendet werden.

Die Wahl des Lösungsmittels für die Extraktion bioaktiver Verbindungen aus Pilzen hängt von der Art der zu extrahierenden Verbindung und dem Verwendungszweck ab. Wasser und wässriges Ethanol sind im Allgemeinen die sichersten und am häufigsten verwendeten Lösungsmittel für die Extraktion bioaktiver Verbindungen aus Pilzen. Andere Lösungsmittel wie Ethanol, Methanol, Aceton und Hexan können jedoch für bestimmte Anwendungen oder wenn eine Wasserextraktion nicht ausreicht, verwendet werden. Es ist wichtig, diese Lösungsmittel mit Vorsicht zu verwenden und die entsprechenden Sicherheitsvorkehrungen zu befolgen.

Ultraschall ist eine schnelle und milde Extraktionsmethode zur Herstellung von hochwertigem Pilzextrakt. In dem Video wird ein UP400St für die Shitake-Extraktion verwendet.

Kaltextraktion von aktiven Substanzen aus Pilzen mit dem Ultraschallprozessor UP400St mit 22mm-Sonotrode

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Ultraschall-High-Shear-Homogenisatoren werden im Labor, Technikum, in der Pilotanlage sowie in der industriellen Produktion eingesetzt. Die Ultraschallbehandlung ist hocheffizient bei der Herstellung von langzeitstabilen Nanoemulsionen.

Hielscher Ultrasonics stellt Hochleistungs-Ultraschallhomogenisatoren für Mischanwendungen, Dispergierung, Emulgierung und Extraktion im Labor-, Pilot- und Industriemaßstab her.



Literatur / Literaturhinweise

Wissenswertes

Chitin als Baustein von Pilzzellwänden
Chitin ist ein multipolymerer Stoff, der in vielen Pilzklassen vorkommt, darunter Ascomyceten, Basidiomyceten und Phycomyceten. Chitin ist ein zähes, starkes Molekül, das lange Ketten und Vernetzungen bilden kann und ein 3D-Skelett um die Pilzzellen bildet. Pilzchitin ist in den Strukturmembranen und Zellwänden von Myzelien, Stängeln und Sporen enthalten und verleiht der Zellstruktur von Pilzen eine hohe Festigkeit und Steifigkeit. Das Biopolymer Chitin ist ein modifiziertes, stickstoffhaltiges Polysaccharid, das aus Einheiten von N-Acetyl-D-Glucosamin (GlcNAc) synthetisiert wird und sich durch ein hohes Molekulargewicht auszeichnet.

Chitin give fungal cell walls a high stiffness. Therefore, intense ultrasonic forces are used to dirupt mushroom cell walls in order to produce full spectrum mushroom extracts.

The molecule chitin is present in fungal cell walls. Due to the high thoughness, rigidity and stiffness of chitin, mushroom cells require intense forces to break the cell walls open and to release the bioactive compounds. Probe-type ultrasonicators create intense cavitation and shear forces, which efficiently extract bioactive molecules from mushroom.

Chitin makes the cell walls of mushrooms rigid and strong. In order to break the fungal cell walls and to extract bioactive compounds, a powerful extraction technique such as probe-type sonication is required.

Struktur des Chitinmoleküls mit zwei N-Acetylglucosamin-Einheiten, die sich wiederholen und lange Ketten bilden.


Hochleistungs-Ultraschall! Die Produktpalette von Hielscher deckt das gesamte Spektrum vom kompakten Labor-Ultraschallgerät über Bench-top-Homogenisatoren bis hin zu vollindustriellen Ultraschallsystemen ab.

Hielscher Ultrasonics fertigt Hochleistungs-Ultraschall-Homogenisatoren vom Labor bis zum voll-kommerziellen Industriemaßstab.


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