Dlaczego ultradźwięki typu sondy są najlepsze do ekstrakcji grzybów?

Zastanawiasz się, dlaczego ekstrakcja grzybów za pomocą kąpieli ultradźwiękowej lub ultradźwiękowego zbiornika czyszczącego nie daje pożądanej wydajności ekstraktu? Dowiedz się tutaj wszystkiego, co musisz wiedzieć o sztywnych ścianach komórkowych grzybów zawierających chitynę, najlepszej technice ekstrakcji i odpowiednich rozpuszczalnikach!

Dlaczego potrzebuję intensywnych sił do ekstrakcji grzybów?

Wszystkie grzyby jadalne mają ściany komórkowe wykonane z chityny, tego samego materiału, który tworzy skorupy skorupiaków i owadów. Chityna jest bardzo mocnym materiałem, który nadaje komórkom grzybów wysoką wytrzymałość. Ściana komórkowa tworzy barierę dla przedziałów wewnątrzkomórkowych, które zawierają bioaktywne cząsteczki grzybów. Ważnymi cząsteczkami grzybów są na przykład α- i β-glukany, polisacharydy, terpeny, przeciwutleniacze, witaminy lub związki halucynogenne. Każdy gatunek grzybów posiada unikalną gamę związków bioaktywnych. Aby uwolnić te prozdrowotne substancje z komórek grzyba, ściany komórkowe muszą zostać rozbite. Ze względu na zawartość chityny, rozbicie komórki grzyba jest trudnym zadaniem i wymaga pewnej wiedzy i zaawansowanego sprzętu.

Łamanie ścian komórkowych grzybów zawierających chitynę za pomocą sonikacji

Chociaż chityna jest doskonałym źródłem błonnika, prebiotyków i przeciwutleniaczy, problem polega na tym, że ludzie nie mają zdolności rozkładania chityny. Oznacza to również, że gdy spożywasz surowe, nieprzetworzone grzyby, nie skorzystasz z wielu bioaktywnych związków zawartych w grzybach, ponieważ są one uwięzione w komórkach, które są chronione przez silne ściany komórkowe zawierające chitynę.
Ekstrakcja ultradźwiękowa sprawia, że bioaktywne związki z grzybów są biodostępne, dzięki czemu organizm ludzki może szybko i całkowicie wchłonąć składnik odżywczy. Dodatkowo w ultradźwiękowych ekstraktach z grzybów korzystne składniki odżywcze są skoncentrowane, dzięki czemu nawet niewielka ilość ekstraktu z grzybów daje pożądane rezultaty prozdrowotne.

Ultradźwięki do ekstrakcji grzybów

Ultradźwięki to proces, w którym fale dźwiękowe o wysokiej częstotliwości są wykorzystywane do tworzenia pęcherzyków kawitacyjnych w cieczy. Kiedy pęcherzyki te zapadają się, tworzą intensywne lokalne siły ścinające, które mogą rozbijać komórki i uwalniać ich zawartość do cieczy.
W ekstrakcji grzybów ultradźwięki mogą być stosowane do rozbijania ścian komórkowych grzybów i uwalniania ich bioaktywnych związków do rozpuszczalnika. Istnieją dwa rodzaje ultrasonografów: typu wannowego i sondowego.

Dlaczego moja kąpiel ultradźwiękowa daje słabe wyniki ekstrakcji grzybów?

Ultradźwiękowiec typu kąpielowego to urządzenie, w którym próbka jest umieszczana w pojemniku wypełnionym rozpuszczalnikiem, a fale ultradźwiękowe są przykładane do całego pojemnika. Metoda ta jest znana jako dość nieskuteczna, ponieważ kąpiel ultradźwiękowa rozprowadza energię ultradźwiękową nierównomiernie i z niską intensywnością. Ponieważ w kąpieli ultradźwiękowej próbka grzyba jest sonikowana pośrednio, ultradźwięki nie mogą wniknąć głęboko w próbkę. Fale ultradźwiękowe muszą przejść przez ściany naczynia, zanim uderzą w materiał grzybowy. W ten sposób już fale ultradźwiękowe o niskiej intensywności zbiornika ultradźwiękowego są jeszcze bardziej zmniejszone.

Pomiary UV-Vis pokazują znaczącą różnicę w ekstrakcji między sondą ultradźwiękową a kąpielą ultradźwiękową. Ultradźwiękowy sondy UP100H (czarny wykres) daje znacznie wyższą wydajność ekstraktu z grzybów chaga niż kąpiel ultradźwiękowa (czerwony wykres).

Intensywna ekstrakcja ultradźwiękowa przy użyciu sondy ultradźwiękowej

Z drugiej strony, ultradźwiękowiec typu sonda jest wyposażony w końcówkę – tak zwana sonotoda lub sonda – które można wprowadzić bezpośrednio do próbki, co pozwala na bardziej skoncentrowane i zlokalizowane zastosowanie energii ultradźwiękowej. Skutkuje to znacznie skuteczniejszym rozbijaniem komórek i ekstrakcją związków bioaktywnych, szczególnie w gęstych lub trudno dostępnych obszarach próbki.
Skoncentrowane i zlokalizowane zastosowanie energii ultradźwiękowej dostarczanej przez ultrasonicator typu sondy zapewnia, że chityna jest poddawana wystarczającej ilości energii do rozbicia.
Dodatkowo, sonda może być przenoszona do różnych obszarów próbki, tworząc dodatkowe makro-mieszanie, aby zapewnić, że wszystkie części grzyba są odpowiednio sonikowane. Jest to szczególnie ważne w przypadku grzybów o grubych ścianach komórkowych lub gęstych strukturach, gdzie zapewnienie pełnej ekstrakcji przy użyciu innych metod może być trudne.

Sonda ultradźwiękowa a kąpiel ultradźwiękowa do ekstrakcji grzybów

Podsumowując, wysoka intensywność sonikacji typu sondy jest niezbędna do rozbicia chityny w ścianach komórkowych grzybów i uwolnienia związków bioaktywnych. Skoncentrowane i zlokalizowane zastosowanie energii ultradźwiękowej dostarczanej przez ultrasonicator typu sondy zapewnia, że chityna jest odpowiednio sonikowana, co skutkuje bardziej wydajną i dokładną ekstrakcją związków bioaktywnych z grzybów.
Ultradźwięk typu sondy jest ogólnie uważany za bardziej wydajny do ekstrakcji grzybów, ponieważ może zapewnić bardziej jednolitą i dokładną ekstrakcję związków bioaktywnych w porównaniu do ultrasonografu typu wannowego.
Przeczytaj więcej o różnicach w przetwarzaniu ultradźwiękowym przy użyciu sondy ultradźwiękowej i kąpieli ultradźwiękowej!
 

Jaki jest idealny rozpuszczalnik do ultradźwiękowej ekstrakcji grzybów?

Ultradźwięki jako metoda ekstrakcji są kompatybilne z dowolnym rozpuszczalnikiem. Oznacza to, że wybór odpowiedniego rozpuszczalnika musi być dokonany z uwzględnieniem gatunków grzybów i związków bioaktywnych, które powinny być ekstrahowane.
Grzyby zawierają różnorodne związki bioaktywne, takie jak polisacharydy, beta-glukany, triterpenoidy, związki fenolowe i ergosterol, które, jak wykazano, mają różne korzyści zdrowotne. Ekstrakcję tych bioaktywnych związków z grzybów można osiągnąć przy użyciu różnych rozpuszczalników, z których każdy ma swoje zalety i wady. Oto niektóre z powszechnie stosowanych rozpuszczalników do ekstrakcji związków bioaktywnych z grzybów:

• Woda: Woda jest powszechnym rozpuszczalnikiem do ekstrakcji związków bioaktywnych z grzybów. Polisacharydy i beta-glukany są rozpuszczalne w wodzie, co czyni ją idealnym rozpuszczalnikiem do ekstrakcji tych związków. Woda jest również bezpiecznym i nietoksycznym rozpuszczalnikiem, co czyni ją idealnym rozpuszczalnikiem dla żywności i produktów leczniczych.
• Etanol: Etanol jest rozpuszczalnikiem polarnym, który jest powszechnie stosowany do ekstrakcji związków fenolowych i triterpenoidów z grzybów. Etanol może być również stosowany do ekstrakcji polisacharydów i beta-glukanów, ale z niższą wydajnością niż woda.
• Wodny etanol: Wodny etanol oznacza mieszaninę wody i etanolu. Stosunek wody do etanolu można dostosować do wymagań. Zastosowanie wodnego etanolu jako rozpuszczalnika ma kilka zalet w porównaniu z użyciem samej wody lub etanolu. Po pierwsze, dodanie etanolu do wody może poprawić rozpuszczalność niektórych związków bioaktywnych, które nie są dobrze rozpuszczalne w samej wodzie, takich jak niektóre związki fenolowe i triterpenoidy. Po drugie, zastosowanie wodnego etanolu może skutkować wyższą wydajnością ekstrakcji w porównaniu z samą wodą lub etanolem, ponieważ może ekstrahować szerszy zakres związków bioaktywnych.
  Wybór stężenia etanolu w wodnym rozpuszczalniku etanolowym zależy od polarności ekstrahowanych związków bioaktywnych. Wyższe stężenie etanolu (70-100%) może być stosowane do ekstrakcji mniej polarnych związków, podczas gdy niższe stężenie etanolu (30-50%) może być stosowane do ekstrakcji bardziej polarnych związków.
• Metanol: Metanol to kolejny polarny rozpuszczalnik, który może być stosowany do ekstrakcji związków fenolowych z grzybów. Metanol jest toksyczny, więc należy go stosować ostrożnie. Do usunięcia metanolu po ekstrakcji wymagane jest zaawansowane oczyszczanie.
• Aceton: Aceton jest niepolarnym rozpuszczalnikiem, który jest powszechnie stosowany do ekstrakcji ergosterolu z grzybów. Aceton jest łatwopalny i toksyczny, dlatego należy go stosować ostrożnie.
• Heksan: Heksan jest niepolarnym rozpuszczalnikiem, który może być stosowany do ekstrakcji związków lipofilowych z grzybów. Heksan jest łatwopalny i toksyczny, dlatego należy go stosować ostrożnie.

Wybór rozpuszczalnika do ekstrakcji związków bioaktywnych z grzybów zależy od rodzaju ekstrahowanego związku i zamierzonego zastosowania. Woda i wodny etanol są na ogół najbezpieczniejszymi i najczęściej stosowanymi rozpuszczalnikami do ekstrakcji związków bioaktywnych z grzybów. Jednak inne rozpuszczalniki, takie jak etanol, metanol, aceton i heksan, mogą być używane do określonych zastosowań lub gdy ekstrakcja wodą nie jest wystarczająca. Ważne jest, aby używać tych rozpuszczalników ostrożnie i przestrzegać odpowiednich procedur bezpieczeństwa.