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Extraktion und Charakterisierung zellwandgebundener Polysaccharide aus Pilzen

Nitschke, Jörg - Universität Wuppertal (2011)


β-Glucane aus Basidiomycetes und Ascomycetes sind bekannt für ihre Wirkung als "Biological Response Modifier". Aktuell angewandte Extraktionsmethoden führen zu einer partiellen Degradation der nativen Struktur. Ein alternativer Extraktionsprozess für diese Glucane ist deswegen von besonderem Interesse. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine enzymatische Extraktionsmethode entwickelt. Dabei konnte ein Prozess realisiert werden, der in Kombination von enzymatischen und milden alkalischen Extraktionsschritten, β-Glucane aus dem Zellmaterial zu isolieren gestattet. Hierbei erfolgt die schrittweise Extraktion durch Inkubation mit Chitinase und β-Glucanase, jeweils gefolgt von einer milden Extraktion mit verdünnter Natronlauge. Durch eine speziell entwickelte Bestim-mungsmethode für Chitin konnte die eingesetzte Substratmenge für die Chitinase genau kontrolliert und gesteuert werden.

Zum jetzigen Zeitpunkt ist die enzymatische Extraktion von Glucanen nur aus wenigen ausgewählten Mycelien möglich. Aus Fruchtkörpern konnten mit dieser Methode keine Glucane isoliert werden. Allerdings besitzen Mycelien aufgrund ihres schnellen Wachstums ein großes Potential als Ressource für β-Glucane, da sie einfacher als die jeweiligen Fruchtkörper kultiviert werden können. Die entwickelte enzymatische Methode wurde mit einer in der Literatur beschriebenen Extraktionsmethode hinsichtlich ihrer Ausbeuten und der Struktur der erhaltenen Glucanprodukte verglichen. Dies ermöglicht eine genaue Beurteilung, ob die neue Extraktionsmethode ähnlich effektiv ist.

Mit Hilfe der in dieser Arbeit speziell entwickelten bzw. optimierten analytischen Bestimmungsmethoden konnten die Ausbeuten an Gesamt-β-Glucanen und der Anteil der wichtigen triplehelicalen Glucane ermittelt werden. Es konnten für die enzymatische Extraktionsmethode Gesamt-β-Glucanausbeuten in Höhe von 1,4-3,5 g/100 g Trockenmasse bestimmt werden. Der Anteil an Glucanen mit einer Triplehelix liegt bei 13-43% des Gesamt-β-Glucangehaltes. Im Vergleich sind die erzielten Ausbeuten etwas geringer als bei der Literaturmethode, wo Ausbeuten von 2,5-6,8 g/100 g Trockenmasse erzielt wurden. In Verbindung mit den bestimmten Wachstumsraten kann zusätzlich die Nutzungsmöglichkeit verschiedener Mycelien als Ressource zur β-Glucangewinnung abgeschätzt werden. Hier scheinen besonders Trametes versicolor, Pleurotus pulmonarius und Hypsizygus tessulatus großes Potential zu besitzen.

Mithilfe der durchgeführten strukturanalytischen Bestimmungen (NMR, Bestimmung der Monosaccharidzusammensetzung und GPC) konnten die durch die enzymatische Extraktion isolierten typischen β-1,3-1,6-verknüpften Glucane identifiziert werden. Darüber hinaus wurden verschiedene weitere α- und β-glykosidische Bindungen charakterisiert. Neben dem Hauptmonosaccharid Glucose konnten in größeren Mengen Galactose, Mannose und in Spuren Fucose, Ribose, Rhamnose, Arabinose und Xylose als Bausteine der Glucane identifiziert werden. Die gewichtsmittleren Molekularmassen der enzymatisch isolierten Glucane liegen zwischen 87-111 kDa. Vergleichende Untersuchungen der Glucane, die mit der Literaturmethode extrahiert wurden, haben gezeigt, dass im Rahmen der dort angewandten Extraktionsschritte eine strukturelle Degradation abläuft. Durch den ersten Extraktionsschritt der Literaturmethode, einer Inkubation mit Kalilauge, konnten strukturell den enzymatisch extrahierten Glucanen ähnliche Produkte isoliert werden. Offensichtlich werden Seitenketten bei dem darauf folgenden sauren Extraktionsschritt hydrolisiert. Die durch die enzymatische Extraktion gewonnenen Glucane sind somit eine sehr gute Alternative zu den herkömmlich gewonnenen Glucanen.

Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die für diese Arbeit formulierten Ziele mit der Entwicklung einer schonenden enzymatischen Extraktionsmethode realisiert werden konnten.


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