0

מיצוי פוליסכרידים מפטריות מרפא ומאכל: טכנולוגיות מתקדמות וחידושים אחרונים

תקציר:בשנים האחרונות, רב-סוכרים (פוליסכרידים) המופקים מפטריות, ובמיוחד β-גלוקנים, הפכו למוקד מחקר ועניין תעשייתי בשל תכונותיהם הביולוגיות כמו פעילות נוגדת חמצון וגידולים ויכולתם למודולציה של מערכת החיסון. כדי לחלץ את הרכיבים הביו-אקטיביים הללו, פותחו טכנולוגיות מיצוי מתקדמות כמו מיצוי באמצעות אולטרסאונד (UAE), מיצוי באמצעות מיקרוגל (MAE), מיצוי באמצעות אנזימים (EAE), מיצוי סינרגטי של אולטרסאונד ומיקרוגל (UMSE), מיצוי במים תת-קריטיים (SWE), מיצוי בעזרת שדה חשמלי פועם (PEFAE), מיצוי דו-פאזי מימי (ATPE), ושיטות משולבות אחרות. המאמר מספק רקע על השימוש בפטריות ומפרט את המאפיינים המבניים והפעילויות הביולוגיות של רב-סוכרים אלו. בהמשך, נדונות ההתפתחויות האחרונות בטכנולוגיות המיצוי, כולל חוזקותיהן ומגבלותיהן, ומתוארים המנגנונים הבסיסיים שלהן. המאמר מסכם עם השוואה ביקורתית של טכניקות המיצוי השונות ומציע תחזית לעתיד התחום.

מבוא: מאז ומעולם נחשבו פטריות לאובייקט תרבותי משמעותי; הרומאים כינו אותם "מזון האלים" והיוונים הקדמונים האמינו שהם מעניקים כוח ללוחמים. מאז, פטריות מגוונות כמו שמפיניון (Agaricus bisporus), שיטאקי (Lentinula edodes), פטריות יער (Pleurotus, במיוחד Pleurotus ostreatus), פטריות אינוקי (Flammulina velutipes), אוזן יהודי (Auricularia auricula-judae) ומאיטקי (Grifola frondosa) נכללות בתזונה האנושית בשל ערכן התזונתי והקולינרי. בתקופתנו, עם התפשטות המודעות לאכילה בריאה, פטריות הפכו לפופולריות עוד יותר, תוך שהן מועשרות ברכיבים תזונתיים חיוניים כגון רב-סוכרים, פוליפנולים, חלבונים, ניאצין, אשלגן, ריבופלבין, סלניום וויטמין D, וכן סיבים תזונתיים. הן נטולות גלוטן, עם ערך קלורי נמוך, תכולת שומן מועטה, והן נמוכות בסוכרים פשוטים ונתרן. בנוסף, תמציות פטריות משולבות במוצרים תזונתיים כמו יוגורט קפוא, מיץ פירות וחלב סויה להפקת מוצרים עשירים ברכיבים מזינים. לא רק כמקור מזון, בתרבות הסינית נתפסו פטריות כ"שיקוי חיים" בשל יכולתן לטפל במחלות שונות כמו טרשת עורקים, סוכרת, סרטן במערכת העיכול ועוד, ושימשו כתרופה מסורתית במדינות אסיה במשך מאות שנים. כדי להשלים את התמונה על חשיבותם התרבותית וההיסטורית של פטריות, שווה להביא את סיפורו של האיש היטזי, הידוע גם כ"אוטצי", חי לפני כ-5,300 שנה. הוא נמצא משומר במצב מעולה בקרח שבאלפים, מה שהפך אותו לאחת מהגופות העתיקות והמשומרות ביותר שנתגלו אי פעם. בחקירה של תכולתו של כיסיו וציודו, חוקרים גילו שאוטצי נשא איתו פטריות ברשת עורו. חלק מהפטריות היו מסוג פומפוליוס סומפטואוס (Fomes fomentarius), שידועות ביכולתן לשמש כמדליק אש ולעיתים כרפואה לטיפול בזיהומים, ופטריות נוספות שנמצאו איתו היו מסוג בירך מראה (Piptoporus betulinus), שידועות בסגולותיהן הרפואיות וביכולתן להכיל חומרים נגד תסמינים כמו כאבים ומחלות פרזיטיות. השימוש בפטריות אלו מלמד על הידע הרחב והיישום המוקדם של פטריות בקרב תרבויות עתיקות לצרכים שונים, כולל רפואיים ושימושיים.

רב-סוכרים (פוליסכרידים) רב-סוכרים הם שרשראות ארוכות ומורכבות של פחמימות, המורכבות מסוכרים ניטרליים ו/או מונומרי חומצה אורונית, המוחזקים יחד על ידי קשרים גליקוזידיים. הם מעורבים במגוון תהליכים ביולוגיים, כגון התפתחות עוברית והגנה תאית מפני זיהום על ידי וירוסים וחיידקים. פטריות מכילות סוגים רבים של רב-סוכרים, כולל הטרופוליסכרידים עשירים בפוקוז, גלקטוז, מנוז וקסילוז, אך הנפוצים ביותר הם גלוקנים דמויי גליקוגן שמשמשים כמרכיבי אחסון. רב-הסוכרים המבניים של דופן התא בפטריות מורכבים מתאית או כיטין, ומבנה דמוי מטריצה המורכב מ-α-גלוקנים, β-גלוקנים וגליקופרוטאינים. β-גלוקנים, שמקורם בפטריות, נחקרים ביותר בשל ההבדלים המבניים בינם לבין רב-סוכרים שמקורם בחיידקים או צמחים. הם מורכבים בעיקר משרשרת ראשית של (1→3)-β-D-גלוקוז עם הסתעפות בדרך כלל במצב O-6 עם יחידות של β-D-גלוקופיראנוז או אוליגוסכרידים אחרים. רב-סוכרים מסוימים כמו לנטינן מ-Lentinula edodes וסכיזופילאן מ-Schizophyllum commune הוכרו כאימונוצטיקלים במדינות כמו סין, יפן וקוריאה, ומכיוון שמאפייניהם המבניים והפעילויות הביולוגיות משתנות משמעותית לפי מקור הפטריה, נעשה חשוב להבין את פוטנציאל השימוש בהם בתחומים שונים.

פעילות ביולוגית של רב-סוכרים שמקורם בפטריות רב-סוכרים המקוריים מפטריות משפיעים משמעותית על הבריאות כרכיבים ביו-אקטיביים, פועלים כ"משנה תגובה ביולוגית" ומציעים יתרונות פרמקולוגיים וטיפוליים נרחבים. תכונות אלה כוללות פעילות נוגדת חמצון, נוגדת סרטן, נוגדת גידולים, נוגדת מוטגנים, נוגדת HIV, נוגדת דלקת, נוגדת קרישה, נוגדת קרינה, נוגדת עייפות, אנטיביוטית, נוגדת שגשוג, טיפול היפוגליקמי, השפעות הגנה על הכבד והורדת לחץ דם, פעילויות מווסתות חיסון והפחתת כולסטרול ושומן גוף. כמו כן, נמצא שרב-סוכרים אלו מסייעים באינטראקציה וקשירה עם קולטני שטח של תאי גידול, וגורמים לאפופטוזיס שלהם. המאפיינים הפיזיקו-כימיים של רב-סוכרים אלו מאפשרים להם להתקשר בצורה יעילה עם קולטני תאים שונים, תוך שהם מציעים פוטנציאל רב לטיפול במחלות שונות כמו סרטן. מחקרים ראשוניים כבר הראו כי רב-סוכרים מפטריות מסוימות מעכבים באופן משמעותי גידולים סרטניים, כולל בתאי סרטן ריאות, כבד, צוואר הרחם והמעי הגס. למעשה, נמצא כי משקלם המולקולרי, הרכב המונוסכרידים, מסיסותם במים, מבנה ודרגת הסתעפותם משפיעים באופן מכריע על פעילותם הביולוגית. לדוגמה, β-(1→3)/(1→6)-גלוקנים מסועפים, הנמצאים ברמה גבוהה בפטריות מסוימות, הראו פוטנציאל ביולוגי משמעותי בסילוק כולסטרול ורגולציה של התגובה החיסונית, כשהם משפיעים על מערכת החיסון באופן שיכול לשמש לשיפור טיפולי במגוון תנאים רפואיים. לקבלת רב-סוכרים איכותיים מפטריות, נדרשת תהליך מיצוי יסודי ומדוקדק הכולל מספר שלבים של בידוד וטיהור. התהליך מתחיל בטיפולים מקדימים, שבהם נעשית הסרת שומן דרך שימוש בממיסים אורגניים וטיפול באלכוהול להסרת זיה

  1. שיפור ביעילות המיצוי – האנרגיה שמשתחררת מהבועות המתפוצצות מפרקת את דופן התאים הפטרייתיים ומגדילה את השטח הפנוי למגע בין הרכיב הביו-אקטיבי לממס, ובכך משפרת את יעילות המיצוי.
  2. חיסכון בזמן – תהליכי מיצוי בעזרת אולטרסאונד מתרחשים במהירות רבה יותר מאשר שיטות מיצוי קונבנציונליות, מפחיתים את הזמן הנדרש לשחרור הרכיבים מהחומר האורגני.
  3. חיסכון באנרגיה – כוח הגזירה והכוחות ההידרודינמיים המופעלים בתהליך המיצוי מקטינים את הצורך בחימום או בשימוש בכימיקלים, דבר שמוביל לצמצום בשימוש באנרגיה.
  4. שימור הרכיבים הביו-אקטיביים – השימוש באולטרסאונד מפחית את הסיכוי לדגרדציה תרמית או כימית של הרכיבים הביו-אקטיביים במהלך המיצוי, מה שמאפשר לשמר את פוטנציאל הרפואי והבריאותי שלהם.

בסך הכול, מיצוי בעזרת אולטרסאונד מהווה כלי חשוב ומועיל ביותר בתהליכי פיתוח וייצור של תוספי תזונה ומוצרים פרמצבטיים על בסיס רכיבים טבעיים מפטריות, תוך שמירה על סטנדרטים גבוהים של איכות ויעילות.

  1. מיצוי בעזרת מיקרוגל (MAE) – דורש זמן טיפול קצר מאוד, פחות מחצי שעה, מה שהופך אותו לאפקטיבי ומהיר. השימוש בגלי מיקרוגל מסייע לחדירה מהירה ואפקטיבית של החום לתוך המטריצה הפטרייתית, מה שמשחרר את הרכיבים הביו-אקטיביים במהירות.
  2. מיצוי דו-פאזי מימי (ATPE) – פועל בטמפרטורת החדר, הנמוכה ביותר בין השיטות, מה שמוביל לפחות דגרדציה תרמית של הרכיבים הביו-אקטיביים. ATPE מאפשר גם סלקטיביות גבוהה בהפרדת הרכיבים השונים עקב השימוש בממסים מסיסים ולא מסיסים.
  3. מיצוי במים תת-קריטיים (SWE) – מתבצע בלחץ גבוה (> 10 MPa) וטמפרטורות קיצוניות (≥ 200 מעלות צלזיוס), שמאפשרות שחרור יעיל של רכיבים חסינים תרמית. עם זאת, הטמפרטורה והלחץ הגבוהים עלולים להוביל לדגרדציה או שינוי של חלק מהרכיבים.
  4. מיצוי בעזרת אנזימים (EAE) – פועל בטמפרטורות מתונות (50-60 מעלות צלזיוס), מה שמוביל לדגרדציה נמוכה יחסית ומאפשר שימור טוב יותר של הפעילות הביולוגית של הרכיבים.

בחירה בשיטת המיצוי תלויה בסוג הרכיבים הרצויים לשחרור, בתכונות הפיזיקליות והכימיות של החומר הגולמי ובצרכים הספציפיים של התהליך, כאשר יש לשקול את ההשפעות השונות של כל טכניקה על המוצר הסופי.

מסקנות הסקירה הן כדלקמן:

  1. חשיבות המיצוי היעיל: השיפור בטכנולוגיות מיצוי מאפשר למקסם את השימוש ברכיבים הביו-אקטיביים שבפטריות, מה שמוביל ליצירת מוצרים עם ערך מוסף גבוה עבור הבריאות והתרופות.
  2. צורך בהתאמה של שיטות מיצוי: שיטות שונות מתאימות למטרות שונות ולסוגי פטריות שונים, וחשוב לבחור את השיטה המתאימה ביותר על מנת לשמר את התכונות הביו-אקטיביות תוך מינימום פגיעה במרכיבים.
  3. פיתוח טכנולוגיות חדשות: המשך פיתוח וחדשנות בתחום המיצוי מצפה להביא לשיטות יעילות יותר וחסכוניות יותר מבחינה אנרגטית וכלכלית.
  4. השפעות סביבתיות ואנרגטיות: הערכת ההשפעה הסביבתית והאנרגטית של טכנולוגיות המיצוי חשובה, ויש לשאוף למזעור הפגיעה בסביבה במהלך תהליכי המיצוי.
  5. השפעת המחקר על התעשייה: פיתוחי מחקר בתחום זה יכולים להוביל לייצור מסחרי של רכיבים ביו-אקטיביים, תוך פתיחת שווקים חדשים ושיפור טכנולוגיות ייצור קיימות.

בסופו של דבר, כל אלה מחזקים את המעמד של פטריות כמקור לרכיבים ביו-אקטיביים המשפרים את הבריאות ומספקים פתרונות טיפוליים חדשניים, תוך תרומה חשובה לתעשיית הבריאות והרפואה.

תודות המחברים מודים על התמיכה הכספית שהתקבלה ממשרד המדע והטכנולוגיה של טייוואן במסגרת מספרי המענקים MOST 109-3116-F-006-016-CC1, 109-2621-M-029-001 ו-107-2221-E-006-112-MY3.

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0144861720311796?fbclid=IwY2xjawHsy4tleHRuA2FlbQIxMQABHeUDkCSOzAaoH5dKaLv-6FfkKAr7NGHwokV_dUDUw5vr64VxJKwlXiwYFg_aem_bi3Q9zCKWLEKAegpFeiBBA


מקור מידע: התקציר והנתונים מבוססים על המאמר: Liu Z., Song S., Shi Z., Zhang W.,
Zhang G., Ying Y., & Liu D. (2021).Advanced extraction techniques of polysaccharides
from natural materials: Progress, challenges and perspectives. פורסם בכתב העת
Carbohydrate Polymers, כרך 251.למאמר המלא באתר ScienceDirect

הפניות (124)

 

עגלה מהירה

Add a product in cart to see here!
0