Mild enzymatic isolation of mannan and glucan from yeast Saccharomyces cerevisiae

An enzymatic procedure to isolate polysaccharides from the yeast saccharomyces cerevisiae was developed which would both be environmentally friendly and preserve the native structure of the polymers. Two proteases and three enzyme cocktails were employed. To isolate the cell wall polysaccharides, the cell walls were first separated from the internal components by mechanical cell disruption. The quality of cell disruption was investigated for four types of glass beads with diameters from 0.25 – 1.5 mm and monitored via the inner cellular proteins released. With large glass beads (Ø = 0.75 – 1.5 mm) both brewer's and baker's yeast cells exhibited more than 90% cell disruption after as little as 12 min, whereas disruption was still incomplete with smaller beads. The isolated cell wall material was purified on microporous membranes, freeze-dried and then incubated with enzymes. Proteases caused protein lysis in the outer cell wall and released soluble mannan. The insoluble glucan was separated by centrifugation and the mannan was purified by dialysis or chromatography. In the digestion with proteases, complete conversion was achieved at concentrations higher than 240 mg g–1 of cell wall material within 26 h. Cell walls from baker's yeast had to undergo a preliminary extraction with petroleum ether. Complete conversion was only possible with one of the enzyme cocktails investigated, and this was achieved after as little as 6 h for cell walls from both baker's and brewer's yeast. The activity of the two other enzyme cocktails investigated was weaker, with brewer's yeast cell walls generally reacting more readily than those of baker's yeast. ZUSAMMENFASSUNG: Im Hinblick auf die Entwicklung umweltfreundlicher Verfahren und den Schutz der nativen Polymerstruktur wurde ein enzymatisches Verfahren zur Isolierung von Polysacchariden aus der Hefe Saccharomyces cerevisiae entwickelt. Eingesetzt wurden zwei Proteasen sowie drei Enzymcocktails. Zur enzymatischen Gewinnung der Zellwand-Polysaccharide wurden zunächst die Zellwände durch einen mechanischen Zellaufschluß vom Zellinneren getrennt. Die Aufschlußgüte wurde für vier Glasperlensorten mit Durchmessern von 0,25 – 1,5 mm untersucht und anhand der freigesetzten innerzellulären Proteine kontrolliert. Sowohl für Brauereihefezellen als auch Bäckerhefezellen zeigte sich mit großen Glasperlen (Ø = 0,75 – 1,5 mm) bereits nach 12 min ein mehr als 90proz. Zellaufschluß, während bei kleineren Glasperlen der Aufschluß noch unvollständig war. Das gewonnene Zellwandmaterial wurde an mikroporösen Membranen gewaschen, gefriergetrocknet und anschließend mit Enzymen umgesetzt. Proteasen zerstörten in der äußeren Zellwand die Proteinmatrix und setzten lösliches Mannan frei. Das unlösliche Glucan wurde durch Zentrifugieren abgetrennt und das Mannan durch Dialyse oder Chromatographie gereinigt. Bei Umsetzung mit Proteasen war vollständiger Umsatz ab einer Konzentration von 240 mg g–1 Zellwandmaterial in 26 h möglich. Zellwände aus Bäckerhefe mußten zuvor mit Petrolether extrahiert werden. Von den untersuchten Enzymcocktails war nur mit einem ein vollständiger Umsatz möglich, der aber sowohl für Bäckerhefezellwände als auch für Brauereihefezellwände schon nach 6 h erreicht wurde. Die Aktivität der beiden anderen untersuchten Enzymcocktails war schwächer, wobei sich Brauereihefezellwände generell besser umsetzen ließen als Bäckerhefezellwände.