پروفایل متابولیت و فعالیت ضد پیری برنج کوجی تخمیر شده با آسپرژیلوس اوریزا و آسپرژیلوس کریستاتوس: یک مطالعه تطبیقی

خلاصه:برنجکوجیکه به عنوان یک شروع کننده برای به حداکثر رساندن مزایای تخمیر استفاده می شود، بسته به میکروب های تلقیح مورد استفاده، محصولات نهایی همه کاره تولید می کند. در اینجا، ما پروفایل متابولیت را انجام دادیمبرنج را مقایسه کنیدکوجیتخمیر شده با دو قارچ رشته ای مهم،آسپرژیلوس اوریزاوA. cristatus, به مدت 8 روز تجزیه و تحلیل چند متغیره الگوهای متمایز متابولیت های اولیه و ثانویه را در این دو نشان دادکوجی. کوجی برنج با تخمیر شدA. oryzae(RAO) نشان دادافزایش یافت -فعالیت گلوکوزیداز و محتویات مشتقات قندی بالاتر از مشتقات تخمیر شده باA. cristatus (RAC). RAC نشان دادافزایش یافته است فعالیت گلوکوزیداز و افزایش محتوای فلاونوئیدها ولیزوفسفولیپیدها، در مقایسه با RAO. به طور کلی، در مرحله تخمیر نهایی (8 روز)،آنتی اکسیدانفعالیت ها و اثرات ضد پیریدر RAC بالاتر از RAO، مربوط به هفتم بودندe افزایش یافتمتابولیت هامانندفلاونوئیدهاو مشتقات auroglaucin در RAC. این متابولومیک مقایسه ایرویکرد را می توان در استفاده کردبهینه سازی تولیدو تجزیه و تحلیل کنترل کیفیت ازکوجیمحصولات

کلید واژه ها: کوجی برنج; میکروب؛ تخمیر حالت جامد؛اثر ضد پیری; فعالیت آنتی اکسیدانی

برای دریافت اطلاعات بیشتر درباره اثر ضد پیری سیستانچ اینجا را کلیک کنید

1. معرفی

تخمیر که سابقه هزاران ساله دارد، به طور فزاینده ای به عنوان روشی برای افزایش تغذیه و فعالیت های زیستی محصولات غذایی، علاوه بر فرآوری و نگهداری آنها شناخته می شود [1]. کوجی برنج با تخمیر حالت جامد با استفاده از دانه‌های برنج بخارپز شده تلقیح شده با میکروارگانیسم‌ها برای ترشح آنزیم‌ها و تولید متابولیت‌های مفید ساخته می‌شود. در سال‌های اخیر، تلاش‌های مختلف برای ایجاد شرایط تخمیر ظریف منجر به کارایی تخمیر پیشرفته و خوش‌مزه بودن غذا شده است [2،3]. با توجه به مزایای آن، کوجی برنج در زمینه های صنعتی مانند غذاهای تخمیر شده و نوشیدنی ها و لوازم آرایشی کاربرد دارد [4-6].

گونه های اکسیژن واکنش پذیر(ROS) تحت شرایط o تولید می شوندf استرس اکسیداتیوو محصولات جانبی متابولیسم هوازی هستند. اینهارادیکال های آزادمی تواند باعث تخریب بیومولکول ها و در نتیجه آسیب های اکسیداتیو مانند التهاب و تسریع روند پیری پوست شود [7]. برای ایجاد تعادل بین تولید و حذف ROS، روبنده‌های ROS، معروف به آنتی‌اکسیدان‌ها، نقش مهمی در کاهش استرس اکسیداتیو دارند و عمدتاً از منابع طبیعی به دست می‌آیند [8]. این رادیکال‌های آزاد در فرآیند پیری نقش دارند و از بین بردن آن‌ها از طریق دریافت آنتی‌اکسیدان‌ها از منابع طبیعی در به تاخیر انداختن پیری بسیار مهم است [9]. در سال های اخیر، بسیاری از مطالعات گزارش کرده اند که کوجی برنج می تواند فعالیت های آنتی اکسیدانی بالقوه مواد خام را با بهبود بستر تخمیر افزایش دهد [10،11].

ماتریکس خارج سلولی پوست (ECM) از فیبرهای کلاژن و الاستین تشکیل شده است که خاصیت ارتجاعی پوست را برای بازیابی و حفظ شکل و حالت اولیه خود افزایش می دهند [12]. تخریب ECM پوستی نشانگر پیری است. این به دلیل تنظیم مثبت ماتریکس متالوپروتئیناز تجزیه کننده کلاژن-1 (MMP-1) که به نام کلاژناز نیز شناخته می‌شود، رخ می‌دهد. بنابراین، مطالعات فیتوکمیکال‌های مختلف که می‌توانند با تحریک سنتز کلاژن و الاستین و مهار MMP روند پیری پوست را کاهش دهند، در حال افزایش است [13-16]. سئو و همکاران نشان داد که سبوس برنج تخمیر شده بر کلاژن فیبروبلاست پوست، فاکتور التهابی (IL-a) و MMP تأثیر می گذارد [17]. از این رو، ترکیبات مختلف موجود در برنج، مانند فلاونوئیدها و اسیدهای فنولیک، دارای فعالیت آنتی اکسیدانی هستند و کوجی برنج تخمیر شده پتانسیل بهبود پیری پوست توسط اشعه ماوراء بنفش را دارد [18]. آسپرژیلوس، یک قارچ رشته ای، یک میکروب تلقیح معمولی برای تولید بسیاری از متابولیت های مفید مانند قندهای ساده، اسیدهای چرب و اسیدهای آمینه از کوجی در آسیا است. به طور خاص، Aspergillus oryzae رایج ترین میکروارگانیسم مورد استفاده در تولید کوجی به دلیل ایمنی تضمین شده و آنزیم های مختلف مانند آمیلاز، پروتئاز و پپتیداز است [19].

آسپرژیلوس کریستاتوس در تخمیر چای استفاده می شود، مانند چای آجری Fuzhuan که دارای پروبیوتیک است و از پیری ناشی از UVB محافظت می کند [20،21]. همچنین گزارش شده است که فعالیت آنتی اکسیدانی مواد خام مختلف دیگر را افزایش می دهد [22،23]. در حال حاضر، تلاش‌ها به طور فزاینده‌ای برای بهبود کیفیت آغازگرهای تخمیر انجام می‌شود [4،24]. مطالعات قبلی یک مطالعه متابولیک مقایسه ای آسپرژیلوس و باسیلوس را نشان داده اند که به طور گسترده در کوجی برنج استفاده می شود [25]. با این حال، اطلاعات کمی در مورد تفاوت های متابولیک بین یک جنس اما گونه های مختلف قارچ وجود دارد. برای انتخاب میکروب‌های بهینه که می‌توان با کاربردهای تغذیه‌ای و آرایشی و بهداشتی در بازار معرفی کرد، نیاز به درک جامعی از متابولیسم میکروب‌های مختلف تلقیح با مقایسه زیست‌فعالیتی و متابولیت‌های آنها وجود دارد.

در این مطالعه، متابولیت‌های کوجی برنج تخمیر شده با گونه‌های مختلف آسپرژیلوس را بررسی کردیم. (A. cristatus و A. oryzae) از نظر متابولومیک برای مقایسه متابولیسم دو قارچ رشته ای. ما همچنین فعالیت آنزیمی، فعالیت آنتی اکسیدانی و بیان RNA عوامل ضد پیری پوست (کلاژن، الاستین و MMP{1}}) را برای مقایسه دو کوجی اندازه‌گیری کردیم. علاوه بر این، ما تجزیه و تحلیل همبستگی را برای پیشنهاد متابولیت‌های نامزد بالقوه که به فعالیت آنتی اکسیدانی و اثرات ضد پیری پوست کمک می‌کنند، انجام دادیم. یک تجزیه و تحلیل جامع از پروفایل متابولیت مبتنی بر MS برای مقایسه دو تلقیح کوجی رابطه ای بین فعالیت های آنزیمی، متابولوم ها و فعالیت های زیستی ایجاد کرد. در اینجا، ما یک طرح کلی از وضعیت متابولیک کلی را ارائه می کنیم که با فعالیت های زیستی دو تلقیح کوجی مختلف مرتبط است.

2. نتایج

2.1. پروفایل متابولیک برای برنج کوجی تخمیر شده با گونه های مختلف آسپرژیلوس.

متابولوم های مختلف نمونه های کوجی برنج تلقیح شده با A. cristatus یا A. oryzae با استفاده از تجزیه و تحلیل چند متغیره با توجه به مجموعه داده های GC-MS و LC-MS مقایسه شد. نمودار امتیاز تجزیه و تحلیل مؤلفه اصلی (PCA) به دست آمده از UHPLC-LTQ-Orbitrap MS/MS و GC-TOF-MS واریانس کلی 40.9 درصد (PC1، 22.01 درصد؛ PC2، 18.89 درصد) و 52.88 درصد (PC1، را نشان داد. به ترتیب 34.70 درصد؛ PC2، 18.18 درصد (شکل 1A,B). هر دو نتایج PCA نشان داد که نقطه شروع تخمیر جمع آوری شده است، اما در نتیجه توسط قارچ های تلقیح مختلف با توجه به زمان های مختلف تخمیر متمایز می شود. تجزیه و تحلیل تفکیک حداقل مربعات جزئی (PLS-DA) الگوهای آماری مشابه توزیع متابولیت در PCA را روشن کرد (شکل تکمیلی S1A,B).

همانطور که در PCA به دست آمده از تجزیه و تحلیل UHPLC-LTQ-Orbitrap-MS/MS نشان داده شده است (شکل 1A)، تفاوت های قابل توجهی در روز هشتم وجود دارد، و هر دو نمونه هشت روزه تحت یک آنالیز متعامد با حداقل مربعات متمایز قرار گرفتند (OPLS). -DA)، که جداسازی واضحی را توسط مؤلفه 1 OPLS نشان داد که برای 86.11 درصد از واریانس داده‌ها به حساب می‌آید (شکل تکمیلی S1C). 31 متابولیت از داده‌های UHPLC-LTQ-Orbitrap-MS/MS انتخاب شدند، که به عنوان یکی از عوامل اصلی اختلاف در کوجی‌های برنج روز هشتم تخمیر شده با دو میکروب تلقیح متفاوت بر اساس اهمیت متغیر آنها در مقادیر پیش‌بینی در نظر گرفته می‌شود (VIP > 1). .{{10}}) و مقادیر p (p <0.05) از تجزیه و تحلیل OPLS-DA (جدول تکمیلی S1). این متابولیت ها شامل 2 اسید کربوکسیلیک، 5 اسید فنولیک، 7 فلاونوئید، 2 اسید چرب با زنجیره بلند، 11 لیزوفسفولیپید و anc4 هیدروکینون بود. متابولیت ها به طور آزمایشی با مقایسه ادبیات منتشر شده (وزن مولکولی، فرمول مولکولی، زمان ماند، الگوهای قطعه جرم، و جذب UV) و داده های یک کتابخانه داخلی شناسایی شدند.

شکل 1. نمودار امتیاز تجزیه و تحلیل مؤلفه اصلی (PCA) از مجموعه (A) UHPLC-LTO-Orbitrap-MS/MS و (B) GC-TOF-MSdata کوی برنج تخمیر شده با Aspergillus cristatus یا A. oryzne. (نمادهای پر شده , A. cristatus; نمادهای پر نشده, A. oryzne, O, 0 روز؛ , , 2 روز؛ V, V, 4 روز؛ 6 روز؛ , 8 روز).

2.1.1. متابولوم های زمانی برای برنج کوجی با گونه های مختلف آسپرژیلوس. تلقیح با توجه به زمان تخمیر

مسیرهای متابولیک کوجی برنج وابسته به میکروب های مختلف تلقیح با یک نقشه حرارتی برای تجسم الگوهای تغییر متابولیت مطابق با زمان تخمیر نشان داده شد (شکل 2). رنگ روی یک گرادیان آبی به قرمز نشان دهنده میانگین فراوانی نسبی نرمال شده هر متابولیت در هر شرایط تجربی است. روند اکثر متابولیت ها در کوجی برنج تخمیر شده با A. cristatus (RAC) و A. oryzaeRAO) یک الگوی تدریجی افزایشی با زمان تخمیر نشان داد. متابولیت های مرتبط با متابولیسم کربوهیدرات عمدتاً الگوی افزایشی را نشان می دهند به جز گلوکز، زایلوز، ساکارز و مالتوز که قندها هستند. علاوه بر این، فلاونوئیدهای فنولیک اسید و محتوای هیدروکینون با زمان تخمیر افزایش یافت، به جز اسید فرولیک. در بین اسیدهای چرب، اکثر متابولیت ها الگوی افزایشی را نشان دادند در حالی که اسید پیملیک کاهش نشان داد. لیزوفسفولیپیدها الگوهای متفاوتی با زمان‌های تخمیر و قارچ‌های تلقیح متفاوت ارائه کردند.

شکل 2. طرح مسیر متابولیک و سطوح نسبی متابولیت ها در کوجی برنج تخمیر شده با آسپرژیلوس کریستاتوس یا A. oryzae. این مسیر از پایگاه داده کیوتو دایره المعارف ژن و ژنوم (KEGG) اقتباس و اصلاح شد. مربع‌های رنگی نشان‌دهنده تغییرات چین‌خوردگی (آبی تا قرمز) هستند که با میانگین همه مقادیر برای هر متابولیت نرمال شده‌اند.

2.1.2. نابرابری نسبی در سطح متابولیت های متمایز در برنج کوجی تخمیر شده توسط A. cristatus یا A. oryzae

همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، محتویات متابولیت های اولیه و ثانویه الگوهای متفاوتی را مطابق با قارچ های تلقیح مختلف نشان می دهد. در مورد گلوکز که مرکز متابولیسم کربوهیدرات است، الگوهای A. cristatus koji کاهش نشان داد، در حالی که A. one koji الگوهای کاهشی را در نقطه تخمیر اولیه نشان داد اما به تدریج تا نقطه تخمیر نهایی افزایش یافت. علاوه بر این، الکل قند در RAO بیشتر از RAC بود. به ویژه، مشتقات auroglaucin به طور قابل توجهی تنها در RAC افزایش یافته است، زیرا آنها یک ترکیب رنگدانه منحصر به فرد تولید شده توسط A. cristatus هستند. علاوه بر این، بیشتر فلاونوئیدها در RAC به طور قابل توجهی در مقایسه با RAO افزایش یافتند، به جز 3،8-دی متیل هرباستین. از بین اسیدهای فنولیک، اسید فرولیک و اسید بنزوئیک در هر دو نمونه افزایش یافت، اما اسید دی هیدروکسی بنزوئیک، اسید کافئویل کوینیک و اسید وانیلیک تنها در RAC افزایش یافت. لیزوفسفولیپیدها در RAC افزایش یافت، اما تمایل متضاد در RAO مشاهده شد. اسیدهای چرب الگوهای بیشتری از افزایش RAO نسبت به AC نشان دادند

2.2. مقایسه تولید آنزیمی و زیست فعالی در برنج کوجی تخمیر شده با میکروارگانیسم های مختلف

برای مقایسه فنوتیپ‌های RAC و RAO، فعالیت آنزیم و اثرات ضد پیری روی سلول‌های پوست، فعالیت آنتی‌اکسیدانی، محتوای فلاونوئید کل (TFC) و محتوای فنلی کل (IPC) را ارزیابی کردیم (شکل 3). تولید آنزیم هر دو کوجی با زمان تخمیر افزایش یافت، به جز a-amylase در RAO. جالب توجه است، محتوای a-glucosidase در RAO دو برابر بیشتر از RAC با 10.12 و 3.52 واحد بود. در مقابل، محتوای B-گلوکوزیداز در RAC بالاتر از RAO با 19 واحد بود. فنوتیپ عملکردی هر دو کوجی (فعالیت آنتی اکسیدانی و عامل ضد پیری پوست) نشان داد که کوجی برنج با A. cristatus دارای فعالیت آنتی اکسیدانی بالاتری در ABTS، DPPH و FRAP در زمان تخمیر نهایی (8 روز) با 1 بود. {24}}5، 0.40، به ترتیب 0.66 TEAC (ظرفیت آنتی اکسیدانی معادل ترولاکس). علاوه بر این، محتوای فلاونوئید در RAC بیشتر از RAO با 0.07 NE (معادل نارینگین) و 0.01 NE بود. در حالی که محتوای فنل کل در RAO بیشتر از RAC با 0.32 EGA (معادل اسید گالیک) و 0.28 EGA بود. نتایج فاکتورهای ضد پیری پوست (الاستین، کلاژن و MMP{31}}) حاکی از کلاه در پایان تخمیر بود. سطح بیان ACRNA با 7.77 و 13.76 و سطح بیان RNA نسبی MMP{36}} کمتر با 2.35 در مقایسه با B-اکتین. در همین حال، RAO افزایش تدریجی بیان RNA الاستین و کلاژن را به دنبال تخمیر نشان داد.

شکل 3. مقایسه تولید آنزیم (A)، فاکتور پیری مورچه پوست (B) و فعالیت آنتی اکسیدانی، محتویات فلاونوئید کل)، و محتویات فنلی کل (IPC) (C) در کوجی برنج تخمیر شده با گونه های مختلف Aspergillus. (رنگ سیاه، رنگ سفید A. cristatus، A. oryzne). فعالیت های آنزیمی عبارتند از: فعالیت a-amylase، فعالیت B-glucosidase و فعالیت a-glucosidase (A). سطح بیان mRNA نسبی برای موارد زیر اندازه‌گیری می‌شود: کلاژن (COL1A1)، الاستین (ELN) و ماتریکس متالوپروتئیناز-1 (MMP-1) ​​(B). فعالیت های آنتی اکسیدانی نشان داده شده عبارتند از ABTS، مهار رادیکال DPPH، FRAP، محتوای توتال ماونوئید، و محتوای فنلی کل (C). تفاوت معنی داری بین میکروب های مختلف تلقیح با آزمون t مشخص شد (* p < {{10}.05، ** p <0.01).

برای تعیین متابولیت هایی که به طور بالقوه به زیست فعالی کمک می کنند، یک تجزیه و تحلیل همبستگی بین متابولیت های کوجی تخمیر شده و فعالیت های زیستی انجام شد (Supplement.tary شکل S2). به طور کلی، نقشه ضریب همبستگی پیرسون همبستگی RAC را با فعالیت‌های زیستی بالاتر از RAO نشان داد. در RAC، اسیدهای آلی، فلاونوئیدها، لیزوفسفولیپیدها، اسیدهای چرب، هیدروکینون، مشتقات قند همبستگی مثبت بالایی با فعالیت‌های زیستی نشان دادند. برای RAO، اسیدهای آلی، فلاونوئیدها و اسیدهای چرب، و مشتقات قند همبستگی مثبتی را با فعالیت‌های زیستی نشان دادند. متابولیت‌هایی که دارای ضریب همبستگی پیرسون بالاتر از 0.5 بودند در نقشه شبکه نشان داده شده‌اند (شکل 4) در هر دو محصول کوجی، اسیدهای آلی، اسیدهای چرب، فلاونوئیدها و مشتقات قند سهم بالقوه‌ای در فعالیت‌های زیستی داشتند. . بیان RNA الاستین با متابولیت‌های RAC مرتبط بود، در حالی که بیان RNA کلاژن با متابولیت‌های RAO همراه بود. علاوه بر این، TFC یک همبستگی با RAC نشان داد. علاوه بر این، لیزوفسفولیپیدها و هیدروکینون از عوامل موثر در فعالیت آنتی اکسیدانی قوی در RAC بودند.

شکل 4، متابولیت‌هایی که دارای ضریب همبستگی پیرسون بالاتر از 0. نمادهای جعبه نشان دهنده فعالیت های زیستی (رنگ خاکستری، فعالیت آنتی اکسیدانی TPC و TFC، رنگ سیاه، اثر ضد پیری پوست بر روی سلول) و نمادهای رنگی متابولیت ها را نشان می دهد (همان سری با رنگ و شکل متفاوت متمایز شدند: o، هیدروکینون:، ارگانیک اسیدها: اسیدهای چرب، فلاونوئیدها، لیزوفسفولیپیدها، o، قند و مشتقات قند؛ ناشناخته).

بیشتر بخواهید:

ایمیل:wallence.suen@wecistanche.com whatsapp: plus 86 15292862950