Profiliranje metabolita i aktivnost protiv starenja riže Koji fermentiranog sa Aspergillus Oryzae i Aspergillus Cristatus: Komparativna studija

sažetak:Ricekoji, koji se koristi kao starter za maksimiziranje prednosti fermentacije, proizvodi svestrane krajnje proizvode ovisno o korištenim mikrobama inokuluma. Ovdje smo izvršili profiliranje metabolitauporedi pirinačkojifermentirano sa dvije važne filamentne gljive,Aspergillus oryzaeiA. cristatus, za 8 dana. Multivarijantne analize su pokazale različite obrasce primarnih i sekundarnih metabolita u obakoji. Pirinač koji je fermentirao saA. oryzae(RAO) pokazaopovećana -aktivnost glukozidaze i veći sadržaj derivata šećera od fermentiranogA. cristatus (RAC). RAC je pokazaopoboljšano -aktivnost glukozidaze i povećan sadržaj flavonoida ilizofosfolipidi, u poređenju sa RAO. Sve u svemu, u završnoj fazi fermentacije (8 dana),antioksidansaktivnosti i efekti protiv starenjabili veći u RAC nego u RAO, što odgovara the povećanametabolitikao što suflavonoidii derivate auroglaucina u RAC. Ovaj uporedni metabolomskipristup se može primijeniti uoptimizacija proizvodnjei analize kontrole kvalitetakojiproizvodi.

Ključne riječi: pirinač koji; mikrob; fermentacija u čvrstom stanju;efekat protiv starenja; antioksidativno djelovanje

Kliknite ovdje da biste dobili više informacija o Cistanche Anti-aging efektu

1. Uvod

Fermentacija, koja ima historiju dugu hiljadama godina, sve se više prepoznaje kao metoda poboljšanja nutritivnosti i bioaktivnosti prehrambenih proizvoda, uz njihovu preradu i konzerviranje [1]. Pirinač koji se proizvodi fermentacijom u čvrstom stanju korištenjem parenih zrna pirinča inokulisanih mikroorganizmima da luče enzime i proizvode korisne metabolite. Poslednjih godina, različiti pokušaji da se stvore delikatni uslovi fermentacije doveli su do napredne efikasnosti fermentacije i boljeg ukusa hrane [2,3]. Zbog svojih prednosti, riža koja pronalazi primjenu u industrijskim područjima kao što su fermentirana hrana i pića i kozmetika [4–6].

Reaktivne vrste kiseonika(ROS) se generišu pod uslovima of oksidativni stresi nusproizvodi su aerobnog metabolizma. Oveslobodni radikalimože izazvati degradaciju biomolekula, što rezultira oksidativnim oštećenjima, kao što su upala i ubrzanje procesa starenja kože [7]. Kako bi se razvio ravnoteža između proizvodnje i eliminacije ROS, hvatači ROS, poznati kao antioksidansi, igraju važnu ulogu u ublažavanju oksidativnog stresa i uglavnom se dobivaju iz prirodnih izvora [8]. Ovi slobodni radikali su uključeni u proces starenja, a njihovo uklanjanje kroz unos antioksidansa iz prirodnih izvora ključno je u odlaganju starenja [9]. Posljednjih godina, mnoge studije su objavile da pirinač koji može poboljšati potencijalne antioksidativne aktivnosti sirovina poboljšanjem fermentacionog supstrata [10,11].

Ekstracelularni matriks kože (ECM) sastoji se od kolagenih i elastinskih vlakana, koja potiču elastičnost kože kako bi se obnovila i održala njen izvorni oblik i stanje [12]. Uništavanje dermalnog ECM je pokazatelj starenja. Nastaje zbog regulacije matriksne metaloproteinaze-1 (MMP-1), također poznate kao kolagenaza, koja razgrađuje kolagen. Stoga se povećavaju istraživanja različitih fitokemikalija koje mogu usporiti proces starenja kože stimulirajući sintezu kolagena i elastina i inhibirajući MMP-1 [13–16]. Seo et al. su pokazali da fermentirane pirinčane mekinje utiču na kolagen fibroblasta kože, faktor inflamacije (IL-a) i MMP-1 [17]. Dakle, različita jedinjenja koja se nalaze u pirinču, kao što su flavonoidi i fenolne kiseline, imaju antioksidativno dejstvo, a fermentisani pirinač koji ima potencijal da poboljša fotostarenje kože UV zračenjem [18]. Aspergillus, fifilamentozna gljiva, tipičan je inokulum mikrob za proizvodnju mnogih korisnih metabolita kao što su jednostavni šećeri, masne kiseline i aminokiseline iz koji u Aziji. Konkretno, Aspergillus oryzae je najčešći mikroorganizam koji se koristi u proizvodnji koji zbog svoje sigurnosti i različitih enzima, kao što su amilaza, proteaza i peptidaza [19].

Aspergillus cristatus se koristi u fermentaciji čaja, kao što je Fuzhuan čaj od cigle, koji sadrži probiotike i štiti od UVB-indukovanog fotostarenja [20,21]. Također je zabilježeno da pojačava antioksidativnu aktivnost raznih drugih sirovina [22,23]. Trenutno se sve više truda ulaže u poboljšanje kvalitete startera za fermentaciju [4,24]. Prethodne studije su pokazale komparativnu metaboličku studiju Aspergillus i Bacillus, koji se široko koriste u pirinču koji [25]. Međutim, postoji malo informacija o metabolomskim razlikama između istih rodova, ali različitih vrsta gljiva. Da bi se odabrali optimalni mikrobi koji se mogu uvesti na tržište za zdravlje sa nutraceutskim i kozmeceutskim aplikacijama, postoji potreba za sveobuhvatnim razumijevanjem metabolizma različitih inokulumskih mikroba upoređujući njihovu bioaktivnost i metabolite.

U ovoj studiji profilirali smo metabolite pirinča koji je fermentirao različitim vrstama Aspergillus spp. (A. cristatus i A. oryzae) u smislu metabolomike kako bi se uporedio metabolizam dvije fifilamentne gljive. Također smo mjerili aktivnost enzima, antioksidativnu aktivnost i ekspresiju RNK faktora protiv starenja kože (kolagen, elastin i MMP-1) da bismo uporedili dva koji. Nadalje, izvršili smo analizu korelacije kako bismo sugerirali potencijalne kandidate za metabolite koji doprinose antioksidativnoj aktivnosti i efektima protiv starenja kože. Sveobuhvatna analiza profilisanja metabolita zasnovanog na MS za poređenje dva inokuluma koji je utvrdila vezu između aktivnosti enzima, metaboloma i bioaktivnosti. Ovdje predstavljamo nacrt ukupnog metaboličkog stanja, u korelaciji sa bioaktivnošću dva različita koji inokuluma.

2. Rezultati

2.1. Metaboličko profiliranje za rižu Koji fermentiran s različitim Aspergillus spp.

Različiti metabolomi uzoraka pirinča koji su inokulirani sa A. cristatus ili A. oryzae upoređeni su korištenjem multivarijantne analize prema GC–MS i LC–MS skupovima podataka. Prikaz rezultata analize glavnih komponenti (PCA) dobijen iz UHPLC–LTQ–Orbitrap MS/MS i GC–TOF–MS otkrio je ukupnu varijansu od 40,9 posto (PC1, 22,01 posto; PC2, 18,89 posto) i 52,88 posto (PC1, 34,70 posto, PC2, 18,18 posto), respektivno (Slika 1A,B). Oba PCA rezultata su pokazala da je početna tačka fermentacije sastavljena, ali da se zbog toga razlikuju po različitim gljivama inokulacije prema različitim vremenima fermentacije. Diskriminantna analiza parcijalnih najmanjih kvadrata (PLS-DA) razjasnila je statističke obrasce iste kao i distribucija metabolita u PCA (dodatna slika S1A,B).

Kao što je prikazano u PCA dobijenom iz UHPLC–LTQ–Orbitrap–MS/MS analiza (slika 1A), postoje značajne razlike u osmom danu, a oba osmodnevna uzorka su podvrgnuta ortogonalnoj parcijalnoj diskriminantnoj analizi najmanjeg kvadrata (OPLS -DA), koji je pokazao jasno razdvajanje OPLS komponentom 1, što čini 86.11 posto varijanse u podacima (dodatna slika S1C). 31 metabolit je odabran iz UHPLC–LTQ–Orbitrap–MS/MS podataka, koji se smatraju glavnim doprinositeljem neslaganja u osmom danu pirinča koji je fermentirao sa dva različita inokuluma mikroba na osnovu njihovog promjenjivog značaja u vrijednostima projekcije (VIP > 1 .{{10}}) i p-vrijednosti (p < 0,05) iz OPLS-DA analize (dodatna tabela S1). Ovi metaboliti su uključivali 2 karboksilne kiseline, 5 fenolnih kiselina, 7 flavonoida, 2 dugolančane masne kiseline, 11 lizofosfolipida i anc4 hidrokinone. Metaboliti su uslovno identificirani poređenjem objavljene literature (molekulska težina, molekulska formula, vrijeme zadržavanja, uzorci fragmenata mase i UV apsorbancije) i podataka iz interne biblioteke.

Slika 1. Prikaz rezultata analize glavnih komponenti (PCA) iz (A) UHPLC-LTO-Orbitrap-MS/MS i (B) GC-TOF-MSdata skupova rižinih koi fermentiranih sa Aspergillus cristatus ili A. oryzne. (popunjeni simboli , A. cristatus; nepopunjeni simboli, A. oryzne, O, 0 dan; , , 2 dan; V, V, 4 dan; 6 dan; , 8 dan).

2.1.1. Temporalni metabolomi za rižu Koji sa različitim Aspergillus spp. Inokulacija prema vremenu fermentacije

Metabolički putevi pirinča koji ovise o različitim inokulacionim mikrobima predstavljeni su toplotnom mapom za vizualizaciju obrazaca promjene metabolita u skladu s vremenom fermentacije (Slika 2). Boja na plavo-crvenom gradijentu predstavlja srednju normalizovanu relativnu zastupljenost svakog metabolita u svakom eksperimentalnom stanju. Trendovi većine metabolita u pirinču koji je fermentirao sa A. cristatus (RAC) i A. oryzaeRAO) pokazali su postupno rastući obrazac s vremenom fermentacije. Metaboliti povezani s metabolizmom ugljikohidrata uglavnom su predstavljali rastući obrazac osim glukoze, ksiloze, saharoze i maltoze, koji su šećeri. Osim toga, sadržaj flavonoida fenolne kiseline i hidrokinona je povećan s vremenom fermentacije, osim ferulne kiseline. Među masnim kiselinama, većina metabolita je pokazala porast, dok je pimelična kiselina pokazala smanjenje. Lizofosfolipidi su predstavljali različite obrasce s različitim vremenima fermentacije i inokulacijskim gljivama.

Slika 2. Šema metaboličkog puta i relativni nivoi metabolita u pirinču koji je fermentirao sa Aspergillus cristatus ili A. oryzae. Put je adaptiran iz Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) baze podataka i modificiran. Obojeni kvadrati predstavljaju promjene nabora (plave u crvenu) normalizirane prosjekom svih vrijednosti za svaki metabolit.

2.1.2. Relativni disparitet u nivou diskriminantnih metabolita u riži Koji fermentirao A. cristatus ili A. oryzae

Kao što je prikazano na slici 2, sadržaj primarnih i sekundarnih metabolita pokazao je različite obrasce u skladu sa različitim inokulacionim gljivama. U slučaju glukoze koja je centar metabolizma ugljikohidrata, obrasci A. cristatus koji su pokazivali smanjenje, dok je A. one koji je pokazivao opadajuće obrasce na početnoj tački fermentacije, ali se postepeno povećavao do završne tačke fermentacije. Nadalje, šećerni alkoholi su bili veći u RAO nego u RAC. Konkretno, derivati ​​auroglaucina su značajno poboljšani samo u RAC jer su jedinstveni pigmentni spoj koji proizvodi A. cristatus. Osim toga, većina flavonoida je značajno povećana u RAC u poređenju sa RAO, osim 3,8-dimetilherbacetina. Među fenolnim kiselinama, ferulna kiselina i benzojeva kiselina su povećane u oba uzorka, dok su dihidroksibenzojeva kiselina, kafeoilhinska kiselina i vanilinska kiselina povećane samo u RAC. Lizofosfolipidi su povećani u RAC, ali je uočena kontrastna tendencija u RAO. Masne kiseline su pokazale veće obrasce povećanog RAO nego u AC

2.2. Poređenje enzimske proizvodnje i bioaktivnosti u riži Koji fermentiranom s različitim mikroorganizmima

Da bismo uporedili fenotipove RAC i RAO, procenili smo aktivnost enzima i efekte protiv starenja na ćelije kože, antioksidativnu aktivnost, ukupni sadržaj flavonoida (TFC) i ukupni sadržaj fenola (IPC) (Slika 3). Proizvodnja enzima oba koji se povećavala s vremenom fermentacije, osim a-amilaze u RAO. Zanimljivo je da je sadržaj a-glukozidaze bio dvostruko veći u RAO nego u RAC sa 10.12 odnosno 3,52 jedinice; nasuprot tome, sadržaj B-glukozidaze je bio veći u RAC nego u RAO sa 19.{{20}}5 jedinica odnosno 5,49 jedinica u skladu s vremenom fermentacije. Funkcionalni fenotip koji (antioksidativna aktivnost i faktor protiv starenja kože) ukazuje da je riža koja sa A. cristatus imala veće antioksidativne aktivnosti u ABTS, DPPH i FRAP u konačnom vremenu fermentacije (8 dana) sa 1.{ {24}}5, 0.40, 0,66 TEAC (Trolox ekvivalentan antioksidativni kapacitet) respektivno. Dodatno, sadržaj flavonoida bio je veći u RAC od RAO sa 0,07 NE (ekvivalent naringina) i 0,01 NE respektivno. Dok je sadržaj ukupnog fenola bio veći u RAO nego u RAC sa 0,32 EGA (ekvivalentna galna kiselina) i 0,28 EGA respektivno. Rezultati faktora protiv starenja kože (elastin, kolagen i MMP-1) ukazali su na prestanak fermentacije. Nivo ekspresije ACRNA sa 7,77 i 13,76 i niži relativni nivo ekspresije MMP-1 RNK sa 2,35 u poređenju sa B-aktinom. U međuvremenu, RAO je pokazao postepeno povećanje RNA ekspresije elastina i kolagena nakon fermentacije.

Slika 3. Poređenje proizvodnje enzima (A), faktora protiv starenja kože (B) i antioksidativne aktivnosti, ukupnog sadržaja flavonoida) i ukupnog sadržaja fenola (IPC) (C) u pirinču koji je fermentirao različitim Aspergillus spp. (crna boja, A. cristatus bijela boja, A. oryzne). Enzimske aktivnosti su aktivnost a-amilaze, aktivnost B-glukozidaze i aktivnost a-glukozidaze(A). Relativni nivo ekspresije mRNA se mjeri za sljedeće: kolagen (COL1A1), elastin (ELN) i matriks metaloproteinazu-1 (MMP-1) ​​(B). Prikazane antioksidativne aktivnosti su ABTS, uklanjanje radikala DPPH, FRAP, ukupni sadržaj Mavonoida i ukupni sadržaj fenola (C). Značajne razlike između različitih inokulacionih mikroba identifikovane su t-testom (* p < {{10}}.05, ** p < 0.01).

Da bi se odredili metaboliti koji potencijalno doprinose bioaktivnosti, sprovedena je analiza korelacije između fermentisanih koji metabolita i bioaktivnosti (Dopunska slika S2). Sve u svemu, Pearsonova mapa koeficijenta korelacije pokazala je da RAC ima veću korelaciju sa bioaktivnošću od RAO. U RAC su organske kiseline, flavonoidi, lizofosfolipidi, masne kiseline, hidrokinon, derivati ​​šećera pokazali visoku pozitivnu korelaciju sa bioaktivnošću. Za RAO, organske kiseline, flavonoidi i masne kiseline, te derivati ​​šećera pokazali su pozitivnu korelaciju s bioaktivnošću. Metaboliti koji su imali vrijednost Pearsonovog koeficijenta korelacije veću od 0.5 predstavljeni su na mrežnoj mapi (Slika 4) U oba proizvoda koji su organske kiseline, masne kiseline, flavonoidi i derivati ​​šećera potencijalni doprinosili bioaktivnosti . Ekspresija RNA elastina bila je povezana sa metabolitima RAC, dok je ekspresija RNA kolagena bila povezana sa metabolitima RAO. Osim toga, TFC je pokazao korelaciju sa RAC-om. Nadalje, lizofosfolipidi i hidrokinon bili su snažni antioksidansi koji doprinose RAC-u.

Slika 4, Metaboliti koji imaju vrijednost Pearsonovog koeficijenta korelacije veću od 0.5 predstavljeni su mrežnom mapom u pirinču koji je fermentirao sa (A) Aspergillus cristatus ili (B) A. oryzne. Simboli okvira predstavljaju bioaktivnost (siva boja, antioksidativna aktivnost TPC i TFC; crna boja, efekat protiv starenja kože na ćeliju), a simboli u boji označavaju metabolite (iste serije razlikovale su se različitom bojom i oblikom: o, hidrokinon: , organski kiseline: , masne kiseline, flavonoidi;, lizofosfolipidi; o, šećer i derivati ​​šećera; nepoznato).

Pitajte za više:

E-pošta:wallence.suen@wecistanche.com whatsapp: plus 86 15292862950