Метаболитно профилиране и активност против стареене на ориз Коджи, ферментирал с Aspergillus Oryzae и Aspergillus Cristatus: Сравнително проучване

Резюме:Оризкоджи, използван като закваска за максимизиране на ползите от ферментацията, произвежда разнообразни крайни продукти в зависимост от използваните инокулативни микроби. Тук извършихме метаболитно профилиране насравни оризкоджиферментирал с две важни нишковидни гъби,Aspergillus oryzaeиA. cristatus, за 8 дни. Многовариантните анализи показват различни модели на първични и вторични метаболити в дветекоджи. Оризът коджи ферментирал сA. oryzae(RAO) показаувеличена -глюкозидазна активност и по-високо съдържание на захарни производни от ферментиралата сA. cristatus (RAC). RAC показаподобрена -глюкозидазна активност и повишено съдържание на флавоноиди илизофосфолипиди, в сравнение с RAO. Като цяло, на последния етап на ферментация (8 дни), наантиоксидантдейности и ефекти против стареенебяха по-високи в RAC, отколкото в RAO, съответстващи на thд се увеличиметаболитикатофлавоноидии производни на ауроглауцин в RAC. Тази сравнителна метаболомичнаподходът може да се приложи воптимизация на производствотои анализи за контрол на качеството накоджипродукти.

Ключови думи: коджи с ориз; микроб; твърда ферментация;ефект против стареене; антиоксидантна активност

Щракнете тук, за да получите повече информация за Cistanche Anti-aging Effect

1. Въведение

Ферментацията, която има хилядолетна история, все повече се признава като метод за подобряване на храненето и биоактивността на хранителните продукти, в допълнение към тяхната обработка и консервиране [1]. Оризът коджи се произвежда чрез ферментация в твърдо състояние, като се използват задушени оризови зърна, инокулирани с микроорганизми за отделяне на ензими и произвежда полезни метаболити. През последните години различни опити за създаване на деликатни условия на ферментация доведоха до подобрена ефикасност на ферментацията и по-добър вкус на храната [2,3]. Поради предимствата си, оризът коджи намира приложение в индустриални области като ферментирали храни и напитки и козметика [4–6].

Реактивни кислородни видове(ROS) се генерират при условия of оксидативен стреси са странични продукти на аеробния метаболизъм. Тезисвободни радикалиможе да индуцира разграждането на биомолекулите, което води до окислителни увреждания, като възпаление и ускоряване на процеса на стареене на кожата [7]. За да се развие баланс между производството и елиминирането на ROS, поглъщачите на ROS, известни като антиоксиданти, играят важна роля в облекчаването на оксидативния стрес и се получават главно от естествени източници [8]. Тези свободни радикали участват в процеса на стареене и изчистването им чрез прием на антиоксиданти от естествени източници е от решаващо значение за забавянето на стареенето [9]. През последните години много проучвания съобщават, че коджи с ориз може да подобри потенциалната антиоксидантна активност на суровините чрез подобряване на ферментационния субстрат [10,11].

Екстрацелуларният матрикс на кожата (ECM) се състои от колагенови и еластинови влакна, които насърчават еластичността на кожата, за да възстанови и поддържа първоначалната си форма и състояние [12]. Разрушаването на дермалния ECM е индикатор за стареене. Това се дължи на регулирането на колаген-разграждащата матрична металопротеиназа-1 (MMP-1), известна също като колагеназа. Следователно проучванията на различни фитохимикали, които могат да забавят процеса на стареене на кожата чрез стимулиране на синтеза на колаген и еластин и инхибиране на MMP-1, се увеличават [13–16]. Seo и др. показаха, че ферментиралите оризови трици засягат колагена на кожните фибробласти, възпалителния фактор (IL-a) и MMP-1 [17]. Следователно различни съединения, открити в ориза, като флавоноиди и фенолни киселини, имат антиоксидантна активност, а ферментиралият ориз коджи има потенциала да облекчи фотостареенето на кожата от UV радиация [18]. Aspergillus, нишковидна гъба, е типичен микроб за инокулация за производство на много полезни метаболити като прости захари, мастни киселини и аминокиселини от коджи в Азия. По-специално, Aspergillus oryzae е най-разпространеният микроорганизъм, използван в производството на коджи, поради неговата гарантирана безопасност и различни ензими, като амилаза, протеаза и пептидаза [19].

Aspergillus cristatus се използва при ферментация на чай, като например чай Fuzhuan, който има пробиотици и предпазва от фотостареене, предизвикано от UVB [20,21]. Също така се съобщава, че повишава антиоксидантната активност на различни други суровини [22,23]. Понастоящем все повече се полагат усилия за подобряване на качеството на закваските за ферментация [4,24]. Предишни проучвания показват сравнително метаболитно изследване на Aspergillus и Bacillus, широко използвани в коджи за ориз [25]. Съществува обаче недостиг на информация за метаболомните разлики между едни и същи родове, но различни видове гъби. За да се изберат оптимални микроби, които могат да бъдат въведени на пазара за здравеопазване с хранителни и козмецевтични приложения, има нужда от цялостно разбиране на метаболизма на различни инокулативни микроби чрез сравняване на тяхната биоактивност и метаболити.

В това проучване профилирахме метаболитите на ориз коджи, ферментирал с различни Aspergillus spp. (A. cristatus и A. oryzae) по отношение на метаболомиката, за да се сравни метаболизма на двете филаментни гъби. Ние също така измерихме ензимната активност, антиоксидантната активност и експресията на РНК на факторите против стареене на кожата (колаген, еластин и MMP-1), за да сравним двата коджи. Освен това проведохме корелационен анализ, за ​​да предложим потенциални кандидат метаболити, които допринасят за антиоксидантна активност и ефекти против стареене на кожата. Цялостен анализ на метаболитно профилиране на основата на МС за сравняване на двата коджи инокулума установи връзка между ензимните активности, метаболомите и биоактивностите. Тук представяме схема на цялостното метаболитно състояние, свързано с биоактивностите на двата различни коджи инокулума.

2. Резултати

2.1. Метаболитно профилиране за ориз Коджи, ферментирал с различни Aspergillus spp.

Различни метаболоми на проби от ориз коджи, инокулирани с A. cristatus или A. oryzae, бяха сравнени с помощта на многовариантен анализ съгласно GC-MS и LC-MS набори от данни. Резултатът от анализа на главните компоненти (PCA), получен от UHPLC–LTQ–Orbitrap MS/MS и GC–TOF–MS, разкри обща вариация от 40,9 процента (PC1, 22,01 процента; PC2, 18,89 процента) и 52,88 процента (PC1, 34,70 процента; PC2, 18,18 процента), съответно (Фигура 1A, B). И двата резултата от PCA показват, че началната точка на ферментацията е събрана, но впоследствие се отличава с различни инокулационни гъби според различните времена на ферментация. Дискриминантният анализ на частични най-малки квадрати (PLS-DA) изясни статистически модели, същите като метаболитното разпределение в PCA (допълнителна фигура S1A, B).

Както е показано в PCA, получен от UHPLC–LTQ–Orbitrap–MS/MS анализи (Фигура 1А), има значителни разлики на осмия ден и двете осемдневни проби бяха подложени на ортогонален частичен дискриминантен анализ на най-малките квадрати (OPLS -DA), което показа ясно разделение от OPLS компонент 1, което отчита 86.11 процента от вариацията в данните (допълнителна фигура S1C). 31-те метаболита бяха избрани от UHPLC–LTQ–Orbitrap–MS/MS данни, които се считат за основен фактор за несъответствието в оризов коджи от осмия ден, ферментирал с два различни инокулативни микроба въз основа на тяхното променливо значение в проекционните стойности (VIP > 1 .{{10}}) и p-стойности (p <0,05) от OPLS-DA анализ (допълнителна таблица S1). Тези метаболити включват 2 карбоксилни киселини, 5 фенолни киселини, 7 флавоноиди, 2 дълговерижни мастни киселини, 11 лизофосфолипиди и anc4 хидрохинони. Метаболитите бяха условно идентифицирани чрез сравняване на публикувана литература (молекулно тегло, молекулна формула, време на задържане, модели на масови фрагменти и UV абсорбция) и данни от вътрешна библиотека.

Фигура 1. Резултатна графика на анализ на главните компоненти (PCA) от (A) UHPLC-LTO-Orbitrap-MS/MS и (B) GC-TOF-MS набори от данни на ориз koi, ферментирал с Aspergillus cristatus или A. oryzne. (запълнени символи , A. cristatus; незапълнени символи, A. oryzne, O, 0 ден; , , 2 ден; V, V, 4 ден; 6 ден; , 8 ден).

2.1.1. Времеви метаболоми за оризов коджи с различни Aspergillus spp. Инокулация според времето на ферментация

Метаболитните пътища на коджи за ориз, зависещи от различни инокулационни микроби, бяха представени чрез топлинна карта за визуализиране на моделите на промяна на метаболита в съответствие с времето на ферментация (Фигура 2). Цветът на градиента от синьо към червено представлява средното нормализирано относително изобилие на всеки метаболит при всяко експериментално състояние. Тенденциите на повечето метаболити в ориз коджи, ферментирал с A. cristatus (RAC) и A. oryzaeRAO), показват постепенно нарастващ модел с времето на ферментация. Метаболитите, свързани с метаболизма на въглехидратите, представляват предимно нарастващ модел, с изключение на глюкозата, ксилозата, захарозата и малтозата, които са захари. В допълнение, флавоноидите на фенолната киселина и съдържанието на хидрохинон се увеличават с времето на ферментация, с изключение на феруловата киселина. Сред мастните киселини повечето метаболити показват нарастващ модел, докато пимелиновата киселина показва намаление. Лизофосфолипидите представят различни модели с различни времена на ферментация и инокулационни гъбички.

Фигура 2. Схема на метаболитния път и относителните нива на метаболитите в коджи от ориз, ферментирал с Aspergillus cristatus или A. oryzae. Пътят беше адаптиран от базата данни на Киото Енциклопедия на гените и геномите (KEGG) и модифициран. Цветните квадрати представляват кратните промени (синьо към червено), нормализирани от средната стойност на всички стойности за всеки метаболит.

2.1.2. Относително несъответствие в нивото на дискриминантните метаболити в ориз Кодзи, ферментирал от A. cristatus или A. oryzae

Както е показано на фигура 2, съдържанието на първични и вторични метаболити показва различни модели в съответствие с различните инокулационни гъбички. В случай на глюкоза, която е центърът на въглехидратния метаболизъм, моделите на A. cristatus koji показват намаление, докато A. one koji показва намаляващи модели в началната точка на ферментация, но постепенно се повишава до крайната точка на ферментация. Освен това, захарните алкохоли са по-високи в RAO, отколкото в RAC. По-специално, производните на ауроглауцин са подобрени значително само в RAC, тъй като те са уникално пигментно съединение, произведено от A. cristatus. В допълнение, повечето флавоноиди са повишени значително в RAC в сравнение с RAO, с изключение на 3,8-диметилхербацетин. Сред фенолните киселини, феруловата киселина и бензоената киселина бяха повишени и в двете проби, но дихидроксибензоената киселина, кафеоилхиновата киселина и ваниловата киселина бяха повишени само в RAC. Лизофосфолипидите се повишават в RAC, но се наблюдава контрастна тенденция в RAO. Мастните киселини показват по-големи модели на повишен RAO, отколкото при AC

2.2. Сравнение на ензимното производство и биоактивността в ориз Коджи, ферментирал с различни микроорганизми

За да сравним фенотиповете на RAC и RAO, ние оценихме ензимната активност и ефектите против стареене върху кожните клетки, антиоксидантната активност, общото съдържание на флавоноиди (TFC) и общото фенолно съдържание (IPC) (Фигура 3). Ензимното производство и на двата коджи се увеличава с времето на ферментация, с изключение на a-амилазата в RAO. Интересното е, че съдържанието на a-глюкозидаза е два пъти по-високо в RAO, отколкото в RAC с 10.12 и 3.52 единици съответно; за разлика от това, съдържанието на B-глюкозидаза е по-високо в RAC, отколкото в RAO с 19.{{20}}5 единици и 5,49 единици съответно в съответствие с времената на ферментация. Функционалният фенотип на двата коджи (антиоксидантна активност и фактор против стареене на кожата) показва, че оризовият коджи с A. cristatus има по-високи антиоксидантни активности в ABTS, DPPH и FRAP в крайното време на ферментация (8 дни) с 1.{ {24}}5, 0.40, 0,66 TEAC (еквивалентен антиоксидантен капацитет на Trolox) съответно. Освен това съдържанието на флавоноид е по-високо в RAC, отколкото в RAO с 0,07 NE (еквивалент на нарингин) и съответно 0,01 NE. Докато съдържанието на общ фенол е по-високо в RAO, отколкото в RAC с 0,32 EGA (еквивалентна галова киселина) и 0,28 EGA съответно. Резултатите от факторите против стареене на кожата (еластин, колаген и MMP-1) показват шапка при прекратяване на ферментацията. Ниво на експресия на ACRNA със 7,77 и 13,76 и по-ниско относително ниво на експресия на MMP-1 РНК с 2,35 в сравнение с В-актин. Междувременно RAO показва постепенно увеличаване на РНК експресията на еластин и колаген след ферментация.

Фигура 3. Сравнение на производството на ензим (A), фактор против стареене на кожата (B) и антиоксидантна активност, общо съдържание на флавоноиди) и общо фенолно съдържание (IPC) (C) в коджи от ориз, ферментирал с различни Aspergillus spp. (черен цвят, A. cristatus бял цвят, A. oryzne). Ензимните активности са а-амилазна активност, В-глюкозидазна активност и а-глюкозидазна активност (А). Относителното ниво на експресия на иРНК се измерва за следното: колаген (COL1A1), еластин (ELN) и матрична металопротеиназа-1 (MMP-1) ​​(B). Изобразените антиоксидантни активности са ABTS, отстраняване на радикали DPPH, FRAP, общо съдържание на мавоноиди и общо фенолно съдържание (C). Значителни разлики между различните инокулирани микроби бяха идентифицирани чрез t-тест (* p < {{10}}.05, ** p < 0.01).

За да се определят метаболитите, които потенциално са допринесли за биоактивността, беше проведен корелационен анализ между ферментиралите метаболити на коджи и биоактивностите (Supplement.tary Figure S2). Като цяло картата на коефициента на корелация на Pearson показва по-висока корелация на RAC с биоактивностите, отколкото RAO. В RAC органичните киселини, флавоноидите, лизофосфолипидите, мастните киселини, хидрохинонът, захарните производни показват висока положителна корелация с биоактивностите. За RAO, органичните киселини, флавоноидите и мастните киселини и захарните производни показват положителна корелация с биоактивностите. Метаболитите, които имат стойност на коефициента на корелация на Pearson по-висока от 0.5, са представени в мрежова карта (Фигура 4). И в двата продукта коджи органичните киселини, мастните киселини, флавоноидите и захарните производни са потенциални участници в биоактивностите . РНК експресията на еластин се свързва с метаболити на RAC, докато РНК експресията на колаген се свързва с метаболити на RAO. В допълнение, TFC показа корелация с RAC. Освен това лизофосфолипидите и хидрохинонът допринасят за силна антиоксидантна активност на RAC

Фигура 4, Метаболитите, които имат стойност на корелационния коефициент на Pearson по-висока от 0.5, са представени чрез мрежова карта в ориз коджи, ферментирал с (A) Aspergillus cristatus или (B) A. oryzne. Символите в кутията представляват биоактивности (сив цвят, антиоксидантна активност TPC и TFC; черен цвят, ефект против стареене на кожата върху клетката), а цветните символи показват метаболитите (едни и същи серии се отличават с различен цвят и форма: o, хидрохинон: , органичен киселини: мастни киселини, флавоноиди; лизофосфолипиди; о, захар и захарни производни; неизвестни).

Питай за още:

Имейл:wallence.suen@wecistanche.com whatsapp: плюс 86 15292862950