Hồ sơ trao đổi chất và hoạt động chống lão hóa của gạo Koji lên men với Aspergillus Oryzae và Aspergillus Cristatus: Một nghiên cứu so sánh

Trừu tượng:CơmKoji, được sử dụng làm chất khởi động để tối đa hóa lợi ích của quá trình lên men, tạo ra các sản phẩm cuối linh hoạt tùy thuộc vào vi khuẩn cấy được sử dụng. Ở đây, chúng tôi đã thực hiện hồ sơ chất chuyển hóa đểso gạokojilên men với hai loại nấm sợi quan trọng,Aspergillus oryzaeVàA. cristatus, trong 8 ngày. Các phân tích đa biến cho thấy các dạng khác biệt của các chất chuyển hóa sơ cấp và thứ cấp trong haikoji. Gạo koji lên men vớiA. oryzae(RAO) cho thấytăng -hoạt tính glucosidase và hàm lượng dẫn xuất đường cao hơn so với lên men bằngA. cristatus (RAC). RAC cho thấynâng cao hoạt động -glucosidase và tăng hàm lượng flavonoid vàlysophospholipid, so với RAO. Nhìn chung, ở giai đoạn lên men cuối cùng (8 ngày),chống oxy hóahoạt động và tác dụng chống lão hóatrong RAC cao hơn trong RAO, tương ứng với the tăngchất chuyển hóachẳng hạn nhưflavonoidvà dẫn xuất auroglaucin trong RAC. chuyển hóa so sánh nàycách tiếp cận có thể được áp dụng trongtối ưu hóa sản xuấtvà phân tích kiểm soát chất lượng củakojicác sản phẩm.

từ khóa: gạo koji; vi khuẩn; lên men thể rắn;tác dụng chống lão hóa; hoạt động chống oxy hóa

Bấm vào đây để biết thêm thông tin về tác dụng chống lão hóa của Cistanche

1. Giới thiệu

Quá trình lên men, có lịch sử hàng ngàn năm, ngày càng được công nhận là một phương pháp tăng cường dinh dưỡng và hoạt tính sinh học của thực phẩm, bên cạnh việc chế biến và bảo quản chúng [1]. Gạo koji được tạo ra bằng quá trình lên men ở trạng thái rắn bằng cách sử dụng các hạt gạo hấp được cấy vi sinh vật để tiết ra các enzym và tạo ra các chất chuyển hóa có lợi. Trong những năm gần đây, nhiều nỗ lực khác nhau để tạo ra các điều kiện lên men tinh tế đã dẫn đến hiệu quả lên men cao hơn và vị ngon của thực phẩm tốt hơn [2,3]. Do những ưu điểm của nó, gạo koji được ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp như thực phẩm lên men, đồ uống và mỹ phẩm [4–6].

loài oxy phản ứng(ROS) được tạo ra trong điều kiện of căng thẳng oxy hóavà là sản phẩm phụ của quá trình trao đổi chất hiếu khí. Những cái nàygốc tự docó thể gây ra sự xuống cấp của các phân tử sinh học, dẫn đến tổn thương oxy hóa, chẳng hạn như viêm và đẩy nhanh quá trình lão hóa da [7]. Để phát triển sự cân bằng giữa sản xuất và loại bỏ ROS, chất tẩy rửa ROS, được gọi là chất chống oxy hóa, đóng một vai trò quan trọng trong việc giảm bớt căng thẳng oxy hóa và chủ yếu thu được từ các nguồn tự nhiên [8]. Các gốc tự do này tham gia vào quá trình lão hóa và việc loại bỏ chúng thông qua việc hấp thụ các chất chống oxy hóa từ các nguồn tự nhiên là rất quan trọng trong việc trì hoãn lão hóa [9]. Trong những năm gần đây, nhiều nghiên cứu đã báo cáo rằng gạo koji có thể tăng cường các hoạt động chống oxy hóa tiềm năng của nguyên liệu thô bằng cách cải thiện chất nền lên men [10,11].

Ma trận ngoại bào (ECM) của da bao gồm các sợi collagen và elastin, giúp thúc đẩy tính đàn hồi của da để khôi phục và duy trì hình dạng và trạng thái ban đầu [12]. Sự phá hủy ECM ở da là một dấu hiệu của lão hóa. Nó xảy ra do sự điều chỉnh tăng của metallicoproteinase ma trận phân hủy collagen-1 (MMP-1), còn được gọi là collagenase. Do đó, các nghiên cứu về các chất hóa học thực vật khác nhau có thể làm chậm quá trình lão hóa da bằng cách kích thích tổng hợp collagen và elastin và ức chế MMP-1 đang gia tăng [13–16]. Seo et al. cho thấy rằng cám gạo lên men ảnh hưởng đến collagen nguyên bào sợi của da, yếu tố gây viêm (IL-a) và MMP-1 [17]. Do đó, các hợp chất khác nhau được tìm thấy trong gạo, chẳng hạn như flavonoid và axit phenolic có hoạt tính chống oxy hóa và koji gạo lên men có khả năng cải thiện tình trạng lão hóa da do bức xạ UV [18]. Aspergillus, một loại nấm sợi, là một loại vi khuẩn cấy điển hình để tạo ra nhiều chất chuyển hóa có lợi như đường đơn, axit béo và axit amin từ koji ở Châu Á. Đặc biệt, Aspergillus oryzae là vi sinh vật phổ biến nhất được sử dụng trong sản xuất koji vì tính an toàn được đảm bảo và các loại enzyme khác nhau, chẳng hạn như amylase, protease và peptidase [19].

Aspergillus cristatus được sử dụng trong quá trình lên men trà, chẳng hạn như trà gạch Phúc Kiến, có lợi khuẩn và bảo vệ chống lại quá trình quang hóa do tia cực tím gây ra [20,21]. Nó cũng đã được báo cáo để tăng cường hoạt động chống oxy hóa của nhiều nguyên liệu thô khác [22,23]. Hiện nay, người ta ngày càng nỗ lực cải thiện chất lượng của các chất khởi động lên men [4,24]. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra một nghiên cứu trao đổi chất so sánh giữa Aspergillus và Bacillus, được sử dụng rộng rãi trong gạo koji [25]. Tuy nhiên, có rất ít thông tin về sự khác biệt về trao đổi chất giữa cùng một chi nhưng các loài nấm khác nhau. Để lựa chọn các vi khuẩn tối ưu có thể được giới thiệu trên thị trường vì sức khỏe với các ứng dụng dược phẩm và dược mỹ phẩm, cần có sự hiểu biết toàn diện về quá trình chuyển hóa của các vi khuẩn cấy truyền khác nhau bằng cách so sánh hoạt tính sinh học và các chất chuyển hóa của chúng.

Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã lập hồ sơ về các chất chuyển hóa của gạo koji được lên men với các loài Aspergillus spp khác nhau. (A. cristatus và A. oryzae) về mặt chuyển hóa để so sánh quá trình chuyển hóa của hai loại nấm sợi. Chúng tôi cũng đo hoạt tính của enzyme, hoạt tính chống oxy hóa và biểu hiện RNA của các yếu tố chống lão hóa da (collagen, elastin và MMP-1) để so sánh hai loại koji. Hơn nữa, chúng tôi đã tiến hành phân tích mối tương quan để đề xuất các chất chuyển hóa ứng cử viên tiềm năng góp phần vào hoạt động chống oxy hóa và tác dụng chống lão hóa da. Một phân tích toàn diện về hồ sơ chất chuyển hóa dựa trên MS để so sánh hai chế phẩm koji đã thiết lập mối quan hệ giữa các hoạt động của enzyme, các chất chuyển hóa và hoạt tính sinh học. Ở đây, chúng tôi trình bày một kế hoạch chi tiết về trạng thái trao đổi chất tổng thể, tương quan với các hoạt tính sinh học của hai chế phẩm koji khác nhau.

2. Kết quả

2.1. Hồ sơ trao đổi chất cho gạo Koji lên men với Aspergillus spp khác nhau.

Các bộ chuyển hóa khác nhau của các mẫu gạo koji được cấy A. cristatus hoặc A. oryzae được so sánh bằng phân tích đa biến theo bộ dữ liệu GC–MS và LC–MS. Biểu đồ điểm phân tích thành phần chính (PCA) thu được từ UHPLC–LTQ–Orbitrap MS/MS và GC–TOF–MS cho thấy tổng phương sai là 40,9 phần trăm (PC1, 22,01 phần trăm ; PC2, 18,89 phần trăm ) và 52,88 phần trăm (PC1, 34,70% ; PC2, 18,18% ), tương ứng (Hình 1A,B). Cả hai kết quả PCA đều chỉ ra rằng điểm bắt đầu của quá trình lên men đã được lắp ráp, nhưng do đó được phân biệt bởi các loại nấm cấy khác nhau tùy theo thời gian lên men khác nhau. Phân tích phân biệt phân biệt bình phương nhỏ nhất một phần (PLS-DA) đã làm sáng tỏ các mẫu thống kê giống với phân phối chất chuyển hóa trong PCA (Hình bổ sung S1A, B).

Như thể hiện trong PCA thu được từ các phân tích UHPLC–LTQ–Orbitrap–MS/MS (Hình 1A), có sự khác biệt đáng kể trong ngày thứ tám và cả hai mẫu tám ngày đều được phân tích phân biệt phân biệt bình phương nhỏ nhất một phần trực giao (OPLS -DA), cho thấy sự phân tách rõ ràng theo thành phần 1 của OPLS, chiếm 86.11 phần trăm phương sai trong dữ liệu (Hình bổ sung S1C). 31 chất chuyển hóa được chọn từ dữ liệu UHPLC–LTQ–Orbitrap–MS/MS, được coi là nguyên nhân chính gây ra sự khác biệt trong koji gạo ngày thứ tám được lên men với hai loại vi khuẩn cấy khác nhau dựa trên tầm quan trọng thay đổi của chúng trong các giá trị chiếu (VIP > 1 .{{10}}) và giá trị p (p < 0,05) từ phân tích OPLS-DA (Bảng bổ trợ S1). Các chất chuyển hóa này bao gồm 2 axit cacboxylic, 5 axit phenolic, 7 flavonoid, 2 axit béo chuỗi dài, 11 lysophospholipid và anc4 hydroquinone. Các chất chuyển hóa được xác định tạm thời bằng cách so sánh các tài liệu đã xuất bản (khối lượng phân tử, công thức phân tử, thời gian lưu, mẫu phân mảnh khối lượng và độ hấp thụ tia cực tím) và dữ liệu từ thư viện nội bộ.

Hình 1. Biểu đồ điểm số phân tích thành phần chính (PCA) từ (A) UHPLC-LTO-Orbitrap-MS/MS và (B) GC-TOF-MSdata bộ cá koi gạo được lên men với Aspergillus cristatus hoặc A. oryzne. (các ký hiệu đầy , A. cristatus; ký hiệu không điền, A. oryzne, O, 0 ngày; , , 2 ngày; V, V, 4 ngày; 6 ngày; , 8 ngày).

2.1.1. Chuyển hóa tạm thời cho gạo Koji với Aspergillus spp khác nhau. Cấy theo thời gian lên men

Các con đường trao đổi chất của gạo koji phụ thuộc vào các vi khuẩn cấy khác nhau được thể hiện bằng bản đồ nhiệt để trực quan hóa các mô hình thay đổi chất chuyển hóa theo thời gian lên men (Hình 2). Màu trên dải màu xanh lam sang đỏ biểu thị mức độ phong phú tương đối được chuẩn hóa trung bình của từng chất chuyển hóa trong từng điều kiện thí nghiệm. Xu hướng của hầu hết các chất chuyển hóa trong gạo koji được lên men với A. cristatus (RAC) và A. oryzaeRAO) cho thấy mô hình tăng dần theo thời gian lên men. Các chất chuyển hóa liên quan đến chuyển hóa carbohydrate hầu hết biểu hiện theo mô hình tăng dần ngoại trừ glucose, xyloza, sucrose và maltose, là các loại đường. Ngoài ra, hàm lượng flavonoid axit phenolic và hydroquinone được tăng cường theo thời gian lên men, ngoại trừ axit ferulic. Trong số các axit béo, hầu hết các chất chuyển hóa đều có xu hướng tăng lên trong khi axit pimelic lại có xu hướng giảm. Lysophospholipids trình bày các mô hình khác nhau với thời gian lên men và nấm cấy khác nhau.

Hình 2. Sơ đồ về con đường trao đổi chất và mức độ tương đối của các chất chuyển hóa trong gạo koji lên men với Aspergillus cristatus hoặc A. oryzae. Con đường được điều chỉnh từ cơ sở dữ liệu của Bộ bách khoa toàn thư về bộ gen và bộ gen (KEGG) ở Kyoto và được sửa đổi. Các ô vuông màu biểu thị các thay đổi về nếp gấp (màu xanh sang màu đỏ) được chuẩn hóa bằng giá trị trung bình của tất cả các giá trị cho mỗi chất chuyển hóa.

2.1.2. Chênh lệch tương đối về mức độ các chất chuyển hóa phân biệt trong gạo Koji lên men bởiA. cristatus hoặc A. oryzae

Như thể hiện trong Hình 2, nội dung của các chất chuyển hóa sơ cấp và thứ cấp thể hiện các kiểu khác nhau phù hợp với các loại nấm cấy khác nhau. Trong trường hợp glucoza là trung tâm của quá trình chuyển hóa cacbohydrat, các dạng của A. cristatus koji cho thấy sự giảm sút, trong khi A. one koji cho thấy các dạng giảm dần ở điểm lên men ban đầu nhưng tăng dần cho đến điểm lên men cuối cùng. Hơn nữa, rượu đường có RAO cao hơn RAC. Đặc biệt, các dẫn xuất auroglaucin chỉ được tăng cường đáng kể trong RAC vì chúng là một hợp chất sắc tố độc đáo được sản xuất bởi A. cristatus. Ngoài ra, hầu hết các flavonoid đều tăng đáng kể trong RAC so với RAO, ngoại trừ 3,8-dimethylherbacetin. Trong số các axit phenolic, axit ferulic và axit benzoic đều tăng trong cả hai mẫu, nhưng axit dihydroxybenzoic, axit caffeoylquinic và axit vanillic chỉ tăng trong RAC. Lysophospholipids tăng trong RAC, nhưng xu hướng tương phản đã được quan sát thấy trong RAO. Các axit béo cho thấy mô hình RAO tăng cao hơn so với AC

2.2. So sánh sản xuất enzyme và hoạt tính sinh học trong gạo Koji lên men với các vi sinh vật khác nhau

Để so sánh các kiểu hình của RAC và RAO, chúng tôi đã đánh giá hoạt động của enzyme và tác dụng chống lão hóa trên tế bào da, hoạt tính chống oxy hóa, tổng hàm lượng flavonoid (TFC) và tổng hàm lượng phenolic (IPC) (Hình 3). Sản xuất enzyme của cả koji tăng theo thời gian lên men, ngoại trừ a-amylase trong RAO. Điều thú vị là hàm lượng a-glucosidase trong RAO cao gấp đôi so với RAC với 10.12 và 3.52 đơn vị tương ứng; ngược lại, hàm lượng B-glucosidase trong RAC cao hơn nhiều so với RAO với 19.{{20}}5 đơn vị và 5,49 đơn vị tương ứng theo thời gian lên men. Kiểu hình chức năng của cả koji (hoạt tính chống oxy hóa và yếu tố chống lão hóa da) cho thấy rằng gạo koji với A. cristatus có hoạt tính chống oxy hóa cao hơn trong ABTS, DPPH và FRAP ở thời gian lên men cuối cùng (8 ngày) với 1.{ {24}}5, 0.40, 0,66 TEAC (Khả năng chống oxy hóa tương đương Trolox) tương ứng. Ngoài ra, hàm lượng flavonoid trong RAC cao hơn RAO với 0,07 NE (tương đương naringin) và 0,01 NE tương ứng. Trong khi đó, hàm lượng phenol tổng số trong RAO cao hơn RAC với 0,32 EGA (axit galic tương đương) và 0,28 EGA tương ứng. Kết quả của các yếu tố chống lão hóa da (elastin, collagen và MMP-1) cho thấy kết thúc quá trình lên men. Mức biểu hiện ACRNA với 7,77 và 13,76 và mức biểu hiện MMP-1 RNA tương đối thấp hơn với 2,35 so với B-actin. Trong khi đó, RAO cho thấy sự gia tăng dần dần biểu hiện RNA của elastin và collagen sau quá trình lên men.

Hình 3. So sánh sản xuất enzyme (A), yếu tố chống lão hóa da (B) và hoạt tính chống oxy hóa, tổng hàm lượng flavonoid) và tổng hàm lượng phenolic (IPC) (C) trong gạo koji lên men với các loài Aspergillus spp khác nhau. (màu đen, màu trắng A. cristatus, A. oryzne). Các hoạt tính enzyme là hoạt tính a-amylase, hoạt tính B-glucosidase và hoạt tính a-glucosidase(A). Mức biểu hiện mRNA tương đối được đo cho các yếu tố sau: collagen (COL1A1), elastin (ELN) và matrix metallicoproteinase-1 (MMP-1) ​​(B). Các hoạt động chống oxy hóa được mô tả là ABTS, quét gốc tự do DPPH, FRAP, tổng hàm lượng Mavonoid và tổng hàm lượng phenolic (C). Sự khác biệt đáng kể giữa các vi khuẩn tiêm chủng khác nhau được xác định bằng thử nghiệm t (* p < {{10}}.05, ** p < 0,01).

Để xác định các chất chuyển hóa có khả năng đóng góp vào hoạt tính sinh học, một phân tích tương quan giữa các chất chuyển hóa koji lên men và hoạt tính sinh học đã được tiến hành (Supplement.tary Hình S2). Nhìn chung, bản đồ hệ số tương quan của Pearson cho thấy RAC có mối tương quan cao hơn với các hoạt tính sinh học so với RAO. Trong RAC, axit hữu cơ, flavonoid, lysophospholipid, axit béo, hydroquinone, dẫn xuất đường cho thấy mối tương quan tích cực cao với hoạt tính sinh học. Đối với RAO, axit hữu cơ, flavonoid và axit béo, và các chất dẫn xuất đường cho thấy mối tương quan tích cực với các hoạt tính sinh học. Các chất chuyển hóa có giá trị hệ số tương quan Pearson cao hơn 0.5 được thể hiện trong sơ đồ mạng (Hình 4) Trong cả hai sản phẩm koji, axit hữu cơ, axit béo, flavonoid và dẫn xuất đường là những chất có khả năng đóng góp vào hoạt tính sinh học . Sự biểu hiện RNA của elastin có liên quan đến các chất chuyển hóa của RAC, trong khi biểu hiện RNA của collagen có liên quan đến các chất chuyển hóa của RAO. Ngoài ra, TFC cho thấy mối tương quan với RAC. Hơn nữa, lysophospholipids và hydroquinone là những chất góp phần hoạt động chống oxy hóa mạnh cho RAC

Hình 4, Các chất chuyển hóa có giá trị hệ số tương quan Pearson cao hơn 0.5 được thể hiện bằng sơ đồ mạng trong gạo koji được lên men với (A) Aspergillus cristatus hoặc (B) A. oryzne. Các ký hiệu hộp biểu thị hoạt tính sinh học (màu xám, hoạt tính chống oxy hóa TPC và TFC; màu đen, tác dụng chống lão hóa da trên tế bào) và các ký hiệu màu biểu thị các chất chuyển hóa (cùng một chuỗi được phân biệt bằng màu sắc và hình dạng khác nhau: o, hydroquinone: , hữu cơ axit: , axit béo, flavonoid;, lysophospholipids; o, đường và các dẫn xuất của đường; chưa biết).

Hỏi thêm:

Email:wallence.suen@wecistanche.com whatsapp: cộng với 86 15292862950