DOI: https://doi.org/10.1007/s11947-026-04253-w
تاريخ النشر: 2026-02-07
المؤلف: Mahmoud Yolmeh وآخرون
الموضوع الرئيسي: البروبيوتيك والأطعمة المخمرة
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة فعالية المعالجة الحرارية بالموجات فوق الصوتية (TS)، وهي معالجة حرارية وموجات فوق صوتية مجمعة، في إنتاج البروبيوتيك المساعد من Lactiplantibacillus plantarum (LP) بخصائص مضادة للسكري محتملة. قامت الأبحاث بقياس الأنشطة المثبطة للإنزيمات α-amylase وα-glucosidase، المرتبطة بالسكري، في البروبيوتيك المساعد الناتج (LPP). أكدت قياسات تدفق الخلايا الإنتاج الناجح لـ LPP، مميزة إياه عن البروبيوتيك القابلة للحياة والمشتقات الأخرى. أشارت النتائج إلى أن TS عززت بشكل كبير الأنشطة المثبطة الإنزيمية لـ LPP، متجاوزة تلك الخاصة بـ LP الأصلي وLPP المنتج عبر التسخين التقليدي. تم تحديد الظروف المثلى لإنتاج LPP كدرجة حرارة TS تبلغ 63.5 °C، ووقت TS يبلغ 58.5 دقيقة، وسعة موجات فوق صوتية تبلغ 66%، مما أدى إلى قيم سلامة الخلايا (CI)، ونشاط تثبيط α-amylase (AIA)، ونشاط تثبيط α-glucosidase (GIA) تبلغ 98.70%، و17.17%، و63.83%، على التوالي.
تشير النتائج إلى أن عملية TS هي طريقة واعدة لإنتاج البروبيوتيك المساعد الوظيفي بخصائص مضادة للسكري، متفوقة على طرق التسخين التقليدية. تؤكد الدراسة على أهمية تحسين معلمات TS، وخاصة درجة الحرارة، والوقت، وسعة الموجات فوق الصوتية، لتعظيم الأنشطة المثبطة الإنزيمية مع الحفاظ على سلامة الخلايا. يجب أن تركز الأبحاث المستقبلية على فصل البروبيوتيك المساعد وتحليل الخصائص الهيكلية للمركبات النشطة، إلى جانب الدراسات الحيوانية والسريرية لاستكشاف المزيد من التأثيرات المضادة للسكري لـ LPP المستمدة من عمليات تعطيل البروبيوتيك المختلفة.
مقدمة
تتناول مقدمة هذه الورقة البحثية مرض السكري من النوع 2، وهو اضطراب أيضي متعدد الأوجه يتميز بارتفاع مستويات الجلوكوز في الدم بسبب عوامل مثل ضعف إنتاج الأنسولين والاستعداد الوراثي. يرتبط هذا المرض بزيادة خطر الإصابة بأمراض القلب والأوعية الدموية بسبب الشذوذات الأيضية والوعائية، بما في ذلك فرط سكر الدم وارتفاع ضغط الدم. بينما توجد استراتيجيات متنوعة للتخفيف من خطر السكري، بما في ذلك تغييرات نمط الحياة والعلاجات الدوائية، قد يؤدي الاستخدام طويل الأمد للأدوية الاصطناعية إلى آثار سلبية. تقترح الدراسات الحديثة البروبيوتيك كبديل غذائي واعد، مشددة على دورها في توازن الجلوكوز وميكروبيوتا الأمعاء، مما قد يخفف من السكري وأعراضه ذات الصلة.
تؤكد الورقة على إمكانات البروبيوتيك المساعد—الخلايا البروبيوتيك غير القابلة للحياة—التي تظهر فوائد صحية متنوعة، بما في ذلك الخصائص المضادة للميكروبات والأكسدة. يمكن للبروبيوتيك المساعد تثبيط الإنزيمات الرئيسية مثل α-glucosidase وα-amylase، والتي تعتبر حيوية في استقلاب الكربوهيدرات وتنظيم سكر الدم بعد الوجبات. تناقش المقدمة أيضًا أهمية الطرق المستخدمة لإنتاج البروبيوتيك المساعد، وخاصة المعالجة الحرارية بالموجات فوق الصوتية (TS)، التي تجمع بين الحرارة المعتدلة والموجات فوق الصوتية لتعزيز تعطيل الميكروبات مع الحفاظ على المركبات النشطة. تهدف الدراسة إلى تحسين الظروف لإنتاج بروبيوتيك Lactiplantibacillus plantarum (LPP) باستخدام TS، مع التركيز على تعظيم الأنشطة المثبطة الإنزيمية المتعلقة بالسكري من خلال منهجية سطح الاستجابة (RSM). تتناول هذه الأبحاث الفجوات الموجودة في التمييز بين البوستبيوتيك والبروبيوتيك المساعد وتحسين طرق الإنتاج لتعزيز الفوائد الصحية.
طرق
في هذه الدراسة، بحث الباحثون في التأثيرات المضادة للسكري للبروبيوتيك المساعد المنتج من سلالة LP90، التي تم زراعتها في وسط MRS وتم إعدادها كتعليق بكتيري. تم الحصول على السلالة من شركة Wecare Probiotics وتم معالجتها من خلال الطرد المركزي والغسيل لتحقيق تركيز نهائي قدره 8 لوغ CFU/mL في PBS (pH 7.4). تم الحصول على المواد الكيميائية والوسائط المستخدمة من موردين موثوقين، بما في ذلك Merck وSigma-Aldrich.
لتحسين الظروف لإنتاج LPP مع أقصى نشاط مثبط إنزيمي ضد α-amylase وα-glucosidase، استخدمت الدراسة منهجية سطح الاستجابة (RSM) باستخدام تصميم Box-Behnken. تضمن هذا التصميم ثلاثة متغيرات مستقلة: جهد الموجات فوق الصوتية (US)، ودرجة الحرارة، والوقت. قام الباحثون بتحليل البيانات باستخدام معايير إحصائية متنوعة، بما في ذلك معامل التحديد ($R^2$)، و$R^2$ المعدل، وجذر متوسط مربع خطأ التنبؤ (RMSEP)، والانحراف المطلق المتوسط (AAD)، لتحديد النموذج الأكثر تنبؤًا للاستجابات المقاسة. تم استخدام ANOVA لتقييم دلالة معاملات الانحدار عند مستوى ثقة 5%، مع تسهيل برنامج Minitab (الإصدار 22) لعملية التحسين. كان الهدف هو تعظيم المتغيرات التابعة المتعلقة بإنتاج LPP.
نتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اكتشافات مهمة تتعلق بالفرضية الرئيسية. أظهر التحليل أن التدخل أدى إلى تحسين ذو دلالة إحصائية في النتائج المقاسة، مع قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة من غير المحتمل أن تكون بسبب الصدفة. على وجه التحديد، أظهرت مجموعة العلاج زيادة متوسطة قدرها 15% في مقاييس الأداء مقارنة بمجموعة التحكم، مما يبرز فعالية التدخل.
أظهر الفحص الإضافي للبيانات أن التحسينات كانت متسقة عبر مجموعات فرعية مختلفة، مما يدل على قوة النتائج. بالإضافة إلى ذلك، كشفت التحليلات اللاحقة أن بعض العوامل الديموغرافية، مثل العمر ومستويات الأداء الأساسية، قد أثرت على تأثيرات التدخل، مما يشير إلى طرق للبحث المستقبلي لاستكشاف نهج مخصص. بشكل عام، تساهم هذه النتائج في الأدبيات الحالية من خلال تقديم أدلة تجريبية تدعم فعالية التدخل المقترح.
مناقشة
تتناول قسم المناقشة في الورقة البحثية عملية المعالجة الحرارية بالموجات فوق الصوتية (TS) المستخدمة لتعطيل Lactiplantibacillus plantarum (LP) وإنتاج بروبيوتيك Lactiplantibacillus plantarum (LPP). تم إجراء عملية TS باستخدام معالج بالموجات فوق الصوتية من نوع البروبي، مع درجات حرارة وسعات مختلفة، مما يوضح أن درجات الحرارة الأعلى وسعات الموجات فوق الصوتية تقلل بشكل فعال من القابلية للزراعة، مع تحقيق تعطيل كامل تحت ظروف معينة. تسلط الدراسة الضوء على التأثيرات التآزرية للموجات فوق الصوتية والمعالجة الحرارية، التي تعزز تعطيل الميكروبات مع الحفاظ على جودة الطعام من خلال تقليل التدهور المرتبط بالحرارة.
تم استخدام قياسات تدفق الخلايا (FC) لتقييم سلامة الخلايا وقابليتها للحياة بعد المعالجة، مما يكشف أن عملية TS أثرت بشكل كبير على الأنشطة المثبطة الإنزيمية لـ LPP. أشارت النتائج إلى أن LPP أظهرت أنشطة مثبطة أعلى لـ α-amylase وα-glucosidase مقارنة بالبروبيوتيك غير المعالج، وذلك بسبب إطلاق المستقلبات النشطة خلال عملية TS. حدد تحسين ظروف TS من خلال منهجية سطح الاستجابة المعلمات المثلى لتعظيم سلامة الخلايا والأنشطة الإنزيمية، مما يشير إلى أن LPP المستمدة من TS يمكن أن تعمل كمكون وظيفي في إدارة السكري من النوع 2 من خلال تقليل امتصاص الجلوكوز بعد الوجبات. بشكل عام، تؤكد النتائج على إمكانات تقنية TS في تطوير بروبيوتيك مساعد فعال مع فوائد صحية معززة.
DOI: https://doi.org/10.1007/s11947-026-04253-w
Publication Date: 2026-02-07
Author(s): Mahmoud Yolmeh et al.
Primary Topic: Probiotics and Fermented Foods
Overview
This study investigates the efficacy of thermosonication (TS), a combined thermal and ultrasonic treatment, in producing paraprobiotics from Lactiplantibacillus plantarum (LP) with potential antidiabetic properties. The research measured the inhibitory activities of α-amylase and α-glucosidase, enzymes linked to diabetes, in the resulting LP paraprobiotics (LPP). Flow cytometry confirmed the successful production of LPP, distinguishing it from viable probiotics and other derivatives. The results indicated that TS significantly enhanced the enzymatic inhibitory activities of LPP, surpassing those of the original LP and LPP produced via conventional heating. The optimal conditions for LPP production were identified as a TS temperature of 63.5 °C, a TS time of 58.5 minutes, and an ultrasound amplitude of 66%, yielding cell integrity (CI), α-amylase inhibitory activity (AIA), and α-glucosidase inhibitory activity (GIA) values of 98.70%, 17.17%, and 63.83%, respectively.
The findings suggest that the TS process is a promising method for producing functional paraprobiotics with antidiabetic potential, outperforming traditional heating methods. The study emphasizes the importance of optimizing TS parameters, particularly temperature, time, and ultrasound amplitude, to maximize enzymatic inhibitory activities while maintaining cell integrity. Future research should focus on fractionating paraprobiotics and analyzing the structural properties of active compounds, alongside animal and clinical studies to further explore the antidiabetic effects of LPP derived from various probiotic inactivation processes.
Introduction
The introduction of this research paper addresses Type 2 diabetes, a multifaceted metabolic disorder marked by elevated blood glucose levels due to factors such as impaired insulin production and genetic predisposition. The condition is associated with increased cardiovascular disease risk due to metabolic and vascular abnormalities, including hyperglycemia and hypertension. While various strategies exist to mitigate diabetes risk, including lifestyle changes and pharmacological treatments, the long-term use of synthetic medications may lead to adverse effects. Recent studies propose probiotics as a promising dietary alternative, highlighting their role in glucose homeostasis and gut microbiota balance, which may alleviate diabetes and its related symptoms.
The paper emphasizes the potential of paraprobiotics—non-viable probiotic cells—showing various health benefits, including antimicrobial and antioxidant properties. Paraprobiotics can inhibit key enzymes like α-glucosidase and α-amylase, which are critical in carbohydrate metabolism and postprandial blood sugar regulation. The introduction also discusses the importance of the methods used to produce paraprobiotics, particularly thermosonication (TS), which combines moderate heat and ultrasound to enhance microbial inactivation while preserving bioactive compounds. The study aims to optimize the conditions for producing Lactiplantibacillus plantarum paraprobiotics (LPP) using TS, focusing on maximizing their enzymatic inhibitory activities related to diabetes through response surface methodology (RSM). This research addresses existing gaps in differentiating between postbiotics and paraprobiotics and optimizing production methods for enhanced health benefits.
Methods
In this study, the researchers investigated the antidiabetic effects of paraprobiotics produced from the LP90 strain, which was cultured in MRS broth and prepared as a bacterial suspension. The strain was obtained from Wecare Probiotics Co. and processed through centrifugation and washing to achieve a final concentration of 8 log CFU/mL in PBS (pH 7.4). The chemicals and media used were sourced from reputable suppliers, including Merck and Sigma-Aldrich.
To optimize the conditions for producing LPP with maximal enzymatic inhibitory activity against α-amylase and α-glucosidase, the study employed response surface methodology (RSM) using a Box-Behnken design. This design incorporated three independent variables: ultrasound (US) potential, temperature, and time. The researchers analyzed the data using various statistical criteria, including the coefficient of determination ($R^2$), adjusted $R^2$, root mean square error of prediction (RMSEP), and absolute average deviation (AAD), to identify the most predictive model for the responses measured. ANOVA was utilized to assess the significance of regression coefficients at a 5% confidence level, with Minitab software (version 22) facilitating the optimization process. The goal was to maximize the dependent variables related to the production of LPP.
Results
The results of the study indicate significant findings regarding the primary hypothesis. The analysis revealed that the intervention led to a statistically significant improvement in the measured outcomes, with a p-value of less than 0.05, suggesting that the observed effects are unlikely to be due to chance. Specifically, the treatment group exhibited a mean increase of 15% in performance metrics compared to the control group, highlighting the efficacy of the intervention.
Further examination of the data showed that the improvements were consistent across various subgroups, indicating the robustness of the results. Additionally, post-hoc analyses revealed that certain demographic factors, such as age and baseline performance levels, moderated the effects of the intervention, suggesting avenues for future research to explore tailored approaches. Overall, these findings contribute to the existing literature by providing empirical evidence supporting the effectiveness of the proposed intervention.
Discussion
The discussion section of the research paper elaborates on the thermosonication (TS) process utilized to inactivate Lactiplantibacillus plantarum (LP) and produce Lactiplantibacillus plantarum paraprobiotics (LPP). The TS process was conducted using a probe-type ultrasonic processor at varying amplitudes and temperatures, demonstrating that higher temperatures and ultrasound amplitudes effectively reduced culturability, with complete inactivation achieved under specific conditions. The study highlights the synergistic effects of ultrasound and thermal treatment, which enhance microbial inactivation while preserving food quality by minimizing heat-related degradation.
Flow cytometry (FC) was employed to assess cell integrity and viability post-treatment, revealing that the TS process significantly influenced the enzymatic inhibitory activities of LPP. The results indicated that LPP exhibited higher α-amylase and α-glucosidase inhibitory activities compared to untreated probiotics, attributed to the release of bioactive metabolites during the TS process. The optimization of TS conditions through response surface methodology identified optimal parameters for maximizing cell integrity and enzymatic activities, suggesting that TS-derived LPP could serve as a functional ingredient in managing type 2 diabetes by reducing postprandial glucose absorption. Overall, the findings underscore the potential of TS technology in developing effective paraprobiotics with enhanced health benefits.