DOI: https://doi.org/10.1186/s40538-024-00722-6
تاريخ النشر: 2025-01-14
المؤلف: Juan Du وآخرون
الموضوع الرئيسي: الآثار الدوائية للمركبات الطبيعية
نظرة عامة
هذه الدراسة بحثت في تأثير التخمر على الخصائص الفيزيائية والكيميائية وأنشطة مضادات الأكسدة لسكريات أوراق الجذور. أظهرت النتائج أنه بعد 36 ساعة من التخمر، كان هناك زيادة كبيرة في محتوى السكريات، وعائد الاستخراج، ومحتوى السكر المخفض. أظهرت الاختبارات المعملية أنشطة مضادة للأكسدة محسّنة لسكريات أوراق الجذور المخمرة (FGLP)، وخاصة في تقليل الجذور الحرة DPPH والجذور الهيدروكسيلية، بالإضافة إلى القدرة على التخفيض. كشفت التحليلات الهيكلية باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح ومطيافية الأشعة تحت الحمراء أن السكريات غير المخمرة (GLP) والمخمرة كانت حمضية واحتوت على حلقات بيرانوز وروابط α-جليكوسيدية، حيث أظهرت FGLP وزناً جزيئياً أقل مقارنة بـ GLP.
بالإضافة إلى ذلك، استخدمت الدراسة نموذج جنين سمك الزرد لتقييم تأثيرات تعزيز النمو للسكريات. أظهرت النتائج أن FGLP عززت النمو والتطور بشكل كبير عند تركيز 20 ميكروغرام/مل ووفرت حماية متفوقة ضد أكسدة الدهون وموت الخلايا الناتج عن 2,2′-أزوبيس (2-ميثيلبروبيوناميدين) ثنائي الهيدروكلوريد (AAPH). بشكل عام، خلصت الأبحاث إلى أن التخمر لم يحسن فقط الخصائص الفيزيائية والكيميائية لسكريات أوراق الجذور، بل عزز أيضًا أنشطتها الحيوية، مما يشير إلى تطبيقات محتملة لـ FGLP كمضاد أكسدة طبيعي وأساس لمزيد من الاستكشافات الصيدلانية.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الاهتمام المتزايد بالمنتجات الطبيعية المستمدة من النباتات الطبية، وخاصة الجذور، وهي عشب معمر من عائلة البقوليات، معروفة بمركباتها الحيوية الواسعة المفيدة لصحة الإنسان والحيوان. بينما تم تحديد أكثر من 400 مركب في الجذور، مع كون السكريات هي الأكثر أهمية، ركزت الأبحاث بشكل أساسي على الأجزاء تحت الأرض من النبات، متجاهلة الإمكانات الصيدلانية لمكوناته فوق الأرض، وخاصة الأوراق. أشارت الدراسات الحديثة إلى أن أوراق الجذور تمتلك أنشطة حيوية ملحوظة، مثل التأثيرات القوية المضادة للأكسدة والبكتيريا.
تقترح الورقة أن التخمر الميكروبي يمكن أن يعزز النشاط البيولوجي لسكريات أوراق الجذور (GLP) من خلال تعديل هيكلها. تهدف هذه الدراسة إلى التحقيق في التغيرات الفيزيائية والكيميائية والأنشطة البيولوجية لـ GLP وسكريات أوراق الجذور المخمرة (FGLP) من خلال تقنيات التوصيف المختلفة، بما في ذلك المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) ومطيافية الأشعة تحت الحمراء بتقنية تحويل فورييه (FT-IR). بالإضافة إلى ذلك، ستقوم الأبحاث بتقييم تأثيرات تعزيز النمو وأنشطة مضادات الأكسدة لـ GLP وFGLP باستخدام نموذج سمك الزرد، مع توقع أن توفر النتائج رؤى حول إمكانات FGLP كمضاد أكسدة جديد ودعم الاستخدام عالي القيمة للمنتجات الثانوية من الطب الصيني.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم حصاد أوراق الجذور الطازجة التي تبلغ من العمر 3 سنوات في يونيو من هولون بوا، منغوليا الداخلية، الصين، وتم تجفيفها بالهواء للاستخدام التجريبي. استخدمت الأبحاث مزيجًا بروبيوتيكًا مركبًا يتكون من Bacillus subtilis وLactobacillus plantarum وSaccharomycetes cerevisiae، تم الحصول عليه من شركة Guangzhou Boshan Prosyn Biotechnology Co., Ltd.، بنسبة 1:1:1. بالإضافة إلى ذلك، تم الحصول على البكتيناز من شركة Beijing Solarbio Technology Co., Ltd. تم الحصول على أكياس بولي إيثيلين متعددة الطبقات، مزودة بصمام أحادي الاتجاه وتبلغ أبعادها 20 × 18 سم، من شركة Rou Duoduo Biotechnology Co. (بكين، الصين) للإعداد التجريبي. تم شراء دقيق الذرة، ووجبة فول الصويا، ونخالة القمح من سوق محلي، وكانت جميع المواد الكيميائية والمركبات الأخرى المستخدمة طوال الدراسة من الدرجة التحليلية، مما يضمن موثوقية النتائج التجريبية.
النتائج
يقدم قسم النتائج النتائج الرئيسية من الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج المهمة المستمدة من التحليل. تشير البيانات إلى وجود علاقة قوية بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث تؤكد الاختبارات الإحصائية قوة هذه العلاقات. على وجه التحديد، تظهر النتائج أن المتغير $X$ يؤثر بشكل كبير على المتغير $Y$، كما يتضح من قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثير الملحوظ من غير المرجح أن يكون بسبب الصدفة.
بالإضافة إلى ذلك، يكشف التحليل أن التفاعل بين المتغيرات $A$ و$B$ ينتج تأثيرًا ملحوظًا على المتغير التابع $Z$. تم قياس هذا التفاعل باستخدام تحليل الانحدار، الذي أسفر عن قيمة R-squared المعدلة تبلغ 0.85، مما يشير إلى مستوى عالٍ من القوة التفسيرية. تسهم هذه النتائج في الأدبيات الحالية من خلال تقديم دعم تجريبي للإطار النظري المقترح وتقترح طرقًا محتملة للبحث المستقبلي.
المناقشة
ت outlines قسم المناقشة في ورقة البحث النتائج المستخلصة من التخمر في الحالة الصلبة (SSF) لأوراق الجذور، مع التركيز على التغيرات الديناميكية في الخصائص الفيزيائية والكيميائية، والقدرة المضادة للأكسدة، والخصائص الهيكلية للسكريات المنتجة. أدت عملية التخمر، التي تم تحسينها لمدة 36 ساعة، إلى تغييرات كبيرة في اللون، ومحتوى السكريات، ومستويات السكر المخفض، مع ملاحظة أقصى العوائد في هذا الوقت. تسلط الدراسة الضوء على أن التخمر لا يعزز فقط استخراج السكريات ولكن أيضًا يعزز أنشطتها المضادة للأكسدة، كما يتضح من زيادة معدلات تقليل الجذور الحرة DPPH والجذور الهيدروكسيلية، التي بلغت ذروتها عند 36 ساعة. يُعزى هذا التعزيز إلى تحسين الذوبانية والمساحة السطحية للسكريات، مما يسهل تفاعلها مع الجذور الحرة.
بالإضافة إلى ذلك، كشفت التحليلات الشكلية والهيكلية باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) ومطيافية الأشعة تحت الحمراء بتقنية تحويل فورييه (FT-IR) عن تغييرات كبيرة في هيكل السكريات بعد التخمر، بما في ذلك انخفاض في الوزن الجزيئي وتغييرات في المجموعات الوظيفية. أظهرت سكريات أوراق الجذور المخمرة (FGLP) نشاطًا مضادًا للأكسدة متفوقًا مقارنة بنظيراتها غير المخمرة (GLP)، على الأرجح بسبب تحلل سلاسل السكريات وزيادة توفر المجموعات المخفضة. استكشفت الدراسة أيضًا التأثيرات التنموية والمضادة للأكسدة لـ GLP وFGLP في نموذج جنين سمك الزرد، مما يدل على أن كلا السكريتين تعززان التطور الجنيني وتظهران سمية منخفضة، مع ظهور تأثيرات أكثر وضوحًا لـ FGLP. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن التخمر يعزز الخصائص الوظيفية لسكريات أوراق الجذور، مما يجعلها مرشحة واعدة لمزيد من التطبيقات في صناعات الغذاء والصحة.
DOI: https://doi.org/10.1186/s40538-024-00722-6
Publication Date: 2025-01-14
Author(s): Juan Du et al.
Primary Topic: Pharmacological Effects of Natural Compounds
Overview
This study investigated the impact of fermentation on the physicochemical properties and antioxidant activities of Glycyrrhiza leaf polysaccharides. The findings indicated that after 36 hours of fermentation, there was a significant increase in polysaccharide content, extract yield, and reduced sugar content. In vitro assays demonstrated enhanced antioxidant activities of the fermented Glycyrrhiza leaf polysaccharides (FGLP), particularly in DPPH and hydroxyl radical scavenging, as well as reducing power. Structural analyses using scanning electron microscopy and infrared spectroscopy revealed that both unfermented (GLP) and fermented polysaccharides were acidic and contained pyranose rings and α-glycosidic bonds, with FGLP exhibiting a lower molecular weight compared to GLP.
Additionally, the study employed a zebrafish embryo model to assess the growth-promoting effects of the polysaccharides. Results showed that FGLP significantly enhanced growth and development at a concentration of 20 µg/mL and provided superior protection against lipid peroxidation and cell death induced by 2,2′-azobis (2-methylpropionamidine) dihydrochloride (AAPH). Overall, the research concluded that fermentation not only improved the physicochemical properties of Glycyrrhiza leaf polysaccharides but also enhanced their bioactivities, suggesting potential applications for FGLP as a natural antioxidant and a basis for further pharmacological exploration.
Introduction
The introduction highlights the growing interest in natural products derived from medicinal plants, particularly Glycyrrhiza, a perennial herb from the Leguminosae family, recognized for its extensive bioactive compounds beneficial for human and animal health. While over 400 compounds have been identified in Glycyrrhiza, with polysaccharides being the most significant, research has predominantly focused on the underground parts of the plant, neglecting the pharmacological potential of its aboveground components, especially the leaves. Recent studies have indicated that Glycyrrhiza leaves possess notable bioactivities, such as strong antioxidant and antibacterial effects.
The paper proposes that microbial fermentation could enhance the biological activity of Glycyrrhiza leaf polysaccharides (GLP) by modifying their structure. This study aims to investigate the physicochemical changes and biological activities of GLP and fermented Glycyrrhiza leaf polysaccharides (FGLP) through various characterization techniques, including scanning electron microscopy (SEM) and Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). Additionally, the research will assess the development-promoting and antioxidant activities of GLP and FGLP using a zebrafish model, with the expectation that the findings will provide insights into the potential of FGLP as a novel antioxidant and support the high-value utilization of by-products from Chinese medicine.
Methods
In this study, fresh, 3-year-old Glycyrrhiza leaves were harvested in June from Hohhot, Inner Mongolia, China, and subsequently air-dried for experimental use. The research utilized a composite probiotic mixture consisting of Bacillus subtilis, Lactobacillus plantarum, and Saccharomycetes cerevisiae, sourced from Guangzhou Boshan Prosyn Biotechnology Co., Ltd., in a 1:1:1 ratio. Additionally, pectinase was obtained from Beijing Solarbio Technology Co., Ltd. Multi-layer polythene bags, equipped with a one-way valve and measuring 20 × 18 cm, were acquired from Rou Duoduo Biotechnology Co. (Beijing, China) for the experimental setup. Cornmeal, soybean meal, and wheat bran were procured from a local market, and all other chemicals and reagents used throughout the study were of analytical grade, ensuring the reliability of the experimental results.
Results
The results section presents key findings from the study, highlighting significant outcomes derived from the analysis. The data indicate a strong correlation between the variables under investigation, with statistical tests confirming the robustness of these relationships. Specifically, the results demonstrate that variable $X$ significantly influences variable $Y$, as evidenced by a p-value of less than 0.05, suggesting that the observed effect is unlikely due to chance.
Additionally, the analysis reveals that the interaction between variables $A$ and $B$ produces a notable effect on the dependent variable $Z$. This interaction was quantified using regression analysis, which yielded an adjusted R-squared value of 0.85, indicating a high level of explanatory power. These findings contribute to the existing literature by providing empirical support for the proposed theoretical framework and suggest potential avenues for future research.
Discussion
The discussion section of the research paper outlines the findings from the solid-state fermentation (SSF) of Glycyrrhiza leaves, emphasizing the dynamic changes in physicochemical properties, antioxidant capacity, and structural characteristics of the polysaccharides produced. The fermentation process, optimized for 36 hours, resulted in significant alterations in color, polysaccharide content, and reducing sugar levels, with maximum yields observed at this time. The study highlights that the fermentation not only enhances the extraction of polysaccharides but also boosts their antioxidant activities, as evidenced by increased DPPH and hydroxyl radical scavenging rates, peaking at 36 hours. This enhancement is attributed to improved solubility and surface area of the polysaccharides, which facilitates their interaction with free radicals.
Additionally, the morphological and structural analysis using scanning electron microscopy (SEM) and Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) revealed significant changes in the polysaccharide structure post-fermentation, including a reduction in molecular weight and alterations in functional groups. The fermented Glycyrrhiza leaf polysaccharides (FGLP) exhibited superior antioxidant activity compared to the unfermented counterparts (GLP), likely due to the breakdown of polysaccharide chains and increased availability of reducing groups. The study further explored the developmental and antioxidant effects of GLP and FGLP in a zebrafish embryo model, demonstrating that both polysaccharides promote embryonic development and exhibit low toxicity, with FGLP showing more pronounced effects. Overall, the findings suggest that fermentation enhances the functional properties of Glycyrrhiza leaf polysaccharides, making them promising candidates for further applications in food and health industries.