DOI: https://doi.org/10.3389/fnut.2024.1509624
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39834465
تاريخ النشر: 2025-01-06
المؤلف: Jinchu Yang وآخرون
الموضوع الرئيسي: البوليسكاريدات وجدران خلايا النباتات
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة تخمير بوليسكاريدات اليام الصينية (CYPs) باستخدام Lactobacillus plantarum M616، مع التركيز على التغيرات في التركيب الكيميائي، والبنية، والنشاط المضاد للالتهابات. أسفر عملية التخمير عن زيادة في محتوى الكربوهيدرات من $71.03\% \pm 2.75\%$ (CYP-NF) إلى $76.28\% \pm 2.37\%$ (CYP-LP)، بينما ظلت مستويات البروتين والبوليفينول دون تغيير كبير. تم تعديل تركيب السكريات الأحادية، حيث تغيرت النسب المولية للرامنوز، والأرابينوز، والغالاكتوز، والجلوكوز، والمانوز من $0.493:0.6695:0.9738:0.7655:12.4365$ في CYP-NF إلى $0.3237:0.3457:0.8278:2.5541:10.4995$ في CYP-LP. بالإضافة إلى ذلك، زاد الوزن الجزيئي والتوزيع المتعدد لـ CYP-LP بشكل كبير، مما يدل على انخفاض التجانس.
كشفت التحليلات في المختبر أن CYP-LP أظهر أنشطة مضادة للأكسدة محسنة ضد الجذور الحرة المختلفة وتأثيرات مضادة للالتهابات متفوقة مقارنة بـ CYP-NF. على وجه التحديد، كانت CYP-LP أكثر فعالية في تعديل إطلاق علامات الالتهاب الرئيسية مثل سوبر أكسيد ديسموتاز، وكاتالاز، وبيروكسيداز الجلوتاثيون، ومالونديالديهايد، وأكسيد النيتريك، وعامل نخر الورم-α، وإنترلوكين-1β، وإنترلوكين-6 في البلعميات RAW 264.7 المستحثة بواسطة الليبوبوليسكاريد. تشير النتائج إلى أن CYP-LP لديه إمكانات كمكون مضاد للالتهابات في الأدوية والأطعمة الوظيفية. ومع ذلك، تشير الدراسة إلى أن آثار التخمير على الخصائص الفيزيائية الكيميائية الأخرى لـ CYP-LP، مثل اللزوجة وقدرة الاحتفاظ بالماء، لم يتم تحليلها وسيتم تناولها في أبحاث مستقبلية.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الدور المزدوج للالتهاب في الجسم، مشددة على أنه بينما يعتبر الالتهاب المناسب أمرًا حيويًا للدفاع، فإن استمراره يمكن أن يؤدي إلى تلف الأنسجة ومجموعة متنوعة من الأمراض. إن الاعتماد على الأدوية المضادة للالتهابات يحمل مخاطر مثل بقايا الأدوية ومقاومة البكتيريا، مما يحفز البحث عن حلول بديلة، لا سيما المركبات المضادة للالتهابات المستمدة من النباتات الغذائية. حددت الدراسات السابقة مصادر نباتية متنوعة، مثل Phaseolus lunatus L. وNymphaea candida، التي تظهر خصائص مضادة للالتهابات ملحوظة، مما يشير إلى طريق واعد للتطبيقات العلاجية.
ثم يتحول التركيز إلى البوليسكاريدات المستمدة من النباتات الغذائية، والتي تُلاحظ لخصائصها الفيزيائية الكيميائية المفيدة وأنشطتها المضادة للالتهابات. تشير الأبحاث إلى أن البوليسكاريدات من مصادر مثل Astragalus membranaceus وCucurbita moschata Duch يمكن أن تعمل كعوامل فعالة مضادة للالتهابات. على وجه التحديد، يتم تسليط الضوء على بوليسكاريدات اليام من Dioscorea بسبب أنشطتها الحيوية، بما في ذلك التأثيرات المضادة للالتهابات، على الرغم من التحديات المتعلقة بإمكانية استخراجها ونشاطها. تختتم المقدمة بتحديد هدف الدراسة لاستخدام Lactobacillus plantarum M616 لتخمير وتعديل بوليسكاريدات اليام الصينية (CYP)، بهدف تعزيز نشاطها الحيوي من خلال التخمير الميكروبي، وبالتالي توفير طريقة مستدامة لتحسين إمكاناتها العلاجية.
طرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المواد والميكروبات المستخدمة في أبحاثهم حول بوليسكاريدات اليام. تم الحصول على اليام الصيني (يام الحديد) من سوبر ماركت محلي في تشنغتشو، هنان، الصين، بينما تم توفير سلالة Lactobacillus plantarum M616 من قبل الدكتور ياومينغ كوي من جامعة هنان للتكنولوجيا. تم الحصول على وسط مرق MRS لزراعة L. plantarum M616 ومجموعة متنوعة من الكواشف لعمليات الاستخراج والتنقية، بما في ذلك الإيثانول، وثلاثي كلوريد الميثان، والفحم المنشط، من شركة Beijing Solarbio Science and Technology Co., Ltd.
بالإضافة إلى ذلك، استخدمت الدراسة مجموعة من الكواشف الكيميائية لتحليل التركيب الكيميائي والأنشطة الحيوية لبوليسكاريدات اليام، بما في ذلك الجلوكوز، وألبومين مصل البقر، وحمض الغاليك. تم الحصول على السكريات الأحادية القياسية لتحليل تركيب السكريات الأحادية من Sigma-Aldrich. تم تقييم الوزن الجزيئي والتجانس للبوليسكاريدات باستخدام كروماتوغرافيا الفصل بالحجم مقترنة بتشتت الضوء بالليزر متعدد الزوايا وكشف معامل الانكسار (SEC-MALLS-RI). علاوة على ذلك، تم استخدام مجموعات اختبار المناعية المرتبطة بالإنزيم (ELISA) من Beyotime Biotechnology لقياس مجموعة متنوعة من العلامات البيوكيميائية، بما في ذلك سوبر أكسيد ديسموتاز (SOD) وإنترلوكين، مما يدل على تركيز الدراسة على كل من الخصائص الهيكلية والوظيفية للبوليسكاريدات.
نتائج
يقدم قسم النتائج نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من الطرق التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد البحث، مما يوحي بأن العلاقات المفترضة صحيحة ضمن المعلمات المختبرة. تعزز التحليلات الإحصائية، بما في ذلك قيم p وفترات الثقة، صحة هذه النتائج، مما يظهر حجم تأثير قوي.
علاوة على ذلك، تتناول المناقشة تداعيات هذه النتائج، موضعة إياها ضمن السياق الأوسع للأدبيات الموجودة. يؤكد المؤلفون على أهمية نتائجهم للبحوث المستقبلية والتطبيقات العملية، بينما يتناولون أيضًا القيود المحتملة والمجالات التي تحتاج إلى مزيد من التحقيق. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة في هذا المجال، مما يمهد الطريق للدراسات اللاحقة للبناء على هذا العمل الأساسي.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في استخراج وتوصيف بوليسكاريدات اليام الصينية (CYPs)، مع التركيز على آثار التخمير باستخدام Lactobacillus plantarum M616 (CYP-LP) مقارنة بالبوليسكاريدات غير المخمرة (CYP-NF). أسفرت عملية التخمير عن زيادة كبيرة في محتوى الكربوهيدرات من 71.03% ± 2.75% في CYP-NF إلى 76.28% ± 2.37% في CYP-LP، بينما ظلت محتويات البروتين والبوليفينول دون تغيير نسبي. بالإضافة إلى ذلك، زاد الوزن الجزيئي لـ CYP-LP، مما يدل على تغيير في بنية البوليسكاريد بسبب التخمير. استخدمت الدراسة مجموعة متنوعة من الطرق التحليلية، بما في ذلك مطيافية FT-IR، لتقييم المجموعات الوظيفية، وأظهرت أن التخمير غير التركيب السكري الأحادي وزاد من الأنشطة المضادة للأكسدة والمضادة للالتهابات للبوليسكاريدات.
تم تقييم النشاط المضاد للأكسدة في المختبر لـ CYP-NF وCYP-LP ضد عدة جذور حرة، مما كشف أن CYP-LP أظهر تأثيرات مضادة للالتهابات محسنة في البلعميات RAW 264.7 المستحثة بواسطة LPS، كما يتضح من زيادة مستويات سوبر أكسيد ديسموتاز (SOD)، وكاتالاز (CAT)، وبيروكسيداز الجلوتاثيون (GSH-Px)، إلى جانب انخفاض السيتوكينات المؤيدة للالتهابات. تشير النتائج إلى أن التخمير الميكروبي لا يعزز فقط النشاط الحيوي لبوليسكاريدات النباتات ولكن يوفر أيضًا نهجًا واعدًا لتطوير منتجات الغذاء الوظيفية. ستركز الأبحاث المستقبلية على استكشاف الخصائص الفيزيائية الكيميائية لـ CYP-LP بشكل أكبر لفهم الآثار المترتبة على التخمير في تطبيقاتها الوظيفية بالكامل.
DOI: https://doi.org/10.3389/fnut.2024.1509624
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39834465
Publication Date: 2025-01-06
Author(s): Jinchu Yang et al.
Primary Topic: Polysaccharides and Plant Cell Walls
Overview
This study investigates the fermentation of Chinese yam polysaccharides (CYPs) using Lactobacillus plantarum M616, focusing on changes in chemical composition, structure, and anti-inflammatory activity. The fermentation process resulted in an increase in carbohydrate content from $71.03\% \pm 2.75\%$ (CYP-NF) to $76.28\% \pm 2.37\%$ (CYP-LP), while protein and polyphenol levels remained largely unchanged. The monosaccharide composition was altered, with the molar ratios of rhamnose, arabinose, galactose, glucose, and mannose shifting from $0.493:0.6695:0.9738:0.7655:12.4365$ in CYP-NF to $0.3237:0.3457:0.8278:2.5541:10.4995$ in CYP-LP. Additionally, the molecular weight and polydispersity of CYP-LP increased significantly, indicating lower homogeneity.
In vitro analyses revealed that CYP-LP exhibited enhanced antioxidant activities against various radicals and superior anti-inflammatory effects compared to CYP-NF. Specifically, CYP-LP was more effective in modulating the release of key inflammatory markers such as superoxide dismutase, catalase, glutathione peroxidase, malondialdehyde, nitric oxide, tumor necrosis factor-α, interleukin-1β, and interleukin-6 in lipopolysaccharide-induced RAW 264.7 macrophages. The findings suggest that CYP-LP has potential as an anti-inflammatory ingredient in pharmaceuticals and functional foods. However, the study notes that the effects of fermentation on other physicochemical properties of CYP-LP, such as viscosity and water holding capacity, were not analyzed and will be addressed in future research.
Introduction
The introduction highlights the dual role of inflammation in the body, emphasizing that while proper inflammation is crucial for defense, its persistence can lead to tissue damage and various diseases. The reliance on anti-inflammatory drugs poses risks such as drug residues and bacterial resistance, prompting a search for alternative solutions, particularly dietary plant-derived anti-inflammatory compounds. Previous studies have identified various plant sources, such as Phaseolus lunatus L. and Nymphaea candida, that exhibit significant anti-inflammatory properties, suggesting a promising avenue for therapeutic applications.
The focus then shifts to polysaccharides derived from dietary plants, which are noted for their beneficial physicochemical properties and anti-inflammatory activities. Research indicates that polysaccharides from sources like Astragalus membranaceus and Cucurbita moschata Duch can serve as effective anti-inflammatory agents. Specifically, yam polysaccharides from Dioscorea are highlighted for their bioactivities, including anti-inflammatory effects, although challenges related to their extractability and activity remain. The introduction concludes by outlining the study’s objective to utilize Lactobacillus plantarum M616 for the fermentation and modification of Chinese yam polysaccharides (CYP), aiming to enhance their bioactivity through microbial fermentation, thus providing a sustainable method for improving their therapeutic potential.
Methods
In this section, the authors detail the materials and microorganisms utilized in their research on yam polysaccharides. Chinese yam (iron yam) was sourced from a local supermarket in Zhengzhou, Henan, China, while the Lactobacillus plantarum M616 strain was provided by Dr. Yaoming Cui from Henan University of Technology. The MRS broth medium for culturing L. plantarum M616 and various reagents for extraction and purification processes, including ethanol, trichloromethane, and activated carbon, were obtained from Beijing Solarbio Science and Technology Co., Ltd.
Additionally, the study employed a range of chemical reagents for analyzing the chemical composition and bioactivities of the yam polysaccharides, including glucose, bovine serum albumin, and gallic acid. Standard monosaccharides for monosaccharide composition analysis were procured from Sigma-Aldrich. The molecular weight and homogeneity of the polysaccharides were assessed using Size Exclusion Chromatography coupled with Multi-Angle Laser Light Scattering and Refractive Index detection (SEC-MALLS-RI). Furthermore, enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) kits from Beyotime Biotechnology were utilized to measure various biochemical markers, including superoxide dismutase (SOD) and interleukins, indicating the study’s focus on both structural and functional properties of the polysaccharides.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicates a significant correlation between the variables under investigation, suggesting that the hypothesized relationships hold true within the tested parameters. Statistical analyses, including p-values and confidence intervals, reinforce the validity of these findings, demonstrating a robust effect size.
Furthermore, the discussion elaborates on the implications of these results, situating them within the broader context of existing literature. The authors emphasize the relevance of their findings for future research and practical applications, while also addressing potential limitations and areas for further investigation. Overall, the results contribute valuable insights into the field, paving the way for subsequent studies to build upon this foundational work.
Discussion
In this study, the extraction and characterization of Chinese yam polysaccharides (CYPs) were investigated, focusing on the effects of fermentation with Lactobacillus plantarum M616 (CYP-LP) compared to unfermented polysaccharides (CYP-NF). The fermentation process resulted in a significant increase in carbohydrate content from 71.03% ± 2.75% in CYP-NF to 76.28% ± 2.37% in CYP-LP, while protein and polyphenol contents remained relatively unchanged. Additionally, the molecular weight of CYP-LP increased, indicating a change in the polysaccharide structure due to fermentation. The study employed various analytical methods, including FT-IR spectroscopy, to assess functional groups, and demonstrated that fermentation altered the monosaccharide composition and enhanced the antioxidant and anti-inflammatory activities of the polysaccharides.
The in vitro antioxidant activity of CYP-NF and CYP-LP was evaluated against several free radicals, revealing that CYP-LP exhibited improved anti-inflammatory effects in LPS-induced RAW 264.7 macrophages, as evidenced by increased levels of superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), and glutathione peroxidase (GSH-Px), alongside reduced pro-inflammatory cytokines. The findings suggest that microbial fermentation not only enhances the bioactivity of plant polysaccharides but also provides a promising approach for the development of functional food products. Future research will focus on further exploring the physicochemical properties of CYP-LP to fully understand the implications of fermentation on its functional applications.