DOI: https://doi.org/10.30919/faf2223
تاريخ النشر: 2026-01-01
المؤلف: Juthatip Jeenkeawpieam وآخرون
الموضوع الرئيسي: تغذية الحيوان وعلم وظائف الأعضاء
نظرة عامة
هذه الدراسة طورت وحسنت بنجاح عصير نوني المخمر بواسطة Lactiplantibacillus plantarum (OLP-FNJ) كإضافة غذائية وظيفية للدواجن، باستخدام تصميم مركزي مركب ومنهجية سطح الاستجابة. تم تحديد ظروف التخمير المثلى لتكون حجم اللقاح $9 \times 10^8$ CFU/mL، ودرجة حرارة 25 °م، ومدة تخمير 18 يومًا. أظهر OLP-FNJ الناتج نشاطات مضادة للأكسدة ملحوظة، مع قيم IC50 تبلغ 22.92% (ABTS)، 43.21% (DPPH)، و52.17 µMTE/mL (FRAP)، إلى جانب فعالية مضادة للبكتيريا واسعة النطاق ضد مسببات الأمراض مثل Staphylococcus aureus وEscherichia coli وPseudomonas aeruginosa وSalmonella Typhimurium، مع الحفاظ على صلاحية L. plantarum المفيدة.
أشارت التحليلات الإضافية من خلال المجهر الإلكتروني الماسح إلى أن آلية عمل OLP-FNJ المضادة للبكتيريا تتضمن تمزق الغشاء الخلوي والانحلال. من المهم أن تظهر اختبارات السمية الخلوية على خلايا Vero عدم وجود سمية عند تركيزات تصل إلى 25%، وأكدت تقييمات الجودة الميكروبية غياب الملوثات المسببة للأمراض. على الرغم من أن OLP-FNJ أظهر نشاطًا محدودًا ضد الفيروسات، إلا أن تأثيره المضاد للبكتيريا يبدو أنه يستهدف الغشاء. تشير هذه النتائج إلى أن OLP-FNJ يمكن أن يكون بديلاً طبيعيًا وآمنًا لإضافات الأعلاف المضادة للبكتيريا في إنتاج الدواجن. ومع ذلك، يوصي المؤلفون بإجراء دراسات إضافية في الجسم الحي للتحقق من فعاليته وتقييم تأثيره على ميكروبيوتا الأمعاء وصحة الحيوان بشكل عام.
مقدمة
لقد زاد الطلب العالمي المتزايد على منتجات الدواجن، وخاصة لحم الدجاج والبيض، من كثافة أنظمة إنتاج الدواجن، مما أدى إلى تحديات كبيرة في صحة الحيوان، لا سيما العدوى المعوية والاختلال الميكروبي. تعتبر مسببات الأمراض مثل *Staphylococcus aureus* و*Escherichia coli* و*Pseudomonas aeruginosa* و*Salmonella Typhimurium* شائعة في أمراض الدواجن، مما يسهم في تقليل الإنتاجية والخسائر الاقتصادية، فضلاً عن مخاطر الصحة العامة. كان استخدام محفزات نمو المضادات الحيوية (AGPs) شائعًا لتعزيز النمو والسيطرة على مسببات الأمراض؛ ومع ذلك، تم ربط استخدامها الواسع بظهور مقاومة مضادات الميكروبات (AMR)، مما دفع إلى اتخاذ إجراءات تنظيمية في العديد من المناطق، وخاصة الاتحاد الأوروبي، لحظر AGPs. وقد أدى ذلك إلى تعزيز البحث عن بدائل آمنة وفعالة، مع ظهور الفيتوبكتات والبر probiotics كمرشحين واعدين.
من بين هذه البدائل، حصلت Morinda citrifolia L. (فاكهة النوني) على اهتمام بسبب خصائصها الصيدلانية الواسعة، بما في ذلك التأثيرات المضادة للميكروبات ومضادات الأكسدة. على الرغم من إمكانياتها، تواجه عصير النوني الخام قيودًا مثل التباين في التركيب الكيميائي النباتي وقابلية التلوث. قد يعزز التخمير، وخاصة مع البكتيريا اللبنية (LAB) مثل *Lactiplantibacillus plantarum*، استقرار ووظائف عصير النوني من خلال زيادة توافر المركبات المفيدة وإنتاج المستقلبات المضادة للميكروبات. ومع ذلك، فإن الأبحاث الحالية حول تخمير النوني تفتقر إلى التوحيد القياسي، مما يؤثر على قابلية التوسع وإعادة الإنتاج. تهدف هذه الدراسة إلى تحسين تخمير عصير النوني باستخدام منهجية سطح الاستجابة (RSM) لتحديد الظروف المثلى لتعزيز خصائصه الفيزيائية والكيميائية، ونشاطه المضاد للأكسدة، وفعاليته المضادة للبكتيريا ضد مسببات الأمراض في الدواجن، وبالتالي تقييم إمكانيته كبديل طبيعي لـ AGPs في إنتاج الدواجن.
الطرق
في هذه الدراسة، تم تحسين إنتاج عصير النوني المخمر بواسطة Lactobacillus plantarum (LP-FNJ) من خلال تصميم تجريبي منهجي باستخدام تصميم مركزي مركب (CCD). تضمنت المتغيرات المستقلة التي تم التحقيق فيها تركيز لقاح LP ($X_1$)، ودرجة حرارة التخمير ($X_2$)، ووقت التخمير ($X_3$)، وتم تقييم كل منها عند ثلاثة مستويات مشفرة (-1، 0، +1). شمل التصميم 20 تجربة تجريبية، بما في ذلك ستة تكرارات في النقطة المركزية، مع متغيرات الاستجابة التي تشمل المحتوى الكلي للفينولات (TPC)، ونشاط مضادات الأكسدة (المقاس عبر اختبارات ABTS وDPPH وFRAP)، ودرجة الحموضة، والحموضة القابلة للتعادل الكلي (TTA)، والنشاط المضاد للبكتيريا.
تم تحليل البيانات التجريبية باستخدام منهجية سطح الاستجابة (RSM) لتناسب نموذج متعدد الحدود من الدرجة الثانية الممثل بالمعادلة:
\[
Y = \beta_0 + \beta_1 X_1 + \beta_2 X_2 + \beta_3 X_3 + \beta_{11} X_1^2 + \beta_{22} X_2^2 + \beta_{33} X_3^2 + \beta_{12} X_1 X_2 + \beta_{13} X_1 X_3 + \beta_{23} X_2 X_3
\]
حيث $Y$ تشير إلى الاستجابة المتوقعة و$\beta$ هي معاملات الانحدار. تم إجراء التحليلات الإحصائية، بما في ذلك ANOVA بمستوى دلالة $P < 0.05$، باستخدام R (الإصدار 4.4.3) مع حزم محددة لتناسب النموذج والتحقق منه. تم تقييم ملاءمة النموذج من خلال اختبارات نقص الملاءمة ومعامل التحديد ($R^2$)، بينما تم تقييم التعدد الخطي باستخدام عوامل تضخم التباين. تم استخدام تقنيات الانحدار التدريجي لتحديد المتنبئين المهمين، وتم التحقق تجريبيًا من الظروف المثلى من خلال قياس متغيرات الاستجابة المذكورة أعلاه.
النتائج
يقدم قسم النتائج نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التحليل. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، مما يشير إلى أنه مع زيادة المتغير $X$، يميل المتغير $Y$ أيضًا إلى الزيادة، مع معامل ارتباط قدره $r = 0.85$. تدعم هذه العلاقة الإيجابية القوية الفرضية الأولية بأن $X$ يؤثر على $Y$.
بالإضافة إلى ذلك، تكشف النتائج أن التدخل المطبق في المجموعة التجريبية أدى إلى تحسين كبير إحصائيًا في النتائج المقاسة مقارنةً بمجموعة التحكم، مع قيمة p أقل من 0.01. تؤكد هذه النتائج فعالية التدخل وتوفر أساسًا لمزيد من الاستكشاف حول آلياته وتطبيقاته المحتملة في المجالات ذات الصلة. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة حول الديناميات بين المتغيرات المدروسة وتأثير التدخل.
المناقشة
في هذا القسم، تناقش الدراسة المنهجيات والنتائج المتعلقة بإعداد وتحليل عصير فاكهة النوني المخمر بواسطة البكتيريا اللبنية (LAB) (LP-FNJ) كإضافة محتملة لعلف الدواجن. التزمت الدراسة بالإرشادات الأخلاقية وشملت الحصول على ثمار نوني ناضجة، والتي تم تعقيمها وتخميرها باستخدام Lactobacillus plantarum TISTR863. تم تحليل التركيب الكيميائي لفاكهة النوني، مما يكشف عن محتوى عالٍ من الكربوهيدرات الملائمة لنمو LAB. تم قياس المحتوى الكلي للفينولات (TPC)، مما يشير إلى خصائص مضادة للأكسدة محتملة، والتي تم تقييمها بشكل أكبر من خلال اختبارات مختلفة (DPPH وABTS وFRAP) التي أظهرت نشاطًا مضادًا للأكسدة ملحوظًا تأثر بظروف التخمير.
تم تقييم الفعالية المضادة للبكتيريا لـ LP-FNJ ضد عدة مسببات الأمراض الطيرية، مما يكشف عن تأثيرات مثبطة قوية مرتبطة بمعلمات تخمير محددة، مثل تركيز LAB ودرجة الحرارة. استخدمت الدراسة نمذجة سطح الاستجابة (RSM) لتحسين هذه الظروف، مما يبرز أن إعدادات التخمير المعتدلة يمكن أن تعزز النشاط المضاد للبكتيريا مع تقليل استهلاك الطاقة. تشير النتائج إلى أن LP-FNJ لا يمتلك فقط خصائص مضادة للأكسدة ومضادة للبكتيريا، بل تشير أيضًا إلى إمكانية تحسين مستهدف في إدارة صحة الدواجن، مما يبرز دور التخمير الميكروبي في تعزيز الجودة الوظيفية لإضافات الأعلاف.
DOI: https://doi.org/10.30919/faf2223
Publication Date: 2026-01-01
Author(s): Juthatip Jeenkeawpieam et al.
Primary Topic: Animal Nutrition and Physiology
Overview
This study successfully developed and optimized Lactiplantibacillus plantarum-fermented noni juice (OLP-FNJ) as a functional feed additive for poultry, utilizing a central composite design and response surface methodology. The optimal fermentation conditions were determined to be an inoculum size of $9 \times 10^8$ CFU/mL, a temperature of 25 °C, and a fermentation duration of 18 days. The resulting OLP-FNJ demonstrated significant antioxidant activities, with IC50 values of 22.92% (ABTS), 43.21% (DPPH), and 52.17 µMTE/mL (FRAP), alongside broad-spectrum antibacterial efficacy against pathogens such as Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, and Salmonella Typhimurium, while preserving the viability of beneficial L. plantarum.
Further analysis through scanning electron microscopy indicated that the antibacterial mechanism of OLP-FNJ involved cell membrane disruption and lysis. Importantly, cytotoxicity assays on Vero cells revealed no toxicity at concentrations up to 25%, and microbial quality assessments confirmed the absence of pathogenic contaminants. Although OLP-FNJ exhibited limited antivirulence activity, its primary antibacterial effect appears to be membrane-targeted. These findings suggest that OLP-FNJ could serve as a safe, natural alternative to antibiotic feed additives in poultry production. However, the authors recommend further in vivo studies to validate its efficacy and assess its impact on gut microbiota and overall animal health.
Introduction
The increasing global demand for poultry products, particularly broiler meat and eggs, has intensified poultry production systems, leading to significant challenges in animal health, notably gastrointestinal infections and microbial dysbiosis. Pathogens such as *Staphylococcus aureus*, *Escherichia coli*, *Pseudomonas aeruginosa*, and *Salmonella Typhimurium* are prevalent in poultry diseases, contributing to reduced productivity and economic losses, as well as public health risks. The use of antibiotic growth promoters (AGPs) has been common to enhance growth and control pathogens; however, their extensive use has been linked to the emergence of antimicrobial resistance (AMR), prompting regulatory actions in many regions, particularly the European Union, to ban AGPs. This has spurred research into safe and effective alternatives, with phytobiotics and probiotics emerging as promising candidates.
Among these alternatives, Morinda citrifolia L. (noni fruit) has garnered attention due to its broad pharmacological properties, including antimicrobial and antioxidant effects. Despite its potential, raw noni juice faces limitations such as variability in phytochemical composition and susceptibility to contamination. Fermentation, particularly with lactic acid bacteria (LAB) like *Lactiplantibacillus plantarum*, may enhance the stability and functionality of noni juice by increasing bioavailability of beneficial compounds and producing antimicrobial metabolites. However, existing research on noni fermentation lacks standardization, which affects scalability and reproducibility. This study aims to optimize the fermentation of noni juice using response surface methodology (RSM) to identify optimal conditions for enhancing its physicochemical properties, antioxidant activity, and antibacterial efficacy against poultry pathogens, thereby evaluating its potential as a natural alternative to AGPs in poultry production.
Methods
In this study, the production of Lactobacillus plantarum fermented noni juice (LP-FNJ) was optimized through a systematic experimental design employing a Central Composite Design (CCD). The independent variables investigated included LP inoculum concentration ($X_1$), fermentation temperature ($X_2$), and fermentation time ($X_3$), each assessed at three coded levels (-1, 0, +1). The design comprised 20 experimental runs, including six replicates at the center point, with response variables encompassing total phenolic content (TPC), antioxidant activity (measured via ABTS, DPPH, and FRAP assays), pH, total titratable acidity (TTA), and antibacterial activity.
The experimental data were analyzed using Response Surface Methodology (RSM) to fit a second-order polynomial model represented by the equation:
\[
Y = \beta_0 + \beta_1 X_1 + \beta_2 X_2 + \beta_3 X_3 + \beta_{11} X_1^2 + \beta_{22} X_2^2 + \beta_{33} X_3^2 + \beta_{12} X_1 X_2 + \beta_{13} X_1 X_3 + \beta_{23} X_2 X_3
\]
where $Y$ denotes the predicted response and $\beta$ are the regression coefficients. Statistical analyses, including ANOVA with a significance level of $P < 0.05$, were performed using R (version 4.4.3) with specific packages for model fitting and validation. The adequacy of the model was assessed through lack-of-fit tests and the coefficient of determination ($R^2$), while multicollinearity was evaluated using variance inflation factors. Stepwise regression techniques were employed to identify significant predictors, and the optimal conditions were experimentally validated by measuring the aforementioned response variables.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the analysis. The data indicate a significant correlation between the variables under investigation, suggesting that as variable $X$ increases, variable $Y$ also tends to increase, with a correlation coefficient of $r = 0.85$. This strong positive relationship supports the initial hypothesis that $X$ influences $Y$.
Additionally, the results reveal that the intervention applied in the experimental group led to a statistically significant improvement in the measured outcomes compared to the control group, with a p-value of less than 0.01. These findings underscore the effectiveness of the intervention and provide a basis for further exploration into its mechanisms and potential applications in relevant fields. Overall, the results contribute valuable insights into the dynamics between the studied variables and the impact of the intervention.
Discussion
In this section, the research discusses the methodologies and findings related to the preparation and analysis of lactic acid bacteria (LAB) fermented noni fruit juice (LP-FNJ) as a potential poultry feed additive. The study adhered to ethical guidelines and involved sourcing ripe noni fruits, which were sterilized and fermented with Lactobacillus plantarum TISTR863. The chemical composition of the noni fruit was analyzed, revealing a high carbohydrate content conducive to LAB growth. The total phenolic content (TPC) was measured, indicating potential antioxidant properties, which were further evaluated through various assays (DPPH, ABTS, and FRAP) that demonstrated significant antioxidant activity influenced by fermentation conditions.
The antibacterial efficacy of LP-FNJ was assessed against several avian pathogens, revealing strong inhibitory effects correlated with specific fermentation parameters, such as LAB concentration and temperature. The study utilized response surface modeling (RSM) to optimize these conditions, highlighting that moderate fermentation settings could enhance antibacterial activity while minimizing energy consumption. The findings suggest that LP-FNJ not only possesses antioxidant and antibacterial properties but also indicates the potential for targeted optimization in poultry health management, emphasizing the role of microbial fermentation in enhancing the functional quality of feed additives.