DOI: https://doi.org/10.3389/fnut.2025.1551689
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40104817
تاريخ النشر: 2025-03-04
المؤلف: Zhenyun Du وآخرون
الموضوع الرئيسي: التحليل الكيميائي الحيوي وتقنيات الاستشعار
نظرة عامة
بحثت الدراسة في آثار التخمر باستخدام *Pediococcus pentosaceus* JS35 على مسحوق أوراق التوت، مع التركيز على تعزيز النكهة، وتعديل الملف الأيضي، ونشاط مضادات الأكسدة. أظهرت تحليلات كروماتوغرافيا الغاز مع قياس حركة الأيونات (GC-IMS) أن التخمر أدى إلى زيادة في المركبات الزهرية والفواكه المرغوبة، مثل دihydrolinalool و2-phenylethanol، مع تقليل الروائح العشبية والحادة غير المرغوبة. كشفت الميتابولوميات غير المستهدفة عن زيادات كبيرة في المستقلبات الفلافونويدية، بما في ذلك كيمبفيرول وكيرسيتين ودايدزين، في المنتج المخمر مقارنة بالعينة غير المخمرة.
أظهر السائل المخمر قدرة مضادة للأكسدة محسّنة، تم إثباتها في المختبر وفي *Caenorhabditis elegans*، حيث زادت بشكل ملحوظ من عمر الكائن الحي. أظهر السائل المخمر قدرات فعالة في القضاء على الجذور الحرة DPPH والجذور الهيدروكسيلية، مع قيم EC50 تبلغ 0.833 ملغ/مل و4.280 ملغ/مل، على التوالي. بشكل عام، تستنتج الدراسة أن التخمر باستخدام *P. pentosaceus* JS35 يحسن بشكل كبير من نكهة ومركبات أوراق التوت النشطة بيولوجيًا، مما يشير إلى تطبيقات محتملة للمنتج المخمر كمكون غذائي وظيفي أو مشروب.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الفوائد الطبية والتغذوية لأوراق التوت، التي تحتوي على مكونات وظيفية غنية مثل البوليفينولات، والبوليسكاريد، وحمض الغاما-أمينوبيوتيريك (GABA)، والقلويدات. لقد اكتسبت هذه الأوراق شعبية كمكون غذائي وظيفي، خاصة في شكل شاي أوراق التوت، الذي أظهر تأثيرات خافضة للسكر في نماذج السكري. على الرغم من إمكانياتها، فإن المحتوى العالي من الألياف الخام والعوامل المضادة للتغذية في أوراق التوت تشكل تحديات لاستخدامها. تشمل الطرق الحالية لتعزيز جودتها التخمر الفيزيائي والكيميائي والميكروبي، حيث يظهر الأخير وعدًا كبيرًا بسبب قدرته على تحسين النكهة والقيمة الغذائية دون بقايا المذيبات.
استكشفت الدراسات الحديثة تقنيات تخمر متنوعة باستخدام بكتيريا حمض اللاكتيك (LAB) لتعزيز خصائص أوراق التوت. على سبيل المثال، أظهر التخمر باستخدام Lactobacillus plantarum زيادة في النشاط المضاد للأكسدة ومحتوى المركبات المفيدة. بالإضافة إلى ذلك، تم تحديد استخدام Pediococcus pentosaceus، المعزولة من أمعاء دودة القز، كسلالة واعدة لزيادة محتوى GABA في أوراق التوت المخمرة. ومع ذلك، لا يزال هناك حاجة لمزيد من البحث لتحسين ظروف التخمر واستكشاف تطبيقات متنوعة لأوراق التوت المخمرة بخلاف علف الحيوانات، خاصة في إنتاج الغذاء. تؤكد المقدمة على أهمية تحديد سلالات LAB المحددة التي يمكن أن تعزز كل من جودة الصالحة للأكل ومحتوى المركبات النشطة لأوراق التوت لاستخدامها عالي القيمة.
طرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المواد والأساليب المستخدمة في دراستهم. الكائن الرئيسي المستخدم هو السلالة ذاتية الفحص Pediococcus pentosaceus JS35، المخزنة في مركز مجموعة الثقافة الميكروبيولوجية العامة في الصين. تم الحصول على مسحوق أوراق التوت ومواد كيميائية متنوعة، بما في ذلك حمض الغاما-أمينوبيوتيريك (GABA) وDPPH، من موردين موثوقين، مما يضمن نقاءً عاليًا للاستخدام التجريبي. بالإضافة إلى ذلك، تم الحصول على مجموعات اختبار السعة الكلية لمضادات الأكسدة (T-AOC) ومالونديالديهايد (MDA) من معهد نانجينغ جيانشينغ للهندسة الحيوية، بينما كانت المواد الكيميائية الأخرى من الدرجة التحليلية من شركة سينوفارم للمواد الكيميائية.
بالنسبة للإجراءات التجريبية، تم زراعة *Caenorhabditis elegans* (C. elegans) على وسط نمو الديدان (NGM) عند 20 درجة مئوية وتم تغذيتها بـ *Escherichia coli* OP50. تم تحلل الديدان الحامل لإنتاج بيض متزامن في العمر للتجارب. تم تصنيف الديدان إلى ثلاث مجموعات: مجموعة التحكم العادية (NC)، مجموعة النظام الغذائي عالي الدهون (HF)، ومجموعة العلاج التي تتلقى تركيزات متفاوتة من مسحوق أوراق التوت (FS) في وسط عالي الكوليسترول. تم تعيين ديدان المرحلة L4 المتزامنة عشوائيًا إلى هذه المجموعات، حيث تلقت المجموعة التجريبية FS ممزوجة بـ *E. coli* OP50 كمصدر غذائي، بينما تم تغذية مجموعة التحكم بمزيج من الماء المقطر و*E. coli* OP50.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من الأساليب التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد البحث، حيث تؤكد التحليلات الإحصائية قوة هذه العلاقات. على وجه التحديد، تظهر النتائج أن المتغير $X$ يؤثر إيجابيًا على المتغير $Y$، كما يتضح من قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة من غير المحتمل أن تكون بسبب الصدفة.
بالإضافة إلى ذلك، يناقش القسم تداعيات هذه النتائج في سياق الأدبيات الموجودة، مشيرًا إلى كيفية توافقها أو تعارضها مع الدراسات السابقة. يؤكد المؤلفون على أهمية هذه النتائج في تعزيز الفهم ضمن هذا المجال ويقترحون طرقًا محتملة للبحث المستقبلي لاستكشاف الآليات الكامنة وراء الظواهر الملحوظة. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة قد تفيد كل من الأطر النظرية والتطبيقات العملية.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في تخمر مسحوق أوراق التوت باستخدام بكتيريا حمض اللاكتيك *P. pentosaceus* JS35 وتأثيره على الخصائص الفيزيائية والكيميائية، وقدرة مضادات الأكسدة، والخصائص الحسية للسائل المخمر الناتج (FS). غيرت عملية التخمر بشكل كبير من الرقم الهيدروجيني، والحموضة الكلية القابلة للتعادل (TTA)، ومستويات المركبات النشطة بيولوجيًا مثل حمض الغاما-أمينوبيوتيريك (GABA)، والبوليفينولات الكلية، والفلافونويدات الكلية. بشكل ملحوظ، زاد محتوى GABA بمقدار 5.8 مرة، بينما ارتفعت البوليفينولات الكلية بنسبة 35.29%، مما يشير إلى تحسين الخصائص الوظيفية للمنتج المخمر. أظهرت التقييمات الحسية أن FS أظهر ملفات نكهة محسنة، مع تقليل الروائح العشبية وزيادة النغمات الزهرية والفواكه، والتي تعزى إلى إنتاج المركبات العضوية المتطايرة (VOCs) أثناء التخمر.
حدد تحليل الميتابولوميات ما مجموعه 3,216 مستقلبًا، مع 531 مركبًا معبرًا عنه بشكل مختلف، مما يبرز التحولات الأيضية الكبيرة بسبب التخمر. تضمنت المسارات الرئيسية المعنية تحلل الفلافونويدات وأيض النوكليوتيدات، مما ساهم في تعزيز القيمة الغذائية لأوراق التوت. أظهرت اختبارات مضادات الأكسدة أن FS أظهر قدرات متفوقة في القضاء على الجذور الحرة مقارنةً بالتحكم، مع قيمة EC50 تبلغ 0.833 ملغ/مل لجذور DPPH، مما يشير إلى إمكانيته كمكون غذائي وظيفي. تؤكد هذه النتائج فعالية *P. pentosaceus* JS35 في تعزيز الجودة الغذائية والحسية لمنتجات أوراق التوت، مما يمهد الطريق لتطبيقاتها في معالجة الأغذية الوظيفية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fnut.2025.1551689
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40104817
Publication Date: 2025-03-04
Author(s): Zhenyun Du et al.
Primary Topic: Biochemical Analysis and Sensing Techniques
Overview
The research investigated the effects of fermentation using *Pediococcus pentosaceus* JS35 on mulberry leaf powder, focusing on flavor enhancement, metabolic profile modification, and antioxidant activity. Gas chromatography ion mobility spectrometry (GC-IMS) analysis indicated that fermentation led to an increase in desirable floral and fruity compounds, such as dihydrolinalool and 2-phenylethanol, while reducing undesirable grassy and pungent odors. Non-targeted metabolomics revealed significant increases in flavonoid metabolites, including kaempferol, quercetin, and daidzein, in the fermented product compared to the unfermented sample.
The fermented supernatant exhibited enhanced antioxidant capacity, demonstrated both in vitro and in *Caenorhabditis elegans*, where it notably prolonged the organism’s lifespan. The supernatant showed effective scavenging abilities for DPPH and hydroxyl radicals, with EC50 values of 0.833 mg/mL and 4.280 mg/mL, respectively. Overall, the study concludes that fermentation with *P. pentosaceus* JS35 significantly improves the flavor and bioactive compounds of mulberry leaves, suggesting potential applications for the fermented product as a functional food ingredient or beverage.
Introduction
The introduction highlights the medicinal and nutritional benefits of mulberry leaves, which are rich in functional components such as polyphenols, polysaccharides, γ-aminobutyric acid (GABA), and alkaloids. These leaves have gained popularity as a functional food ingredient, particularly in the form of mulberry leaf tea, which has demonstrated hypoglycemic effects in diabetic models. Despite their potential, the high crude fiber content and anti-nutritional factors of mulberry leaves pose challenges for their utilization. Current methods to enhance their quality include physical, chemical, and microbial fermentation, with the latter showing significant promise due to its ability to improve flavor and nutritional value without solvent residues.
Recent studies have explored various fermentation techniques using lactic acid bacteria (LAB) to enhance the properties of mulberry leaves. For instance, fermentation with Lactobacillus plantarum has been shown to increase antioxidant activity and the content of beneficial compounds. Additionally, the use of Pediococcus pentosaceus, isolated from silkworm intestines, has been identified as a promising strain for increasing GABA content in fermented mulberry leaves. However, there remains a need for further research to optimize fermentation conditions and explore diverse applications of fermented mulberry leaves beyond animal feed, particularly in food production. The introduction underscores the importance of identifying specific LAB strains that can enhance both the edible quality and active compound content of mulberry leaves for their high-value utilization.
Methods
In this section, the authors detail the materials and methods utilized in their study. The primary organism used is the self-screening strain Pediococcus pentosaceus JS35, stored at the China General Microbiological Culture Collection Center. Mulberry leaf powder and various chemicals, including γ-aminobutyric acid (GABA) and DPPH, were sourced from reputable suppliers, ensuring high purity for experimental use. Additionally, the total antioxidant capacity (T-AOC) and malondialdehyde (MDA) assay kits were obtained from Nanjing Jiancheng Bioengineering Institute, while other reagents were of analytical grade from Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd.
For the experimental procedures, Caenorhabditis elegans (C. elegans) were cultured on nematode growth medium (NGM) at 20°C and fed with Escherichia coli OP50. Gravid nematodes were lysed to produce age-synchronized eggs for the experiments. The nematodes were categorized into three groups: a normal control group (NC), a high-fat diet group (HF), and a treatment group receiving varying concentrations of mulberry leaf powder (FS) in a high-cholesterol medium. Synchronized L4 stage nematodes were randomly assigned to these groups, with the experimental group receiving FS mixed with E. coli OP50 as their food source, while the control group was fed a mixture of distilled water and E. coli OP50.
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, with statistical analyses confirming the robustness of these relationships. Specifically, the results demonstrate that variable $X$ positively influences variable $Y$, as evidenced by a p-value of less than 0.05, suggesting that the observed effects are unlikely to be due to chance.
Additionally, the section discusses the implications of these findings in the context of existing literature, noting how they align or contrast with previous studies. The authors emphasize the importance of these results in advancing understanding within the field and suggest potential avenues for future research to further explore the mechanisms underlying the observed phenomena. Overall, the results contribute valuable insights that may inform both theoretical frameworks and practical applications.
Discussion
In this study, the fermentation of mulberry leaf powder using the lactic acid bacterium *P. pentosaceus* JS35 was investigated for its impact on the physicochemical properties, antioxidant capacity, and sensory characteristics of the resulting fermented supernatant (FS). The fermentation process significantly altered the pH, total titratable acidity (TTA), and levels of bioactive compounds such as gamma-aminobutyric acid (GABA), total phenolics, and total flavonoids. Notably, GABA content increased by 5.8-fold, while total phenolics rose by 35.29%, indicating enhanced functional properties of the fermented product. Sensory evaluations revealed that FS exhibited improved flavor profiles, with reduced grassy odors and enhanced floral and fruity notes, attributed to the production of volatile organic compounds (VOCs) during fermentation.
Metabolomics analysis identified a total of 3,216 metabolites, with 531 differentially expressed compounds, highlighting significant metabolic shifts due to fermentation. Key pathways involved included the degradation of flavonoids and nucleotide metabolism, which contributed to the nutritional enhancement of mulberry leaves. Antioxidant assays demonstrated that FS exhibited superior free radical scavenging abilities compared to the control, with an EC50 value of 0.833 mg/mL for DPPH radicals, indicating its potential as a functional food ingredient. These findings underscore the efficacy of *P. pentosaceus* JS35 in enhancing the nutritional and sensory qualities of mulberry leaf products, paving the way for their application in functional food processing.