ISSN 2074-9414 (Печать),
ISSN 2313-1748 (Онлайн)

Влияние фитохимического и антиоксидантного составов необработанных водных экстрактов Chlorella vulgaris на рост Saccharomyces cerevisiae в спиртовой среде

Аннотация
Хлорелла обыкновенная имеет высокое содержание вторичных метаболитов, которые защищают от воздействия внешней среды и способствуют детоксикации. Биоактивные соединения, экстрагированные из Chlorella vulgaris, могут усиливать рост микроорганизмов и детоксицировать их в спиртовой среде. В данном исследовании описали биологически активные соединения, обнаруженные в C. vulgaris, и их влияние на рост Saccharomyces cerevisiae, культивируемых в этанольной среде.
Биоактивные соединения извлекались из C. vulgaris при помощи ультразвука; в качестве растворителя применялась вода. В экстрактах анализировали общее содержание фенолов и флавоноидов. Антиоксидантные свойства и защитный потенциал для S. cerevisiae в спиртовой среде изучали через радикальную активность ДФПГ и активность по удалению перекиси водорода. В течение 23 дней экстракты в концентрациях 0,1, 0,5, 1, 2, 3 и 4 % мас./об. добавляли в культуру S. cerevisiae, индуцированную 1 % об./об. этанола. Плотность и жизнеспособность дрожжевых клеток измеряли через 2, 5, 9, 13, 17 и 23 дня.
Экстракты хлореллы обыкновенной богаты фенолами и флавоноидами, которые являются важными биологически активными соединениями. Высокие концентрации экстрактов увеличивали общее количество фенолов до 47,67 GAE мг/л, а общее количество флавоноидов до 218,67 QE мг/л. Антиоксидантный состав экстрактов показал высокую активность ДФПГ (70,12 %) и активность по связыванию H2O2 (4,97 %). Через 23 дня образцы, обработанные экстрактами C. vulgaris, сохраняли высокую жизнеспособность дрожжевых клеток. Образцы, содержащие 2, 4, 0,1 и 1 % экстракта, продемонстрировали жизнеспособность клеток в объеме 95,75, 94,04, 89,15 и 74 % соответственно. Положительный контроль (1 % этанол) и отрицательный контроль (дрожжи) имели жизнеспособность 47,71 и 21,01 % соответственно. Такое снижение жизнеспособности произошло из-за лизиса дрожжевых клеток, вызванного этанолом.
Ультразвуковая экстракция с водой в качестве растворителя привела к образованию обильных полезных вторичных метаболитов C. vulgaris. Добавление экстракта C. vulgaris на протяжении 27 дней повысило жизнеспособность и плотность клеток S. cerevisiae, что защищало дрожжевые клетки от токсического воздействия этанола.
Ключевые слова
Chlorella vulgaris, фитохимические вещества, антиоксиданты, микроводоросли, дрожжи, ультразвуковая экстракция, Saccharomyces cerevisiae, жизнеспособность, водные экстракты
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
  1. Rani K, Sandal N, Sahoo PK. A comprehensive review on chlorella – its composition, health benefits, market and regulatory scenario. The Pharma Innovation Journal. 2018;7(7):584–589.
  2. Okechukwu QN, Adepoju FO, Hassani MI, Kovaleva EG, Rao AR, Ravishankar GA. Suitability of microalgae and fungi in meat analogs: an overview. In: Ravishankar GA, Rao AR, Tahergorabi R, Mohan A, editors. Handbook of plant-based meat analogs. Innovation, technology and quality. Academic Press; 2024. pp. 121–146. https://doi.org/10.1016/B978-0-443-21846-0.00017-4
  3. Dolganyuk V, Belova D, Babich O, Prosekov A, Ivanova S, Katserov D, et al. Microalgae: A promising source of valuable bioproducts. Biomolecules. 2020;10(8):1153. https://doi.org/10.3390/biom10081153
  4. Kumar N, Goel N. Phenolic acids: Natural versatile molecules with promising therapeutic applications. Biotechnology Reports. 2019;24:e00370. https://doi.org/10.1016/j.btre.2019.e00370
  5. Plaza M, Santoyo S, Jaime L, Avalo B, Cifuentes A, Reglero G, et al. Comprehensive characterization of the functional activities of pressurized liquid and ultrasound-assisted extracts from Chlorella vulgaris. LWT – Food Science and Technology. 2012;46(1):245–253. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2011.09.024
  6. Okechukwu QN, Yama I, Kovaleva EG. Enzymatic extraction of growth factor in Chlorella and possible protective effects of Chlorella extracts on yeast growth. AIP Conference Proceedings. 2020;2280(1):030013. https://doi.org/10.1063/5.0018029
  7. Ścieszka S, Gorzkiewicz M, Klewicka E. Innovative fermented soya drink with the microalgae Chlorella vulgaris and the probiotic strain Levilactobacillus brevis ŁOCK 0944. LWT. 2021;151:112131. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2021.112131
  8. Dantas DMM, Cahú TB, Oliveira CYB, Abadie-Guedes R, Roberto NA, Santana WM, et al. Chlorella vulgaris functional alcoholic beverage: Effect on propagation of cortical spreading depression and functional properties. PLoS ONE. 2021;16(8):e0255996. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0255996
  9. Chlorella – the most exciting nutritional discovery on planet earth. Abeille d’Or Corporation; 2014. 56 p.
  10. Pantoja Munoz L, Purchase D, Jones H, Raab A, Urgast D, Feldmann J, et al. The mechanisms of detoxification of As(III), dimethylarsinic acid (DMA) and As(V) in the microalga Chlorella vulgaris. Aquatic Toxicology. 2016;175:56–72. https://doi.org/10.1016/j.aquatox.2016.02.020
  11. Laopaiboon L, Suporn S, Klanrit P, Phukoetphim N, Daengbussadee C, Laopaiboon P. Novel effective yeast strains and their performance in high gravity and very high gravity ethanol fermentations from sweet sorghum juice. Energies. 2021;14(3):557. https://doi.org/10.3390/en14030557
  12. Coffman RE, Kraichely KN, Kreutzberger AJB, Kiessling V, Tamm LK, Woodbury DJ. Drunken lipid membranes, not drunken SNARE proteins, promote fusion in a model of neurotransmitter release. Frontiers in Molecular Neuroscience. 2022;15:1022756. https://doi.org/10.3389/fnmol.2022.1022756
  13. Okechukwu QN, Kanwugu ON, Adadi P, Okpala COR, Kovaleva EG. Potential of Chlorella vulgaris powder to enhance ethanol-cultured Saccharomyces cerevisiae. Journal of Taibah University for Science. 2023;17(1):2187602. https://doi.org/10.1080/16583655.2023.2187602
  14. Karabín M, Jelínek L, Kotrba P, Cejnar R, Dostálek P. Enhancing the performance of brewing yeasts. Biotechnology Advances. 2018;36(3):691–706. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2017.12.014
  15. Samakkarn W. Ratanakhanokchai K, Soontorngun N. Reprogramming of the ethanol stress response in Saccharomyces cerevisiae by the transcription factor Znf1 and its effect on the biosynthesis of glycerol and ethanol. Applied and Environmental Microbiology. 2021;87(16):e00588-21. https://doi.org/10.1128/AEM.00588-21
  16. Kupina S, Fields C, Roman MC, Brunelle SL. Determination of total phenolic content using the Folin-C assay: Single-laboratory validation, first action 2017.13 Journal of AOAC International. 2018;101(5):1466–1472. https://doi.org/10.5740/jaoacint.18-0031
  17. Huang R, Wu W, Shen S, Fan J, Chang Y, Chen S, et al. Evaluation of colorimetric methods for quantification of citrus flavonoids to avoid misuse. Analytical Methods. 2018;10(22):2575–2587. https://doi.org/10.1039/C8AY00661J
  18. Adadi P, Kovaleva EG, Glukhareva TV, Barakova NV. Production and investigations of antioxidant rich beverage: Utilizing Monascus purpureus IHEM LY2014-0696 and various malts. Agronomy Research. 2018;16(S2):1312–1321. https://doi.org/10.15159/AR.18.028
  19. Essiedu JA, Adadi P, Kovaleva EG. Production and characterization of beer supplemented with Hibiscus sabdariffa (Malvaceae). Food Frontiers. 2021;3(2):328–338. https://doi.org/10.1002/fft2.127
  20. Haida Z, Hakiman M. A comprehensive review on the determination of enzymatic assay and nonenzymatic antioxidant activities. Food Science and Nutrition. 2019;7(5):1555–1563. https://doi.org/10.1002/fsn3.1012
  21. Kitada K, Machmudah S, Sasaki M, Goto M, Nakashima Y, Kumamoto S, et al. Antioxidant and antibacterial activity of nutraceutical compounds from Chlorella vulgaris extracted in hydrothermal condition. Separation Science and Technology. 2009;44(5):1228–1239. https://doi.org/10.1080/01496390902729056
  22. Scieszka S, Klewicka E. Influence of the microalga Chlorella vulgaris on the growth and metabolic activity of Lactobacillus spp. bacteria. Foods. 2020;9(7):959. https://doi.org/10.3390/foods9070959
  23. Csatlos N-I, Simon E, Teleky B-E, Szabo K, Diaconeasa ZM, Vodnar D-C, et al. Development of a fermented beverage with Chlorella vulgaris powder on soybean-based fermented beverage. Biomolecules. 2023;13(2):245. https://doi.org/10.3390/biom13020245
  24. Krishnamoorthy A, Rodriguez C, Durrant A. Sustainable approaches to microalgal pre-treatment techniques for biodiesel production: A review. Sustainability. 2022;14(16):9953. https://doi.org/10.3390/su14169953
  25. Kulkarni S, Nikolov Z. Process for selective extraction of pigments and functional proteins from Chlorella vulgaris. Algal Research. 2018;35:185–193. https://doi.org/10.1016/j.algal.2018.08.024
  26. Okechukwu QN, Adadi P, Kovaleva EG. Production and analysis of beer supplemented with Chlorella vulgaris powder. Fermentation. 2022;8(11):581. https://doi.org/10.3390/fermentation8110581
  27. Dantas DMM, Costa RMPB, Carneiro-da-Cunha MG, Galvez AO, Drummond AR, Bezerra RS. Bioproduction, antimicrobial and antioxidant activities of compounds from Chlorella vulgaris. Research and Reviews: Journal of Botanical Sciences. 2015;4(2):12–18.
  28. Vieira MV, Turkiewicz IP, Tkacz K, Fuentes-Grünewald C, Pastrana LM, Fuciños P, et al. Microalgae as a potential functional ingredient: Evaluation of the phytochemical profile, antioxidant activity and in-vitro enzymatic inhibitory effect of different species. Molecules. 2021;26(24):7593. https://doi.org/10.3390/molecules26247593
  29. Munteanu IG, Apetrei C. Analytical methods used in determining antioxidant activity: A review. International Journal of Molecular Sciences. 2021;22(7):3380. https://doi.org/10.3390/ijms22073380
  30. Baliyan S, Mukherjee R, Priyadarshini A, Vibhuti A, Gupta A, Pandey RP, et al. Determination of antioxidants by DPPH radical scavenging activity and quantitative phytochemical analysis of Ficus religiosa. Molecules. 2022;27(4):1326. https://doi.org/10.3390/molecules27041326
  31. Christodoulou MC, Palacios JCO, Hesami G, Jafarzadeh S, Lorenzo JM, Domínguez R, et al. Spectrophotometric methods for measurement of antioxidant activity in food and pharmaceuticals. Antioxidants. 2022;11(11):2213. https://doi.org/10.3390/antiox11112213
  32. Pak VV, Ezeriņa D, Lyublinskaya OG, Pedre B, Tyurin-Kuzmin PA, Mishina NM, et al. Ultrasensitive genetically encoded indicator for hydrogen peroxide identifies roles for the oxidant in cell migration and mitochondrial function. Cell Metabolism. 2020;31(3):642–653.e6. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2020.02.003
  33. Collin F. Chemical basis of reactive oxygen species reactivity and involvement in neurodegenerative diseases. International Journal of Molecular Sciences. 2019;20(10):2407. https://doi.org/10.3390/ijms20102407
  34. Bhuvana P, Sangeetha P, Anuradha V, Syed Ali M. Spectral characterization of bioactive compounds from microalgae: N. oculata and C. vulgaris. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. 2019;19:101094. https://doi.org/10.1016/j.bcab.2019.101094
  35. Goiris K, Muylaert K, Voorspoels S, Noten B, de Paepe D, Baart GJE, et al. Detection of flavonoids in microalgae from different evolutionary lineages. Journal of Phycology. 2014;50(3):483–492. https://doi.org/10.1111/jpy.12180
  36. Zakaria SM, Kamal SMM, Harun MR, Omar R, Siajam SI. Subcritical water technology for extraction of phenolic compounds from Chlorella sp. microalgae and assessment on its antioxidant activity. Molecules. 2017;22(7):1105. https://doi.org/10.3390/molecules22071105
  37. Liu J, Chen F. Biology and industrial applications of Chlorella: Advances and prospects. In: Posten C, Chen SF, editors. Microalgae biotechnology. Cham: Springer; 2016. pp. 1–35. https://doi.org/10.1007/10_2014_286
  38. Michalak M, Pierzak M, Kręcisz B, Suliga E. Bioactive compounds for skin health: A review. Nutrients. 2021;13(1):203. https://doi.org/10.3390/nu13010203
  39. Postaru M, Tucaliuc A, Cascaval D, Galaction A-I. Cellular stress impact on yeast activity in biotechnological processes – A short overview. Microorganisms. 2023;11(10):2522. https://doi.org/10.3390/microorganisms11102522
  40. Kubota S, Takeo I, Kume K, Kanai M, Shitamukai A, Mizunuma M, et al. Effect of ethanol on cell growth of budding yeast: Genes that are important for cell growth in the presence of ethanol. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry. 2004;68(4):968–972. https://doi.org/10.1271/bbb.68.968
  41. Flatt T, Partridge L. Horizons in the evolution of aging. BMC Biology. 2018;16:93. https://doi.org/10.1186/s12915-018-0562-z
  42. Li S, Vazquez JM, Sudmant PH. The evolution of aging and lifespan. Trends in Genetics. 2023;39(11):830–843. https://doi.org/10.1016/j.tig.2023.08.005
  43. Kumari R, Jat P. Mechanisms of cellular senescence: Cell cycle arrest and senescence associated secretory phenotype. Frontiers in Cell and Developmental Biology. 2021;9:645593. https://doi.org/10.3389/fcell.2021.645593
  44. Lutchman V, Medkour Y, Samson E, Arlia-Ciommo A, Dakik P, Cortes B, et al. Discovery of plant extracts that greatly delay yeast chronological aging and have different effects on longevity-defining cellular processes. Oncotarget. 2016;7:16542–16566. https://doi.org/10.18632/oncotarget.7665
Как цитировать?
Окечукву К. Н. Влияние фитохимического и антиоксидантного составов необработанных водных экстрактов Chlorella vulgaris на рост Saccharomyces cerevisiae в спиртовой среде // Техника и технология пищевых производств. 2024. Т. 54. № 2. С. 298–309. (На англ.). https://doi.org/10.21603/2074-9414-2024-2-2509
О журнале