Fermentation has recently re-emerged as an approach for improved functionality of food products in addition to the traditional roles such as shelf life, taste, and texture. Here, we report dynamic changes in the metabolite profiles of Achyranthes japonica Nakai by Lactobacillus plantarum fermentation, primarily, the significant increases in representative functional ingredients, 20-hydroxyecdysone and 25S-inokosterone. Additionally, untargeted metabolite profiling showed 58% of metabolites underwent significant alteration. The most dynamic change was observed in cellobiose, which showed a 56-fold increase. Others were sugar alcohols and amino acids, while lyxitol and erythritol that were among the most dynamically down-regulated.
Bacterial blight, an important and potentially destructive bacterial disease in rice caused by Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo), has recently developed resistance to the available antibiotics. In this study, mass spectrometry (MS)-based metabolite profiling and multivariate analysis were employed to investigate the correlation between timedependent metabolite changes and antimicrobial activities against Xoo over the course of Phomopsis longicolla S1B4 fermentation. Metabolites were clearly differentiated based on fermentation time into phase 1 (days 4-8) and phase 2 (days 10-20) in the principal component analysis (PCA) plot. The multivariate statistical analysis showed that the metabolites contributing significantly for phases 1 and 2 were deacetylphomoxanthone B, monodeacetylphomoxanthone B, fusaristatin A, and dicerandrols A, B, and C as identified by liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS), and dimethylglycine, isobutyric acid, pyruvic acid, ribofuranose, galactofuranose, fructose, arabinose, hexitol, myristic acid, and propylstearic acid were identified by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)-based metabolite profiling. The most significantly different secondary metabolites, especially deacetylphomoxanthone B, monodeacetylphomoxanthone B, and dicerandrol A, B and C, were positively correlated with antibacterial activity against Xoo during fermentation.
Jin, Jong Beom;Cha, Jin Wook;Shin, Il-Shik;Jeon, Jin Young;An, Hye Suck;Cha, Kwang Hyun;Pan, Cheol-Ho
Journal of Applied Biological Chemistry
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v.64
no.1
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pp.49-55
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2021
The diet plays a fundamental role in the formation of the gut microbiota, determining the interrelationship between the gut microbiota and the host. The current study investigated the effect of Chlorella vulgaris on the gut microbiota by using simulated in vitro digestion and colonic fermentation. Bioaccessibility was measured after in vitro digestion, and SCFAs and microbial profiling were analyzed after colonic fermentation. The bioaccessibility of C. vulgaris was 0.24 g/g. The three major SCFAs (acetate, propionate, and butyrate) increased significantly when compared to the control group. In microbial profiling analysis, microorganisms such as Faecalibacterium, Dialister, Megasphaera, Dorea, Odoribacter, Roseburia, Bifidobacterium, Butyricmonas, and Veillonella were high in C. vulgaris group. Among them, Faecalibacterium, Dialister, Megasphaera, Roseburia, and Veillonella were thought to be closely associated with the increased level of SCFAs. Finally, it can be expected to help improve gut microbiota and health through ingestion of C. vulgaris. However, further studies are vital to confirm the changes in the gut microbiota in in vivo, when C. vulgaris is ingested.
Food fermentations have enhanced human health since the dawn of time and remain a prevalent means of food processing and preservation. Due to their cultural and nutritional importance, many of these foods have been studied in detail using molecular tools, leading to enhancements in quality and safety. Furthermore, recent advances in high-throughput sequencing technology are revolutionizing the study of food microbial ecology, deepening insight into complex fermentation systems. This review provides insight into novel applications of select molecular techniques, particularly next-generation sequencing technology, for analysis of microbial communities in fermented foods. We present a guideline for integrated molecular analysis of food microbial ecology and a starting point for implementing next-generation analysis of food systems.
Kim, Ah-Jin;Choi, Jung-Nam;Kim, Ji-Young;Kim, Hyang-Yeon;Park, Sait-Byul;Yeo, Soo-Hwan;Choi, Ji-Ho;Liu, Kwang-Hyeon;Lee, Choong-Hwan
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.22
no.1
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pp.100-106
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2012
In this study, the metabolite profiles of three Aspergillus strains during rice koji fermentation were compared. In the partial least squares discriminant analysis-based gas chromatography-mass spectrometry data sets, the metabolite patterns of A. oryzae (KCCM 60345) were clearly distinguished from A. kawachii (KCCM 60552) and only marginal differences were observed for A. oryzae (KCCM 60551) fermentation. In the 2 days fermentation samples, the overall metabolite levels of A. oryzae (KCCM 60345) were similar to the A. oryzae (KCCM 60551) levels and lower than the A. kawachii (KCCM 60552) levels. In addition, we identified discriminators that were mainly contributing tyrosinase inhibition (kojic acid) and antioxidant activities (pyranonigrin A) in A. oryzae (KCCM 60345) and A. kawachii (KCCM 60552) inoculated rice koji, respectively. In this study, we demonstrated that the optimal inoculant Aspergillus strains and fermentation time for functional rice koji could be determined through a metabolomics approach with bioactivity correlations.
Organic acid (OA) profiling analysis was performed in culture media from Lactobacillus pentosus K34 (L. pentosus K34) and Pediococcus lolli PL24 (P. lolli PL24) by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) following methoxime/tert-butyldimethylsilyl derivatives. 12 OAs were positively identified in culture media. Most of OA levels from L. pentosus K34 of hetero lactic fermentation were found to be higher when compared with those from P. lolli PL24 of homo lactic fermentation, which may explain different OA metabolism in each strain. In addition, the distorted dodecagonal star patterns were readily distinguishable, and the characteristics of each strain were well represented. The present study demonstrates that the OA metabolic profiling method by GC-MS combined with star pattern recognition is useful for the monitoring study of characteristic OA metabolism in various microorganisms.
Lee, Su Yun;Kim, Hyang Yeon;Lee, Sarah;Lee, Jung Min;Muthaiya, Maria John;Kim, Beom Seok;Oh, Ji Young;Song, Chi Kwang;Jeon, Eun Jung;Ryu, Hyung Seok;Lee, Choong Hwan
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.22
no.11
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pp.1523-1531
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2012
The metabolite profile of meju during fermentation was analyzed using mass spectrometry techniques, including GC-MS and LC-MS, and the bacterial diversity was characterized. The relative proportions of bacterial strains indicated that lactic acid bacteria, such as Enterococcus faecium and Leuconostoc lactis, were the dominant species. In partial least-squares discriminate analysis (PLS-DA), the componential changes, which depended on fermentation, proceeded gradually in both the GC-MS and LC-MS data sets. During fermentation, lactic acid, amino acids, monosaccharides, sugar alcohols, and isoflavonoid aglycones (daidzein and genistein) increased, whereas citric acid, glucosides, and disaccharides decreased. MS-based metabolite profiling and bacterial diversity characterization of meju demonstrated the changes in metabolites according to the fermentation period and provided a better understanding of the correlation between metabolites and bacterial diversity.
Kim, Hye Ryun;Kim, Jae-Ho;Ahn, Byung Hak;Bai, Dong-Hoon
Mycobiology
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v.42
no.4
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pp.353-360
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2014
Makgeolli is a traditional Korean alcoholic beverage. The flavor of makgeolli is primarily determined by metabolic products such as free sugars, amino acids, organic acids, and aromatic compounds, which are produced during the fermentation of raw materials by molds and yeasts present in nuruk, a Korean fermentation starter. In this study, makgeolli was brewed using the wild yeast strain Saccharomyces cerevisiae Y98-5, and temporal changes in the metabolites during fermentation were analyzed by ultra-high-performance liquid chromatography-quadrupole-time-of-flight mass spectrometry. The resultant data were analyzed by partial least squares-discriminant analysis (PLS-DA). Various metabolites, including amino acids, organic acids, sugar alcohols, small peptides, and nucleosides, were obviously altered by increasing the fermentation period. Changes in these metabolites allowed us to distinguish among makgeolli samples with different fermentation periods (1, 2, 3, 6, 7, and 8 days) on a PLS-DA score plot. In the makgeolli brewed in this study, the amounts of tyrosine ($463.13{\mu}g/mL$) and leucine ($362.77{\mu}g/mL$) were high. Therefore, our results indicate that monitoring the changes in metabolites during makgeolli fermentation might be important for brewing makgeolli with good nutritional quality.
Hwang, Joo Hwan;Kang, Ju Hui;Lee, Ki Hwan;Lee, Jae Hoon;Lee, Sang Moo;Kim, Nam Hyung;Kim, Joo Young;Kim, Eun Joong
Korean Journal of Organic Agriculture
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v.22
no.4
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pp.825-839
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2014
Antioxidant activity is important for reducing oxidative stress that causes various metabolic disorders. Metabolic disorders are highly related to loss of productivity in livestock. Therefore, development of effective antioxidant compounds originating from plants is important for organic agriculture. Phenolic compounds in edible plants are regarded as major components relevant to antioxidant activity. The present study investigated the changes in antioxidant activity and phenolic compound profiles of Aronia (Aronia meloncarpa) by fermentation using different strains of Leuconostoc mesenteroides. A total of 5 strains of L. mesenteroides were used as starter cultures and their ${\beta}$-glucosidase activities were measured. A total of 6 experiment runs were prepared, one for control (uninoculated) and the others (inoculated) for treatments. For biological activity, antioxidant and antibacterial activities were measured. For phenolic compound profiling, TLC and HPLC analysis were performed. The strains of KACC12313 and KACC12315 showed greater enzyme activity than others. Treatment with KCCM35046 showed strong and broad antibacterial activity against to Listeria monocytogenes. Treatments with KCCM35046 and KACC12315 showed the highest total polyphenol content. The highest antioxidant activity was found in KACC12315 treatment. No remarkable alteration was found in thin layer chromatography (TLC) analysis. In phenolic compound profiling analysis, KCCM35046 showed notable alteration in compound area ratio compared to others and also showed the highest caffeic acid content. In chlorogenic acid, treatments with KCCM35046 and KACC12315 showed great content than others. Treatment with KACC12315 showed the greatest content of trans-ferulic acid. As a result of relative performance indexing analysis, L. mesenteroides KCCM35046 and KACC12315 were selected as the best strain for the fermentation of Aronia.
Jang, Yu Kyung;Lee, Mee Youn;Kim, Hyang Yeon;Lee, Sarah;Yeo, Soo Hwan;Baek, Seong Yeol;Lee, Choong Hwan
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.25
no.2
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pp.217-226
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2015
Metabolite profiles of seven commercial vinegars and two traditional vinegars were performed by gas chromatography time-of-flight mass spectrometry with multivariate statistical analysis. During alcohol fermentation, yeast, nuruk, and koji were used as sugars for nutrients and as fermentation substrates. Commercial and traditional vinegars were significantly separated in the principal component analysis and orthogonal partial least square discriminant analysis. Six sugars and sugar alcohols, three organic acids, and two other components were selected as different metabolites. Target analysis by ultra-performance liquid chromatography quadruple-time-of-flight mass spectrometry and liquid chromatography-ion trap-mass spectrometry/mass spectrometry were used to detect several metabolites having antioxidant activity, such as cyanidin-3-xylosylrutinoside, cyanidin-3-rutinoside, and quercetin, which were mainly detected in Rural Korean Black raspberry vinegar (RKB). These metabolites contributed to the highest antioxidant activity measured in RKB among the nine vinegars. This study revealed that MS-based metabolite profiling was useful in helping to understand the metabolite differences between commercial and traditional vinegars and to evaluate the association between active compounds of vinegar and antioxidant activity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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