Caracterización y bioactividad antioxidante y antienzimática de aceites esenciales de lavandas, tomillos y oréganos de Murcia = Characterisation and antioxidant and antienzymatic bioactivities of essential oils of lavender, thyme and oregano from Murcia

Abstract

Objetivos El presente trabajo pretende utilizar métodos de cromatografía de gases rápida (FGC) y cromatografía de gases enantioselectiva (EsGC) con detección por espectrometría de masas (MSD) para el la determinación cualitativa y cuantitativa de los componentes de aceites esenciales extraídos de plantas aromáticas cultivadas en Murcia, así como determinar cuantitativamente la distribución enantiomérica de sus principales componentes, e ilustrar su aplicabilidad caracterizando aceites esenciales de muestras de plantas de la familia Lamiaceae. También pretende evaluar sus posibles capacidades antioxidante global por varios métodos e inhibidora de enzimas hialuronidasa y lipoxigenasa.

Metodología Cada muestra de planta seca estudiada se destiló por arrastre con vapor. Las especies ensayadas fueron Lavandula angustifolia (lavanda), Lavandula latifolia (espliego), Lavandula stoechas (cantueso), Lavandula x intermedia (lavandín), Thymus zygis (tomillo rojo), Thymus hyemalis (tomillo de invierno), Origanum vulgare (orégano italiano) y Thymbra capitata (orégano español). Cada aceite esencial se analizó por cromatografía de gases en columna apolar con detección por espectrometría de masas para determinar sus componentes. Determinando las concentraciones relativas, basada en área de pico del cromatograma, y absoluta, basada en las respuestas de los compuestos calibrados con patrones comerciales. Se realizó una cromatografía enantioselectiva para determinar la distribución relativa de los principales enantiómeros presentes en los aceites esenciales. Los resultados se contrastaron con las normas ISO existentes y con los informes de la bibliografía científica internacional. También se evaluaron las muestras mediante ensayos de capacidad antioxidante por diversos métodos, y de capacidad inhibidora sobre las enzimas lipoxigenasa e hialuronidasa, relacionadas con procesos inflamatorios, oxidantes y de envejecimiento de la piel.

Resultados Los compuestos mayoritarios determinados fueron fenchona y alcanfor en cantueso; linalol y acetato de linalilo en lavandín y lavanda; alcanfor, 1,8-cineol y linalol en espliego; timol, γ-terpineno y p-cimeno en tomillo rojo con alto timol; γ-terpineno, terpinen-4-ol y linalol en tomillo rojo con alto linalol; 1,8-cineol en tomillo de invierno y p-cimeno, γ-terpineno y carvacrol en los oréganos español e italiano. Los enantiómeros mayoritarios han sido determinados como (+)-alcanfor y (+)-fenchona en cantueso; (+)-alcanfor, (-)-linalol y (-)-acetato de linalilo en lavandín, lavanda y espliego; (-)-linalol, (+)-limoneno y (-)-borneol en los tomillos rojo y de invierno y (-)-linalol, (+)-limoneno y (+)-terpinen-4-ol en los oréganos español e italiano. Observamos que el tomillo rojo presenta alta capacidad antioxidante en los ensayos ABTS, DPPH, RdP, TBARS y óxido nítrico, mientras que el género Lavandula muestra mayor capacidad de quelatacion y de neutralizar ciertos radicales oxigenados como los presentes en los métodos ORAC e hidroxilo. Los oréganos presentan un comportamiento cercano al del tomillo rojo ya que su componente principal, el carvacrol es isómero del timol. Pese a la similitud estructural de estos dos isómeros, el timol presenta mejores características antioxidantes. Los aceites de tomillos rojos, predominantemente, son los que mejor resultado han mostrado en la inhibición de las enzimas hialuronidasa y lipoxigenasa, principalmente debido al timol que contienen.

Conclusiones • Se ha optimizado y aplicado satisfactoriamente un método de cromatografía de gases rápida con detección de espectrometría de masas (FGC-MSD), para el análisis de aceites esenciales de distintas plantas aromáticas. • Se han identificado y determinado cuantitativamente las concentraciones y las distribuciones enantioméricas de los principales ingredientes de los aceites esenciales estudiados, contrastando sus cantidades relativas con las establecidas en las correspondientes normas ISO. • La evaluación de las capacidades antioxidante global e inhibidoras de lipoxigenasa y hialuronidasa indican que las muestras son especialmente efectivas en los distintos métodos ensayados animando a un mayor uso de los aceites esenciales estudiados como potenciales antioxidantes para distintas aplicaciones, así como potenciales tratamientos de enfermedades de base inflamatoria y cosméticos anti-envejecimiento para preservar de la degradación del ácido hialurónico. Objectives The present work aims to develop and use fast gas chromatography (FGC) and enantioselective gas chromatography (EsGC) coupled to mass spectrometry detection (MSD) methods to determine qualitatively and quantitatively the composition of essential oils extracted from aromatic plants cultivated in Murcia. Also, this work aims to determine the enantiomeric distribution of the main components of the essential oils and exemplify its usability with several samples of the Lamiaceae family. Finally, the possible antioxidant and inhibitory activities on hyaluronidase and lipoxygenase of these samples will be tested by several different methods.

Methodology Each sample of dry plant was steam distilled. The assayed species were Lavandula angustifolia (lavender), Lavandula latifolia (spike lavender), Lavandula stoechas (topped lavender), Lavandula x intermedia (lavandin), Thymus zygis (red thyme), Thymus hyemalis (winter thyme), Origanum vulgare (Italian oregano) and Thymbra capitata (Spanish oregano). Each essential oil was analyzed to determine its components by means of gas chromatography in a non-polar column coupled to mass spectrometry. Both relative concentrations, based on peak area of the chromatogram, and absolute concentrations, based on responses of calibrated commercial standards, were determined. An enantioselective gas chromatography was performed to determine the relative distribution of the main enantiomers of the essential oils. The results were compared to the ISO normative for each species and to the worldwide reports found in the literature. Furthermore, antioxidant capacities and inhibitory activities on lipoxygenase and hyaluronidase were evaluated by different methods for each sample. The mentioned enzymes are highly related to inflammatory, oxidant and skin-ageing processes.

Results The main components found were fenchone and camphor in topped lavender; linalool and linalyl acetate in lavandin and lavender; camphor, 1,8-cineole and linalool in spike lavender; thymol, γ-terpinene and p-cymene in red thyme with high thymol; γ-terpinene, terpinen-4-ol and linalool in red thyme with high linalool; 1,8-cineole in winter thyme and p-cymene, γ-terpinene and carvacrol in Spanish and Italian oregano. The main enantiomers found are: (+)-camphor and (+)-fenchone in topped lavender; (+)-camphor, (-)-linalool and (-)-linalyl acetate in lavandin, lavender and spike lavender; (-)-linalool, (+)-limonene and (-)-borneol in red and winter thyme and (-)-linalool, (+)-limonene and (+)-terpinen-4-ol in Spanish and Italian oregano. It has been observed that red thyme shows very high antioxidant capacity in ABTS, DPPH, RdP, TBARS and nitric oxide assay, while Lavandula genus shows better chelating power and better capacity to scavenge some oxygenated radicals, like the ones present in ORAC and hydroxyl assays. Both oregano species show a similar behaviour to red thyme, due to its main component, carvacrol, which is a thymol isomer. Despite the structural similarity of both isomers, thymol shows better antioxidant power. Red thyme essential oils have shown the best inhibitory results in both enzymes hyaluronidase and lipoxygenase, mainly due to their high content of thymol.

Conclusions • A method using fast gas chromatography coupled to mass spectrometry (FGC-MSD) has been developed and optimized to analyze essential oils from different aromatic plants. • The identity, quantitative concentrations and enantiomeric distributions of the essential oil main ingredients have been determined and their relative concentrations have been compared to worldwide literature reports and international commercial ISO standards. • Antioxidant capacity and lipoxygenase and hyaluronidase inhibitory activities have been positively evaluated, thus, encouraging the use of the studied essential oils as potential antioxidants and unveiling potential applications in new therapies for inflammatory diseases, or in anti-aging cosmetic treatments to preserve hyaluronic acid from degradation.