Metabolómica de aceites esenciales de mejoranas, romeros y salvias con aplicaciones biotecnológicas

Abstract

Los aceites esenciales (AEs) han sido utilizados desde tiempos remotos por sus propiedades aromáticas y medicinales. En la actualidad, el interés por conocer y mejorar la aplicabilidad de los AEs en diferentes industrias está en aumento. Este estudio muestra la composición detallada de los AEs obtenidos a partir de cuatro especies de la famila Lamiaceae: Thymus mastichina L., R. officinalis L., Salvia lavandulifolia VAHL and S. officinalis L. Además, las actividades antimicrobianas de estos AEs fueron comparadas con las de los AEs de Thymus zygis Loefl. ex L. y Thymus hyemalis LANGE. Todas las plantas fueron cultivadas en la Región de Murcia y sus AEs obtenidos mediante hidrodestilación. Además, se determinó la actividad antimicrobiana de cuatro AEs durante la elaboración y el almacenamiento de mezclas de frutas y verduras. La composición de cada AE fue determinada mediante cromatografía de gases acoplada a un espectrómetro de masas. Los resultados fueron expresados en concentraciones relativas y absolutas. Los principales compuestos identificados en los AEs fueron: α-pineno, β-pineno, 1,8-cineol, linalol y α-terpineol en AEs de T. mastichina; α-pineno, canfeno, 1,8-cineol y alcanfor en AEs de R. officinalis; α-pineno, canfeno, 1,8-cineol y alcanfor en AEs de S. lavandulifolia; 1,8-cineol, α-tuyona, β-tuyona y alcanfor en los AEs de S. officinalis. Mediante la cromatografía de gases enantioselectiva, las proporciones enantioméricas de las principales biomoléculas quirales de los AEs fueron analizadas. Algunos enantiómeros se encontraron en altas concentraciones en todos los AEs: (-)-canfeno, (+)-hidrato de sabineno, (+)-terpinen-4-ol, (-)-linanol, (+)-acetato de α-terpinilo y (-)-β-cariofileno. Sin embargo, las distribuciones enantioméricas de otros componentes fueron diferentes dependiendo del AE. Estas propiedades son útiles para determinar la autenticidad y el origen de los AEs. Los AEs mostraron actividades antioxidantes similares con todos los métodos usados. Los AEs de T. mastichina fueron los más activos en los métodos ORAC y TBARS. La actividad contra el radical libre DPPH fue similar en todos los AEs analizados. Los AEs de romero fueron, en general, los más activos en el método ABTS, aunque el AESo-1 y el AETm-1 mostraron capacidades antioxidantes superiores a las del resto de AEs. Sólo los AEs de Salvia mostraron capacidad reductora. Los AEs de R. officinalis y S. lavandulifolia mostraron capacidades quelatantes ligeramente superiores que el resto. Las capacidades de los AEs para inhibir las actividades enzimáticas de lipoxigenasa (LOX) y acetilcolinesterasa (AChE) fueron determinadas, ya que estas enzimas están relacionadas con varias enfermedades, procesos inflamatorios y neurotransmisión. Todos los AEs fueron capaces de inhibir la actividad LOX, debido sobre todo a la presencia de acetato de bornilo, limoneno y linalol. La enzima AChE fue también inhibida por los AEs estudiados en esta Tesis Doctoral, ya que contienen alta concentración de 1,8-cineol. En cuanto a la actividad antimicrobiana, P. aeruginosa fue el microorganismo más resistente y S. aureus y C. albicans los más sensibles. Los AEs de T. zygis mostraron la mayor actividad antimicrobiana. Entre las biomoléculas, α-Pineno, p-cimeno, limoneno, linalol, borneol, timol y carvacrol mostraron capacidad antimicrobiana. Además, la adición de AEs de Citrus medica, Mentha piperita, Salvia officinalis y Thymus zygis durante el lavado de frutas y verduras, fue útil para la conservación de tres de las cinco formulaciones probadas, sin cambiar las condiciones organolépticas del producto final. Estos resultados pueden utilizarse como punto de partida para futuras investigaciones sobre la aplicación de AEs en industrias alimentarias. Los estudios llevados a cabo durante esta Tesis Doctoral determinan que los AEs obtenidos a partir de plantas cultivadas en la Región de Murcia podrían ser utilizados como antioxidantes naturales, inhibidores de enzimas y antimicrobianos en industrias alimentarias, cosméticas y farmacéuticas.

Essential oils (EOs) have been used since ancient times because of their aromatic and medicinal properties. Nowadays, the interest in knowing and improving the applicability of EOs in many industries is increasing. The current study shows the detailed compositions and bioactivities of EOs obtained from four Lamiaceae species: Thymus mastichina L., R. officinalis L., Salvia lavandulifolia VAHL and S. officinalis L. In addition, the antimicrobial activities of these EOs were compared to that from Thymus zygis Loefl. ex L. and Thymus hyemalis LANGE EOs. All plants were cultivated in the Region of Murcia and their EOs were obtained by hydrodistillation. Moreover, the antimicrobial activity of four EOs was tested during the processing and storage of fruits and vegetables mixtures. The composition of each EO was determined by gas chromatography coupled with mass spectrometry. The results were expressed in relative and absolute concentrations. Main compounds identified in the EOs were: α-pinene, β-pinene, 1,8-cineole, linalool and α-terpineol in the EOs from T. mastichina; α-pinene, camphene, 1,8-cineole and camphor in the EOs from R. officinalis; α-pinene, camphene, 1,8-cineole and camphor in the EOs from S. lavandulifolia; 1,8-cineole, α-thujone, β-thujone and camphor in the EOs from S. officinalis. Using enantioselective gas chromatography, the enantiomeric ratios of main chiral biomolecules of the EOs were analyzed. Some enantiomers were the most abundant in all EOs: (-)-camphene, (+)-sabinene hydrate, (+)-terpinen-4-ol, (-)-linanool, (+)-terpinyl acetate and (-)-β-caryophyllene. However, the enantiomeric distributions of other compounds were different depending on the EO. These properties are useful to determine the authenticity and origin of EOs. The EOs revealed similar antioxidant capacities with all methods used. EOs from T. mastichina were the most active in ORAC and TBARS methods. The activity against DPPH radical was similar in all the EOs analyzed. In general, the EOs from rosemary were the most active in the ABTS method, although AESo-1 and AETm-1 had higher antioxidant capacities than the other EOs. Only the EOs from Salvia showed reducing capacity. The EOs from R. officinalis and S. lavandulifolia presented slightly higher chelating activity than the other EOs. The capacities of EOs to inhibit the lipoxygenase (LOX) and acetylcholinesterase (AChE) activities were assayed, because these enzymes are related to several illnesses, inflammatory process and neurotransmission. All EOs were able to inhibit LOX activity, mainly due to the presence of bornyl acetate, limonene and linalool. AChE activity was also inhibited by the EOs investigated in this PhD Thesis, because they contained high concentration of 1,8-cineole. Regards to the antimicrobial activity, P. aeruginosa was the most resistant microorganism and S. aureus and C. albicans were the most sensitive ones. The EOs from T. zygis showed the highest antimicrobial activities. α-Pinene, p-cymene, limonene, linalool, borneol, thymol and carvacrol were compounds with antimicrobial activity. Moreover, the addition of EOs from Citrus medica, Mentha piperita, Salvia officinalis and Thymus zygis during washing of fruits and vegetables, was useful for the conservation of three of five formulations, without changing the organoleptic properties. These results can serve as a starting point for future research about the applicability of EOs in food industries. The studies carried out in this PhD Thesis make it possible to establish that EOs from plants grown in Murcia (S.E. Spain) have potential applicability as natural antioxidants, enzyme inhibitors and antimicrobials in food, cosmetic and pharmaceutical industries.