Biological activities of essential oils and related by-products from the industrial distillation of hyssopus officinalis l., lavandula x intermedia emeric ex loisel var. Super and santolina chamaecyparissus l.applications on cheese industry and bioplaguicide development

Resumen

Las plantas aromáticas y medicinales son complejos laboratorios químicos que sintetizan una enorme variedad de metabolitos que permiten a la planta sobrevivir en diferentes hábitats o bajo diversas situaciones hostiles. Estos desafíos incluyen numerosas situaciones como ataques de herbívoros, enfermedades producidas por microorganismos fitopatógenos, como bacterias u hongos, sequías, presencia de insectos plaga, etc. Estos compuestos permiten a la planta además, establecer verdaderas señales de comunicación con otras plantas, así como atraer a polinizadores. A lo largo de los últimos siglos, estos metabolitos se han explotado en diferentes áreas, siendo de importancia su uso en el área de la medicina, pero también en muchas otras como la cosmética, la perfumería, la alimentación, etc. Además, se han demostrado numerosas actividades biológicas, incluyendo antioxidantes, microbiológicas, bioplaguicidas, pero también anticancerígenas, antiespasmódicas, en la prevención de enfermedades cardiovasculares y neurodegenerativas, etc. Uno de los principales responsables de estas actividades son los aceites esenciales (EOs), que constituyen también el principal producto comercial de estas especies. Además, los residuos sólidos resultantes de la destilación de las plantas aromáticas contienen diferentes metabolitos, especialmente los fenoles que han mostrado en multitud de estudios diferentes capacidades biológicas. Entre éstas, la actividad antioxidante es probablemente la más investigada. El presente trabajo propone la aplicación de los aceites esenciales y los residuos resultantes generados por la industria esenciera en las industrias alimentaria y agroquímica, como una forma de agregar valor ambiental, social y económico a estas especies. Con este objetivo, hemos investigado la viabilidad de tres plantas aromáticas, incluyendo el Hyssopus officinalis L., la Lavandula x intermedia Emeric ex Loisel var. super y la Santolina chamaecyparissus L. como fuentes de compuestos bioactivos para (1) la preservación de quesos y (2) el desarrollo de bioplaguicidas. La caracterización química de los aceites esenciales se realizó mediante cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas (GC-MS) y los residuos sólidos, extraídos en etanol en un aparato de Soxhlet, mediante cromatografía de ultra alta eficacia acoplada con espectrometría de masas con analizador de tiempo de vuelo y de trampa de iones (UHPLC-ESI IT / TOF-MS). Además, se han investigado diferentes capacidades biológicas: (1) microbiológica, (2) antioxidante y quelante y (3) bioplaguicida. Se evaluaron las capacidades microbiológicas de los extractos contra hongos causantes del deterioro del queso (Aspergillus flavus, Penicillum roqueforti y P. verrucosum) y bacterias (Escherichia coli, Pseudomonas fluorescens B52 y RM14 y bacterias ácido-lácticas o LAB). Las capacidades antioxidantes se ensayaron mediante diferentes ensayos in vitro, incluyendo: (1) contenido total en fenoles, (2) eliminación de radicales DPPH, (2) potencial antioxidante de reducción de iones férricos, (3) quelante de hierro y cobre y (4) ensayo antioxidante usando un sistema modelo de ácido linoleico. Sobre la base de estas pruebas, se seleccionó el residuo sólido con las mejores capacidades antifúngicas y antioxidantes, para el desarrollo de revestimientos comestibles vegetales, aplicables sobre queso de oveja prensado Manchego. Por otro lado, las capacidades bioplaguicidas se realizaron contra diferentes insectos fitófagos (Leptinotarsa decemlineata, Spodoptera littoralis, Myzus persicae y Rhopalosiphum padi), garrapatas (Hyalomma lusitanicum) y nematodos (Meloidogyne javanica), así como plantas modelo de estudio (Lactuca sativa y Lolium perenne) para investigar sus capacidades fitotóxicas. El residuo sólido con las mejores capacidades bioplaguicidas se fraccionó adicionalmente en una columna de sílice y las fracciones resultantes se volvieron a ensayar contra la plaga diana con el objetivo de seleccionar aquellas fracciones más bioplaguicidas. Como investigación de apoyo, se estudiaron también 24 terpenos comerciales por sus capacidades bioplaguicidas contra L. decemlineata. Los resultados mostraron que el aceite y el residuo sólido de S. chamaecyparissus fueron los fungicidas más activos, mientras que el aceite y el residuo de H. officinalis fueron los mejores contra las bacterias. Por otra parte, el residuo de S. chamaecyparissus también presentó las mejores capacidades antioxidantes y quelantes de cobre, y el subproducto de H. officinalis fue el mejor quelante de hierro. En consecuencia, el revestimiento de queso se realizó con el residuo sólido de S. chamaecyparissus. Los resultados obtenidos sugieren capacidades prometedoras para el desarrollo de revestimientos comestibles naturales para queso Manchego o de otro tipo. En relación con las capacidades bioplaguicidas, el residuo sólido de S. chamaecyparissus mostró las mejores capacidades contra L. decemlineata, mientras que el aceite de L. x intermedia fue el más activo contra S. littoralis. Por otra parte, el residuo de H. officinalis y el aceite de S. chamaecyparissus mostraron las mejores propiedades contra M. persicae y R. padi, respectivamente. Por último, los AEs de S. chamaecyparissus y L. x intermedia demostraron las mejores capacidades garrapaticidas, mientras que ninguno de los extractos mostró efectos nematicidas a las concentraciones ensayadas. A este respecto, se seleccionó el residuo sólido de S. chamaecyparissus para el fraccionamiento preliminar y el aislamiento de fracciones bioactivas contra L. decemlienata. Entre las 23 fracciones obtenidas, cuatro mostraron inhibiciones alimenticias de alrededor del 85%. Finalmente, el α-bisabolol fue el terpeno con las mejores capacidades biocidas contra L. decemlineata y puede constituir la base para el desarrollo de productos naturales frente esta plaga.