Ciencias Técnicas y Aplicadas
Artículo de investigación
Compuestos
bioactivos, perfil antioxidante y actividad
antimicrobiana del aceite esencial de Tagetes erecta
y Tagetes patula
Bioactive compounds, antioxidant profile and
antimicrobial activity of the essential oil of Tagetes
erecta and Tagetes patula
Compostos bioativos, perfil antioxidante e
atividade antimicrobiana do óleo essencial de Tagetes erecta e Tagetes patula
Correspondencia: oliver.taipe@unh.edu.pe
*Recibido: 23
de julio 2021 *Aceptado: 30 de
agosto de 2021 * Publicado: 09 de
septiembre de 2021
I.
Escuela Profesional
de Ingeniería Agroindustrial, Universidad Nacional de Huancavelica, Av. Evitamiento este S/N, Acobamba,
Perú.
II.
Escuela
Profesional de Ingeniería Agroindustrial, Universidad Nacional de Huancavelica,
Av. Evitamiento este S/N, Acobamba,
Perú.
III.
Escuela
Profesional de Ingeniería Agroindustrial, Universidad Nacional de Huancavelica,
Av. Evitamiento este S/N, Acobamba,
Perú.
IV.
Escuela
Profesional de Ingeniería Agroindustrial, Universidad Nacional de Huancavelica,
Av. Evitamiento este S/N, Acobamba,
Perú.
Resumen
Se
determinó los compuestos bioactivos, perfiles
antioxidantes y actividad antimicrobiana del aceite esencial de Tagetes erecta y Tagetes patula. Los aceites esenciales fueron extraídos por el
método de arrastre de vapor. La actividad antimicrobiana fue evaluada por el
método difusivo frente a Stapfylococcus aureus, Echerichia coli, la actividad antioxidante fue evaluada por el método
de DPPH. Se identificaron los componentes de los monoterpenos
(61%) y sesquiterpenos (44%). Los bioactivos
metabólicos de ambos tagetes presentaron β-trans-Ocimeno (25,03 %), Trans-Tagetona
(51,37%), β-Mirceno (2,78) y β-Cariofileno (1,17%). El flujo de destilación fue de 20
segundos/ml. El rendimiento de extracción presentó 0,05 y 0,044%, la densidad
de 0,90 y 0,88 (g/ml) con un índice de refracción de 1,493 y 1,482 y una
solubilidad (v/v) positiva entre ambas especies. Los halos en el extracto etanólico en las cepas de Escherichia
coli (11,13 mm + 0,58), Staphyloccocus
aureus (15,56 mm + 1,18). La actividad antioxidante
en ambas especies reveló entre 1,77 y 2,56 mg/mL para
el DPPH y 21,02 a 41,06 mg/mL para BTS*+. Concluyendo
que, los Tagetes erecta y Tagetes
patula presentan potencialidades antimicrobianas y
perfil antioxidante con fines de conservantes para la industria de los
alimentos, medicinal, cosmética por los compuestos bioactivos
que fomentan.
Palabras claves: antimicrobiana; perfil
antioxidante; conservantes; Stapfylococcus aureus; Echerichia coli.
Abstract
The bioactive compounds, antioxidant profiles and
antimicrobial activity of the essential oil of Tagetes
erecta and Tagetes patula were determined. The essential oils were extracted
by the steam entrainment method. The antimicrobial activity was evaluated by
the diffusive method against Stapfylococcus aureus, Echerichia coli, the
antioxidant activity was evaluated by the DPPH method. The components of monoterpenes (61%) and sesquiterpenes
(44%) were identified. The metabolic bioactives of
both marigolds presented β-trans-Ocimeno
(25.03%), Trans-Tagetone (51.37%), β-Myrcene (2.78) and β-Caryophyllene
(1.17%). The distillation flow was 20 seconds/ml. The extraction yield
presented 0.05 and 0.044%, the density of 0.90 and 0.88 (g/ml) with a
refractive index of 1.493 and 1.482 and a positive solubility (v/v) between
both species. The halos in the ethanolic extract in
the strains of Escherichia coli (11.13 mm + 0.58), Staphyloccocus
aureus (15.56 mm + 1.18). The antioxidant activity in
both species revealed between 1.77 and 2.56 mg/mL for DPPH and 21.02 to 41.06
mg/mL for BTS * +. Concluding that, Tagetes erecta and Tagetes patula present antimicrobial potentialities and antioxidant
profile for preservative purposes for the food, medicinal and cosmetic
industries due to the bioactive compounds that they promote.
Keywords: antimicrobial; antioxidant profile; preservatives;
Staphylococcus aureus; Escherichia coli.
Resumo
Foram determinados os
compostos bioativos, perfis antioxidantes e atividade antimicrobiana do óleo
essencial de Tagetes erecta e Tagetes patula. Os óleos essenciais foram
extraídos pelo método de arrastamento a vapor. A atividade antimicrobiana foi
avaliada pelo método difusivo contra Stapfylococcus aureus, Echerichia coli, a
atividade antioxidante foi avaliada pelo método DPPH. Foram identificados os
componentes dos monoterpenos (61%) e sesquiterpenos (44%). Os bioativos
metabólicos de ambos os malmequeres apresentaram β-trans-Ocimeno (25,03%),
Trans-Tagetona (51,37%), β-Mirceno (2,78) e β-Cariofileno (1,17%). O
fluxo de destilação foi de 20 segundos / ml. O rendimento de extração
apresentou 0,05 e 0,044%, densidade de 0,90 e 0,88 (g / ml) com índice de
refração de 1,493 e 1,482 e solubilidade positiva (v / v) entre as duas
espécies. Os halos no extrato etanólico nas cepas de Escherichia coli (11,13 mm
+ 0,58), Staphyloccocus aureus (15,56 mm + 1,18). A atividade antioxidante em
ambas as espécies revelou entre 1,77 e 2,56 mg / mL para DPPH e 21,02 a 41,06
mg / mL para BTS * +. Concluindo que, Tagetes erecta e Tagetes patula
apresentam potencialidades antimicrobianas e perfil antioxidante para fins
conservantes para as indústrias alimentar, medicinal e cosmética devido aos
compostos bioativos que promovem.
Palavras-chave: antimicrobiano;
perfil antioxidante; conservantes; Staphylococcus aureus; Escherichia coli..
Introducción
Perú es un
país con mega diversidad ecosistémica, y microclimas,
muestra alrededor del 10% de flora mundial, siendo uno de los 12 países con
mayor variedad biológica, estimada en 25000 especies, (Vásquez et al., 2018).
Actualmente es una potencialidad creciente los biocompuestos
y las propiedades antioxidantes naturales de origen vegetal que potencialmente
pueden ser utilizadas en la industria alimentaria, médica y cosmética. Se sabe
que las plantas aromáticas y medicinales presentan aceites esenciales que poseen
actividad biológica descrito por Chrysargyris (2020),
Jena (2020) y Tajkarimi, (2010).
Los aceites
esenciales se encuentran en las vegetaciones de manera natural y presentan
infinidad de propiedades antimicrobianas, ostentando una mezcla compleja (Ausama & Safar, 2020), muy
importantes para la industria alimentaria, cosmética, farmacéutica y antibacterial (Olivera et al., 2020). Los Tagetes son originarios de Centro y Sudamérica, siendo un
género característico de la familia Asteraceae (Marotti & Piccaglia, 2004),
aromática, con una distribución mundial debido a las actividades antrópicas
(Ojeda et al., 2015). Las flores de la Tagetes patula se cosecha para extraer el aceite esencial, lo cual
se utiliza en la industria de perfumes, también como repelente de insectos y
hongos mezclado con aceite de sándalo por presentar compuestos medicinales,
antioxidantes, así mismo como condimentos, té y bebidas refrescantes descritos
por Jacobs et al., (1994) y Soule
(1993). Es cultivada con fines comerciales para obtener un aceite esencial,
exterioriza un sistema tipo monocultivo que está en función de los precios que
compiten juntamente con la disposición de mano de obra (Torres, 2011).
La Tagetes erecta, conocido también como "flor del
muerto", se identifica por sus inflorescencias de color anaranjado,
amarillo y rojo; por su contenido de carotenoides; sus yemas poseen cuantiosas
flores propias (60 a 400), algunos exhiben lígulas y/o pétalos. Mientras que en
la Tagentes patula las
divisiones tienen lígulas con el limbo elíptico de 8 a18 mm de largo y de 6 a10
mm de ancho; las flores con forma de disco son de 12 a 40 mm (Delgado et al.,
2000; Gliman & Howe
1999; Villareal & Villaseñor (2004).
Los Tagetes son considerados como transcendentales por la
presencia de aceite esencial en casi todos sus tejidos vegetales, excepto en el
tallo (Singh et al., 2003). Cumplen diferentes actividades biológicas como:
antibacterianas, antivirales, antifúngicas,
antioxidantes, anticancerosas, acaricidas, nematicidas,
insecticidas y alelopáticas (Gakuubi et al., 2016).
Actualmente se ve un creciente interés por parte de la industria alimentaria y
la industria de los cosméticos; la perfumería esta contribuye a la
investigación en estos aceites esenciales (Swati et
al., 2020).
Todos estos
compuestos son susceptibles a las condiciones ambientales antes y después de la
cosecha, afectando, cualitativa y cuantitativamente, el perfil de fitonutrientes en estas hortalizas de hoja (Jin et al., 2009). A partir del 2010 se incrementó el
interés por los compuestos fenólicos y flavonoides, ya que tienen actividades
antioxidantes directas y captadoras de radicales libres. También pueden inducir
la expresión de varios genes que codifican enzimas metabólicas, los cuales
pueden reducir el peligro de diversas enfermedades y trastornos, como cáncer,
enfermedades cardiovasculares y disfunciones inmunitarias (Pasini
et al., 2012). Además del uso tradicional y su buena presencia de fitoquímicos que se encuentran en las plantas, tienen un
potencial económico creciente debido a su corto ciclo biológico (30 a 60 días)
(Bell et al., 2015).
El Perfil
antioxidantes de las especies vegetales están siendo ampliamente utilizados en
la industria de alimentos y estudiados con el fin de caracterizar su
composición química y determinar su actividad y perfil antioxidante, sobre los
aceites esenciales de las diversas especies; actualmente se investiga con más
interés sobre los antioxidantes naturales, por ser una tendencia mundial, por
su composición química, cosmética y uso en la industria alimenticia, que está
enmarcada en la preferencia del consumidor (Granados, 2012).
Debido a las
cualidades que presenta los especies Tagetes erecta y
Tagetes patula, tendría
importancia y permitiría ser utilizado como aditivos alimentarios e
investigados con respecto a su diversidad genética, composición química.
El objetivo
fue determinar los compuestos bioactivos, perfil
antioxidante y la acción antimicrobiana de los aceites esenciales de extraídos
de ambas especies del género Tagetes; que crecen de
manera silvestre, adaptándose de manera moderada a la altitud de la provincia
de Acobamba del departamento de Huancavelica - Perú.
Material y métodos
Extracción del aceite esencial
Para la
extracción de los aceites esenciales (AE), primero se seleccionaron las hojas
frescas de Tagetes erecta y Tagetes
patula; se utilizaron 2,5 kilogramos de hojas frescas
de cada especie y la obtención del aceite esencial se realizó por el método de
destilación por arrastre con vapor con agua a una presión de 10 psi. Una vez
destilado los aceites esenciales se aislaron por diferencia de densidades
utilizando un decantador florentino graduado. Luego se desecaron sobre sulfato
de sodio anhidro y se almacenaron a 4 °C hasta el momento de realizar los
respectivos análisis, los rendimientos de cada aceite esencial extraído se
evaluaron según la ecuación 1.
%P=(Masa final
de aceite esencial (g))/(Masa inicial de muestra o follaje (g))*100 (1)
Determinación
de las propiedades físicas del aceite esencial
De los aceites
esenciales obtenidos de cada especie se determinaron: la densidad relativa a
una temperatura de 20 °C de acuerdo a la norma técnica peruana: NTP
3129.081:1974; índice de refracción en refractómetro ABBE; rotación óptica en
polarímetro y solubilidad en etanol, para este último se empleó una solución al
70% tomando 100 µL de aceite esencial.
Determinación
de compuestos químicos mediante cromatografía de gases acoplada a
espectrometría de masas (GC-MS)
Los análisis
de la composición química de los aceites esenciales fueron identificados
mediante Cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas (GC-MS) en
el centro de investigación de productos naturales de la Universidad Nacional
Mayor de San Marcos, en Lima Perú.
Evaluación del perfil de antioxidante de
los aceites esenciales
Se evaluó los
perfiles de la actividad antioxidante de los aceites esenciales de las especies
del género tagetes por dos métodos, el DPPH y el
ABTS*:
Método del radical DPPH
Se utilizó el
método de Brand-Williams et al., (1995) con ciertas modificaciones, preparando
diluciones en etanol acuoso de extractos hidroalcohólicos
hasta obtener concentraciones de 0,0 a 150,0 µg/mL.
Se combinaron 1,0 mL de cada dilución con 0,5 mL de una solución de 0,3 mM de
DPPH en etanol dejándose reaccionar a temperatura ambiente por 30 minutos,
posteriormente se llevó a medir la absorbancia de las mezclas a 517 nM en el equipo de espectrofotometría.
Método del radical BTS*+
Se empleó el
método de Re et al., (1999) con ligeras modificaciones. Se reaccionó 3,5 mM de ABTS con 1,25 mM de persulfato de potasio. Las muestras se incubaron a
temperaturas de 2-8 °C durante 16-24 horas en oscuridad. El radical BTS*+
formado se diluyó con etanol hasta obtener una absorbancia de 0,7+-0,05 a 734 nM. A un volumen de 190 µL de dilución del radical BTS*+ se
agregó 10 µL de la muestra de aceite esencial y se incubo a temperatura
ambiente durante 5 minutos. Pasado el tiempo se llevó a determinar mediante el
equipo espectrofotómetro a 734 nM en el lector de microplacas Themoscientific.
Actividad antibacteriana
El potencial
antimicrobiano del aceite esencial de ambas muestras se determinó de manera
individual y en combinación con dos antibióticos convencionales (fluconazol y ciprofloxacino)
contra algunos microorganismos resistentes y patógenos.
Análisis estadístico
Se utilizó el
diseño completamente al azar (DCA); el análisis de varianza se trabajó con 0,05
de significancia; así mismo se los análisis se trabajaron por triplicado, al
encontrar diferencia significativa se procedió a realizar la prueba de
comparaciones de medias de Fisher (LSD) a un nivel de α=0,05. Los datos
fueron procesados con la ayuda de los programas estadísticos Centurión XVII y
la hoja de cálculo Microsoft Excel 2019.
Resultados y discusión
Rendimiento y
propiedades físicas de los aceites esenciales
La
determinación de las propiedades físico-químicas permiten conocer la calidad y
el control de pureza en los aceites esenciales. De acuerdo a la Tabla 1 se
muestra el porcentaje de rendimiento de extracción y las propiedades físicas de
los aceites esenciales de ambas especies del género Tagetes.
Tabla 1. Rendimiento y propiedades físicas de los aceites esenciales de Tagetes erecta y Tagetes patula.
|
Análisis |
Tagetes erecta |
Tagetes patula |
|
Rendimiento |
0,05 ± 0,002a |
0,048 ± 0,001a |
|
Densidad(g/ml) a 24 °C |
0,900 ±
0,0004a |
0,882 ±
0,0043b |
|
Índice de refracción a 24 °C |
1,493 ± 0,05a |
1,482 ± 0,04a |
|
Solubilidad EtOH
70% (v/v) |
Positiva |
Positiva |
|
Gravedad específica a 20 °C |
0,872 ± 0,01 a |
0,945 ± 0,034b |
Los aceites
esenciales de Tagetes erecta y Tagetes
patula, no presentaron diferencias significativas en
el porcentaje de rendimiento. El rendimiento del aceite esencial depende de la
planta y el distrito donde se cultiva (Preedy, 2016).
De acuerdo a los resultados de propiedades físicas del aceite esencial, la
densidad mostro una variación para ambas especies del género Tagetes, sin embargo, el índice de refracción no mostro una
variación entre ambas especies. La presencia de un valor menor del índice de refracción
y densidad está relacionada con una cantidad de fenoles (Husnu
y Baser, 2007). El índice de refracción de ambas
especies presentó valores elevados, los valores elevados indican presencia de
compuestos de alto peso molecular tales como sesquiterpenos
y diterpenos y eventualmente oleorresinas en
concentraciones altas (Simard & Hachey, 1988) así mismo, siendo un indicativo de aceites
esenciales de mayor calidad y pureza. De acuerdo a los resultados de gravedad
especifica de los aceites esenciales de ambas especies se encontró diferencias
significativas con presencia a mayor calidad (0,945 ± 0,034) en el aceite
esencial de Tagetes patula,
encontrándose valores obtenidos similares según reportes en estudios (Chalchat & Garry, 1995).
Composición
química de los aceites esenciales de dos especies del género Tagetes
Los
componentes mayoritarios de los aceites esenciales de ambas especies del género
Tagetes se muestra en la Tabla 2.
Tabla 2. Componentes mayoritarios detectados en los aceites esenciales de Tagetes erecta y Tagetes patula.
|
Compuesto |
% de abundancia relativa, (TR%) |
|
|
Tagetes erecta |
Tagetes patula |
|
|
β-trans-Ocimeno |
21, 07 (25,03) |
16,5 (11,45) |
|
β-Mirceno |
NP |
15,01 (2,78) |
|
β-Linalol |
NP |
18,56 (1,18) |
|
Cis-Tagetona |
25,6 (3,5) |
20 (16, 27) |
|
m-tert-butil-fenol |
NP |
22,6 (1,44) |
|
Trans-Tagetona |
25,94 (51,37) |
20,22 (10,25) |
|
β-Cariofileno |
36,39 (0,48) |
28,21 (1,17) |
|
Guaiol |
41,96 (1,25) |
NP |
|
Apiol |
42,45 (3,28) |
33,41 (0,43) |
|
α-Bisabolol |
44,29 (1,1) |
NP |
Tiempo de
retención (TR) y abundancia relativa (%) de los aceites esenciales, No presentó
(NP). En el análisis de la composición química se detectaron y cuantificaron un
total 26 compuestos químicos en el aceite esencial de Tagetes
erecta con fracción principal en monoterpenos en
(61,00%) y 16 compuestos químicos para el aceite esencial de Tagetes patula encontrándose como
fracción principal a los monoterpenos (50,0%), entre
ambas especies se obtuvo una desviación estándar por debajo del 5% entre los
porcentajes de cada analito en ambas columnas
utilizadas. Se identificaron como metabolitos bioactivos
en los aceites esenciales en las especies del género Tagetes
al β-trans-Ocimeno, Trans-Tagetona,
Cis-Tagetona, β-Mirceno
y β-Cariofileno. El análisis de los componentes
químicos en los aceites esenciales de las especies Tagetes
erecta y Tagetes patula,
mostraron mayormente la presencia de los siguientes compuestos: Trans-Tagetona, β-trans-Ocimeno,
Cis-Tagetona, β-Cariofileno
y Apiol. Los aceites esenciales de la
especie Tagetes spp. son
ricos en hidrucarburos monoterpenicos
(Ocimenos, limoneno, terpineno,
mirceno y cetonas monoterpenicas
aciclicas (tagetona, dihidrotagetona, y tagetenona)
que son los odorates primarios además de cantidades
menores de hidrocarburos sesquiterpenicos compuestos
oxigenados (Salehi et al., 2018). En cuanto a sus bioactividades de la familia de especies del género Tagetes se encontró una actividad antibacteriana de fuerte
a leve contra cepas de bacterias gran-positivas y gran-negativas probadas en el
estudio (Asuma & Safar, 2020).
Perfil de la actividad antioxidante del
aceite esencial de Tagetes erecta y Tagetes patula
En la tabla 3.
Se muestra los resultados de actividad antioxidante en los aceites esenciales
de ambas especies del género Tagetes, mediante los
métodos de DPPH y ABTS
Tabla 3. Perfil de actividad antioxidante mediante métodos DPPH y ABTS.
|
Aceite esencial |
Métodos |
|
|
DPPH IC50 (mg/mL) |
ABTS IC50 (mg/mL) |
|
|
Tagetes erecta |
1,77 ± 0,02 |
21,02 ± 0,14 |
|
Tagetes patula |
2,56 ± 0,12 |
41,06 ± 0,23 |
Se encontró
diferencias significativas en la actividad antioxidante de ambas muestras de Tagetes como se muestra en la tabla 3. De acuerdo a la
metodología de DPPH el IC50 varió de 1,77 mg/mL a
2,56 mg/mL, sin embargo, el IC50 de BTS*+ varió de
21,02 a 41,06 mg/mL, encontrándose una actividad
antioxidante más alto el valor de IC50 41,06 mg/mL.
El aceite esencial de Tagetes erecta presento una
IC50 más bajo 1,77 mg/mL, respectivamente exhibió una
considerable actividad de eliminación de radicales DPPH en comparación con el
método de BTS*+. La diferencia en la actividad antioxidante entre ambas
muestras podría atribuirse a la presencia de los monoterpenos
en sus compuestos polifenólicos, los monoterpenos oxigenados conducen a actividades
antioxidantes, antibacterianas y antifúngicas más
altas (Rostaei, 2018; Deba, 2008 y Tohidi, 2017). Una investigación donde se evaluó la
efectividad antioxidante del aceite esencial de orégano mexicano (Lippia berlandieri Schauer) al ser utilizado como antioxidante natural en dos
sistemas alimenticios, una efectividad en la reducción de la oxidación
reflejada en sus valores de peróxido, especialmente en el aceite de oliva
(Guzmán, 2006 y Ávila, 2010). Actividad similar a la del aceite esencial de Lippia chequen (Carhuapoma, 2006).
Evalúan las características antioxidantes del aceite crudo de Schinus molle L. (molle, aguaribay), se atribuyó esta
actividad al Terpinen-4-ol, un alcohol no saturado con un doble enlace que lo
califica como un potencial secuestrante de radícales
libres y al Germacreno-D que es altamente reactivo y capturador de radicales libres, compuesto presente en el
aceite esencial de M. mollis (Guala, 2009).
Capacidad antibacteriana
Los halos en
el extracto etanólico en las cepas de Escherichia coli (11,13 mm + 0,58),
Staphyloccocus aureus
(15,56 mm + 1,18) y Pseudomonas aeruginosa
(12 mm + 1,0) así mismo la cepa Aspergillus niger
(12,47 mm + 0,58).
Tabla 4. Capacidad antibacteriana de inhibición
|
Concentración (ug/mL) |
Promedio de absorbancias a
517nm |
% Inhibición |
|
15 |
0,540 + 0,005 |
13,60 + 0,692 (a) |
|
25 |
0,481 + 0,004 |
22,21 + 0,675 (b) |
|
50 |
0,313 + 0,002 |
38,80 + 0,405 (c) |
El potencial
antimicrobiano de los aceites esenciales posiblemente se debe a la resistencia,
el efecto bacteriostático y no bactericida en algunas especies bacterianas como
Pseudomonas aeruginosa y Porphyromonas gingivalis ante la
presencia de aceites esenciales derivados de cítricos (Hussain
et al, 2015). Especies bacterianas como Streptococcus
mutans, E. Coli e
involucrados en periodonto patológicos han mostrado ser sensibles ante los
efectos de los aceites esenciales de Citrus sinensis
(Shetty et al., 2016).
Conclusiones
En la presente
investigación se logró determinar los compuestos bioactivos,
perfiles antioxidantes y antimicrobiana de los aceites esenciales de las
especies de Tagetes erecta y Tagetes
patula, encontrándose en mayor significativo de los antibactericida y los efectos significativos como
antioxidantes. La abundancia en monoterpenos conducen
a actividades antioxidantes, encontrándose en el estudio mayor presencia de
antioxidantes en la especie de Tagetes patula. Las propiedades físicas de ambas especies del género
Tagetes se encontró en los rangos de calidad para
aceites esenciales con fines de conservantes para la industria de los
alimentos, medicinal, cosmética por los compuestos bioactivos
que fomentan.
Referencias
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Universidad Salahaddin-Erbil, Erbil,
Región del Kurdistán, Irak 2 Departamento de Biología, Facultad de Educación,
Universidad Salahaddin-Erbil, Erbil,
Región del Kurdistán, Irak.
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