Μελέτη αντιμικροβιακής δράσης φυσικών προϊόντων

Τελευταία, γίνεται προσπάθεια για τη δραστική μείωση ή και εξάλειψη των χημικών συντηρητικών από τα τρόφιμα και την αντικατάστασή τους από φυσικά συντηρητικά, όπως τα αιθέρια έλαια. Τα αιθέρια έλαια είναι σύνθετα μίγματα πτητικών δευτερογενών μεταβολιτών από φυτά, με σημαντική αντιμικροβιακή δράση. Στην παρούσα διατριβή, μελετήθηκε η αντιμικροβιακή δράση των αιθέριων ελαίων που απομονώθηκαν από φυτά της οικογένειας Lamiaceae και συγκεκριμένα των Origanum onites, Origanum dittamnus, Origanum vulgare ssp. hirtum (δύο χημειότυποι), Thymus capitatus, Satureja thymbra, Mentha spicata, Ocimum basilicum, Siseritis raeseri subsp. raeseri, της οικογένειας Anacardiaceae, (Pistacia lentiscus), της οικογένειας Apiaceceae (Pimpinella anisum), της οικογένειας Rutaceae (Citrus medica και Fortunella margarita) και της οικογένειας Verbenaceae (Lippia citriodora). Επίσης, μελετήθηκαν ως προς την αντιμικροβιακή τους δράση και ορισμένες από τις κύριες ενώσεις των αιθέριων ελαίων.Επιπλέον, τα στερεά υποπροϊόντα της υδροατμοαπόσταξης των Origanum onites, Origanum vulgare, Thymus capitatus και Satureja thymbra υποβλήθηκαν σε διαδοχική εκχύλιση Soxhlet με οξικό αιθυλεστέρα και αιθανόλη και τα εκχυλίσματα που ελήφθησαν μελετήθηκαν στη συνέχεια για πιθανή αντιμικροβιακή δράση. Επίσης, εξετάστηκαν τα υδατικά υπολείμματα υδροατμοαπόσταξης των Satureja thymbra, Pistacia lentiscus, Pimpinella anisum, Citrus medica, Mentha spicata, Ocimum basilicum, Lippia citriodora και Fortunella margarita. Η αντιμικροβιακή δράση των αιθέριων ελαίων, των εκχυλισμάτων και των υδατικών υπολειμμάτων μελετήθηκε αρχικά με τη δοκιμασία διάχυσης με χρήση δισκίων έναντι των κοινών αλλοιογόνων και τροφιμογενών παθογόνων μικροβιακών ειδών Salmonella Enteritidis, Salmonella Typhimurium, Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Listeria monocytogenes, Pseudomonas fragi, Clostridium difficile, Saccharomyces cerevisiae και Aspergillus niger. Στη συνέχεια, προσδιορίστηκαν οι τιμές ελάχιστης ανασταλτικής συγκέντρωσης (Minimum inhibitory concentration, MIC) και μη ανασταλτικής συγκέντρωσης (Νon-inhibitory concentration, NIC), συνδυάζοντας τις μετρήσεις της οπτικής πυκνότητας με τη κοινή μέθοδο των αραιώσεων και τη μη γραμμική ανάλυση παλινδρόμησης (non-linear regression analysis), χρησιμοποιώντας το μοντέλο LPM.Το μοντέλο LPM δεν ήταν δυνατό να εφαρμοστεί στην περίπτωση των Saccharomyces cerevisiae και Aspergillus niger λόγω της καθίζησης των κυττάρων ζυμομύκητα και της επίπλευσης των κονιδίων του Aspergillus niger. Γι' αυτό, χρησιμοποιήθηκαν τα πρωτόκολλα που περιγράφονται από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή (EUCAST) για τον προσδιορισμό των τιμών MIC των Saccharomyces cerevisiae και Aspergillus niger. Επίσης, προσδιορίστηκαν οι τιμές ελάχιστης βακτηριοκτόνου συγκέντρωσης (MBC) ή ελάχιστης θανατηφόρου συγκέντρωσης (MLC). Όλα τα αιθέρια έλαια εμφάνισαν αξιοσημείωτη αντιμικροβιακή δράση έναντι όλων των μικροβιακών ειδών που μελετήθηκαν, εκτός από το αιθέριο έλαιο Pistacia lentiscus, το οποίο δεν είχε δράση έναντι των Salmonella Enteritidis και Salmonella Typhimurium, το αιθέριο έλαιο Lippia citriodora που ήταν ενεργό μόνο έναντι gram (+) βακτηρίων και τα αιθέρια έλαια Fortunella margarita και Pimpinella anisum που είχαν αντιμικροβιακή δράση μόνο κατά των Saccharomyces cerevisiae και Aspergillus niger. Τα εκχυλίσματα που προέκυψαν από τα στερεά υποπροϊόντα των Origanum onites, Origanum vulgare, Thymus capitatus και Satureja thymbra εμφάνισαν μόνο αντιβακτηριακή δράση. Απεναντίας, τα υδατικά εκχυλίσματα Satureja thymbra, Pistacia lentiscus, Pimpinella anisum, Citrus medica, Mentha spicata, Ocimum basilicum, Lippia citriodora και Fortunella margarita δεν είχαν αντιμικροβιακή δράση. Αξίζει να σημειωθεί ότι τα αιθέρια έλαια ήταν πιο δραστικά από τα βασικά συστατικά τους, καθώς προσδιορίστηκαν σημαντικά χαμηλότερες τιμές MIC, NIC και MBC ή MLC. Τα εκχυλίσματα οξικού αιθυλεστέρα (EAc) και αιθανόλης (EtOH) και το υδατικό υπόλειμμα της υδροατμοαπόσταξης (Aq) του φυτού Satureja thymbra και το αιθέριο έλαιο Origanum vulgare spp. hirtum επιλέχθηκαν για περαιτέρω μελέτη ως πιθανά βιοσυντηρητικά σε τρόφιμα, καθώς έδειξαν σημαντικές αντιμικροβιακές ιδιότητες. Τα εκχυλίσματα Satureja thymbra ενσωματώθηκαν σε γαλακτώματα που προσομοιάζουν σάλτσες για σαλάτες (salad dressings), ενώ το αιθέριο έλαιο Origanum vulgare spp. hirtum σε γαλακτωμάτων που μπορούν να ενσωματωθούν σε τελικά προϊόντα, όπως ο χυμός τομάτας και μελετήθηκε η φυσική αλλοίωση των προϊόντων, καθώς και η ανασταλτική δράση κυτταρικής ανάπτυξης μετά από εσκεμμένη επιμόλυνση των γαλακτωμάτων με 2 log cfu/mL Listeria monocytogenes και του τοματοχυμού με 4 log cfu/mL Listeria monocytogenes, Clostridium difficile, Saccharomyces cerevisiae ή 10000 σπόρια/mL Aspergillus niger. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τόσο τα εκχυλίσματα, εκτός από το υδατικό όσο και το αιθέριο έλαιο Origanum vulgare spp. hirtum παρέτειναν το χρόνο ζωής των προϊόντων και κατέστειλαν την μικροβιακή ανάπτυξη μετά από σκόπιμη επιμόλυνση. Η ενσωμάτωση αιθέριου ελαίου Origanum vulgare spp. hirtum στον τοματοχυμό σε συγκέντρωση χαμηλότερη από την τιμή MIC ή μόνο ελαφρώς υψηλότερη από την τιμή NIC που προσδιορίστηκε για το C. difficile ήταν αρκετή για να καταστείλει την ανάπτυξη των σκόπιμα εμβολιασμένων μικροβίων, γεγονός που υποδηλώνει συνεργιστική δράση ανάμεσα στο αιθέριο έλαιο και τη χαμηλή θερμοκρασία συντήρησης. Οι μικροοργανισμοί πολύ συχνά αδυνατούν να ξεπεράσουν το συνδυασμό πολλών συστημάτων συντήρησης και ως εκ τούτου τα πολλαπλά εμπόδια μπορούν να οδηγήσουν σε ένα σταθερό και ασφαλές προϊόν χωρίς αλλοίωση των οργανοληπτικών χαρακτηριστικών. Επιπλέον, το μίγμα (Mix) των αιθέριων ελαίων Pistacia lentiscus και Fortunella margarita, καθώς και το υδατικό υπόλειμμα της υδροατμοπόσταξης του Fortunella margarita δοκιμάστηκε ως πιθανό βιοσυντηρητικό σε προϊόντα παγωτών και χυμών φρούτων. Στα παγωτά το αιθέριο έλαιο Pistacia lentiscus λειτούργησε ως πιθανό βιοσυντηρητικό ενώ το αιθέριο έλαιο Fortunella margarita, καθώς και το υδατικό υπόλειμμα της υδροατμοπόσταξης του Fortunella margarita χρησιμοποιήθηκαν ως βελτιωτικά γεύσης. Στους χυμούς, σαν βιοσυντηρητικά χρησιμοποιήθηκαν το αιθέριο έλαιο Pistacia lentiscus και το αιθέριο έλαιο Fortunella margarita ενώ το υδατικό υπόλειμμα της υδροατμοπόσταξης του Fortunella margarita ως βελτιωτικό γεύσης. Αρχικά, εξετάστηκε η φυσική αλλοίωση των προϊόντων και στη συνέχεια μελετήθηκε η αναστολή κυτταρικής ανάπτυξης μετά από σκόπιμη επιμόλυνση των παγωτών με 4 log cfu/mL Escherichia coli, Listeria monocytogenes, ή Pseudomonas fragi και των χυμών με 4 log cfu/mL Saccharomyces cerevisiae ή 100 σπόρια Aspergillus niger/mL. Τα αποτελέσματα έδειξαν σημαντική καθυστέρηση της αλλοίωσης των τροφίμων και επέκταση της διάρκειας ζωής των προϊόντων, καθώς και αναστολή κυτταρικής ανάπτυξης σε όλες τις περιπτώσεις. Η χρήση αιθέριων ελαίων μπορεί επομένως να θεωρηθεί ένας πρόσθετος εγγενής ανασταλτικός παράγοντας (εμπόδιο) ανάπτυξης για τη διασφάλιση της ασφάλειας των τροφίμων, ξεπερώντας τους περιορισμούς που σχετίζονται με την έντονη οσμή τους σε αποτελεσματικές δόσεις όταν προστίθενται σε περίπλοκα συστήματα τροφίμων. Τα αιθέρια έλαια των αρωματικών φυτών που μελετήθηκαν μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν βιοσυντηρητικά ή να αποτελέσουν σημαντικές πηγές αντιμικροβιακών παραγόντων χαμηλού κόστους που μπορούν να αξιοποιηθούν από την βιομηχανία τροφίμων.