Proprietà biologiche Proprietà biologiche di piante aromatiche di piante aromatiche

della Sicilia della Sicilia Antonella SaijaAntonella Saija

Dipartimento Farmaco-BiologicoDipartimento Farmaco-Biologico

Università di MessinaUniversità di Messina

DERIVATI DI PIANTE AROMATICHE DERIVATI DI PIANTE AROMATICHE Prodotti vegetali bioattivi : Prodotti vegetali bioattivi :

mmodificatori di risposte biologiche odificatori di risposte biologiche agenti antimicrobiciagenti antimicrobici

Aumento della richiesta: Aumento della richiesta:

Tendenza delle scelte verso il naturaleTendenza delle scelte verso il naturale Modifiche delle abitudini di vita, es. dietetiche Modifiche delle abitudini di vita, es. dietetiche Ricerca di nuovi farmaciRicerca di nuovi farmaci

Poter garantire un miglior diritto alla salutePoter garantire un miglior diritto alla salute Limitato spettro antibatterico ed effetti collaterali dei principali Limitato spettro antibatterico ed effetti collaterali dei principali

antimicrobici in usoantimicrobici in uso Aumento della resistenza di microorgamismi prima sensibiliAumento della resistenza di microorgamismi prima sensibili Emergenza di infezioni precedentemente non comuniEmergenza di infezioni precedentemente non comuni

PhytochemicalsPhytochemicals

Their role in the plantTheir role in the plant

Study of Study of their biological and pharmacological profiletheir biological and pharmacological profile

Their impact on human healthTheir impact on human health

Plant chemical defence mechanismsPlant chemical defence mechanisms

Antioxidant compoundsAntioxidant compounds

against physical and chemical agentsagainst physical and chemical agents

Bitter compoundsBitter compounds

antifeedant antifeedant

Surface-coating agentsSurface-coating agents

against fungal attackagainst fungal attack

Surfactant compoundsSurfactant compounds (Alcohol, Aldehyde and terpenes) (Alcohol, Aldehyde and terpenes)

against microbial attackagainst microbial attack

against herbivore attackagainst herbivore attack

Use of Use of aromatic plant aromatic plant

derivativesderivatives food food

flavourings, antimicrobial additives, antioxidantsflavourings, antimicrobial additives, antioxidants

perfumesperfumes pharmaceuticalspharmaceuticals (for their functional properties)(for their functional properties)

PROPERTIES:PROPERTIES:- antioxidant/radical scavenger activities- antioxidant/radical scavenger activities- antimicrobial activities- antimicrobial activities

Vantaggi Vantaggi Si ritrovano in piante e/o loro derivati commestibiliSi ritrovano in piante e/o loro derivati commestibili

quindiquindi

La loro sicurezza è dimostrata dai moltissimi anni La loro sicurezza è dimostrata dai moltissimi anni

di uso e consumo da parte dell’uomodi uso e consumo da parte dell’uomo

World Health Organization Guidelines for the World Health Organization Guidelines for the

assessment of herbal medicinesassessment of herbal medicines

Per i prodotti naturali l’uso prolungato nell’uomo può Per i prodotti naturali l’uso prolungato nell’uomo può comunque rappresentare evidenza della sua sicurezzacomunque rappresentare evidenza della sua sicurezza

FOOD SAFETYFOOD SAFETY

30% of people in industrialized countries suffer for 30% of people in industrialized countries suffer for a food borne disease each year a food borne disease each year

In 2000 at least 2,000,000 people died from In 2000 at least 2,000,000 people died from diarrhoeal disease worldwide diarrhoeal disease worldwide

Necessity of new methods of reducing or Necessity of new methods of reducing or eliminating food borne pathogenseliminating food borne pathogens also in also in combination with existing methods combination with existing methods

Use of aromatic plants Use of aromatic plants in foods and in foods and dietdiet

GREEN consumerismGREEN consumerism , desiring fewer , desiring fewer synthetic food additives and products with a synthetic food additives and products with a smaller impact on the environment smaller impact on the environment

A world-wide A world-wide reduction in the consumption reduction in the consumption of saltof salt in order to reduce the incidence of in order to reduce the incidence of cardiovascular diseases cardiovascular diseases

Active packing Active packing

Shelf life extension of packaged foods Shelf life extension of packaged foods (bakery, meat, poultry, seafood, cheese)(bakery, meat, poultry, seafood, cheese)

Odor/flavour transfer from packages to Odor/flavour transfer from packages to packaged foodspackaged foods

Es.: Autosterilization of homemade mayonnaise Es.: Autosterilization of homemade mayonnaise

by acidulants and olive oilsby acidulants and olive oils

VantaggiVantaggi

Agenti multifunzionaliAgenti multifunzionali

AntiossidantiAntiossidanti

AntimicrobiciAntimicrobici

SurfattantiSurfattanti

Inibitori di fattori di virulenza (es. elastasi e tirosinasi)Inibitori di fattori di virulenza (es. elastasi e tirosinasi)

Testing methodsTesting methods

Diffusion methods (agar diffusion, paper disk Diffusion methods (agar diffusion, paper disk assay) assay) qualitative results: resistant, intermediate, susceptible qualitative results: resistant, intermediate, susceptible

microrganismsmicrorganisms

Dilution methods (agar or broth) Dilution methods (agar or broth) MIC : minimum concentration able to inhibit growth of a MIC : minimum concentration able to inhibit growth of a

microrganism after a specified incubation periodmicrorganism after a specified incubation period

Microatmosphere method (essential oil in vapour Microatmosphere method (essential oil in vapour phase)phase)

Bioautographic methodsBioautographic methods

TEST LIMITATIONSTEST LIMITATIONS Differences in methods (Differences in methods ( inoculum volume, growth inoculum volume, growth

phase, culture medium, medium pH, incubation time and phase, culture medium, medium pH, incubation time and temperature, amount of test substances, agar layer temperature, amount of test substances, agar layer thicknessthickness), test microorganisms and vegetable ), test microorganisms and vegetable materialsmaterials

Low water solubility of essential oilsLow water solubility of essential oils Emulsifiers (Tween 20, Tween 80 and Triton x 100) and Emulsifiers (Tween 20, Tween 80 and Triton x 100) and

solvents (ethanol, DMSO)solvents (ethanol, DMSO) Direct action of emulsifiers and solvents on microrganisms Direct action of emulsifiers and solvents on microrganisms Micelles formed by non-ionic surfactantsMicelles formed by non-ionic surfactants Generally emulsifiers and solvents decrease the Generally emulsifiers and solvents decrease the

antimicrobial activity of essential oilsantimicrobial activity of essential oils Tween 80 has been recommended as a neutraliser of Tween 80 has been recommended as a neutraliser of

phenolic disinfectantsphenolic disinfectants

Mode of antimicrobial actionMode of antimicrobial action

Degradation of the cell wallDegradation of the cell wall Damage to Damage to cytoplasmic membranecytoplasmic membrane Damage to Damage to membrane proteinsmembrane proteins Leakage of cell contentsLeakage of cell contents Coagulation of cytoplasm Coagulation of cytoplasm Depletion of the proton motive forceDepletion of the proton motive force

VANTAGGI e SVANTAGGIVANTAGGI e SVANTAGGI

Largo spettro di azione Largo spettro di azione antimicrobicaantimicrobica

Gram-negativiGram-negativi Staphylococcus aureusStaphylococcus aureus Ceppi antibiotico-resistentiCeppi antibiotico-resistenti

Interazioni tra i componenti Interazioni tra i componenti

del materiale vegetaledel materiale vegetale

Synergism and Synergism and antagonism antagonism

between components of between components of plant metricesplant metrices

Minor components are Minor components are critical to the activity critical to the activity

between plant components between plant components and food preservatives/ and food preservatives/ preservation methodspreservation methods

Low pH, low water activity, Low pH, low water activity, chelators, low oxygen chelators, low oxygen tension, raised pressure, tension, raised pressure, mild heat mild heat

VantaggiVantaggi

Stabilità agli agenti fisiciStabilità agli agenti fisici

Riscaldamento (es. cottura)Riscaldamento (es. cottura)

Esposizione raggi UV (es. prodotti topici)Esposizione raggi UV (es. prodotti topici)

Gamma-irradiazione (es. sterilizzazione)Gamma-irradiazione (es. sterilizzazione)

Materiale esaminato:Provenienza: DOFATA (CT), CORISSIA e DAAT (PA)Materiale vegetale: timo, origano, rosmarino, salvia, finocchio, coriandoloProcessazione ed analisi chimica del materiale vegetale: CNR (Valverde, CT) - -- estratti con tre solventi a diversa polarità

etanolo (acido rosmarinico)esano (luteina, beta-carotene)acetato di etile (flavonoidi, acidi organici, terpeni)

- oli essenziali

Test biologici (Dip. Farmaco-Biologico, ME)- Valutazione attività antiossidante

SOD-mimeticaUV-protettiva

- Attività antimicrobica verso S. aureus 6538P, E. coli 25922, C. albicans 10231

Alone di inibizione MIC

Un esempio di progetto di filiera

UV- C UV-IP test

Determinazione dell’MDA come prodotto della perossidazione lipidica

Salvia Salvia officinalis: piante fornite dall’UO CT nel triennio 2004-2006 11 oli essenziali 72 estrattiSalvia spp. (S. triloba ???) – piante spontanee - 20042 campioni di salvia spontanea del territorio di Avola (SR) Timo : piante provenienti dalla UO PA (2004).45 oli essenziali 132 estratti Rosmarino: piante provenienti dalle UO PA (2004)29 oli essenziali 171 estratti ottenuti da 57 lotti di rosmarino Origano: piante provenienti dalle UO PA (2004)52 oli essenziali 171 estratti ottenuti da 57 lotti di piante Finocchio: piante provenienti dalle UO PA (2004)11 oli essenziale Coriandolo: piante provenienti dalle UO PA (2004)25 oli essenziali 66 estratti

Campioni esaminati

TimoOttima attività antimicrobica soprattutto nei confronti di S. aureus (MIC < a 8 µg/ml) ma anche di E. coli e C. albicans OriganoBuona attività antimicrobica su tutti e tre i ceppi e buona attività antiossidante RosmarinoDiscreta efficacia simile nei confronti di S. aureus, E. coli e C. albicans (MIC = 62,50 µg/ml)CoriandoloBuona attività antimicrobica su E. coli e C. albicans (MIC pari a 31,25 µg/ml per tutti i campioni) ma minore su S. aureus Salvia (provenienza: UO CT)attività antimicrobica solo verso C. albicans FinocchioNessuna attività antimicrobica

Oli essenziali

Timoestratti EtOH nessuna efficacia antimicrobica estratti con esano e AcEt discreta attività su tutti i ceppi patogeni testati. OriganoBuona attività su E. coli e C. albicans Scarsa attività su S. aureusRosmarinoTutti e tre le tipologie di estratti hanno discreta efficacia su S. aureus Nessuna attività su E. coli e C. albicans Salvia2004: Nessuna attività su E. coli e C. albicans, ma buona attività su S. aureus degli estratti in esano e AcEt2005 e 2006: attività antibatterica solo su E. coli CoriandoloNessuna attività antimicrobica

Estratti

Attività antimicrobica

0

100

200

300

400

500

600

700

Salvia

Origan

o (P

A)

Origan

o (C

T)Ti

mo

Rosm

arino

Coria

ndol

o

Fino

cchi

o

LU

V-I

P t

es

t (µ

g/m

l)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Salvia

Origan

o (P

A)

Origan

o (C

T)Ti

mo

Rosm

arino

Coria

ndol

o

Fino

cchi

o

Po

life

no

li (m

g/m

l)

Oli essenziali

n.d.

n.d. = non determinabile

*

Attività antiossidante

Contenuto di polifenoli (espressi come ac. gallico)

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00

Salvia

Rosm

arino

Origan

oTim

o

Coria

ndol

o

LU

V-I

P t

es

t (µ

g/m

l)

c. a.

Attività antiossidante Estratti in acetato di etile

*

* Anni 2004 - 2006

n.d.0

20

40

60

80

100

120

Salvia

Rosm

arino

Orig

ano

Timo

Corian

dolo

LU

V-I

P t

ets

(µg

/ml)

Estratti in etanolo

n.d.

0

20

40

60

80

100

120

LU

V-I

P t

est

(µg

/ml)

Estratti in esano

n.d.

*

*

Anni 2004-2005-2006 c.a. campioni assenti n.d. non determinabili

SAACT

SABCT

SACCT

SADCT

SAECT

SAFCT

SAGCT

2004

20060

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

SO

D (

IC50

) µg

/ml

Estratti in Etanolo

2004

2005

2006

SAACT

SABCT

SACCT

SADCT

SAECT

SAFCT

SAGCT

2004

20060

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

SO

D(I

C50

) µg

/ML

Estratti in acetato di etile

2004

2005

2006

SAACT

SABCT

SACCT

SADCT

SAECT

SAFCT

SAGCT

2004

20060

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

SO

D (

IC50

) µg

/ml

Estratti in esano

2004

2005

2006

ndnd

ndnd

ndndnd nd

nd

ndnd

ndnd nd

nd

nd

nd

Attività antiossidante di estratti di salvia 2004-2005-2006

Salvia lavandulaefoliaSalvia lavandulaefolia Vahl. (Spanish sage)Vahl. (Spanish sage)

Relavant for dementia therapyRelavant for dementia therapy Constituents with anticholinesterase, Constituents with anticholinesterase,

antioxidant, anti-inflammatory antioxidant, anti-inflammatory oestrogenic and sedative effectsoestrogenic and sedative effects

Only trace amounts of the convulsant Only trace amounts of the convulsant thujonethujone

Constituents present in S. lavandulaefolia and their putative pharmacological activities.