Pesquisa
Óleos essenciais de plantas medicinais: atividade antibacteriana, encapsulação e aplicação em alimentos
Doutorado em Biotecnologia Aplicada à Agricultura
Autor: Camila Frederico
Orientador: Suelen Pereira Ruiz Herrig
Defendido em: 28/02/2025
Resumo
A preservação dos produtos alimentícios é imprescindível, consistindo em controlar o desenvolvimento de microrganismos responsáveis por gerar a deterioração e riscos à saúde dos consumidores. Os óleos essenciais apresentam propriedades antibacteriana e antioxidante, sendo uma alternativa na conservação de alimentos, podendo substituir ou diminuir o uso dos conservantes sintéticos tradicionais. Entretanto, quando adicionados diretamente aos alimentos podem ter suas características e seus efeitos desejados diminuídos, para evitar tal fato, técnicas para a preservação dessas propriedades como a encapsulação destes componentes são utilizadas. O objetivo deste trabalho foi avaliar a atividade antibacteriana e o sinergismo dos óleos essenciais para aplicação em alimentos. Deste modo este trabalho está dividido em quatro capítulos. Nos capítulos I e II foram realizadas revisões bibliográficas. O primeiro capítulo aborda os seguintes tópicos: a importância dos conservantes e os possíveis malefícios que podem causar, mecanismo de ação antimicrobiano e antioxidante dos óleos essenciais, óleos essenciais como conservantes em alimentos, encapsulação dos óleos essenciais para estabilização dos compostos ativos e segurança da utilização dos óleos essenciais como aditivos em alimentos. O segundo capítulo discute sobre o potencial antibacteriano de óleos essenciais de plantas medicinais para conservação de alimentos. No terceiro capítulo foi avaliada a atividade antibacteriana, efeito sinérgico, encapsulação com zeína dos óleos essenciais de orégano e tomilho e aplicação em queijo minas frescal. Os óleos essenciais de orégano e tomilho foram adquiridos da empresa Ferquima. A atividade antibacteriana foi avaliada contra Escherichia coli, Bacillus cereus, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella enterica subsp. enterica Typhi, Staphylococcus aureus e Listeria monocytogenes pelo método de microdiluição em caldo. Os efeitos sinérgicos dos óleos essenciais foram analisados pelo método checkerboard. Os óleos essenciais foram encapsulados com zeína e avaliados quanto ao efeito antibacteriano. As análises térmicas, termogravimétrica (TGA), calorimetria de varredura diferencial (DSC), espectroscopia FTIR e análise de componente principal foram utilizadas para avaliar a estabilidade térmica das diferentes amostras. Os óleos essenciais encapsulados foram aplicados em queijo minas frescal para análise da atividade antibacteriana avaliando os seguintes tratamentos: T1= controle (sem tratamento antimicrobiano, somente inóculo), T2= nisina, T3= natamicina, T4= zeína pura, T5= sinergismo com zeína, T6= OE de orégano, T7= OE de tomilho, T8= OE sinergismo, T9= OE de orégano com zeína e T10= OE de tomilho com zeína. A concentração inibitória mínima (CIM) do óleo essencial de orégano variou de 0,10 a 0,41 mg/mL e tomilho de 0,15 a 0,52 mg/mL, com a encapsulação a CIM do óleo essencial de tomilho teve variação de >10 a 2,08 mg/mL e de 5 a 2,08 mg/mL para o óleo essencial de orégano. A concentração inibitória fracional (FIC) teve como resultado 0,09 para Staphylococcus aureus, 0,07 para Salmonella Typhi e Listeria monocytogenes e 0,27 para Escherichia coli, indicando sinergismo entre os óleos. As análises DSC, FTIR e TGA demonstraram que a encapsulação dos óleos essenciais foi efetiva, promovendo a estabilidade térmica. No sétimo dia de armazenamento do queijo minas frescal, o tratamento T4 (sinergismo dos óleos essenciais de orégano e tomilho sem zeína) promoveu a redução de 1,17 Log UFC/g e no décimo quarto dia, todos os tratamentos obtiveram a contagem bacteriana inferior ao tratamento T1 (sem antimicrobiano) 9,11 Log UFC/g, com destaque para o tratamento T6 (óleo essencial de orégano) 6,32 Log UFC/g comprovando a efetividade dos tratamentos. No quarto capítulo foi avaliado o sinergismo dos óleos essenciais de orégano e tomilho com sorbato de potássio e nisina e aplicação de tratamentos em purê de tomate. A atividade antibacteriana foi avaliada contra Escherichia coli, Salmonella enterica subsp. enterica Typhi, Staphylococcus aureus e Listeria monocytogenes pelo método de microdiluição em caldo. Os purês foram contaminados intencionalmente com Salmonella Typhi e testadas as seguintes formulações conservantes F1: controle (somente inóculo - sem conservantes); F2: sorbato de potássio 50% + óleo essencial de tomilho 50%; F3: sorbato de potássio 50% + óleo essencial de orégano 50%; F4: óleo essencial de orégano; F5: óleo essencial de tomilho e F6: sorbato de potássio. Na análise da atividade antibacteriana em purê de tomate, todos os antimicrobianos foram efetivos contra Salmonella Typhi quando comparados à amostra controle (sem tratamento). Esses resultados demonstram que os óleos essenciais se mostram promissores como agente antibacteriano para aplicação como conservantes naturais em alimentos.
Palavras-chave
Bioconservante. Encapsulação. Origanum vulgare. Sinergismo. Thymus Vulgaris. Sinergismo.
Title
Essential oils from medicinal plants: antibacterial activity, encapsulation and application in food
Abstract
The preservation of food products is essential, consisting of controlling the development of microorganisms responsible for causing deterioration and health risks to consumers. Essential oils have antibacterial and antioxidant properties, being an alternative in food preservation and can replace or reduce the use of traditional synthetic preservatives. However, when added directly to food, their characteristics and desired effects may be reduced. To avoid this, techniques for preserving these properties such as encapsulation of these components are used. The objective of this work was to evaluate the antibacterial activity and synergism of essential oils for application in foods. This work is therefore divided into four chapters. In chapters I and II, bibliographical reviews were carried out. The first chapter covers the following topics: the importance of preservatives and the possible harm they can cause, mechanism of antimicrobial and antioxidant action of essential oils, essential oils as preservatives in foods, encapsulation of essential oils to stabilize active compounds and safety of using essential oils as additives in foods. The second chapter discusses the antibacterial potential of essential oils from medicinal plants for food preservation. In the third chapter, the antibacterial activity, synergistic effect, encapsulation of oregano and thyme essential oils with zein and application in Minas frescal cheese were evaluated. Antibacterial activity was evaluated against Escherichia coli, Bacillus cereus, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella enterica subsp. enterica Typhi, Staphylococcus aureus and Listeria monocytogenes by broth microdilution method. The synergistic effects of essential oils were analyzed using the checkerboard method. The essential oils were encapsulated with zein and evaluated for their antibacterial effect. Thermal analysis, thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), FTIR spectroscopy and principal component analysis were used to evaluate the thermal stability of the different samples. The encapsulated essential oils were applied to Minas Frescal cheese to analyze the antibacterial activity evaluating the following treatments: T1= control (without antimicrobial treatment, only inoculum), T2= nisin, T3= natamycin, T4= pure zein, T5= synergism with zein, T6= OE of oregano, T7= OE of thyme, T8= OE synergism, T9= OE of oregano with zein and T10= thyme OE with zein. The minimum inhibitory concentration (MIC) of oregano essential oil ranged from 0.10 to 0.41 mg/mL and thyme from 0.15 to 0.52 mg/mL, with encapsulation the MIC of thyme essential oil ranged from >10 to 2.08 mg/mL and from 5 to 2.08 mg/mL for oregano essential oil. The fractional inhibitory concentration (FIC) resulted in 0.09 for Staphylococcus aureus, 0.07 for Salmonella Typhi and Listeria monocytogenes and 0.27 for Escherichia coli, indicating synergism between the oils. DSC, FTIR and TGA analysis demonstrated that the encapsulation of essential oils was effective, promoting thermal stability. On the seventh day of storage of minas frescal cheese, the T4 treatment (synergism of essential oils of oregano and thyme without zein) promoted a reduction of 1.17 Log CFU/g and on the fourteenth day, all treatments obtained a bacterial count lower than the T1 treatment (without antimicrobial) 9.11 Log CFU/g, with emphasis on the T6 treatment (oregano essential oil) 6.32 Log CFU/g, proving the effectiveness of treatments. In the fourth chapter, the synergism of oregano and thyme essential oils with potassium sorbate and nisin and application of treatments in tomato puree was evaluated. Oregano and thyme essential oils were purchased from the company Ferquima. Antibacterial activity was evaluated against Escherichia coli, Salmonella enterica subsp. enterica Typhi, Staphylococcus aureus and Listeria monocytogenes by broth microdilution method. The purees were intentionally contaminated with Salmonella Typhi and the following F1 preservative formulations were tested: control (inoculum only - no preservatives); F2: potassium sorbate 50% + thyme essential oil 50%; F3: potassium sorbate 50% + oregano essential oil 50%; F4: oregano essential oil; F5: thyme essential oil and F6: potassium sorbate. In the analysis of antibacterial activity in tomato puree, all antimicrobials were effective against Salmonella Typhi when compared to the control sample (without treatment). These results demonstrate that essential oils show promise as an antibacterial agent for application as natural preservatives in foods.
Keywords
Biopreservative. Encapsulation. Origanum vulgare. Synergism. Thymus Vulgaris. Synergism.