Effect of microencapsulation in the antimicrobial activity of plant extracts of Aristotelia chilensis and Crinodendron patagua cultivated in vitro

Abstract

Foods are complex systems that need to be properly preserved to maintain their quality. Bacteria can alter food and if they are pathogenic, can cause a lot of illness in the consumers. The use of synthetic preservatives is increasingly rejected by consumers due to their side effects. For this reason, the search for new antimicrobial substances from natural sources has increased in the recent years. Plants have been used since ancient times as a source of bioactive compounds with different properties, being the phenolic compounds the most promising as antibacterial agents. However, despite the great potential of the plants, their use is limited by the availability of the raw material and the stability of the bioactive compounds. In vitro tissue culture and microencapsulation emerge as viable tools to solve these problems. The in vitro tissue culture allows the continuous production of plant biomass and microencapsulation allows to stabilize the bioactive compounds. The objective of this work was to evaluate the effect of microencapsulation of hydroalcoholic extracts of Aristotelia chilensis and Crinodendron patagua plantlets on their antibacterial activity. To achieve this goal, hydroalcoholic extracts of in vitro plantlets grown were tested for antibacterial activity against Escherichia coli, Listeria monocytogenes, and Salmonella enterica subsp. enterica serovar Enteritidis. The extracts of both plant species were active in the three microorganisms evaluated, with minimum inhibitory concentrations (MICs) between 0.47 and 1.77 mg GAE / mL. Of the three bacteria studied, L. monocytogenes was the most resistant to the extracts (MICs of 1.77 mg GAE / mL and 1.65 mg GAE / mL, for maqui and patagua, respectively). S. Enteritidis was the most susceptible (MICs of 0.51 mg GAE /mL and 0.47 mg GAE / mL, for maqui and patagua, respectively). The extracts encapsulated in arabic gum (GA2X) showed inhibitory activity in the three bacteria evaluated, reducing the growth in E.coli by 26% and 65%, while in L. monocytogenes the growth was reduced by 35% and 62%, in maqui and patagua capsules, respectively. Finally, in S. Enteritidis, the growth was reduced by 67% and 74% in maqui and patagua capsules, respectively. The activity of the microcapsules was lower than the free extract. The extracts of both species microencapsulated in arabic gum maintain their content of total phenols in time, losing around the 13% at 21 days of accelerated storage (equivalent to 2 years at room temperature). It can be concluded that the in vitro tissue culture of maqui and patagua represents a viable alternative to obtaining molecules with antibacterial properties and microencapsulation contribute to maintain the activity and stability of the extracts.

Los alimentos son sistemas complejos que requieren ser conservados adecuadamente para mantener su calidad. Las bacterias alteran los alimentos y si son patógenas, pueden llegar a causar una gran cantidad de enfermedades en los consumidores. El uso de preservantes sintéticos es cada vez más rechazado por los consumidores debido a sus efectos secundarios. Por esta razón, en los últimos años ha aumentado la búsqueda de nuevas sustancias antimicrobianas desde fuentes naturales. Las plantas han sido utilizadas desde antaño como fuente de compuestos bioactivos con diferentes propiedades, siendo los compuestos fenólicos los más promisorios como agentes antibacterianos. Sin embargo, a pesar del gran potencial que presentan las plantas, su uso se ve limitado por la disponibilidad de la materia prima y la estabilidad de los compuestos bioactivos. La microencapsulación y el cultivo de tejido in vitro, surgen como herramientas viables para resolver estos problemas. El cultivo de tejido in vitro permite la producción continua de biomasa vegetal y la microencapsulación permite estabilizar los compuestos bioactivos. El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto de la microencapsulación de extractos hidroalcohólicos de plántulas de Aristotelia chilensis y de Crinodendron patagua en su actividad antibacteriana. Para lograr este objetivo se obtuvieron extractos hidroalcohólicos de ambas plántulas cultivadas in vitro y se evaluó su actividad antibacteriana contra Escherichia coli, Listeria monocytogenes y Salmonella enterica subsp. enterica serovar Enteritidis. Los extractos de ambas especies de plantas fueron activos en los 3 microorganismos evaluados, con concentraciones mínimas inhibitorias (CMIs) entre 0,47 y 1,77 mg EAG/ml. De las 3 bacterias estudiadas, L. monocytogenes fue la más resistente a los extractos (CMIs de 1,77 mg EAG/mL y 1,65 mg EAG/mL, para Maqui y Patagua, respectivamente), mientras que S. Enteritidis fue la más susceptible (CMIs de 0,51 mg EAG/mL y de 0,47 mg EAG/mL, para maqui y patagua, respectivamente). Los extractos encapsulados en goma arábiga (GA2X) mostraron actividad inhibitoria en las 3 bacterias evaluadas, reduciendo el crecimiento en E.coli en un 26% y un 65% , mientras que en L. monocytogenes el crecimiento se redujo en un 35% y 62% en capsulas con maqui y patagua, respectivamente. Finalmente, en S. Enteritidis, el crecimiento se redujo en un 67% y 74% en cápsulas con maqui y patagua, respectivamente. La actividad de las microcápsulas fue inferior a la del extracto libre. Los extractos de ambas especies microencapsulados en goma arábiga mantuvieron su contenido de fenoles totales en el tiempo, perdiendo alrededor del 13% a los 21 días de almacenamiento acelerado (equivalente a 2 años a temperatura ambiente). Se puede concluir que el cultivo de tejido in vitro de maqui y patagua, representa una alternativa viable en la obtención de moléculas con propiedades antibacterianas y que la microencapsulación contribuiría a mantener la actividad y estabilidad de los extractos.