Activity of essential oils and hydroalcoholic extracts from 12 plants against food spoilage yeasts: evaluation of their potential as new biopesticides

Abstract

O uso intensivo de pesticidas químicos nas últimas décadas tem trazido sérios problemas ao meio ambiente e à saúde humana. Consequentemente, o interesse pelos produtos naturais e respetiva aplicação tem sido alvo de interesse nos últimos anos. O principal objetivo deste estudo foi avaliar a atividade antimicrobiana de óleos essenciais e extratos hidroalcoólicos, visando a sua futura aplicação na agricultura e na conservação de frutas e vegetais frescos pós-colheita. Para tal, a atividade antimicrobiana de 12 extratos de plantas e óleos essenciais, conhecidos por possuírem atividade antimicrobiana contra um amplo número de microrganismos, foi testada contra as leveduras de contaminação alimentar, Saccharomyces cerevisiae e Zygossacharomyces parabailii. Os resultados mostraram que os óleos essenciais foram o material vegetal mais ativo. Todos os óleos essenciais exibiram atividade antimicrobiana nas espécies de leveduras estudadas; particularmente, o óleo essencial de T. vulgaris evidenciou o efeito mais potente, seguido por C. flexuosus e C. citratus. Devido à sua elevada atividade, foi avaliado o mecanismo de morte celular do óleo de T. vulgaris. Foi evidenciado que, embora o óleo de tomilho tenha induzido morte celular em concentrações reduzidas (100 µg/mL), apenas aumentou ligeiramente a permeabilidade da membrana e acumulação de espécies recativas de oxigénio. Adicionalmente, dado que os extratos hidroalcoólicos de M. piperita e S. sclarea não apresentaram atividade antimicrobiana e, pelo contrário, um ligeiro aumento de biomassa foi evidenciado nos ensaios de crescimento, um potencial efeito protetor do envelhecimento celular foi estudado na levedura S. cerevisiae por um período de 28 dias, sob restrição calórica extrema. Resultados promissores foram observados com o extrato de S. sclarea, cujas diferenças significativas na viabilidade celular entre células tratadas e não tratadas foram observadas ao longo do tempo do ensaio. Em conclusão, os resultados obtidos neste estudo confirmaram a possibilidade de utilização de óleos essenciais como agente antimicrobiano alternativo ou complementar na proteção contra leveduras de contaminação alimentar.

The intensive use of chemical pesticides in recent decades has raised serious problems to the environment and human health. Consequently, the interest in natural products and their application has been of interest in recent years. The main objective of this study was to evaluate the antimicrobial activity of essential oils and hydroalcoholic extracts, envisaging their future application in agriculture and in the conservation of fresh fruits and vegetables postharvest. Hence, the antimicrobial activity of 12 plant extracts and essential oils, known to have antimicrobial activity against a large number of microorganisms, was tested against food spoilage yeasts, Saccharomyces cerevisiae and Zygossacharomyces parabailii. The results showed that essential oils were the most active plant material. All essential oils exhibited antimicrobial activity in the studied yeast species; particularly, the essential oil of T. vulgaris showed the most potent effect, followed by C. flexuosus and C. citratus. Due to its high activity, the mechanism of cell death of T. vulgaris oil was evaluated. It was evidenced that, although thyme oil induced cell death in low concentrations (100 µg/mL), it only slightly increased the membrane permeability and accumulation of reactive oxygen species. In addition, given that the hydroalcoholic extracts of M. piperita and S. sclarea did not show antimicrobial activity and, on the contrary, a slight increase in biomass was evidenced in the growth experiments, a potential protective effect of cell aging was studied in the yeast S. cerevisiae over a period of 28 days, under extreme caloric restriction. Promising results were observed with the extract of S. sclarea, whose significant differences in cell viability between treated and untreated cells were continuous over time. In conclusion, the results obtained in this study confirmed the possibility of using essential oils as an alternative or complementary antimicrobial agent to protect against food contamination yeasts.