Novas concepções para a atividade antimicrobiana do óleo essencial de canela (Cinnamomum verum) e do cinamaldeído

Abstract

RESUMO: Atualmente há uma necessidade de novas opções antimicrobianas para o tratamento de infecções causadas por bactérias patogênicas, que apresentam resistência aos antimicrobianos convencionais. O objetivo deste estudo foi avaliar a atividade antimicrobiana do óleo essencial (OE) de canela (Cinnamomum verum) e do seu composto majoritário cinamaldeído com novas perspectivas para melhor eficiência de aplicabilidade. Foram elaborados dois trabalhos distintos: Artigo 1) A mastite bovina é uma doença frequente no rebanho leiteiro e os principais micro-organismos associados a sua incidência são do gênero Staphylococcus. Dentre as propostas para novos bioativos antimicrobianos, estão os OEs por terem atividade conhecida contra uma grande variedade de micro-organismos. O objetivo do presente estudo foi comparar a atividade antimicrobiana do OE de canela e do seu composto majoritário cinamaldeído contra Staphylococcus aureus (ATCC 14458) e bactérias isoladas de leite mastítico Staphylococcus sp. O OE de canela foi caraterizado quimicamente por cromatografia gasosa/espectrometria de massa (CG/EM) e seus grupos funcionais comparados com o cinamaldeído por espectroscopia de infravermelho, com transformada de Fourier e reflexão total atenuada (FTIR-ATR). Foram determinadas a Concentração Inibitória Mínima (CIM) e a Concentração Bactericida Mínima (CBM) do OE de canela e do cinamaldeído, assim como, seus efeitos nas células de S. aureus visualizados por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET). Também foi realizada uma avaliação de sinergismo do OE de canela e do cinamaldeído com drogas antimicrobianas convencionais. A substância cis-cinamaldeído (58,7%) foi identificada como componente majoritário do OE de canela, o espectro de infravermelho apresentou fortes bandas entre 1680-690 cm-1 , que significa a presença de ligações C=O, C-C, C-O e C-H, inferindo-se a presença de compostos aromáticos. Os valores de CIMs determinados contra todas as cepas testadas variaram entre 0,8 e 1,6 mg.mL-1. As imagens de MEV e MET (pós-tratamento com OE de canela e o cinamaldeído) mostraram as células de S. aureus de formato rugoso, com resíduos aderidos na parede celular, desuniformes e regiões irregulares nos pontos de divisão celular. Tanto o OE de canela, como o cinamaldeído, apresentaram indeterminada atividade antimicrobiana (halo não mensurável e acima de 90 mm) em sinergismo com antimicrobianos convencionais, o que traz a perspectiva de intensificação da ação antimicrobiana de fármacos veterinários utilizados no tratamento de mastite causada por bactérias multirresistentes. Artigo 2) O uso de novos antimicrobianos naturais passou a ter atenção de indústria farmacêutica e de alimentos, além dos consumidores finais, como opções aditivas aos antibióticos convencionais para micro-organismos resistentes e também como conservantes naturais. O objetivo do presente estudo foi avaliar as propriedades térmicas do OE de canela extraído por hidrodestilação e sua atividade antibacteriana. A caracterização química foi realizada por CG/EM e os grupos funcionais foram inferidos por FTIR-ATR. A decomposição do OE foi avaliada por meio de técnicas de Análise Termogravimétrica (TG), para a derivação de primeira ordem das curvas de TG e a variação de entalpia de vaporização foi obtida por meio da integral do termograma da análise de Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC). A energia de ativação do OE foi calculada pelo método de Arrhenius. A atividade antimicrobiana do OE de canela foi avaliada contra oito cepas bacterianas, caracterizadas previamente, quanto as suas resistências aos antimicrobianos convencionais. Foram determinadas a CIM e a CBM pelo método de microdiluição em placas para as concentrações de 25,6, 12,8, 6,4, 3,2, 1,6, 0,8, 0,4, 0,2, 0,1 e 0,05 mg.mL-1. No OE de canela foram identificados 10 componentes, sendo que o (E)-Ácido cinâmico (67,70%) foi o componente majoritário. O OE de canela apresentou-se termicamente estável até 106,6oC (Tonset) e a Tdec ocorreu em 178,5oC e Toffset até 216,0 oC. O termograma obtido na TG mostrou uma única etapa de decomposição, com perda total da massa. O termograma de DSC apresentou transição endotérmica, a variação da entalpia (?H) e energia de ativação (Ea) foi de -531,6 KJ.Kg-1 e -1,26 ± 0,03 J/mol, respectivamente. As cepas bacterianas apresentaram resistência variada aos antibióticos testados, com variação dos valores de CIMs entre 0,8 e 1,6 mg.mL-1. O OE de canela iniciou efeito bactericida contra todas as bactérias testadas após 4 horas de contato e o CBM foi de 0,4 mg.mL-1, com exceção de Bacillus cereus (0,8 mg.mL-1). A análise das propriedades térmicas do OE de canela, evidenciou seu desempenho térmico estável até 106,6oC, sendo que esse OE apresentou amplo espectro antimicrobiano, podendo ser uma alternativa aos antimicrobianos convencionais. Desse modo, as novas concepções sobre atividade antimicrobiana do OE de canela, evidenciadas neste trabalho, estão direcionadas para uma aplicação tecnológica sustentável, por contribuir para otimização do uso de antimicrobianos contra a mastite e para a sua aplicação na indústria de alimentos. Consequentemente, a aplicação de OEs em escala industrial estimularia toda a cadeia produtiva, para obtenção do produto, que poderia ser estimulada por práticas sustentáveis, desde a obtenção da matéria-prima até a sua industrialização e comercialização.

ABSTRACT: Currently, there is a need for new antimicrobial options for the treatment of infections caused by pathogenic bacteria, which are resistant to conventional antimicrobials. The aim of this study was to evaluate the antimicrobial activity of cinnamon essential oil (OE) (Cinnamomum verum) and its major cinnamaldehyde compound with new perspectives for better applicability efficiency. Two different works were elaborated: Article 1) Bovine mastitis is a frequent disease in the dairy herd and the main microorganisms associated with its incidence are of the genus Staphylococcus. Among the proposals for new ntimicrobial bioactives are OEs for having known activity against a wide variety of microorganisms. The aim of the present study was to compare the antimicrobial activity of cinnamon OE and its major compound cinnamaldehyde against Staphylococcus aureus (ATCC 14458) and bacteria isolated from mastitic milk Staphylococcus sp. Cinnamon OE was chemically characterized by gas chromatography / mass spectrometry (CG / MS) and its functional groups compared to cinnamaldehyde by Fourier transform infrared spectroscopy and attenuated total reflection (FTIR-ATR). The Minimum Inhibitory Concentration (MIC) and the Minimum Bactericidal Concentration (MBC) of cinnamon and cinnamaldehyde were determined, as well as their effects on S. aureus cells visualized by Scanning Electron Microscopy (SEM) and Transmission Electron Microscopy (TEM). A synergism assessment of cinnamon and cinnamaldehyde with conventional antimicrobial drugs was also carried out. The cis-cinnamaldehyde substance (58.7%) was identified as a major componente of cinnamon OE, the infrared spectrum showed strong bands between 1680-690 cm-1, which means the presence of C = O, C-C, C-O and C-H, inferring the presence of aromatic compounds. The MIC values determined against all strains tested ranged between 0.8 and 1.6 mg.mL-1. The SEM and TEM images (post-treatment with cinnamon OE and cinnamaldehyde) showed roughly shaped S. aureus cells, with residues adhered to the cell wall, uneven and irregular regions at the cell Division points. Both cinnamon OE and cinnamaldehyde showed undetermined antimicrobial activity (halo not measurable and above 90 mm) in synergism with conventional antimicrobials, which brings the perspective of intensifying the antimicrobial action of veterinary drugs used in the treatment of mastitis caused by multidrug-resistant bacteria. Article 2) The use of new natural antimicrobials has come to the attention of the pharmaceutical and food industry, in addition to the final consumers, as aditive options to conventional antibiotics for resistant microorganisms and also as natural preservatives. The objective of the present study was to evaluate the termal properties of cinnamon OE extracted by hydrodistillation and its antibacterial activity. Chemical characterization was performed by CG / MS and the functional groups were inferred by FTIR-ATR. The decomposition of the OE was evaluated using techniques of Thermogravimetric Analysis (TG), for the first order derivation of the TG curves and the variation in vaporization enthalpy was obtained through the integral of the thermogram of the Differential Scanning Calorimetry analysis (DSC). The activation energy of the OE was calculated using the Arrhenius method. The antimicrobial activity of cinnamon OE was evaluated against eight bacterial strains, previously characterized in terms of their resistance to conventional antimicrobials. MIC and MBC were determined by the microdilution plate method for concentrations of 25.6, 12.8, 6.4, 3.2, 1.6, 0.8, 0.4, 0.2, 0.1 and 0.05 mg.mL-1. In cinnamon OE, 10 components were identified, with (E)-Cinnamic acid (67.70%) being the major component. Cinnamon OE was thermally stable up to 106.6 oC(Tonset) and Tdec occurred at 178.5 oC and Toffset up to 216.0 oC. The thermogram obtained at TG showed a single decomposition step with total loss of mass. The DSC thermogram showed endothermic transition, the variation in enthalpy (?H) and activation energy (Ea) was -531.6 KJ.Kg-1 and -1.26 ± 0.03 J / mol, respectively. The bacterial strains showed varied resistance to the tested antibiotics, with a variation in MIC values between 0.8 and 1.6 mg.mL-1. Cinnamon OE initiated bactericidal effect against all bacteria tested after 4 hours of contact and CBM was 0.4 mg.mL-1, with the exception of Bacillus cereus (0.8 mg.mL-1). The analysis of the thermal properties of cinnamon OE showed its stable thermal performance up to 106.6 oC, being that this OE presented a broad antimicrobial spectrum, being na alternative to conventional antimicrobials. Thus, the new conceptions about antimicrobial activity of cinnamon OE evidenced in this work are directed towards a sustainable technological application for contributing to the optimization of the use of antimicrobials against mastitis and for its application in the food industry. Consequently, the application of OEs on an industrial scale would stimulate the entire production chain to obtain the product, which could be stimulated by sustainable practices, from obtaining the raw material to its industrialization and commercialization.