Μελέτη της αντιμικροβιακής δράσης των συστατικών χαρουπιού

Αποστόλου, Χριστίνα

Study of the antimicrobial activity of carob components

Πτυχιακή εργασία

Author

Αποστόλου, Χριστίνα

Date

2023-09-26

Advisor

Batrinou, Anthimia

Πτυχιακή εργασία (8.086Mb)

Keywords

Εκχυλίσματα χαρουπιού ; Αντιμικροβιακή δράση ; Πολυφαινόλες ; Εκχύλιση με διαβροχή ; Παθογόνοι μικροοργανισμοί ; Bioscreen C

Abstract

Ο σκοπός της παρούσας ερευνητικής εργασίας είναι η διερεύνηση της αντιμικροβιακής δράσης που παρουσιάζουν τα συστατικά του ελληνικού χαρουπιού έναντι τεσσάρων παθογόνων βακτηριακών στελεχών, της Escherichia coli, του Staphylococcus aureus, της Salmonella Typhimurium και Listeria monocytogenes. Αρχικά έγινε αναφορά στην ιστορική αναδρομή της χαρουπιάς και στα βοτανικά χαρακτηριστικά της. Στην συνέχεια έγινε εκτενέστερη περιγραφή της χημικής σύστασης των διάφορων τμημάτων της χαρουπιάς, με ιδιαίτερη έμφαση στις πολυφαινολικές ενώσεις οι οποίες χαρακτηρίζονται για το ισχυρό αντιμικροβιακό δυναμικό τους. Ακολούθως έγινε μια σύντομη ανάλυση των διάφορων μεθόδων εκχύλισης και τεχνικών προσδιορισμού φαινολικών ενώσεων. Επιπλέον, έγινε βιβλιογραφική ανασκόπηση της αντιμικροβιακής δράσης που παρουσιάζει η χαρουπιά, με τις πλείστες έρευνες να εστιάζουν στις πολυφαινολικές τους ενώσεις. Ακόμη, αναλύθηκαν δύο ευρέως γνωστές μέθοδοι αξιολόγηση και ελέγχου αντιμικροβιακής ικανότητας, με ιδιαίτερη έμφαση στο αυτοματοποιημένο και ταχύ σύστημα θολομέτρησης, Bioscreen C το οποίο χρησιμοποιήθηκε στο πειραματικό πλαίσιο. Τέλος, παρουσιάστηκαν οι σημαντικότερες κατηγορίες τροφιμογενών, παθογόνων μικροοργανισμών. Όσον αφορά το πειραματικό μέρος, παρασκευάστηκαν εκχυλίσματα χαρουπιάς με την μέθοδο διαβροχής και με την χρήση μη τοξικών διαλυτών. Συγκεκριμένα οι διαλύτες που χρησιμοποιήθηκαν ήταν το νερό και το μίγμα νερού:αιθανόλης 90:10. Για τους σκοπούς της έρευνας, πραγματοποιήθηκαν δύο πειραματικές διαδικασίες. Στην πρώτη μελετήθηκε η αντιμικροβιακή ικανότητα όλων των τμημάτων της χαρουπιάς έναντι στους μικροοργανισμούς Escherichia coli και Staphylococcus aureus, ενώ στην δεύτερη μελετήθηκε η αντιμικροβιακή ικανότητα εκχυλισμάτων άγουρων (πράσινων) λοβών διαφορετικών σταδίων ωρίμανσης έναντι και των τεσσάρων μικροοργανισμών. Τα αποτελέσματα οπτικής πυκνότητας που ελήφθησαν από το Bioscreen C, επεξεργάστηκαν με την βοήθεια του προγράμματος ComBase – DMFit 3_5 στην Microsoft Excel. Η αξιολόγηση της αντιμικροβιακής ικανότητας των εκχυλισμάτων, έναντι των διαφόρων προς μελέτη μικροοργανισμών, στηρίχθηκε στην ανάλυση των καμπυλών ανάπτυξης, στην στατιστική ανάλυση των ειδικών ρυθμών ανάπτυξης των μικροοργανισμών και στον παράγοντα αναστολής (% inhibition). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι για κάθε μικροοργανισμό, τουλάχιστον ένα εκχύλισμα παρουσίασε μια ικανοποιητική αντιμικροβιακή ικανότητα. Αξιοσημείωτη είναι η αντιμικροβιακή ικανότητα που παρουσίασε το εκχύλισμα άγουρου (πράσινου) λοβού με μήνα ωρίμανσης τον Μάιο του 2022 και με διαλύτη το μίγμα νερού:αιθανόλης 90:10 ενάντια στην Salmonella Typhimurium.

Abstract

The primary objective of this study is to explore the antimicrobial properties of Greek carob components against four pathogenic bacterial strains: Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Salmonella Typhimurium, and Listeria monocytogenes. The research journey begins with an introduction to the historical and botanical aspects of carob, followed by an in-depth examination of the chemical composition of various carob parts. Special emphasis is placed on polyphenolic compounds, renowned for their robust antimicrobial potential. Additionally, the study provides a concise overview of diverse extraction methods and techniques employed for quantifying phenolic compounds. To substantiate these findings, a comprehensive literature review is conducted, focusing predominantly on the antimicrobial attributes of carob, particularly its polyphenolic compounds. Furthermore, the study assesses two widely recognized methods for antimicrobial evaluation and testing, with a particular spotlight on the automated and rapid tholometric system known as Bioscreen C, which is the linchpin of our experimental framework. In order to contextualize the study, an introduction to the most pertinent classes of foodborne, pathogenic microorganisms is presented. The experimental section details the preparation of carob extracts through the maceration method employing non-toxic solvents, specifically, water and a 90:10 water-ethanol mixture. Our research design encompasses two distinct experimental procedures. The first evaluates the antimicrobial potential of all carob parts against Escherichia coli and Staphylococcus aureus, while the second investigates the antimicrobial efficacy of extracts from unripe (green) carob pods at various stages of ripening against all four target microorganisms. For data analysis, optical density results obtained from Bioscreen C are processed using the ComBase - DMFit 3_5 program within Microsoft Excel. The assessment of extract antimicrobial capacity against the various studied microorganisms relies on the analysis of growth curves, statistical scrutiny of the specific growth rates of these microorganisms, and the computation of inhibition factors (% inhibition). The results yield promising findings, with at least one extract demonstrating satisfactory antimicrobial capabilities against each microorganism. Notably, the extract from unripe (green) pods maturing in May 2022, prepared with a solvent mixture of water and ethanol (90:10), stands out for its noteworthy antimicrobial activity against Salmonella Typhimurium.