Estudio de los parámetros fisicoquímicos de los complejos de timol, carvacrol y linalol en ciclodextrinas y evaluación del efecto de la complejación en su actividad amtimicrobiana.

Abstract

La demanda de compuestos naturales en la industria alimentaria para su empleo como conservantes ha aumentado significativamente en los últimos años, debido fundamentalmente a la percepción negativa que tienen los consumidores hacia los compuestos de síntesis química. Dentro de este grupo de posibles candidatos naturales, tanto los Aceites Esenciales (AE), como sus componentes ofrecen soluciones viables a corto plazo. Respecto a la composición de los AE, destaca mayoritariamente la presencia de terpenos, entre ellos timol, carvacrol y linalol, que ejercen una marcada influencia sobre las propiedades biológicas que se les atribuyen. Si bien diferentes estudios han evidenciado la potencial actividad antifúngica, antimutagénica, anticancerígena, antiviral, antioxidante, antidiabética y anti-inflamatoria de estos monoterpenos, hasta la fecha su aplicación en la industria alimentaria está limitada, ya que son compuestos hidrofóbicos, sensibles a la acción de agentes externos como el oxígeno, la luz ultravioleta y la temperatura, sufriendo también modificaciones estructurales catalizadas por numerosas enzimas oxidativas. Además, su intenso aroma hace que al incorporarlos a los alimentos estos modifiquen sus propiedades organolépticas provocando el rechazo del consumidor; e incluso, pueden causar alergias por contacto o ingestión a las concentraciones empleadas usualmente en fragancias y perfumes, constituyendo un inconveniente para su formulación y manipulación previa a su posible aplicación en diferentes sectores industriales (alimentación, cosmética, química o farmacéutica, entre otras). Así, dados los beneficios atribuidos a los AE, sería interesante poder desarrollar estrategias que permitan solventar los inconvenientes intrínsecos a sus propiedades fisicoquímicas, que restringen hasta la fecha su amplio uso. Así, entre las posibles soluciones alternativas planteamos el empleo de CDs, unos azúcares cíclicos que tienen la capacidad de formar complejos de inclusión con un gran número de sustancias, aumentando su solubilidad y ejerciendo un efecto protector frente a factores ambientales externos. En base a todo lo expuesto anteriormente, el principal objetivo de esta Tesis doctoral se ha centrado en el estudio de la complejación de timol, carvacrol y linalol en diversos tipos de CDs nativas y modificadas, como etapa previa para evaluar posteriormente el efecto de la complejación sobre su actividad antimicrobiana. En primer lugar, se llevó a cabo el estudio de timol, carvacrol y linalol a diferentes valores de pH, para optimizar el tipo de CD y medio de reacción que sustentan el mayor valor de constante de complejación. Una vez demostrada la capacidad de HP-β-CDs para formar complejos de inclusión con los analitos objeto de estudio y dada su mayor eficacia a pH neutro con respecto a las nativas ensayadas, se seleccionó HP-β-CDs para la formación de complejos de inclusión a pH neutro por dos métodos, el de solubilidad y el de irradiación por microondas, atomizando posteriormente las disoluciones en Spray Dryer para la obtención de partículas sólidas, ya que podrían ser de gran utilidad en la industria alimentaria al facilitar su manejo y almacenamiento posterior. Así, se procedió a optimizar la preparación de los complejos sólidos por dos vías, con la finalidad de seleccionar aquel método que ofreciese mejores prestaciones, estableciendo como criterio los valores de eficacia de complejación, carga de materia activa, constante de complejación y estabilidad obtenidos. Para aportar solidez científica a los resultados experimentales, los complejos obtenidos siguiendo el protocolo optimizado en una etapa anterior, se caracterizaron mediante el empleo de diferentes técnicas instrumentales con el fin de simular el resultado final y confirmar la inclusión de los monoterpenos objeto de estudio en la cavidad de HP-β-CD. Así, los complejos sólidos de timol, carvacrol y linalol se evaluaron mediante resonancia magnética nuclear, calorimetría diferencial de barrido, termogravimetría y espectrometría infrarroja por transformada de Fourier, simulando la estructura del complejo obtenido por modelado molecular. Una vez caracterizados los complejos, se estudió el efecto de la inclusión de timol, carvacrol y linalol en HP-β-CDs sobre su actividad antimicrobiana, con vistas a sustentar las evidencias necesarias para una posible aplicación como conservantes naturales en la industria alimentaria. Para ello, se seleccionó un microorganismo Gram (–) como Escherichia. coli y otro Gram (+) como Staphylococcus. aureus, como vía para comparar su espectro de acción, mostrando mayor actividad antimicrobiana los complejos de timol y carvacrol obtenidos por el método de solubilidad. Por último, se llevo a cabo un estudio para comprobar si las combinaciones binarias de los complejos de timol, carvacrol y linalol, potenciaban o no el efecto antimicrobiano con respecto al descrito en los complejos aislados, revelando los resultados obtenidos que la acción combinada de timol y carvacrol favorece la actividad antimicrobiana frente a E. coli y S. aureus.