Microbial synergism between essential oils and synthetic preservatives used in the food industry

Authors

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v11i3.26535

Keywords:

Essential oil; Synthetic antimicrobial; Synergism.

Abstract

The use of food additives is necessary for the distribution of food, but due to the concern of consumers with food, the food industry increasingly seeks to reduce the use of synthetic additives, without reducing the quality of its products. Therefore, this work aimed to evaluate the antimicrobial effect of essential oils by the disk-diffusion method, the minimum inhibitory concentration (MIC) in microplates and their possible synergism with synthetic antimicrobials normally used by the industry by the "checkerboard" method. Among the evaluated oils (Rosemary, Basil, Tangerine, Peppermint and Copaíba), Basil showed the highest antimicrobial activities in the disk diffusion test and Copaíba, the lowest. In the MIC analysis, it was observed that Rosemary and Copaíba were more effective against L. monocytogenes and S. aureus (0.31 mg.mL-1); Basil against S. Typhimurium and L. monocytogenes (0.62 mg.mL-1); Tangerine against L. monocytogenes (0.31 mg.mL-1) and Peppermint against B. cereus (0.62 mg.mL-1). Synthetic antimicrobials were effective against all bacteria and their concentration varied between 15 and 1.5 mg.mL-1. When analyzing the synergism test, it was verified that the oil that presented the most predominant synergistic associations was Basil, while the other oils had more indifferent or additive associations. Therefore, the present research concludes that there is in vitro synergism between synthetic antimicrobials and essential oils, creating a possibility for the food industry to reduce the use of synthetic additives by applying these associations in their products.

References

Aligianis, N., Kalpoutzakis, E., Mitaku, S., & Chinou, I. B. (2001). Composition and antimicrobial activity of the essential oil of two Origanum species. Journal of Agricultureand Food Chemistry, 49, 4168-4170. doi: 10.1021/jf001494m.

Alves, E. G., Vinholis, A. H. C., Casemiro, L. A., Furtado, N. A. J. C., Silva, M. L. A., Cunha, W. R., & Martins, C. H. G. (2008). Estudo comparativo de técnicas de screening para avaliação da atividade anti-bacteriana de extratos brutos de espécies vegetais e de substâncias puras. Química Nova, 31(5), 1224–1229. doi:10.1590/s0100-40422008000500052

Amparo, T. R., Braga, V. C. C., Seibert, J. B., Souza, G. D., & Teixeira, L. F. M. (2018). Métodos para avaliação in vitro da atividade antimicrobiana de plantas medicinais: a necessidade da padronização. Infarma, 30(1), 50-9. doi:10.14450/2318-9312.v30.e1.a2018.pp50-59

Bakkali, F., Averbeck, S., Averbeck, D., & Idaomar, M. (2008). Biological effects of essential oils – A review. Food and Chemical Toxicology, 46, 446 – 475. doi:10.1016/j.fct.2007.09.106

Bassolé, I. H. N., & Juliani, H. R. (2012). Essential Oils in Combination and Their Antimicrobial Properties. Molecules, 17(4), 3989-4006. doi: 10.3390/molecules17043989

Brasil. (1998). Agência Nacional de Vigilância Sanitária - ANVISA. Portaria nº 540 – SVS/MS de 27 de outubro de 1997. Aprova o Regulamento Técnico: Aditivos Alimentares - definições, classificação e emprego. Disponível em: http://antigo.anvisa.gov.br/legislacao#/visualizar/382062. Acessado em 02 de fevereiro de 2022.

Brasil. (2013). Agência Nacional de Vigilância Sanitária – ANVISA. Resolução – RDC nº 08, de 06 mar. de 2013. Dispõe sobre a aprovação de uso de aditivos alimentares para produtos de frutas e de vegetais e geleia de mocotó. Diário Oficial da União, Brasília.

Carvalho, I. O. (2016). Atividade antibacteriana de óleos essenciais e cremes dentais fitoterápicos em bactérias cariogênicas. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Viçosa.https://locus.ufv.br//handle/123456789/9362

Castorani, G. M., & Figueiredo, L. A. (2018). Atividade antimicrobiana in vitro de óleos essenciais contra patógenos alimentares. Trabalho de Conclusão de Curso do curso de Farmácia da Universidade Federal de Alfenas – MG.

CDC - Centers for Disease Control and Prevention. Food bornegerm sandillnesses. (2020). Disponível em: https://www.cdc.gov/foodsafety/foodborne-germs.html. Acessado em 02 de fevereiro de 2022.

Chen, H., & Zhong, Q. (2018). Antibacterial activity of acidified sodium benzoate against Escherichia coli O157:H7, Salmonella enterica, and Listeria monocytogenes in tryptic soy broth and on cherry tomatoes. International Journal of Food Microbiology, 274, 38–44. doi: 10.1016/j.ijfoodmicro.2018.03.017

Chouhan, S., Sharma, K., & Guleria, S. (2017). Antimicrobial Activity of Some Essential Oils-Present Status and Future Perspectives. Medicines (Basel, Switzerland), 4(3), 58. doi: 10.3390/medicines4030058

Copetti, N. F. (2019). Aditivos alimentares e suas consequências para a saúde humana. Trabalho de Conclusão de Curso de Graduação em Nutrição do Centro Universitário Unifacvest, Lages, Santa Catarina, 2019. https://bityli.com/WiEMR

Cutrim, E. S. M., Teles, A. M., Mouchrek, A. N., Mouchrek Filho, V. E., & Everton, G. O. (2019). Avaliação da Atividade Antimicrobiana e Antioxidante dos Óleos Essenciais e Extratos Hidroalcoólicos de Zingiberofficinale (Gengibre) e Rosmarinusofficinalis (Alecrim) Rev. Virtual Quim., 11 (1), 60-81. doi: 10.21577/1984-6835.20190006

Daltoé, M. M. L., Marques, C., Lise, C. C., Bordim, J.; Brenda, L. S., Casagrande, M., & Lima, V. (2020). Percepção do consumidor sobre antioxidantes alimentares. sintético vs. natural. Avanços em Ciência e Tecnologia de Alimentos - Volume 1. Disponível em: https://downloads.editoracientifica.org/books/978-65-87196-58-9.pdf. Acessado em 02 de fevereiro de 2022.

Ekhtelat, M., Bahrani, Z., Siahpoosh, A., & Ameri, A. (2019). Evaluation of Antibacterial Effects of Mentha spicata L., Cuminum cyminum L. and Mentha longifolia L. Essential Oils Individually and in Combination with Sodium Benzoate Against Escherichia coli O157: H7 and Listeria monocytogenes. Jundishapur Journal Of Natural Pharmaceutical Products, 14(3). https://www.sid.ir/en/journal/ViewPaper.aspx?id=766109

Eninger, M., Ramos, A. V. G., & Tiuman, T. S. (2017). Antibacterial activity of coriander and oregano essential oils and their effects on the association with chemical food preservative. 29° Congresso Brasileiro de Microbiologia. Foz do Iguaçu, Paraná, Brasil. Disponível em: https://bityli.com/pXAHL Acessado em 02 de fevereiro de 2022.

Favero, D. M., Ribeiro, C. S. G., & Aquino, A. D. (2011). Sulfitos: Importância na indústria alimentícia e seis possíveis malefícios à população. Segurança Alimentar e Nutricional, 18 (1), 11-20. doi: 10.20396/san.v18i1.8634684

Ferreira, R. D., Soares, R. A., Carvalho, L. A., Silva, G. A., Oliveira, C. A., & Silva, G. A. (2020). Determinação da concentração inibitória mínima de conservantes alimentares para o controle de Salmonellatyphimurium. Holos, Ano 36, v.4. doi: 10.15628/holos.2020.10069

Fodil, S., Delgado, J., Varvaro, L., Yaseen, T., & Rodríguez, A. (2018). Effect of potassium sorbate (E‐ 202) and the antifungal PgAFP protein on Aspergillus carbonariusgrowthand ochratoxin A production in raisin simulating media. Journal of the Science of Food and Agriculture, 98, 5785– 5794.doi: 10.1002/jsfa.9128

Freire, I. C.M., Pérez, A. L. A. L., Cardoso, A. M. R., Mariz, B. A. L. A., Almeida, L. F. D., Cavalcanti, Y. W., & Padilha, W. W. N, (2014). Atividade antibacteriana de Óleos Essenciais sobre Streptococcus mutans e Staphylococcus aureus. Revista Brasileira de Plantas Medicinais, 16.doi:10.1590/1983-084X/12_053

García-Díez, J., Alheiro, J. & Pinto, A.L. (2016). Behaviour of food-borne pathogens on dry cured sausagemanufactured with herbs and spices essential oils andtheir sensorial acceptability. Food Control, 29, 262-270.doi:10.1111/jfpp.13056

Guimarães, A. L., Cunha, E. A., Matias, F. O., Garcia, P. G., Danopoulos, P., Swikidisa, R., Pinheiro, V. A., & Nogueira, R. J. (2016). Antimicrobial activity of copaiba (Copaifera officinalis) and pracaxi (Pentaclethramacroloba) oils against staphylococcus aureus: importance in compounding for wound care. International Journal of Pharmaceutical Compounding, 20 (1), 58–62.

Gutierrez, J., Barry-Ryan, C., & Bourke, P. (2008). The antimicrobial efficacy of plant essential oil combinations and interactions with food ingredients. International Journal of Food Microbiology,124, 91-97. doi: 10.1016/j.ijfoodmicro.2008.02.028

Jay, J. M. (2005). Microbiologia de Alimentos. Artmed, 6° edição.

Jing-En,L., Song-Tao, F., Zeng-Hui, Q., Chang, L, & Shao-Ping, N. (2015). Total flavonoids content, antioxidant and antimicrobial activities of extracts from MoslachinensisMaxim. cv. Jiangxiangru.LWT -Food Science and Technology, 64(2), 1022-1027.doi: 10.1016/j.lwt.2015.07.033

Ladeira, N. M., Soares, R. A., Silva, E. M. C., Borges, S. V., Dias, M. V., Piccoli, R. H., & Azevedo, V. M. (2017). Caracterização de filmes antimicrobianos a base de isolado proteico de soro/metabissulfito de sódio. Anais do 14º Congresso Brasileiro de Polímeros. Disponível em:http://e-democracia.com.br/cbpol/anais/2017/pdfs/plenary/01-007.pdf. Acessado em: 02 de fevereiro de 2022.

Lewis, R. E., Dickema, D. J., Messer, S. A., Pfaller, M. A., & Klepser, M. E. (2002). Comparison of Estest, chequerboard dilution and time-kill studies for the detection of synergy or antagonism between antifungal agents tested against Candida species. Journal of Antimicrobial Chemotherapy, 49, 345-351. doi: 10.1093/jac/49.2.345

Marchioro, P. N. C., Mariscal, A. G., Pinheiro, C., Nepoceno, K. L., Coelho, R. S. V. C., Fernandes, H. M., & Vivi, V. K. (2018). Antimicrobial activity of natural/commercial copaiba oil-resin against standard strains. Journal Health NPEPS, 3 (2),527–539. doi: 10.30681/25261010

Masson, D. S., Salvador, S. L., Polizello A. C. M., & Frade, M. A. C. (2013). Atividade antimicrobiana do óleo-resina de copaíba (Copaiferalangsdorfii) em bactérias de significância clínica em úlceras cutâneas. Revista Brasileira de Plantas Medicinais. 15 (4), 664–669. doi: 10.1590/S1516-05722013000500006

Mendonça, F. P. T. (2018). Atividade antimicrobiana de óleo essencial de manjericão (OcimumBasilicum l.) contra bactérias patogênicas e deterioradoras relacionadas a alimentos. Trabalho de Conclusão de Curso, Universidade Tecnológica Federal de Sergipe, São Cristovão, SE, Brasil. https://ri.ufs.br/handle/riufs/9638.

Ministério da Saúde. (2019).Surtos de doenças transmitidas por alimentos no Brasil – Informe 2018. Disponível em: https://bityli.com/KMiNr. Acessado em: 02 de fevereiro de 2022.

Mira, N. P., Teixeira, M. C., & Sá-Correia, I. (2010). Adaptive response and tolerance toweak acids in Saccharomyces cerevisiae: a genome-wide view. Omics: a journal of integrative biology, 14 (5), 525–540. doi: 10.1089/omi.2010.0072

Monteiro, A. R. P. (2015). Atividade antimicrobiana de óleos essenciais. Trabalho de Conclusão de Curso. Universidade Fernando Pessoa, Porto. http://hdl.handle.net/10284/5327

Mothana, R. A., & Lindequist, U. (2005). Antimicrobial activity of some medicinal plants of the island Soqotra. Journal of ethnopharmacology, 96 (1), 177-181.doi:10.1016/j.jep.2004.09.006

NCCLS, National Committee for Clinical Laboratory Standards. (2003). Methods for Dilution Antimicrobial Susceptibility Tests for BacteriaThat Grow Aerobically; Approved Standard, Sixth Edition, M7-A6.

Oliveira, R. D. F. (2015). Incorporação de óleo essencial de manjericão em filmes biodegradáveis à base de galactomanana e óleo de canola. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza - CE. https://repositorio.ufc.br/handle/riufc/16865

Pereira, A. S., Shitsuka, D. M., Parreira, F. J., & Shitsuka, R. (2018). Metodologiada pesquisa científica. [e-book]. Santa Maria. Ed. UAB/NTE/UFSM. Recuperado de https://repositorio.ufsm.br/bitstream/handle/1/15824/Lic_Computacao_MetodologiaPesquisa-Cientifica.pdf?sequence=1

Pereira, L. F. S., Inácio, M. L. C., Pereira, R. C., & De Angelis-Pereira, M. C. (2015). Prevalence of Additives in Processed Food Marketed in a South City of Minas Gerais. Revista Ciências Em Saúde, 5(3), 46-52. https://doi.org/10.21876/rcsfmit.v5i3.381.

Ramos, A. V. G., Eninger, M.C., Tiuman, T. S., & Adamczuck, S. S. (2015). Atividade antibacteriana e citotóxica do óleo essencial de tomilho (Thymusvulgaris l.) e avaliação de efeito sinérgico com conservantes sintéticos de alimentos. I Mostra Científica De Alimentos, Universidade Tecnológica Federal Do Paraná, Campus Medianeira. Disponível em: https://bityli.com/GJHsk. Acessado em 02 de fevereiro de 2022.

Raut, J.S., & Karuppayil, S.M. (2014). A status review on the medicinal properties of essential oils. Industrial Crops and Products, 62, 250 – 264. doi: 10.1016/j.indcrop.2014.05.055

Reis, J. B., Figueredo, L. A., Castorani, G. M., & Veiga, S. M. O. M. (2020). Avaliação da atividade antimicrobiana dos óleos essenciais contra patógenos alimentares. Brazilian. Journal of Health Review.3 (1),342-363. doi: 10.34119/bjhrv3n1-025

Rodrigues, F. A. F. (2017). Avaliação da atividade antibacteriana e antibiofilme in vitro de óleos essenciais em Actinobacillus pleuropneumoniae. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. https://locus.ufv.br//handle/123456789/16537

Santos, A. O., Freire, J. A. S., Carvalho, T. D., Barbosa, T. C., Prates, R. P., Silva, J. C. R. L., & Farias, P. K. S. (2016). Antibacterial and antioxidant activity of essential oils citrus with potentiality for inclusion as additives in foods. Caderno de Ciências Agrárias, 8 (3), 15-21.

Silva, A. A., Anjos, M. M., Ruiz, S. P., Panice, L. B., Mikcha, J. M. G., Junior, M. M., & Filho, B. A. A. (2015). Avaliação da atividade antimicrobiana dos óleos essenciais de Thymusvulgaris (tomilho), Syzygium aromaticum (cravo-da-índia) e Rosmarinus officinalis (alecrim) e dos conservantes benzoato de sódio e sorbato de potássio em Escherichia coli e Staphylococcus aureus. B.ceppa, 33 (1), 111-117. doi: 10.5380/cep.v33i1.43814

Silva, A. C., Iacuzio, R., Silva C., Xavier, T. J. R. M., & Cirone, N. C. S. (2018). Resistência antimicrobiana de Salmonella spp., Staphylococcus aureus e Escherichia coli isolados de carcaças de frangos: resistência a antibióticos e óleos essenciais. Revista Brasileira De Agropecuária Sustentável, 8(1). doi: 10.21206/rbas.v8i1.474

Silva, A. J., Oliveira, L. P., Rezende, J. C. D. P., & Saraiva, I. S. (2019). Avaliação da atividade antimicrobiana de óleos essenciais obtidos de diferentes fabricantes. Sinapse Múltipla, 8(1), 33-40. Recuperado de http://periodicos.pucminas.br/index.php/sinapsemultipla/article/view/19108.

Silva, K. B., & Mello P. L. (2021). Antibacterial activity of the essential oils of pepper mint (Mentha Piperita), japanese mint (Mentha Arvensis) and basil (OcimumBasilicum) against salmonella enterica and staphylococcus aureus atcc. Revista Saúde,15 (3-4). doi: 10.33947/1982-3282-v15n3-4-4374

Spisni E., Petrocelli, G., Imbesi, V., Spigarelli, R., Azzinnari, D., Sarti, M. D., Campieri, M., & Valerii, M. C. (2020). Antioxidant, Anti-Inflammatory, and Microbial-Modulating Activities of Essential Oils: Implications in Colonic Pathophysiology. Journalof Molecular Sciences. doi:10.3390/ijms21114152.

Tobouti, P. L., de Andrade Martins, T. C., Pereira, T. J., & Mussi, M. C. M. (2017). Antimicrobial activity of copaiba oil: A review and a call for further research. Biomedicine & Pharmacotherapy, 94, 93–99. doi:10.1016/j.biopha.2017.07.092

Wang, J., Ma, M., Yang, J., Chen, L., Yu, P., Wang, J., Gong, D., Deng, S., Wen, X., & Zeng, Z. (2018). In vitro antibacterial activity and mechanism of monocaprylin against Escherichia coli and Staphylococcus aureus. Journal of Food Protection, 81, 1988–1996. doi: 10.4315/0362-028X.JFP-18-248

Zago, J. A. A., Ushimaru, P. I., Barbosa, L. N., & Fernandes, A. J. (2009). Synergism between essential oils and antimicrobial drugs against Staphylooccus aureus and Escherichia coli strains from human infections. Revista Brasileira de Farmacognosia, 19 (4), 828-833. doi: 10.1590/S0102-695X2009000600005

Published

23/02/2022

How to Cite

LÁSCARIS, M. P. S.; AROXA , C. N. F.; PIO, A. R.; GONÇALVES, J. L. C.; NUNES, T. P. Microbial synergism between essential oils and synthetic preservatives used in the food industry. Research, Society and Development, [S. l.], v. 11, n. 3, p. e32011326535, 2022. DOI: 10.33448/rsd-v11i3.26535. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/26535. Acesso em: 23 apr. 2024.

Issue

Section

Agrarian and Biological Sciences