Aruera: una planta que genera alergias y mitos

Artículo en la Revista de la Asociación de Química y Farmacia del Uruguay. No. 67. Páginas 27-31. Agosto de 2013.

Introducción

La flora aromática está constituida por recursos vegetales que tienen como característica fundamental la de poseer un gran potencial biosintético generando compuestos químicos con propiedades de aroma y sabor. Dichos vegetales pertenecen a una variedad de familias botánicas que incluyen Asteraceae, Lamiaceae, Verbenaceae, Rutaceae, Piperaceae, Lauraceae, Myrtaceae y Apiaceae ⁽¹⁾. Las plantas aromáticas constituyen la base de una industria catalogada como no tradicional (industria esenciera), que se caracteriza por la obtención de aromas, sabores, fragancias y productos naturales diversos para su aplicación en la industrias alimentaria, cosmética y farmaceútica, así como en la agricultura. La demanda de dicha industria es reducida en cuanto a cantidad de productos, y altamente sujeta a fluctuaciones de mercado, por lo que el rubro es de baja atracción para los grandes capitales ⁽²⁾. Sin embargo, la explotación de los recursos aromáticos tiene un alto componente de desarrollo social, ya que dicha actividad involucra a pequeños productores (muchas veces bajo régimen de producción familiar) en predios de reducida extensión, con una alta demanda de mano de obra y en un enfoque de manejo de cultivo agroecológico ⁽³⁾. De acuerdo con ello, el conocimiento generado sobre nuevas aplicaciones tecnológicas teniendo como punto de partida a las plantas aromáticas puede contribuir al desarrollo de una cadena de producción agroindustrial, con obtención de productos novedosos.

Los compuestos químicos que integran el perfil aromático de dichas plantas son los llamados compuestos orgánicos volátiles biogénicos (BVOCs, por sus siglas en inglés), los que incluyen a nivel biosintético diferentes familias químicas (terpenos, fenilpropanoides, norisoprenoides y compuestos alifáticos derivados de ácidos grasos) y diversas funcionalidades químicas (hidrocarburos, alcoholes, cetonas, aldehídos, ácidos carboxílicos, aminas, tioles, etc.) ⁽⁴⁾. Los BVOCs son parte del metabolismo secundario de los vegetales, y tienen un rol fundamental en la adaptación de éstos a las condiciones ambientales y ecológicas en las que se desarrollan. Ejemplo de ello es el rol de los terpenos (α-pineno, limoneno y (E)-β-farneseno, entre otros) en la repelencia y deterrencia frente a herbívoros consumidores de dicho vegetal ⁽⁵⁾.

La extracción de los BVOCs a partir del material vegetal se puede realizar por diferentes técnicas, pero la más convencionalmente empleada implica la destilación por arrastre con vapor de los mismos, con equipos tanto a escala de laboratorio, como piloto e industrial. Dicha técnica implica, luego del arrastre, la condensación de los vapores a través de una camisa refrigerante, obteniéndose un condensado inmiscible con el agua denominado “aceite esencial” (AE). La razón etimológica de dicha denominación proviene desde los tiempos de los antiguos alquimistas, quienes consideraban que al destilar una planta obtenían su “esencia vital” o “quinta essentia” ⁽⁶⁾. Los aceites esenciales constituyen productos naturales de alto valor agregado, que en la actualidad tienen una amplia utilización en la fabricación de bebidas, golosinas, como solventes industriales y como precursores de síntesis química, entre otros ⁽⁷⁾.

Uruguay posee una flora aromática aún poco valorada, donde se encuentran muchas especies promisorias en generar productos de aplicación industrial y agrícola. Este antecedente motivó la formación de un equipo de investigación multidisciplinario que se ha abocado a la exploración sistemática de la riqueza de la flora aromática nativa, procurando conocer la composición química, la influencia de ésta con la metodología de extracción empleada, así como la bioactividad de AEs y extractos obtenidos. Para ello se ha trabajado sobre una diversidad de plantas nativas de Uruguay, varias de ellas consideradas tradicionalmente como “malezas”, y como tales, con escaso o nulo valor (Tabla 1).

El enfoque de estudio sobre bioactividad se ha dirigido hacia dos frentes: 1) identificación de fuente de aromas potencialmente innovadores y 2) ensayos de actividad de los AEs de plantas nativas frente a patógenos de cultivos que afectan frutas de plantas comerciales (cítricos, arándanos), las que son exportadas a mercados muy exigentes en la demanda por frutos sin residuos de productos químicos sintéticos.

La identificación del potencial aromático se realiza a través de la llamada cromatografía de gases-olfatometría (GC-O), donde a la vez que se efectúa la detección química de los componentes individuales de los AEs; se realiza la descripción a tiempo real de las notas aromáticas e intensidad que se perciben a lo largo de todo el experimento. Dicha metodología ya ha sido ampliamente aplicada para la evaluación organoléptica de alimentos, con especial énfasis en la evaluación del bouquet aromático de vinos finos ⁽⁸⁾, pero su aplicación a la evaluación de los perfiles aromáticos de plantas es incipiente ⁽⁹⁾.

En cuanto a la potencial aplicación de los productos naturales en la agricultura, esta iniciativa responde al profundo impacto negativo que ha provocado el uso tradicional masivo de los pesticidas de síntesis sobre el medio ambiente (contaminación de ecosistemas) y la población humana (proliferación de enfermedades, entre ellas cáncer) ⁽¹⁰⁾. Esto ha generado mayor conciencia, y con ello cambios en la estrategia de manejo de cultivos, particularmente en el caso de las enfermedades de las plantas. Consecuentemente, se ha incrementado el interés por encontrar alternativas a los fungicidas tradicionales que sean amigables con el medio ambiente e inocuos para los seres humanos. Ello ha conducido a explorar diferentes fuentes de compuestos antimicrobianos (bioprospección), y dentro de ellas, los derivados vegetales incluyendo los AEs. Estos, en general presentan bioactividad frente a organismos nocivos (como los patógenos de plantas), son de baja toxicidad para mamíferos, no tienen efecto neurotóxico, tienen baja persistencia en el medio ambiente y son biodegradables ⁽¹⁰⁾. Los BVOCs componentes de los AEs, pueden actuar sobre los microorganismos en forma directa inhibiendo la multiplicación de las bacterias, el crecimiento del micelio y/o la esporulación de los hongos; o en forma indirecta induciendo la resistencia de las plantas a los patógenos ⁽¹¹⁾. Una característica por demás atractiva de los AEs para su uso frente a patógenos de plantas es que, al ser sus constituyentes de naturaleza volátil, pueden afectar a los patógenos sin entrar en contacto directo con los vegetales de interés.

Un enfoque de trabajo en que se está incursionando, como forma de mejorar la aplicación de los AEs sobre frutos, es aplicar el potencial de la nanotecnología en la producción de películas comestibles que incluyan los mismos como forma alternativa para su aplicación.

Para demostrar parte de los trabajos que están siendo desarrollados por nuestro grupo, se detallarán algunos experimentos de determinación del potencial aromático de extractos volátiles florales de Baccharis dracunculifolia ⁽¹²⁾, así como se ilustrará la actividad antifúngica de varios AEs de plantas nativas contra Guignardia citricarpa un patógeno de cítricos ⁽¹³⁾.

Materiales y Métodos

Material vegetal

La colecta de las plantas se realizó en base a un manejo razonable de cantidad de material vegetal requerido para los subsecuentes estudios. Luego de colectado, el material vegetal fue oreado bajo condiciones de sombra durante un número variable de días de acuerdo a la especie y parte vegetal a ser utilizada (Tabla 1). La identificación taxonómica fue realizada por personal de la Cátedra de Botánica de la Facultad de Agronomía-UdelaR (G. Speroni), y muestras representativas fueron herborizadas.

Extracción

El material vegetal fue extraído por hidrodestilación, una forma de destilación por arrastre con vapor donde aquél es sumergido en agua y destilado in situ utilizando la llamada “trampa de Clevenger” ⁽¹⁴⁾, donde se produce la separación entre los AEs y el agua de condensación. Con el mismo principio, puede emplearse equipos de destilación a escala piloto, como el que se encuentra actualmente emplazado en la Estación Experimental INIA Salto Grande, el que tiene una capacidad de extracción de 30 kg de material vegetal (Figura 1).

Análisis Químico y Olfatométrico

El análisis de la composición química de los AEs fue realizada por cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas (GC-MS QP 5050, Shimadzu Corp.). La identificación de los componentes se realizó por comparación de espectros de masa con bibliotecas comerciales (Adams, NIST, Wiley) y con bibliotecas propias. Para la confirmación de la asignación, fueron calculados índices de retención lineal de Kovats (LRI) en columna apolar (polisiloxanos; SE-52) y polar (polietilenglicol; DB-Wax).

El análisis por GC-O (Shimadzu GC-14B, detector ODOI, Supelco) fue realizado por un panel de 5 jueces previamente entrenados. En cada evaluación, los jueces puntuaron la intensidad aromática que percibieron (0-3), suministrando un descriptor del mismo, procurando la clasificación en familias de aromas de acuerdo a la metodología usualmente empleada en evaluación sensorial de vinos “rueda de aromas” ⁽⁸⁾. Se empleó la siguiente fórmula para calcular la frecuencia de detección modificada (FM) ⁽¹⁵⁾:

FM = [F (%) * I (%)]^(1/2)

en donde F es la frecuencia de detección del aroma por parte de los jueces e I es la sumatoria de las intensidades expresada como porcentaje de la máxima intensidad percibida. Los datos tomados como válidos fueron aquellos en que al menos tres jueces determinaron la presencia de la nota aromática. Con el valor de FM, se confeccionaron aromogramas para ambos sexos de Baccharis dracunculifolia.

Bioactividad de AEs frente a hongos fitopatógenos

En la Figura 2 se muestran ejemplos de las técnicas de laboratorio convencionales utilizadas para evaluar la inhibición en el desarrollo del crecimiento de los hongos y en la germinación de las esporas, aplicadas en particular a la evaluación de la actividad antifúngica contra el patógeno de cítricos Guignardia citricarpa.

Nanoemulsificación de AEs para su potencial aplicación en la post-cosecha de cítricos

Las pre-emulsiones se formularon y caracterizaron ⁽¹⁶⁾ con el fin de obtener una nanoemulsión de tipo O/W (aceite/agua) basadas en componentes que cumplen diferentes funciones en la misma. Un ejemplo de formulación tipo es: agua destilada (medio dispersante), aceites comestibles como fase oleosa (medio disperso), surfactantes y estabilizantes (Figura 3).

Resultados y Discusión

En la Tabla 2 y Figura 4 se presentan los resultados de la composición y los experimentos de GC-O, para los AEs de ambos sexos de Baccharis dracunculifolia. Como puede verse, la composición de ambos aceites esenciales es semejante, sin embargo los perfiles olfatométricos son distintivos, con algunos componentes (como el caso del (E)-nerolidol y viridiflorol) no detectados en el caso de los ejemplares femeninos.

Los componentes que en general son percibidos en GC-O son los oxigenados, ya que presentan mayor difusividad en el epitelio nasal. Sin embargo, como puede verse, algunos componentes de naturaleza hidrocarbonada (α-pineno y β-pineno) pueden presentar altas FMs, mientras que el limoneno (hidrocarburo monoterpénico) no fue detectado olfativamente en ninguno de los casos.

Cada compuesto presenta una concentración límite, conocida como umbral de percepción, por encima de la cual los componentes presentan olor. Lo mismo repercute en que no haya  una correlación directa entre proporción en el AE y frecuencia de detección. Así, por ejemplo, el linalol tiene un umbral de detección bajo, que le permite ser percibido en proporción del 0.1-0.2% en el AE. En oposición, compuestos presentes en altas proporciones, por ejemplo el componente mayoritario (E)-nerolidol es no detectado o presenta una baja FM.

Los descriptores aromáticos listados, determinan parte de las notas particulares vinculadas a este AE permitiendo, eventualmente, decidir acerca de notas específicas (obtenidas en fracciones seleccionadas del AE) requeridas para aplicaciones particulares y absolutamente independientes del perfil aromático global y directo del AE.

En la Figura 3 se presenta un avance en el trabajo de aplicación de nanoemulsiones. El proceso que proporcionó microemulsiones más estables y en consonancia a esto, tamaños de gotas más pequeños, fue la homogenización a alta presión. Se obtuvieron microemulsiones estables por un período razonable para una posible aplicación tecnológica con aceite de girasol y soja.

En la Figura 5 se muestra la composición química global de los AEs utilizados para la evaluación de bioactividad frente al hongo patógeno G. citricarpa (Figura 6). Se obtuvo 100 % de inhibición en el desarrollo del hongo durante 10 días con los AEs de B. salicifolia, L. alba y S. molle; pasado ese tiempo se observó una pérdida de la capacidad inhibitoria. Con los AEs de S. molle y A. sellowiana, al cabo de un mes de evaluación el hongo creció sólo hasta un 50 % con respecto al testigo. Estos primeros resultados revelan que es posible encontrar productos naturales que afectan el desarrollo del micelio de G. citricarpa y que es una alternativa a explorar en busca de productos amigables con el medio ambiente para el control de patógenos.

Conclusiones

Los resultados de avance presentados en este trabajo permiten demostrar la viabilidad de la estrategia global propuesta, a la vez que demuestra la necesidad de la integración multidisciplinaria del equipo de trabajo responsable.