Hexanal

Volatili antimicrobici

Le proprietà antimicrobiche dell’hexanal sono ben documentate in letteratura, che sono principalmente dovute alla sua interazione con la membrana citoplasmatica microbica, causando un aumento della permeabilità di membrana e la morte cellulare (Corbo et al, 2000; Gardini et al., 1997; Kubo et al., 2004; Kubo et al., 1999; Lanciotti et al., 2004; Lanciotti et al., 1999; Simons et al., 2000). Altre aldeidi, molte delle quali sono naturalmente presenti nelle spezie e nei loro oli essenziali, sono anche note per suscitare attività antimicrobiche utili alla conservazione degli alimenti. Per esempio, la benzaldeide (4), un’aldeide aromatica costituita da un anello fenilico formil-sostituito con un caratteristico odore di mandorla, è uno dei principali costituenti dell’olio essenziale dei noccioli delle mandorle (Prunus amygdalus) e di altri semi (per esempio, pesche, ciliegie, prugne e albicocche) (Butzenlechner et al., 1989; Remaud et al., 1997; Sanchez-Perez et al., 2008). Le sue proprietà antimicrobiche sono state attribuite all’attacco covalente del gruppo carbonilico dell’aldeide ai gruppi sulfidrilici della cisteina nelle cellule microbiche, interrompendo il trasporto attivo e la fosforilazione ossidativa nelle cellule microbiche (Hugo, 1967; Morris et al., 1984; Ramos-Nino et al., 1996; Ramos-Nino et al., 1998). La benzaldeide è potente contro i patogeni responsabili del deterioramento della frutta, come Bacillus subtilis, Serratia marcescens, Acinetobacter calcoacetica, Erwinia carotovora, Escherichia coli, Flavobacterium suaveolens, Monilinia fructicola, Botrytis cinerea, e Tyrophagus putrescentiae (Wilson et al, 1987; Deans e Ritchie, 1987; Sung et al., 2006).

Cinnamaldeide (5) è estratta dalla corteccia di Cinnamonum zeylanicum con un aroma unico di spezia di cannella (Burt, 2004). Il vapore dell’aldeide presenta proprietà antimicrobiche ad ampio spettro contro muffe, funghi, batteri Gram-positivi e negativi (López et al., 2005, 2007a,b; Rodríguez et al., 2008), compresi i patogeni di origine alimentare, come Bacillus cereus, B. subtilis, E. coli, Listeria monocytogenes e Campylobacter jejuni (Tajkarimi et al., 2010). Interagisce con la membrana cellulare microbica per disperdere la forza motrice protonica, causando la perdita di piccoli ioni e l’inibizione del trasporto del glucosio e della glicolisi (Gill e Holley, 2004; Helander et al., 1998). I ricercatori hanno studiato gli effetti antimicrobici della cinnamaldeide in vari prodotti alimentari, come Salmonella tennessee su pasta di arachidi (Chen et al., 2015a), E. coli O157:H7 e Salmonella typhi in carne macinata (Turgis et al, 2008), microflora nella carpa (Mahmoud et al., 2004), Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus e Yersinia enterocolitica nel succo di mela (Yuste e Fung, 2003), e microbi di deterioramento nel succo di melone (Mosqueda-Melgar et al., 2008). Le matrici solide studiate come vettori per la cinnamaldeide includono carta impregnata di paraffina (Echegoyen e Nerín, 2015), film plastici fusi (Lopes et al., 2014; Qin et al, 2015), e film commestibili (Balaguer et al., 2013; Zhu et al., 2014).

Il timolo (2-isopropyl-5-methylphenol) (6) è un componente principale nell’olio essenziale di timo (Thymus capitatus). Il volatile può interrompere i bilayer fosfolipidici delle membrane cellulari, causando la fuoriuscita del contenuto cellulare, oltre a interagire con le proteine idrofobiche alterandone le strutture (Chavan e Tupe, 2014; Nedorostova et al., 2009; Zheng et al., 2013). I ricercatori hanno dimostrato che l’applicazione di timolo nella MAP di ciliegie dolci e uva da tavola può ridurre la crescita di aerobici mesofili, lieviti e funghi durante la conservazione a freddo, oltre a diminuire la perdita di peso, i cambiamenti di colore, la perdita di compattezza (Serrano et al., 2005; Valverde et al., 2005). Nella MAP di gamberi crudi, il vapore di timolo ha dimostrato di inibire la crescita di Salmonella spp. abbassando il tasso di crescita massimo fino al 71% e il tempo di latenza del 100% (Zhou et al., 2013). Un isomero del timolo, il carvacrolo (5-isopropil-2-metilfenolo) (7), presente nell’olio essenziale dell’origano (Origanum vulgare) è un altro volatile antimicrobico potente contro Pseudomonas fluorescens, Erwinia amylovora e Candida albicans (Zheng et al., 2013). Il carvacrolo può ritardare il deterioramento dell’uva da tavola, dei kiwi e del melone senza influenzare sostanzialmente le loro proprietà sensoriali (Martínez-Romero et al., 2007; Roller e Seedhar, 2002). Si ritiene che la sua modalità d’azione sia l’interazione con le proteine della membrana cellulare e gli enzimi periplasmatici, interrompendo la forza motrice protonica della membrana (Hyldgaard et al., 2012). Le proprietà antimicrobiche sinergiche di timolo e carvacrolo sono state riportate contro un certo numero di microrganismi. Per esempio, i valori di concentrazione minima inibitoria (MIC) di timolo e carvacrolo contro P. fluorescens inoculato in brodo di soia tripticata (incubato a 37 °C per 24 ore) sono riportati come 648 e 167 μg/mL, rispettivamente, mentre i valori di concentrazione minima battericida (MBC) sono 1932 e 555 μg/mL, rispettivamente. Combinando sia il timolo che il carvacrolo, i valori MIC e MBC sono diminuiti sostanzialmente a 78 e 156 μg/mL, rispettivamente (Zheng et al., 2013). Allo stesso modo, altri ricercatori hanno riportato un effetto antimicrobico sinergico di timolo e carvacrolo contro Salmonella typhimurium (Zhou et al., 2013) e Listeria innocua (Garcia-Garcia et al., 2011). In considerazione dei loro forti attributi di sapore, le proprietà antimicrobiche sinergiche di timolo e carvacrolo, così come altri potenziali volatili dell’olio essenziale, possono essere utili per ridurre al minimo i possibili attributi sensoriali indesiderati attraverso la riduzione del dosaggio necessario per esercitare gli effetti antimicrobici.

Il diacetile (2,3-butanedione) (8) è un sottoprodotto metabolico dei batteri lattici, come le specie di Lactococcus, Leuconostoc, Lactobacillus e Pediococcus (Šušković et al, 2010) È naturalmente presente in frutta, latte, prodotti caseari, birra, vini, caffè e altri alimenti fermentati (Papagianni, 2012; Shibamoto, 2014). È comunemente usato come additivo alimentare per conferire un sapore burroso (Lanciotti et al., 2003). Il dione ha un ampio spettro antimicrobico contro il lievito e i batteri Gram-positivi e negativi grazie alla reazione del suo gruppo dicarbonile (COCO) con l’arginina negli enzimi, che indebolisce le cellule microbiche (Papagianni, 2012; Ray e Bhunia, 2014). È più potente in condizioni di pH acido che neutro (Jay, 1982; Jay e Rivers, 1984). Jay (1982) ha riportato gli effetti antagonisti di diversi additivi sull’efficacia antimicrobica del diacetile, che l’1% (w/v) di acetato ha mostrato il più forte effetto inibitorio al diacetile, seguito dal 5% di glucosio e dall’1% di Tween 80. D’altra parte, Lanciotti et al. (2003) hanno riportato che il NaCl aumenta l’efficacia del diacetile aumentando la sua pressione di vapore attraverso l’effetto “salting out”. Questi fattori dovrebbero essere presi in considerazione quando si applica il diacetile in sistemi alimentari complessi.

L’isotiocianato di allile (AITC) (9) è un composto volatile prodotto dalle piante della famiglia delle Crucifere (ad esempio, rafano, senape, cavolo) quando i loro tessuti vengono distrutti. Nel suo stato naturale, l’AITC è glicosinolato come sinigrina. Quando i tessuti delle piante vengono danneggiati, il glucosinolato viene idrolizzato dalla mirosinasi legata alla parete cellulare, rilasciando AITC, insieme a D-glucosio e ione solfato (Mari et al., 1993). Le proprietà antimicrobiche dell’AITC sono state ben dimostrate in letteratura (Delaquis e Mazza, 1995; Delaquis e Sholberg, 1997; Kim et al., 2002; Lin et al., 2000a,b; Nadarajah et al., 2005; Nielsen e Rios, 2000; Park et al., 2000). In fase di vapore, i suoi valori MIC contro batteri, lieviti e muffe sono riportati come 34-110, 13-37 e 16-62 ng/mL, rispettivamente (Isshiki et al., 1992). Tsunoda ha riportato che i limiti di tossicità dell’AITC contro cinque funghi su legno variavano da 3,8 a 118 ppm (Tsunoda, 2000). In considerazione della sua potenza antimicrobica ad ampio spettro, l’AITC continua a guadagnare interessi di ricerca e sviluppo (Mari et al., 1993; Kim et al., 2002; Shofran et al., 2006; Winther e Nielsen, 2006; Shin et al., 2010; Wang et al., 2010; Ko et al., 2012; Ugolini et al., 2014; Dai e Lim, 2015; Chen et al., 2015b). Sia l’AITC sintetico che quello di derivazione naturale sono utilizzati per la conservazione degli alimenti. In quest’ultimo approccio, le polveri di farina di semi di senape essiccata sono state utilizzate come fonte naturale di AITC, il cui rilascio è attivato dall’acqua attraverso l’idrolisi mediata dalla mirosinasi della sinigrina (Dai e Lim, 2014, 2015).

Il vapore di biossido di cloro (ClO2) (10) è un agente ossidante/antimicrobico ad ampio spettro potente contro i patogeni batterici, virali e protozoi. La sua efficacia è generalmente considerata equivalente o più forte del cloro, ma inferiore a quella dell’ozono su una base di massa-dose (Erickson e Ortega, 2006; Gómez-López et al., 2009). Il principale modo di azione della disinfezione può essere attribuito alla sua interazione con l’acido nucleico e/o le strutture cellulari periferiche, portando a un’interruzione della sintesi proteica. La distruzione delle proteine della membrana esterna che altera la permeabilità della membrana cellulare è anche ritenuta una possibile modalità d’azione (Aieta e Berg, 1986; Benarde et al., 1967; US EPA, 1999). Il ClO2 è stato usato per il trattamento di prodotti freschi (Garcia et al., 2003; Gil et al., 2009; Gómez-López et al., 2009; Sapers et al., 2003; Sy et al., 2005). È spesso usato come agente sanificante di imballaggi, attrezzature per la lavorazione degli alimenti, strumenti di fabbrica, trattamento dell’acqua potabile, e così via.