Antimicrobial potential of Satureja montana agroindustrial byproducts as possible ingredients in animal feed

Abstract

Phytobiotics and prebiotics have been investigated as natural alternatives to antibiotic growth promoters (AGPs) in poultry industry. The present work evaluated antimicrobial activity of agroindustrial Satureja montana byproducts and the presence of potential prebiotic molecules in Allium cepa byproducts as possible ingredients in broiler diets. Essential oils (EOs) were obtained from Satureja montana branches by hydrodistillation (≈120 min) with convective heating, and by microwave assisted hydrodistillation (16±1 min) of rehydrated and drained branches, obtaining similar yields of 0.14±0.07 and 0.10±0.01 mg/g, respectively. GC-MS analysis revealed that the EOs obtained by different extraction methodologies and harvest had similar chemical composition. A total of 13 compounds were identified. Monoterpenoids account for 84.4 – 97.6% and sequiterpenoids 0.3 – 0.5%, being carvacrol the highest component (825 – 950 μg/mg). Antimicrobial activity of essential oils was individually evaluated against Escherichia coli ATCC 25922, Salmonella enterica sv Anatum SF2 and Staphylococcus aureus ATCC 6538 using an agar disc diffusion method and broth microdillution assay. All tested microorganisms were inhibited by EO obtained from byproducts of the Satureja montana. Gram-negative bacteria strains (E. coli 25922 and Salmonella SF2) were much less susceptible than Gram-positive bacteria (S. aureus 6538) to the tested EO. The activity of tested EO is related to the presence of high levels of carvacrol, obtaining minimal inhibitory concentration (225 for E. coli 25922, 250 for Salmonella SF2, and 150 μg/mL for S. aureus 6538) similar to carvacrol in same strains. Onion byproducts extracts were obtained by sequential extraction with boiling ethanol:water (8:2) and water at 80°C. In comparison, microwave superheat water and ethanol:water (65:35) extracts were obtained at 120, 140, and 160°. Carbohydrate composition and glycosidic linkage analysis revealed that the presence of pectic polysaccharides and terminally-linked glucose probably from glycoconjugated phenolic compounds. Within the detected oligosaccharides, all extracts showed only disaccharides (namely sucrose and trehalose) in an amount of less than 7 μg / mg. However, prebiotics such as inulin and fructooligosaccharides could be diagnostic by (1→2)-linked fructose in the onion byproducts at low amounts. The soluble fiber from onion byproducts have potential to be exploited as prebiotics. It is concluded that the Satureja montana byproducts have an antimicrobial potential against the main pathogenic bacteria of the birds becoming promising as an alternative in the substitution / reduction of the antibiotics in the feeds

Na indústria avícola, os fitobióticos e os prebióticos têm sido investigados como alternativas naturais aos antibióticos promotores de crescimento (AGPs). O presente trabalho avaliou o potencial antimicrobiano dos subprodutos agroindustriais de Satureja montana e a presença de potenciais moléculas prebióticas em subprodutos de Allium cepa como possíveis ingredientes em alimentos compostos para frangos de aviário. Óleos essenciais (EOs) foram obtidos a partir de caules de Satureja montana por hidrodestilação (≈120 min) com aquecimento por convecção, e por hidrodestilação assistida por micro-ondas (16 ± 1 min) a partir de caules re-hidratados e escorridos, obtendo-se rendimentos similares de 0,14 ± 0,07 e de 0,10 ± 0,01 mg/g, respetivamente. A análise por CG-MS revelou que os EOs extraídos por diferentes metodologias e de diferentes colheitas apresentaram composição química semelhante. Foram identificados 13 compostos nos EOs, dos quais 84,4% - 97,6% são monoterpenóides e 0,3 - 0,5% sequiterpenóides, sendo o carvacrol o composto maioritário (825 – 950 μg/mg). A atividade antimicrobiana dos óleos essenciais foi avaliada em Escherichia coli ATCC 25922, Salmonella enterica sv Anatum SF2 e Staphylococcus aureus ATCC 6538 utilizando um método de difusão em disco e um ensaio de microdiluição em meio de cultura líquido. Todos os microorganismos testados foram inibidos pelo óleo essencial de Satureja montana. As estirpes de bactérias Gram-negativas (E. coli 25922 e Salmonella SF2) foram muito menos suscetíveis do que as bactérias Gram-positivas (S. aureus 6538). A atividade do óleo essencial testado está relacionada com presença de uma elevada quantidade de carvacrol, obtendo-se valores de concentrações mínimas inibitórias (225 para E. coli 25922, 250 para Salmonella SF2 e 150 μg/mL para S. aureus 6538) muito similares aos valores reportados para o carvacrol nestas estirpes. A partir dos subprodutos da cebola foram obtidos extratos com etanol:água (8:2) em ebulição e extratos aquosos a 80°C sequencialmente. Comparativamente foi efetuada uma extração com água superaquecida e com etanol:água (65:35) por micro-ondas a 120, 140 e 160°C. A composição dos açúcares e a análise das ligações glicosídicas mostraram a presença de polissacarídeos pécticos e glucose em ligação terminal, provavelmente derivada de compostos fenólicos glicosilados. Dentro dos oligossacarídeos detetados, todos os extratos apresentaram apenas dissacarídeos (nomeadamente sacarose e trealose) numa quantidade inferior a 7 μg/mg. No entanto, a presença de prebióticos, tais como a inulina e frutooligossacarídeos, foram diagnosticados pela ligação (1 → 2)-frutose nos subprodutos de cebola, em baixas quantidades. A fibra dietética solúvel dos subprodutos de cebola tem potencial para ser explorada como prebiótico. Conclui-se que os subprodutos de Satureja montana possuem potencial antimicrobiano contra as principais bactérias patogénicas das aves, mostrando-se promissores como alternativa na substituição / redução dos antibióticos em alimentos compostos para aves