Προσδιορισμός των πτητικών συστατικών και μελέτη της βιοδραστικότητας εκχυλισμάτων φυτών της οικογένειας Asteraceae. Η περίπτωση του χαμομηλιού, της αχιλλέας, της αψιθιάς και του εστραγκόν

Abstract

Τις τελευταίες δεκαετίες, η χρήση των βοτάνων από τον άνθρωπο αυξάνεται συνεχώς σε όλο τον κόσμο. Στην παρούσα έρευνα μελετήθηκαν τέσσερα βότανα της οικογένειας Asteraceae: το χαμομήλι, η αψιθιά, η αχιλλέα και το εστραγκόν. Αντικείμενο της μελέτης ήταν ο προσδιορισμός των πτητικών συστατικών των αιθερίων ελαίων και των αφεψημάτων τους. Ταυτόχρονα, έγινε σύγκριση των δειγμάτων γνωστής προέλευσης με άγνωστα δείγματα του εμπορίου. Επιπλέον, επειδή η ευρύτατη χρήση των βοτάνων θέτει και το ζήτημα της ασφάλειας τους για την υγεία του ανθρώπου, εκτιμήθηκε η τοξικότητα των αφεψημάτων. Αρχικά, έγινε η παραλαβή των αιθερίων ελαίων και των οργανικών εκχυλισμάτων των αφεψημάτων τους και προσδιορίστηκαν με αέρια χρωματογραφία-φασματομετρία μαζών τα πτητικά συστατικά τους, ποιοτικά και % ποσοτικά. Με τη χρήση πρότυπων καμπύλων αναφοράς, προσδιορίστηκε η συγκέντρωση (mg/mL) της α- και β-θουγιόνης αλλά και της καμφοράς στα δείγματα όπου ανιχνεύτηκαν. Επιπλέον, παρελήφθησαν τα φάσματα FT-IR του φυτικού υλικού και έγινε σύγκριση των φασμάτων με βάση την περιοχή του δακτυλικού αποτυπώματος. Τέλος, εκτιμήθηκε η τοξικότητα των αφεψημάτων με δύο διαφορετικές μεθόδους, τον αναλυτή Microtox® που χρησιμοποιεί το βακτήριο Vibrio fischeri και τη μέθοδο ΜΤΤ σε κύτταρα Vero. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα δείγματα της αψιθιάς και της αχιλλέας παρουσίασαν μεγάλη χημική ποικιλομορφία μεταξύ τους, υψηλή απόδοση αιθερίου ελαίου αλλά και μεγαλύτερο αριθμό πτητικών συστατικών σε σχέση με αυτά του χαμομηλιού και του εστραγκόν. Βρέθηκαν δύο σπάνιοι χημειότυποι στην περίπτωση της αψιθιάς και ένας που δεν έχει αναφερθεί ξανά, στο άγνωστο δείγμα της αχιλλέας, γεγονός που δημιουργεί αμφιβολία για τη βοτανική του προέλευση. Επιπλέον, στο άγνωστο δείγμα εστραγκόν είναι η πρώτη φορά που βρίσκεται η εστραγόλη σε τόσο υψηλό ποσοστό. Η μεγάλη ανομοιογένεια των άγνωστων δειγμάτων σε σχέση με τα υπόλοιπα θέτει υπό αμφισβήτηση την προέλευση και την ποιότητα τους. Στην πλειοψηφία των αφεψημάτων το προφίλ των πτητικών συστατικών συμφωνούσε με αυτό των αντίστοιχων αιθερίων ελαίων εκτός λίγων εξαιρέσεων. Η β-θουγιόνη βρέθηκε σε μεγαλύτερη συγκέντρωση από την α- στα δείγματα αψιθιάς και αχιλλέας όπου ανιχνεύτηκε, ενώ ήταν αξιοσημείωτα μεγάλη στην αψιθιά από την Ιεράπετρα. Συγκρίνοντας τις συγκεντρώσεις στα αφεψήματα με τα αντίστοιχα αιθέρια έλαια τους, σε μεγαλύτερο ποσοστό ανιχνεύεται η καμφορά και σε μικρότερο η α- και β-θουγιόνη. Όσον αφορά τα φάσματα FT-IR, τα δείγματα των ειδών που ήταν πιο όμοια μεταξύ τους ήταν τα δείγματα του χαμομηλιού και της αψιθιάς και λιγότερο της αχιλλέας και του εστραγκόν. Η βιοδραστικότητα-τοξικότητα των αφεψημάτων που μελετήθηκε με τον αναλυτή Microtox® ήταν ανάλογη του φυτικού είδους με το εστραγκόν να εμφανίζει τη μεγαλύτερη, στη συνέχεια το χαμομήλι, η αχιλλέα και τέλος η αψιθιά τη μικρότερη. Φαίνεται ότι η ένδειξη αυτή της τοξικότητας δεν οφείλεται σε ένα συγκεκριμένο τοξικό συστατικό αλλά στο συνολικό χημικό προφίλ του κάθε φυτικού δείγματος. Τέλος, ο έλεγχος της κυτταροτοξικότητας των αφεψημάτων με τη μέθοδο ΜΤΤ έδειξε ότι η αχιλλέα και στη συνέχεια το εστραγκόν παρουσίασαν τη μεγαλύτερη μείωση της βιωσιμότητας των νεφρικών κυττάρων Vero, και ακολούθησαν η αψιθιά και το χαμομήλι. Λέξεις κλειδιά: Βότανα, Χαμομήλι, Αψιθιά, Αχιλλέα, Εστραγκόν, Αιθέρια έλαια, Αφεψήματα, Υδρο-απόσταξη, Εκχύλιση με οργανικό διαλύτη, Αέρια χρωματογραφία-Φασματομετρία μαζών, χημειότυπος, α- και β-θουγιόνη, καμφορά, FT-IR, Τοξικότητα, Microtox®, Μέθοδος ΜΤΤ Νοέμβριος 2016

During the past few decades, the use of herbs by humans has been globally increased. This thesis studies four herbs of the Asteraceae family: chamomile, wormwood, yarrow as well as tarragon. The main purpose of this study was to determine the volatile components of their essential oils and infusions. At the same time, plant samples of known origin were compared with ones of unknown origin. Moreover, since the wide use of herbs raises the question of their safety for human health, their toxicity was estimated. Initially, the essential oils, as well as the organic components of their infusions of the above mentioned herbs where collected and their volatile compounds were subsequenlty identified using gas chromatography - mass spectrometry. Additionally, they were qualitatively and % quantitatively determined and with the help of standard curves, the concentration (mg/mL) of α-, β-thujone and camphor that were detected in the plant samples, were determined. Moreover, the FT-IR spectra of the plant material were obtained and compared according to the fingerprint region. Finally, the toxicity of the infusions was evaluated using two different methods, the Microtox® Analyzer with the bacteria species Vibrio fischeri and the MTT method on kidney Vero cells. The results of the experiment, showed that the samples of wormwood and yarrow exhibited high chemical diversity, high yield of essential oils and also a larger number of volatile components in comparison to those of chamomile and tarragon. In addition, two rare chemotypes of wormwood were determined, as well as one chemotype that has not been reported before, as far as the unknown yarrow sample is concerned, fact which casts doubts about its' botanical origin. Moreover, it is the first time that the estragole detected on the tarragon sample of unknown origin, was at such a high quota. The great heterogeneity between the plant samples of unknown origin, questions both their origin and quality. In the majority of infusions, the chemical profile of the volatile components was consistent with that of the corresponding essential oils, with only a few exceptions. In contrast with α-thujone, β-thujone was found in greater concentration in wormwood and yarrow samples and was remarkably high in wormwood sample originated from Ierapetra, Crete. By comparing the concentrations in infusions by their corresponding essential oils, a greater percentage of camphor was detected in comparison to α- and β-thujone. According to the FT-IR spectra of the plant samples, the most similar to each other were the samples of chamomile and wormwood, whereas the less similar were those of yarrow and tarragon. Each herb's bioactivity-toxicity was estimated by the Microtox® Analyzer, resulting to determining that tarragon displays the greatest bioactivity-toxicity, followed by chamomile, wormwood and finally yarrow. This result indicates that the toxicity is not due to a particular toxic component but due to the total chemical profile of each plant sample. To conclude, by checking the cytotoxicity of each herb using the MTT method, wormwood and tarragon caused higher decrease of viability of the kidney Vero cells, whereas less decrease was caused by yarrow and chamomile.

Keywords: Herbs, Chamomile, Yarrow, Wormwood, Tarragon, Essential oils, Infusions, Hydro-distillation, Organic solvent extraction, Gas Chromatography-Mass Spectrometry, Chemotype, α- and β-thujone, Camphor, FT-IR, Toxicity, Microtox®, MTT Method

November 2016