Introducción
Las plantas son una parte integral de todos los organismos vivos del planeta porque proporcionan alimento, aire limpio, medicamentos, ropa, sombra y refugio (Gautam, 2012). Estas tienen una historia de uso tradicional por su efecto culinario, así como su capacidad para prevenir y tratar enfermedades crónicas (Asowata et al., 2016). Los alimentos vegetales pueden contribuir significativamente a la nutrición y salud humana, ya que contienen casi todos los nutrientes esenciales (Arzani et al., 2007).
Desde la antigüedad, las plantas han desempeñado un papel importante en la civilización humana como componentes de alimentos, cosméticos, sabores, fragancias, medicamentos, entre otros (Seebaluck-Sandoram et al., 2019). En la medicina tradicional se utilizan diferentes partes, como flores, frutos, hojas, raíces y tallos de plantas medicinales (Samrot et al., 2018). Recientemente el interés científico se ha centrado en el potencial de salud de los fitoquímicos de los alimentos vegetales ya que las especies vegetales contienen una gran variedad de metabolitos secundarios comúnmente etiquetados como fitoquímicos. Se presume que la mayoría de los fitoquímicos naturales que se producen en los alimentos vegetales son seguros debido a un historial de consumo (Ikram et al., 2015).
Existen una gran variedad de especies que son usadas regularmente por las personas en su comida tradicional y también se usan por su potencial fitoquímico para curar enfermedades. Una de ellas es el maíz integral que es rico en nutrientes y compuestos bioactivos que incluyen fibra, vitaminas, minerales y fitoquímicos, cada vez más evidencia científica sugiere que el consumo regular de granos enteros reduce el riesgo de desarrollar enfermedades crónicas, como diabetes tipo II, sobrepeso, obesidad y trastornos digestivos (Siyuan et al., 2018).
La necesidad por saber cuáles son los componentes químicos principales de las plantas ayuda a entender su potencial culinario y medicinal. Existen tecnologías que permiten identificar la composición química de plantas, dentro de ellas se encuentra el análisis de cromatografía de gases y espectrometría de masas que con su acoplamiento constituyen una herramienta importante para separar, identificar y cuantificar cualquier tipo de compuestos, sin embargo, la combinación de altas resoluciones, sensibilidad y tiempos de análisis cortos la ha convertido en una tecnología de rutina, de las más conocidas y que la gran parte de investigadores utilizan (Gutiérrez y Droguet, 2002).
Una de las tecnologías que ha tomado gran importancia para investigar las estructuras moleculares y cristalinas es la difracción de rayos X la cual es una tecnología que sirve para el estudio y análisis de materiales y permite identificar compuestos cristalinos, no obstante, hay pocos estudios con respecto a la composición química de las plantas (Bosch y Lara, 2010). Estudios previos como el de Martins y colaboradores (2011) y Lara (2010); López et al., 2016) sugieren que esta técnica proporciona una identificación práctica de compuestos en el material, inclusive especies vegetales.
Tomando en cuenta lo anterior, se seleccionaron cinco especies para este artículo, Plectranthus amboinicus (Lour.) Spreng (Oreganón): Eryngium foetidum L (Perejil): Coriandrum sativum L (Cilantro): Mentha spicata L. (Hierba buena): Ocimum basilicum L (Albaca): cinco especies que encabezan la lista de las más utilizadas que provienen de una encuesta del grupo de investigación. Las cuales fueron recolectadas en las comunidades indígenas de Olcuatitán del municipio de Nacajuca, Tabasco utilizan en su vida cotidiana. Sin embargo, las comunidades utilizan su conocimiento empírico para el uso de las plantas, por lo cual el objetivo de este estudio es aportar conocimientos respecto al uso de la tecnología de difracción de rayos X y la aplicación de la misma para identificar compuestos químicos en las plantas y brindar una búsqueda exhaustiva de trabajos científicos previos a este, sobre el uso y composición de estas cinco especies a nivel internacional para que la sociedad obtenga información oportuna sobre los usos generales de estas especies, así como sus principales componentes bioactivos y de esta manera generar nuevos conocimientos a las comunidades rurales.
Materiales y métodos
Esta investigación se basó en los resultados que se obtuvieron en el estudio previo realizado por (López et al., 2016) donde se utilizó la misma técnica de difracción de rayos X.
Búsqueda de información
Se realizó una revisión de la literatura investigando en bases de datos científicas de los años 2007 al 2017 aunque hay algunos artículos que se consideraron interesantes de otros años que incluyen, las bases de datos fueron ScienceDirect, Scopus, Springer, Taylor y Francis Online, Wiley, para estudios centrados en lo fitoquímico y actividades farmacológicas de las cinco especies
Recolección de muestras
En el verano del 2019 se recolectaron muestras representativas de las cinco especies Eryngium foetidum L (Perejil): Plectranthus amboinicus (Lour.) Spreng (Oreganon): Mentha spicata L. (Hierba buena): Coriandrum sativum L (Cilantro): (Ocimum basilicum L (Albaca) (individuos completos, raíces y plantas) provenientes de los huertos familiares, tres individuos de cada especie de diez hogares seleccionados al azar en la comunidad de Olcuatitán, Nacajuca, Tabasco, con coordenadas 18° 11’ 25.620” N, 92° 57’ 40.104” W, lo cual posteriormente se procesaron en el laboratorio de suelos de la UJAT, División Académica de Ciencias Biológicas.
Pretratamiento de muestras
Las muestras se secaron en un horno a 90 °C por 72 h (Otazu et al., 2010): posteriormente los materiales secos se pulverizaron, guardaron en tubos eppendorf de 50 mL etiquetados y se trasladaron en bolsas plásticas resellables para su análisis en el laboratorio de química de la Universidad Autónoma Metropolitana- Iztapalapa.
Tratamiento de muestras (Difracción de rayos X)
Las caracterizaciones de los componentes de la muestra se efectuaron en el laboratorio de química de la Universidad Autónoma Metropolitana - Unidad Iztapalapa con el apoyo del Dr. Víctor Hugo Lara Corona y el M. en E. Ignacio López y Celis, se realizaron en un Difractómetro de rayos X (SIEMENS D500). Las muestras se montaron individualmente sobre un portaobjetos de vidrio ranurado que se usó como soporte de la muestra. El difractómetro estuvo conectado a un ordenador para el análisis de datos y la determinación de fases utilizando el programa Diffract AT (versión 3.2, Livermore, CA, Estados Unidos de América, 1995-2000). Este equipo consistía en un porta muestras de dióxido de silicio (SiO2): un tubo de Cu, un monocromador de has difractado y un detector de centelleo se analizaron las características del patrón de difracción los cuales se presentan en gráficos.
Resultados
Revisión bibliográfica
El consumo de plantas medicinales ha ido en aumento en los últimos años en todo el mundo y es frecuente su empleo en combinación con medicamentos prescritos por los médicos, por ello se realizó una búsqueda exhaustiva en donde se identificaron los usos en la medicina tradicional y uso culinario de las cinco especies los cuales se observan en la Tabla 1. Los principales componentes químicos o bioactivos de cada especie, arrojados en estudios previos se muestran en la Tabla 2.
Especie | Principales componentes químicos / Bioactivos | Metodología | Referencia |
(Ocimum basilicum L.) | Cariofileno α-cubebene | Los aceites esenciales se obtuvieron por hidrodestilación y se analizaron por GC-MS | (Ismail, 2006) |
α-terpineol | GC/MS | (Politeo et al., 2007) | |
Linalool, α-cadinol, γ-cadineno | GC/MS | (Hussain et al., 2008) | |
Éster metílico del ácido cinámico, Ciclohexeno | GC/MS | (Zhang et al., 2009) | |
β-elemeno, Alcanfor | GC/MS | (Kathirvel y Ravi, 2012) | |
Acetato de linalilo, Elemol, Mirceno, Ocimeno | GC/MS | (Hadj et al., 2012) | |
Beta-Caryophyllene, Alcanfor | GC/MS | (Govindarajan et al., 2013) | |
Metil eugenol, Metil chavicol | GC/MS | (Joshi, 2014) | |
Geranial | GC/MS | (Shirazi et al., 2014) | |
P-alilanisole, Acetato de nerilo | GC/MS | (Al Abbasy et al., 2015) | |
β-bisabolene Germacrene D | Análisis por GC-FID | (Beatovic et al., 2015) | |
Metil cinamato, α-farnesene | GC/MS | (El-Soud et al., 2015) | |
Limoneno | GC/MS | (Złotek et al., 2016) | |
1,8-cineol, Eugenol, α-bergamotene | GC/MS | (Varga et al., 2017) | |
α-trans-bergamotene, Eucalyptol, Gamma-cadinene | GC/MS | (Baldim et al., 2018) | |
Coriandrum sativum L. | γ-terpinene | Los análisis se realizaron por GC e IR. | (Bandoni et al., 1998) (De Figueiredo et al., 2004) (Oganesyan et al., 2007) (Bhuiyan et al., 2009) (Matasyoh et al., 2009) (Zoubir y Baaliouamer, 2010) (Anwar et al., 2011) (Orav et al., 2011) (Chung et al., 2012) (Sriti et al., 2012) (Caputo et al., 2016) (Yildiz, 2016) (Beyzi et al., 2017) |
Alcanfor | GC/MS | Figueiredo et al., 2004) | |
Geraniol, 2-decenal | Los análisis se realizaron por HPLC. | (Oganesyan et al., 2007) | |
Apigenina, Luteolina, Hiperósido, Hesperidina, Vicenina, Diosmina | GC/MS | (Bhuiyan et al., 2009) | |
Ácido 2-decenoico, Ácido E-11-tetradecenoico, Ácido cáprico, Alcohol undecílico, Ácido tridecanoico, Ácido undecanoico | GC/MS | (Matasyoh et al., 2009) | |
Decanal, Aldehídos, Alcoholes | GC/MS | (Zoubir y Baaliouamer, 2010) | |
Linalol | GC-FID y (GC/MS) | (Anwar et al., 2011) | |
Acetato de geranilo, Anetol, P-cymeno | GC/MS | (Orav et al., 2011) | |
Alcanfor, α-pineno | GC/MS | (Chung et al., 2012) | |
Ciclododecanol, 1-decanol, Fitol | GC/MS | (Sriti et al., 2012) | |
γ-terpino, P- cimeno | GC/MS | (Caputo et al., 2016) | |
α-pineno, P- quimene | GC/MS | (Yildiz, 2016) | |
Dodecanal, Tetradecenal | GC/MS | (Beyzi et al., 2017) | |
Limoneno, P-cimeno, Gamma-terpinene, Terpinen-4-ol, Alfa-terpineol, Acetato de geranilo | |||
Mentha spicata L. | Pulegona, Carvona 1,8-cineol, Carvona Cis-dihidrocarvona, Acetato de carvilo β-cariofilina, β-bourbonene, α-terpineol, Terpinen-4-ol Trans-carveol β-cariofileno, Trans-dihydrocarvone Cis- carveol, Limoneno Dihidrocarvona, Canfeno Limoneno, Muuroleno, Mirceno L-menthone, Pulegona Carvona Piperitona Cis –dihidrocarveol, Trans-cariofileno, Mentona, Mentol Germacreno D, β-pineno, β-cariofileno Cis –dihidrocarvona, Germacreno D | GC/MS | (Telci et al., 2004) |
1,8-cineol, Carvona | GC/MS | (Chauhan et al., 2009) | |
Cis-dihidrocarvona, Acetato de carvilo | GC/MS | (Hussain et al., 2010) | |
β-cariofilina, β-bourbonene, α-terpineol, Terpinen-4-ol | GC/MS | (Boukhebti et al., 2011) | |
Trans-carveol | GC/MS | (Znini et al., 2011) | |
β-cariofileno, Trans-dihydrocarvone | GC/MS | (Şarer et al., 2011) | |
Cis- carveol, Limoneno | GC/MS | (Govindarajan et al., 2012) | |
Dihidrocarvona, Canfeno | GC/MS | (Liu et al., 2012) | |
Limoneno, Muuroleno, Mirceno | GC/MS | (Scherer et al., 2013) | |
L-menthone, Pulegona | GC/MS | (Dhifi et al., 2013) | |
Carvona | GC/MS | (Kedia et al., 2014) | |
Piperitona | Se analizaron GC/MS | (Teixeira et al., 2014) | |
Cis –dihidrocarveol, Trans-cariofileno, Mentona, Mentol | GC/MS | (Shahbazi, 2015) | |
Germacreno D, β-pineno, β-cariofileno | GC/MS | (Chrysargyris et al., 2017) | |
Cis –dihidrocarvona, Germacreno D | GC/MS | (Bardaweel et al., 2018) | |
Plectranthus amboinicus (Lour.) Spreng | Carvacrol, Undecanal, ρ- cimeno, Óxido de cariofileno, β-selinene | Los aceites esenciales se obtuvieron por hidrodestilación y se analizaron por GC-MS. | (Senthilkumar y Venkatesalu, 2010) |
Timol, γ-terpinene, β-cariofileno de geranilo Carvacrol | GC/MS | (Da Costa et al., 2010) | |
α-humuleno, Undecanal, γ- terpino | GC/MS | (Annadurai y Venugopalan, 2010) | |
Alcaloides, Carbohidratos, Glucósidos, Proteínas, Aminoácidos, Flavonoides | GC/MS | (Patel et al., 2010) | |
Ácido cafeico, Ácido rosmarínico, Ácido cumarico, Luteolina, Quercitina, Eriodyctiol | Se identificaron mediante el análisis UPLC-MS | (El-hawary et al., 2012) | |
Alcanfor, O-cymene, α-terpinene | GC/MS | (Hassani et al., 2012) | |
3-carene | GC/MS | (Erny et al., 2012) | |
Linalool, Acetato de Nerol, Acetato de geranilo | GC/MS | (Asiimwe et al., 2014) | |
Carvacrol | Se analizaron por GC-FID y GC/MS. | (Pinheiro et al., 2015) | |
Eryngium foetidum L. | 2- dodecenal, Ácido dodecanoico Aldehídos aromáticos, Aldehídos terpénicos Ácido hexadecanoico, Carotol 2,3,6-trimetilbenzaldehído, 2-tetradecenal 3-dodecenal, γ-terpinene Ácido dodecanoico, Duraldehído 5-dodecene, Trimetilfenol Carotenoides, Fenólicos, Antroquinonas Tetradecenal, α – pineno Muurola-4,10, Ácido palmítico, Fitol, α-cadinol Tetradecanal, 2,4,5-trimetoxibenzaldehido | GC/MS | (Leclercq et al., 1992) |
Aldehídos aromáticos, Aldehídos terpénicos | GC/MS y H-NMR | (Wong et al., 1994) | |
Ácido hexadecanoico, Carotol | GC/MS | (Pino et al., 1997) | |
2,3,6-trimetilbenzaldehído, 2-tetradecenal | GC/MS | (Martins et al., 2003) | |
3-dodecenal, γ-terpinene | GC/MS | (Cardozo et al., 2004) | |
Ácido dodecanoico, Duraldehído | GC/MS | (Chowdhury et al., 2007) | |
5-dodecene, Trimetilfeno | Se analizaron por GC-FID y GC/MS. | (Jaramillo et al., 2011) | |
Carotenoides, Fenólicos, Antroquinonas | Los análisis se realizaron por HPLC | (Singh et al., 2013) | |
Tetradecenal, α – pineno | Los análisis se realizaron por HPLC | (Aswathy y Saj, 2014) | |
Muurola-4,10, Ácido palmítico, Fitol, α-cadinol | GC/MS | (Chandrika et al., 2015) | |
Tetradecanal, 2,4,5-trimetoxibenzaldehido | GC/MS | (Thomas et al., 2017) |
GC-MS (Cromatografía de gases / espectrometría de masas). HPLC (cromatografía liquida). GC-FID (cromatografía de gases-detector de ionización de llama). H-NMR (resonancia magnética nuclear de protones). UPLC-MS (cromatografía de líquidos con espectrómetro de masas). GC (Cromatografía de gases). IR (espectroscopia infrarroja). Unidades arbitrarias
Identificación de compuestos fitoquímicos en las plantas, a través de difracción de rayos X
La técnica de difracción de rayos x permitió encontrar compuestos no identificados en todas las especies que se analizaron. La Figura 1 muestra el patrón de difracción de rayos x y la identificación de un compuesto que no había sido reportado para la especie Plectranthus amboinicus se puede observar en el espectro con color verde: el pirazol que es un compuesto heterocíclico y representante de los más activos, el cual tiene actividades como antimicrobianos (Malladi et al., 2012) y analgésicos (Vijesh et al., 2013).
La Figura 2 muestra la identificación de tres compuestos no identificados para la especie Mentha spicata L. en el espectro la línea en color negro: ácido perclórico de celulosa que es un polímero biodegradable, un catalizador novedoso y económico, sirve como un soporte único para la síntesis de catalizadores ácidos solidos que se ha utilizado en diversas transformaciones orgánicas (Khan y Siddiqui, 2014): de igual forma la línea de color azul representa el C25H52 n-pentacosano que es un hidrocarburo alifático saturado constituyente de muchas ceras naturales, un sólido incoloro en condiciones ambientales y la línea de color verde C10H12ClNO4 Carbamato de Clorfenesina que es un relajante muscular esquelético utilizado para el tratamiento del dolor asociado con el esqueleto trauma muscular (distensiones, esguinces): inflamación y espasmos u otras afecciones musculares (Stanko, 1990; Yu et al., 2009).
La Figura 3 muestra la identificación de dos compuestos no identificados para las especies Ocimum basilicum L. en el espectro la línea color negro, Coriandrum sativum L. la línea verde y Eryngium foetidum L. en espectro azul: celulosa que es la molécula biológica orgánica más abundante, ya que constituye la pared celular de las células vegetales, es un polisacárido estructural en las plantas ya que forma parte de los tejidos de sostén. Es el carbohidrato más abundante disponible en la naturaleza, actualmente se utilizan recursos celulósicos en productos tales como madera, combustible, textiles, papel y plásticos (Imai et al., 2004) y n Poli (trimetilcelulosa) del cual no se encontró dato alguno. La detección de estos compuestos deja en evidencia las propiedades medicinales de estas especies.
Discusión
Actualmente las plantas son importantes en la cocina y medicina tradicional, ya que como se apreció en la Tabla 1 las personas las utilizan de diferentes maneras como para el tratamiento de varias enfermedades y dolencias, como agentes saborizantes o ingredientes corporativos en la preparación de alimentos y de igual forma son una gran fuente de compuestos bioactivos para el descubrimiento de nuevos fármacos, por lo que saber cuáles son los componentes químicos principales de las plantas ayuda a entender su potencial culinario y medicinal.
En la Tabla 2 la gran cantidad de componentes bioactivos con los que cuenta la planta siendo el linalool el compuesto más abundante en la albahaca, el limoneno más abundante en el cilantro, la carvona en la hierbabuena, el carvacrol en el oreganón y el 2- dodecenal en el perejil, siendo estos compuestos quienes le dan su olor, sabor característico a las mismas, por otra parte también se aprecian las diferentes técnicas que se utiliza para identificar estos compuestos como por ejemplo espectroscopia infrarroja, cromatografía de líquidos con espectrómetro de masas, cromatografía de gases, espectrometría de masas, siendo esta ultima la técnica más utilizada para análisis fitoquímico, resaltando que la técnica de difracción de rayos X es muy poco conocida y utilizada pero es una técnica viable, rápida y novedosa para identificar compuestos químicos como menciona Martins et al., (2011): ya que mostro cinco compuestos que no habían sido reportados utilizando estas tecnologías comunes.
El pyrazole (C3H4N2) es un heterociclo aromático que contiene dos átomos de nitrógeno en sus anillos de cinco miembros (Kiyani et al., 2015) constituye una importante familia heterocíclica que cubre una amplia gama de productos sintéticos y naturales que exhiben innumerables propiedades químicas, biológicas, agroquímicas y farmacológicas (Lv et al., 2010).
Ácido perclórico de celulosa (C12H24O12.HClO4) es un catalizador novedoso, económico y fácilmente preparable que sirve como un soporte único para la síntesis de catalizadores ácidos sólidos que se ha utilizado en diversas transformaciones orgánicas. n- pentacosano (C25H52) es un alcano que consiste en una cadena no ramificada de 25 átomos de carbono, son copos esponjosos relucientes blancos, insoluble en agua, Tiene un papel como semioquímico y metabolito vegetal, constituyente de muchas ceras naturales.
Carbamato de clorfenesina (C10H12ClNO4) es un relajante del músculo esquelético utilizado para el tratamiento del dolor asociado con esquelético traumatismo muscular (distensiones, esguinces): inflamación y espasmos u otras afecciones musculares (Stanko, 1990) funciona como un bloqueador selectivo de las vías polisinápticas en la columna niveles supraespinales (Kurachi y Aihara, 1990).
Celulosa (C6H10O5) es el polímero orgánico más común y se considera una fuente casi inagotable de materia prima para la creciente demanda de productos ecológicos y biocompatibles (Klemm et al., 2002): para el ultimo compuesto n Poli(trimetilcelulosa) (C10H16O5) no se encontró información, solo se conoce que la metilcelulosa se ha utilizado como laxante.
Por otro lado, Subramanian et al. (2012) menciona que la variación la composición química de cada planta puede variar desde las estructuras botánica que se analicen, así como en la composición mineral del suelo en el que se cultivan las plantas. Por lo que la identificación de estos compuestos se puede deber a la capacidad de absorción preferencial de la planta, el uso de fertilizantes, el agua de riego y las condiciones climáticas.
Los resultados muestran que las plantas medicinales y culinarias examinadas desempeñan un papel importante en las comunidades indígenas, ya que cuentan con una gran fuente de compuestos químicos y bioactivos que favorecen a la nutrición humana, además de su importante valor medicinal y culinario. La principal contribución de este trabajo es el desarrollo de un nuevo método de identificación de compuestos químicos para complementar los ya utilizados en la actualidad para ampliar la investigación de estas especies de plantas y distribuir la información que se encuentra en artículos científicos a trípticos informativos útiles para las comunidades. Los resultados concuerdan con los de (López et al., 2016) quienes mencionaron que el método DRX puede ser un complemento útil en la caracterización química de especies vegetales que son importantes en la medicina tradicional. De hecho, alienta el estudio de la cristalografía de difracción de rayos X como una herramienta de análisis fitoquímico para la identificación y cuantificación de compuestos en productos vegetales, que complementan la identificación de compuestos por HPLC (Cromatografía liquida) y RMN (Espectroscopia de resonancia magnética nuclear).
Conclusiones
En esta investigaciónn la técnica de difracción de rayos X solo se utilizó para la identificación de compuestos y no para la cuantificación, esta técnica permitió encontrar compuestos no identificados en todas las especies que se analizaron, para la especie P. amboinicus se identificó un compuesto siendo el pirazol, la especie M. spicata en total de tres compuestos: Celulosa ácido perclorico, n-pentacosano y Clorfenesina carbamato, por ultimo las especies O. basilicum, C. sativum y E. foetidum mostraron la presencia de dos compuestos, Celulosa y n Poli(trimetilcelulosa): los cuales algunos compuestos son utilizados para un amplio espectro de fármacos y utilizados como relajante muscular teniendo propiedades antiinflamatorias y analgésicas, por lo que se entiende las propiedades medicinales de las plantas, esta información reunida en la presente instigación se otorgó al cuerpo de investigación los cuales realizaron trípticos de difusión sobre las plantas estudiadas a las comunidades de Olcuatitán del municipio de Nacajuca, Tabasco.