Caracterización físico-química y análisis de la capacidad antimicrobiana de mieles de abeja sin aguijón (Tribu Meliponini) en Ecuador

Abstract

La miel, como producto natural, ha sido utilizada y estudiada debido a sus propiedades nutricionales, antioxidantes y antimicrobianas. La miel de melipónidos o abejas sin aguijón es considerada exótica, y ha sido estudiada por tener un gran potencial nutricional y terapéutico especialmente por sus propiedades antioxidantes y antimicrobianas superiores a la miel de abeja común Apis mellifera. En este estudio se identificaron las diferentes especies de abejas sin aguijón y se caracterizaron las mieles que producen La calidad de las mieles se analizó por medio de parámetros físico-químicos y microbiológicos. La composición química de la miel fue determinada cuantificando azúcares, vitamina C, ácidos orgánicos, polifenoles, flavonoides, proteínas, aminoácidos y minerales. La actividad antioxidante fue analizada por medio de los métodos DPPH y FRAP. La actividad antimicrobiana se determinó sobre bacterias Gram positivas y Gram negativas en estado planctonico y en biopeliculas preformadas. Se identificaron 7 géneros y 12 especies de abejas sin aguijón en un total de 39 mieles recolectadas en tres regiones geográficas del Ecuador. El análisis físico-químico determinó que las mieles de abejas sin aguijón poseen un contenido de cenizas de 0,51 gr 100 gr-1, conductividad eléctrica de 0,17 mS cm-1, humedad de 27,35 gr 100 gr-1, color ámbar extra claro, pH 3,49, acidez libre de 105,12 meq Kg-1, acidez total de 420,20 meq Kg-1, actividad diastasa de 15,26 °Gothe, HMF de 31,17 mg Kg-1 y azúcares reductores de 72,72 gr 100 gr-1. La calidad microbiológica demostró la presencia de microorganismos aerobios mesófilos, hongos y levaduras en valores tolerables para el consumo. No se presentaron microrganismos de la familia Enterobacteriaceae y Salmonella spp., y los microorganismos Clostridia sulfito reductores se presentaron en 6 mieles. La composición química de las mieles fue de azúcares totales (75,30 gr 100 gr-1), con mayor presencia de fructosa (40,79 gr 100 gr-1), seguido por glucosa (24,94 gr 100 gr-1) y sacarosa (3,90 gr 100 gr-1). Vitamina C en un rango de 2,29 μg gr-1 a 63728,53 μg gr-1. Fenoles de 92,92 mg GAE 100 gr-1 y flavonoides de 60,37 mg CE 100 gr-1. Ácidos orgánicos totales de 1,72 mg 100 gr-1 con mayor cuantificación de ac. oxálico (0,52 mg 100 gr-1), seguido por ac. cítrico (0,48 mg 100 gr-1) y en menores concentraciones los ácidos: acético (0,44 mg 100 gr-1) y láctico (0,34 mg 100 gr-1). De los 23 minerales examinados se cuantificaron K (0,42 mg gr-1), Ca (0,22 mg gr-1), Na (0,16 mg gr-1), Mg (0,07 mg gr-1), Mn (0,05 mg gr-1), y Fe (0,01 mg gr-1). La concentración total de proteínas totales fue de 3,22 mg BSA 100 gr-1, mientras que la cuantificación de los aminoácidos totales fue de 13,54 mg 100 gr-1. Los aminoácidos que se cuantificaron en mayor cantidad fueron leucina (4,24 mg 100 gr-1), prolina (2,57 mg 100 gr-1), histidina (1,79 mg 100 gr-1) y valina (1,07 mg 100 gr-1). La capacidad antioxidante se determinó con valores de DPPH de 14,96 μmol TE 100 gr-1 y FRAP de 72,11 μmol TE 100 gr-1. La cuantificación de compuestos con actividad antimicrobiana se determinó para el H2O2 de 0,67 nmol y de GOx de 1,34 nmol/min mL-1. La actividad antimicrobiana sobre bacterias planctónicas se determinó en un MIC 10,92 gr mL-1 y con el tratamiento de las mieles con catalasa y proteinasa K se determinó que todas las mieles perdieron su actividad antimicrobiana con un MIC ˃20,00 gr mL-1. La actividad antimicrobiana sobre biopelículas preformadas se determinó en una reducción de crecimiento de las biopelículas del 20% Se determinó que el uso combinado de miel y antibióticos reduce las biopelículas preformadas en un 100%. Los análisis de microscopía demostraron que las mieles de abejas sin aguijón reducen la viabilidad de las biopelículas mediante la destrucción de la matriz extracelular, la reducción del tamaño celular y la modificación de la forma de la pared celular de las bacterias que conforman la biopelícula. La biodiversidad de las especies de abejas sin aguijón influye en las características físico-químicas de las mieles sin embargo en general se conservan sus propiedades manteniendo su composición característica de un pH ácido y alta humedad. La composición química de las mieles de melipónido le atribuye propiedades nutricionales, antioxidantes y antimicrobianas que la convierten en un alimento polifuncional con un alto potencial para su uso en la industria alimenticia y farmacéutica.

Honey, as a natural product, has been used and studied due to its nutritional, antioxidant and antimicrobial properties. Honey from meliponids or stingless bees is considered exotic, and has been studied for having great nutritional and therapeutic potential, especially for its antioxidant and antimicrobial properties which are superior to honey from the common bee Apis mellifera. In this study, the different species of stingless bees were identified and the honey they produce was characterized. The quality of the honey was analyzed by means of physical-chemical and microbiological parameters. The chemical composition of honey was determined by quantifying sugars, vitamin C, organic acids, polyphenols, flavonoids, proteins, amino acids and minerals. The antioxidant activity was analyzed by means of the DPPH and FRAP methods. The antimicrobial activity was determined on Gram positive and Gram negative bacteria in the planktonic state and on preformed biofilms. Seven genera and 12 species of stingless bees were identified in a total of 39 honeys collected in three geographical regions of Ecuador. The physical-chemical analysis determined that honey from stingless bees has an ash content of 0.51 g 100 g-1, electrical conductivity of 0.17 mS cm-1, humidity of 27.35 g 100 g-1, extra light amber color, pH 3.49, free acidity of 105.12 meq Kg-1, total acidity of 420.20 meq Kg-1, diastase activity of 15.26 °Gothe, HMF of 31.17 mg Kg-1 and reducing sugars of 72.72 g 100 g-1. The microbiological quality showed the presence of mesophilic aerobic microorganisms, fungi and yeasts in tolerable values for consumption. There were no microorganisms of the Enterobacteriaceae family and Salmonella spp., and the sulfite-reducing Clostridia microorganisms were present in 6 honeys. The chemical composition of the honeys was total sugars (75.30 g 100 g-1), with a greater presence of fructose (40.79 g 100 g-1), followed by glucose (24.94 g 100 g-1) and sucrose (3.90 g 100 g-1). Vitamin C in a range of 2.29 μg g-1 to 63728.53 μg g-1. Phenols of 92.92 mg GAE 100 g-1 and flavonoids of 60.37 mg CE 100 g-1. Total organic acids of 1.72 mg 100 g-1 with greater quantification of oxalic acid (0.52 mg 100 g-1), followed by citric acid (0.48 mg 100 g-1) and in lower concentrations the acids: acetic (0.44 mg 100 g-1) and lactic (0.34 mg 100 g-1). Of the 23 minerals examined, K (0.42 mg gr-1), Ca (0.22 mg gr-1), Na (0.16 mg gr-1), Mg (0.07 mg gr-1), Mn (0.05 mg gr-1), and Fe (0.01 mg gr-1) were quantified. The total concentration of total proteins was 3.22 mg BSA 100 g-1, while the quantification of total aminoacids was 13.54 mg 100 g-1. The aminoacids that were quantified in greater quantity were leucine (4.24 mg 100 g-1), proline (2.57 mg 100 g-1), histidine (1.79 mg 100 g-1) and valine (1.07 mg 100 g-1). The antioxidant capacity was determined with DPPH values of 14.96 μmol TE 100 g-1 and FRAP values of 72.11 μmol TE 100 g-1. The quantification of compounds with antimicrobial activity was determined for H2O2 of 0.67 nmol and GOx of 1.34 nmol/min mL-1. The antimicrobial activity on planktonic bacteria was determined at a MIC of 10.92 g mL-1 and with the treatment of the honeys with catalase and proteinase K it was determined that all the honeys lost their antimicrobial activity with a MIC ˃20.00 g mL-1. The antimicrobial activity on preformed biofilms was determined to reduce biofilm growth by 20%. It was determined that the combined use of honey and antibiotics reduced preformed biofilms by 100%. Microscopy analyzes showed that stingless bee honeys reduce the viability of biofilms by destroying the extracellular matrix, reducing cell size, and changing the shape of the cell wall of the bacteria that make up the biofilm. The biodiversity of the species of stingless bees influences the physical-chemical characteristics of the honeys, however, in general, their properties are preserved, maintaining their characteristic composition of an acidic pH and high humidity. The chemical composition of meliponid honeys gives the nutritional, antioxidant and antimicrobial properties that make them a multifunctional food with a high potential for use in the food and pharmaceutical industries.