Fruit extracts as a natural strategy against foodborne pathogens: antioxidant, antimicrobial, and cytotoxic evaluations

Abstract

Waterborne and Foodborne Diseases (WFDs) remain a major concern for both the food industry and public health sectors. According to data from the Brazilian Ministry of Health, between 2020 and 2023, WFD outbreaks quadrupled, resulting in more than nineteen thousand reported cases in the most recent year. These outbreaks were primarily caused by the etiological agents Escherichia coli, Staphylococcus spp., and Salmonella spp. Although pesticides, agrochemicals, chemical preservatives, and antibiotics are used to mitigate these problems, the indiscriminate application of such substances has led to new challenges, such as antimicrobial resistance. One promising approach to counteracting this resistance involves the study of plant-derived compounds with antimicrobial potential, owing to the wide range of metabolites they contain and the extensive research on their bioactive components with diverse biological activities. These compounds include alkaloids, polyphenols, coumarins, terpenes, polysaccharides, and peptides. Investigating compounds with antimicrobial potential present in plants is one possible strategy to counteract this multidrug resistance, given the variety of metabolites found and the extensive research on bioactive compounds with diverse biological activities. These compounds include alkaloids, polyphenols, coumarins, terpenes, polysaccharides, and peptides. The objective of this study was to evaluate the antimicrobial potential of extracts from six red fruits—jabuticaba, strawberry, açaí, raspberry, blueberry, and juçara—against the pathogenic microorganisms Escherichia coli and Listeria monocytogenes. The extracts of jabuticaba and açaí exhibited the highest quantification of total phenolic compounds and antioxidant potential. However, the latter did not demonstrate strong antimicrobial activity. The extracts that stood out in inhibiting bacterial growth were jabuticaba, followed by raspberry and strawberry. The minimum inhibitory concentration (MIC) of jabuticaba extract for both bacteria was 1x, while the minimum bactericidal concentration (MBC) was determined only for L. monocytogenes, with the jabuticaba extract showing a value of 2x. When isolated, anthocyanins and phenolic compounds displayed lower microbial inhibitory effects compared to the crude extract, suggesting that the antimicrobial potential may reside in organic acids or result from synergistic interactions among other constituents. No extract exhibited toxicity in live cells, thereby rendering them safe for applications within the food and pharmaceutical industries. Keywords: red fruits; antimicrobial potential; phenolic compounds; anthocyaninsAs Doenças Transmitidas por água e alimentos (DTHA) continuam sendo uma preocupação das indústrias alimentícias e de saúde pública. De acordo com dados do Ministério da Saúde, entre os anos de 2020 e 2023, os surtos por DTHA quadruplicaram e resultaram em mais de dezenove mil doentes no último ano. Estes surtos foram ocasionados principalmente pelos agentes etiológicos Escherichia coli, Staphylococcus spp. e Salmonella spp. Embora o uso de pesticidas, agrotóxicos, conservantes químicos e antibióticos são utilizados para minimizar esses problemas, o uso indiscriminado destes produtos, tem gerado novos desafios, como a multirresistência. O estudo de compostos com potencial antimicrobiano, presentes em plantas, é uma das possíveis formas de combater essa multirresistência, devido a variedade de metabólitos encontrados e extensos estudos de compostos bioativos com diferentes atividades biológicas. Estes compostos incluem alcaloides, polifenóis, cumarinas, terpenos, polissacarídeos e peptídeos. O objetivo deste estudo foi avaliar o potencial antimicrobiano de extratos de seis frutas vermelhas, jabuticaba, morango, açaí, framboesa, mirtilo e juçara contra os microrganismos patogênicos Escherichia coli e Listeria monocytogenes. Os extratos de jabuticaba e açaí apresentaram a maior quantificação de compostos fenólicos totais e potencial antioxidante. Porém, este último, não apresentou um bom potencial antimicrobiano. Os extratos que se destacaram pelo potencial de inibição de crescimento das bactérias estudadas foi o extrato de jabuticaba, seguido pelo extrato de framboesa e morango. A concentração mínima inibitória (MIC) do extrato de jabuticaba para ambas as bactérias foi de 1x. Já a concentração mínima bactericida (MBC) foi determinada apenas para L. monocytogenes, com o extrato de jabuticaba apresentando um valor de 2x. As antocianinas e fenólicos quando isolados apresentaram menor poder de inibição microbiano em relação ao extrato bruto, indicando que possivelmente os compostos com potencial antimicrobiano resultaram de possíveis sinergismo entre os componentes. Nenhum extrato apresentou toxicidade em células vivas, tornando- as seguras para aplicações na indústria alimentícia ou farmacêutica. Palavras-chave: frutas vermelhas; potencial antimicrobiano; compostos fenólicos; antocianinas