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Thèse de Doctorat
DOI
https://doi.org/10.11606/T.11.2020.tde-18052020-151325
Document
Auteur
Nom complet
Carmen Milagros Sinche Ambrosio
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
Piracicaba, 2020
Directeur
Jury
Contreras Castillo, Carmen Josefina (Président)
Gloria, Eduardo Micotti da
Moreno, Andrea Micke
Smidt, Hauke
Titre en anglais
Unravelling the potential of citrus essential oils derived from citrus processing as an alternative antimicrobial feed additive in pigs
Mots-clés en anglais
Citrus essential oils
Growth promoter
Microencapsulation
Pig gut microbiota
Resumé en anglais
Citrus is the most grow fruit around the world and essential oils (EOs) are the main by- product of Citrus-juice processing industries. Lately, EOs have emerged as a promising alternative to antibiotic use in pig production due to their antimicrobial properties. This as a result of the full restriction of antibiotics' use as feed additive by the European Union since 2016 to counter the increase of antibiotic resistance in animals and humans. Due to the vast availability of citrus EOs in the global market, from a practical standpoint, their application in pig feed could turn interesting and financially feasible. Thus, the aim of this thesis was to unravel the selective antibacterial activity of commercial citrus EOs, as well as their chemical composition related to this activity, targeting citrus EOs' potential application as an alternative to antibiotics in pig feed. This thesis is divided into five studies, of which the three first studies investigated the in vitro selective antibacterial activity of six commercial citrus EOs, the possible mechanism of action underlying citrus EOs' selective activity and the chemical composition to unravel citrus EOs' compounds involved in conferring that selective antibacterial performance. The next study was related to the microencapsulation of a citrus EO using a modified starch-chitosan matrix technique by spray-drying. Physical properties, morphology and antimicrobial activity of the citrus EO microcapsules were evaluated. In the last study, the effect of a microencapsulated citrus EO on pig gut microbiota using a stage of art in vitro fermentation was studied. The result of the present thesis showed the potential of selective antibacterial activity of citrus EOs, that is, a stronger antibacterial effect on pathogenic bacteria than beneficial bacteria by causing higher disturbances of the normal growth kinetics of pathogenic bacteria than beneficial bacteria. The probable mechanism related to the selective antibacterial action of a citrus EO can be described as altering more remarkably the permeability and integrity of the cytoplasmic membrane as well as the external structure of a pathogenic bacterium than a beneficial bacterium. The characterization of the chemical composition of citrus EOs allowed to infer that minor compounds present in these EOs would be involved in conferring their selective antibacterial activity, these would be mainly oxygenated monoterpenes such as carvone, cis-carveol, trans,-carveol, cis-p-Mentha-2,8-dien-1-ol and trans-p-Mentha-2,8-dien-1-ol. In addition, on the basis of an in vitro fermentation set-up, results showed that a microencapsulated citrus EO shifted pig gut microbiota in a way that reduced ileal and colonic diversity and altered their composition. Therefore, this thesis provides new information about the antimicrobial effect of citrus EOs as a potential alternative to antibiotics in pig production.
Titre en portugais
Desvendando o potencial dos óleos essenciais cítricos derivados do processamento de citros como um aditivo alternativo antimicrobiano na alimentação animal
Mots-clés en portugais
Melhorador de desempenho
Microbiota intestinal de suínos
Microencapsulação
Óleos essenciais de citros
Resumé en portugais
Os citros são os frutos mais cultivados no mundo e os óleos essenciais (OE) são o principal subproduto das indústrias de processamento de sucos de cítricos. Recentemente, os OEs surgiram como uma alternativa promissora ao uso de antibióticos na produção suína devido as suas propriedades antimicrobianas. Isso como resultado da proibição total de uso de antibióticos como aditivo melhorador de desempenho pela União Europeia desde 2016 visando combater o aumento da resistência a antibióticos em animais e humanos. Devido à grande disponibilidade dos OEs de citros no mercado global sua aplicação na alimentação de suínos poderia se tornar interessante e financeiramente viável. Assim, o objetivo desta tese foi desvendar a atividade antibacteriana seletiva dos OEs cítricos comerciais, bem como sua composição química relacionada a essa atividade, visando a aplicação potencial dos OEs de citros como alternativa aos antibióticos na alimentação de suínos. Esta tese é dividida em cinco estudos, dos quais os três primeiros investigaram a atividade antibacteriana seletiva in vitro de seis OEs de citros comerciais, o possível mecanismo de ação subjacente à atividade seletiva dos OEs cítrico e a composição química, visando desvendar os compostos dos OE de citros envolvidos no desempenho antibacteriano seletivo. O estudo seguinte, foi relacionado à microencapsulação de um OE de citros usando uma matriz de amido modificado e quitosana utilizando a técnica de spray-drying. Foram avaliadas as propriedades físicas, morfológicas e atividade antimicrobiana das microcápsulas do OE de citros. No último estudo, avaliou-se o efeito de um OE de citros microencapsulado na microbiota intestinal de suínos usando um sistema de fermentação in vitro. O resultado da presente tese mostrou o potencial antibacteriano seletivo dos OEs de citros, ou seja, um efeito antibacteriano mais forte sobre bactérias patogênicas do que sobre bactérias benéficas, causando maiores alterações na cinética normal de crescimento de bactérias patogênicas do que nas bactérias benéficas. O provável mecanismo relacionado à ação antibacteriana seletiva de um OE de citros pode ser descrito como uma alteração mais pronunciada da permeabilidade e da integridade da membrana citoplasmática, assim como na estrutura externa da bactéria patogênica do que da bactéria benéfica. A caracterização da composição química dos OE de citros permitiu inferir que os compostos menores presentes nesses OEs estariam envolvidos em conferir a atividade antibacteriana seletiva, principalmente os monoterpenos oxigenados, como carvona, carvone, cis-carveol, trans,-carveol, cis-p-Mentha-2,8-dien-1-ol e trans-p-Mentha-2,8-dien-1-ol Além disso, os resultados do experimento de fermentação in vitro mostraram que um OE de citros microencapsulado alterou a microbiota intestinal de suínos, causando a redução da diversidade microbiana do íleo e do colón, e mudando sua composição bacteriana. Portanto, esta tese fornece novas informações sobre o efeito antimicrobiano dos OEs de citros, como uma alternativa potencial aos antibióticos na produção de suínos.
 
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Date de Publication
2020-05-19
 
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