DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2026.1758540
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41657903
تاريخ النشر: 2026-01-22
المؤلف: Hakan Çolak وآخرون
الموضوع الرئيسي: الزيوت الأساسية والنشاط المضاد للميكروبات
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في الفعالية المضادة للميكروبات لزيت العرعر الأساسي النقي (EO) وصيغ النانوإيمولشن الخاصة به بتركيزات 2% و4% و6% ضد خمسة أنواع من البكتيريا المرتبطة بأمراض الطعام وفساد الأسماك: *Staphylococcus aureus* و*Salmonella Paratyphi A* و*Vibrio vulnificus* و*Photobacterium damselae* و*Proteus mirabilis*. حدد تحليل الكروماتوغرافيا الغازية-مطياف الكتلة (GC-MS) للزيت 30 مكونًا، حيث يشكل α-pinene 90.05% من إجمالي المواد المتطايرة. تم تقييم النشاط المضاد للميكروبات باستخدام طريقة انتشار الآجار لقياس مناطق التثبيط، إلى جانب طرق التخفيف الدقيقة لتحديد الحد الأدنى من التركيز المثبط (MIC) والحد الأدنى من التركيز القاتل للبكتيريا (MBC). أظهرت النتائج وجود علاقة واضحة بين الجرعة والاستجابة، حيث أدت زيادة تركيزات الزيت إلى زيادة مناطق التثبيط وتقليل قيم MIC/MBC. ومن الجدير بالذكر أن *S. aureus* أظهرت تثبيطًا عند 2% من زيت النانوإيمولشن العرعر (JNEO) مع أقصى منطقة تبلغ 22.1 مم عند 6% من JNEO، بينما أظهرت *V. vulnificus* أعلى قابلية للإصابة بالزيت النقي.
تشير النتائج إلى أن صيغ النانوإيمولشن لزيت العرعر الأساسي *Juniperus communis* تمتلك خصائص مضادة للميكروبات كبيرة، خاصة ضد *S. aureus* و*V. vulnificus*، مع تأثير يعتمد على التركيز. تسلط الدراسة الضوء على إمكانية استخدام هذه النانوإيمولشن كمواد حافظة طبيعية في صناعة المأكولات البحرية، على الرغم من أن المقاومة العالية لـ *P. mirabilis* تشير إلى الحاجة إلى تصميم صيغ بعناية مع مراعاة آليات الدفاع البكتيرية. يجب أن تركز الأبحاث المستقبلية على التأثيرات التآزرية لزيت العرعر مع مضادات الميكروبات الطبيعية الأخرى، بالإضافة إلى التقييمات العملية لعمر التخزين، والخصائص الحسية، والتحكم الميكروبي في أنظمة الطعام الحقيقية لتسهيل التطبيق الصناعي لنانوإيمولشن زيت العرعر كمواد حافظة آمنة وفعالة.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على الطلب المتزايد على منتجات غذائية آمنة ومغذية وطويلة الأمد استجابةً لزيادة عدد السكان العالمي وتوقعات المستهلكين. وتؤكد على التحديات الكبيرة التي تطرحها البكتيريا المسببة للأمراض وجراثيم الفساد، خاصة في العناصر سريعة الفساد مثل الأسماك، حيث يعد التحكم في بكتيريا الفساد أمرًا حيويًا لصحة المستهلك والجدوى الاقتصادية. تشير الورقة إلى التحول نحو المواد الحافظة الطبيعية، وخاصة الزيوت الأساسية المستخلصة من النباتات (EOs)، بسبب المخاوف بشأن الآثار الضارة للمواد الحافظة الاصطناعية على الصحة والبيئة.
من بين المواد الحافظة الطبيعية المختلفة، يتم تحديد زيت العرعر الأساسي (EO) المستخرج من *Juniperus communis* كمرشح واعد بسبب محتواه العالي من المركبات المضادة للميكروبات ومضادات الأكسدة، مثل α-Pinene وSabinene. على الرغم من الفوائد المحتملة للزيوت الأساسية، فإن تطبيقها في أنظمة الطعام محدود بسبب التحديات مثل انخفاض الذوبانية في الماء والتبخر السريع. لمعالجة هذه القضايا، تستكشف الدراسة استخدام تقنية النانوإيمولشن، التي تعزز من ذوبانية واستقرار الزيوت الأساسية، مما يحسن من فعاليتها المضادة للميكروبات. تهدف الدراسة إلى تقييم النشاط المضاد للميكروبات لزيت العرعر الأساسي وصيغ النانوإيمولشن الخاصة به ضد بكتيريا فساد الأسماك، مما يساهم في تطوير استراتيجيات حفظ طبيعية فعالة في صناعة المأكولات البحرية.
النتائج
تكشف نتائج الدراسة حول زيت العرعر الأساسي (EO) عن تركيب كيميائي معقد يتميز بالوجود السائد لـ α-Pinene (90.05%)، والذي يرتبط بخصائص مضادة للبكتيريا والفطريات كبيرة. حدد التحليل ما مجموعه 30 مركبًا، بما في ذلك مونوترينات أخرى مثل α-Myrcene و2-α-Pinene، والتي قد تعزز من الفعالية المضادة للميكروبات للزيت من خلال التفاعلات التآزرية. ومن الجدير بالذكر أن مركبات مثل α-Cedrol وdl-Limonene تساهم أيضًا في نشاط الزيت ضد مسببات الأمراض الميكروبية. تسلط الدراسة الضوء على أن المحتوى العالي من α-Pinene يتماشى مع النتائج السابقة، على الرغم من وجود اختلافات بين أنواع العرعر المختلفة بسبب العوامل الوراثية والبيئية.
أظهرت تقييمات الحد الأدنى من التركيز المثبط (MIC) والحد الأدنى من التركيز القاتل للبكتيريا (MBC) أن زيت العرعر الأساسي يظهر نشاطًا مضادًا للميكروبات قويًا ضد سلالات بكتيرية مختلفة. على سبيل المثال، كانت قيم MIC وMBC ضد *Staphylococcus aureus* 0.78 ملغ/مل و6.25 ملغ/مل، على التوالي، مما يشير إلى قابلية عالية للإصابة. بالمقابل، أظهرت *Proteus mirabilis* قابلية أقل للإصابة، مع MBC يتجاوز 100 ملغ/مل. تشير النتائج إلى أن زيت العرعر الأساسي، خاصة في شكل نانوإيمولشن، يحافظ على تأثيرات مضادة للميكروبات قوية حتى عند التركيزات المنخفضة، مستهدفًا بشكل فعال كل من البكتيريا إيجابية الجرام وسلبية الجرام. وهذا يبرز إمكانية زيت العرعر كعامل مضاد للميكروبات طبيعي، خاصة في التطبيقات المتعلقة بحفظ الطعام وتمديد عمر منتجات الأسماك.
المناقشة
تحققت الدراسة في الخصائص المضادة للميكروبات للنانوإيمولشن التي تم تشكيلها باستخدام زيت العرعر الأساسي *Juniperus communis* ضد مجموعة متنوعة من مسببات الأمراض الغذائية وبكتيريا الفساد. تم إعداد النانوإيمولشن باستخدام طريقة معدلة تضمنت التقطير بالبخار لثمار العرعر، تلاها دمج Tween 80 كعامل خافض للتوتر السطحي. تم تحليل الخصائص الفيزيائية والكيميائية للنانوإيمولشن، بما في ذلك حجم القطرات ومؤشر التوزيع المتعدد (PDI)، مما يكشف أن أصغر حجم قطرة (21.89 نانومتر) حدث عند تركيز 2% من الزيت، بينما أدت التركيزات الأعلى إلى زيادة حجم القطرات وPDI، مما يشير إلى عدم انتظام أقل في توزيع القطرات.
تم تقييم النشاط المضاد للميكروبات باستخدام طريقة انتشار الآجار، واختبارات الحد الأدنى من التركيز المثبط (MIC) والحد الأدنى من التركيز القاتل للبكتيريا (MBC). أظهرت النتائج أن زيت العرعر النقي أظهر فعالية مضادة للبكتيريا أكبر مقارنة بأشكاله النانوإيمولشن، خاصة ضد البكتيريا سلبية الجرام مثل *Vibrio vulnificus*. سلطت الدراسة الضوء على زيادة تعتمد على التركيز في مناطق التثبيط، مع ملاحظة التأثيرات الأكثر أهمية عند تركيزات أعلى من الزيت. على الرغم من انخفاض فعالية النانوإيمولشن مقارنة بالزيت النقي، فإن صياغتها حسنت من قابلية التشتت والاستقرار، مما يشير إلى تطبيقات محتملة كمواد حافظة طبيعية للطعام. يجب أن تستكشف الأبحاث المستقبلية التأثيرات التآزرية مع مضادات الميكروبات الأخرى وتقييم الآثار العملية لهذه النانوإيمولشن في أنظمة الطعام.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2026.1758540
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41657903
Publication Date: 2026-01-22
Author(s): Hakan Çolak et al.
Primary Topic: Essential Oils and Antimicrobial Activity
Overview
This study investigated the antimicrobial efficacy of pure juniper essential oil (EO) and its nanoemulsion formulations at concentrations of 2%, 4%, and 6% against five bacterial species associated with foodborne illnesses and fish spoilage: *Staphylococcus aureus*, *Salmonella Paratyphi A*, *Vibrio vulnificus*, *Photobacterium damselae*, and *Proteus mirabilis*. The gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) analysis of the EO identified thirty components, with α-pinene constituting 90.05% of the total volatiles. Antimicrobial activity was assessed using the agar well diffusion method to measure inhibition zones, alongside microdilution methods to determine minimum inhibitory concentration (MIC) and minimum bactericidal concentration (MBC). Results indicated a clear dose-response relationship, where increasing EO concentrations led to larger inhibition zones and reduced MIC/MBC values. Notably, *S. aureus* exhibited inhibition at 2% juniper nanoemulsion oil (JNEO) with a maximum zone of 22.1 mm at 6% JNEO, while *V. vulnificus* demonstrated the highest susceptibility to pure EO.
The findings suggest that nanoemulsion formulations of *Juniperus communis* essential oil possess significant antimicrobial properties, particularly against *S. aureus* and *V. vulnificus*, with a concentration-dependent effect observed. The study highlights the potential of these nanoemulsions as natural preservatives in the seafood industry, although the high resistance of *P. mirabilis* indicates the need for careful formulation design considering bacterial defense mechanisms. Future research should focus on the synergistic effects of juniper EO with other natural antimicrobials, as well as practical evaluations of shelf life, sensory properties, and microbial control in real food systems to facilitate the industrial application of juniper EO nanoemulsions as safe and effective food preservatives.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the growing demand for safe, nutritious, and long-lasting food products in response to increasing global population and consumer expectations. It emphasizes the significant challenges posed by pathogenic bacteria and spoilage organisms, particularly in rapidly perishable items like fish, where controlling spoilage bacteria is crucial for consumer health and economic viability. The paper notes a shift towards natural preservatives, particularly plant-based essential oils (EOs), due to concerns over the adverse effects of synthetic preservatives on health and the environment.
Among the various natural preservatives, juniper essential oil (EO) derived from *Juniperus communis* is identified as a promising candidate due to its high content of antimicrobial and antioxidant compounds, such as α-Pinene and Sabinene. Despite the potential benefits of EOs, their application in food systems is limited by challenges such as low water solubility and rapid evaporation. To address these issues, the study explores the use of nanoemulsion technology, which enhances the solubility and stability of EOs, thereby improving their antimicrobial efficacy. The research aims to evaluate the antimicrobial activity of juniper EO and its nanoemulsion formulations against fish spoilage bacteria, contributing to the development of effective natural preservation strategies in the seafood industry.
Results
The results of the study on juniper essential oil (EO) reveal a complex chemical composition characterized by the predominant presence of α-Pinene (90.05%), which is associated with significant antibacterial and antifungal properties. The analysis identified a total of 30 compounds, including other monoterpenes such as α-Myrcene and 2-α-Pinene, which may enhance the antimicrobial efficacy of the oil through synergistic interactions. Notably, compounds like α-Cedrol and dl-Limonene also contribute to the oil’s activity against microbial pathogens. The study highlights that the high α-Pinene content aligns with previous findings, although variations exist among different juniper species due to genetic and ecological factors.
The minimum inhibition concentration (MIC) and minimum bactericidal concentration (MBC) assessments demonstrated that juniper EO exhibits potent antimicrobial activity against various bacterial strains. For instance, the MIC and MBC values against Staphylococcus aureus were 0.78 mg/mL and 6.25 mg/mL, respectively, indicating high susceptibility. In contrast, Proteus mirabilis showed reduced susceptibility, with an MBC exceeding 100 mg/mL. The findings suggest that juniper EO, particularly in nanoemulsion form, maintains strong antimicrobial effects even at low concentrations, effectively targeting both Gram-positive and Gram-negative bacteria. This underscores the potential of juniper EO as a natural antimicrobial agent, especially in applications related to food preservation and shelf-life extension of fish products.
Discussion
The study investigated the antimicrobial properties of nanoemulsions formulated with Juniperus communis essential oil (EO) against various foodborne pathogens and spoilage bacteria. The nanoemulsions were prepared using a modified method that involved steam distillation of juniper berries, followed by the incorporation of Tween 80 as a surfactant. The physicochemical properties of the nanoemulsions, including droplet size and polydispersity index (PDI), were analyzed, revealing that the smallest droplet size (21.89 nm) occurred at 2% EO concentration, while higher concentrations led to increased droplet size and PDI, indicating less uniformity in droplet distribution.
Antimicrobial activity was assessed using the agar well diffusion method, minimum inhibitory concentration (MIC), and minimum bactericidal concentration (MBC) tests. Results demonstrated that pure juniper EO exhibited greater antibacterial efficacy compared to its nanoemulsion forms, particularly against Gram-negative bacteria such as Vibrio vulnificus. The study highlighted a concentration-dependent increase in inhibition zones, with the most significant effects observed at higher EO concentrations. Despite the lower potency of nanoemulsions relative to pure EO, their formulation improved dispersibility and stability, suggesting potential applications as natural food preservatives. Future research should explore synergistic effects with other antimicrobials and evaluate the practical implications of these nanoemulsions in food systems.