The Effect of the Preparation Method on the Content of Biologically Active Substances and Antimicrobial Activity of Extracts of Marigold Flowers (Tagetes patula L.)

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction: The search for new sources of biologically active substances with antimicrobial properties represents a significant direction in modern biotechnology and pharmacology. A promising source of such substances is Tagetes patula L. (French marigold). Despite the high potential biological activity of aqueous extracts of T. patula, they remain insufficiently studied compared to extracts obtained using other solvents and extraction methods.Purpose: The aim of this study is to investigate the influence of extraction methods on the content of biologically active substances and the antimicrobial activity of aqueous extracts of Tagetes patula L. flowers. The study aims to determine the relationship between the extraction method and the content of biologically active substances, as well as the antibacterial properties of the aqueous extracts to create antimicrobial agents based on them. The research objectives included determining the total content of phenolic compounds and flavonoids in aqueous extracts of French marigolds obtained by various extraction methods, and testing the extracts for antibacterial activity against Staphylococcus aureus and Escherichia coli bacteria isolated from clinical material.Materials and Methods: The objects of the study were aqueous extracts of Tagetes patula L. flowers with a hydromodule of 1:10, obtained by boiling, infusing with stirring, microwave, and ultrasonic extraction. The total content of phenolic compounds and flavonoids was determined using a BMG Labtech plate reader. The antibacterial effect of all obtained plant extracts was assessed using the standard disk diffusion method.Results: The extraction method significantly influences the content of biologically active substances and the antibacterial activity of aqueous extracts of French marigolds. The highest phenolic compound content was observed in extracts obtained by microwave extraction (0.34 mg/cm³), while the maximum flavonoid concentration was achieved by boiling for 300 seconds (0.98 mg/cm³). The aqueous extracts demonstrated antibacterial activity against both gram-positive and gram-negative bacteria S. aureus and E. coli, with an increasing trend in the inhibition zone diameter proportional to the extraction duration.Conclusion: The study examined the impact of various extraction methods on the total content of phenolic compounds and flavonoids in aqueous extracts of French marigold flowers. The antibacterial activity of the extracts against gram-positive and gram-negative bacteria was confirmed. The obtained data indicate the potential for further research into the composition and properties of aqueous extracts of French marigolds for the development of antimicrobial agents for use in medicine, veterinary science, and agriculture.

About the authors

Olga Vladimirovna Kriger

Immanuel Kant Baltic Federal University; ITMO University

Author for correspondence.
Email: OKriger@kantiana.ru
ORCID iD: 0000-0002-1489-0716

Ekaterina Igorevna Shepel

Immanuel Kant Baltic Federal University

Email: EIShepel@stud.kantiana.ru
ORCID iD: 0009-0007-5873-8306

References

  1. Астафьева, О. В., Жаркова, З. В., & Якимец М. В. (2020). Исследование химического состава и противомикробной активности экстрактов из соцветий Tagetes patula L. Современные проблемы науки и образования, 6, 10. https://doi.org/10.17513/spno.30430
  2. Васильев, А. С., & Громова, Ю. В. (2018). Краткий анализ современных технологий экстракции и основных факторов, влияющих на процесс экстракции. Экономическая наука сегодня: теория и практика (c. 28–31). Чебоксары: Центр научного сотрудничества «Интерактив плюс».
  3. Елапов, А. А., Кузнецов, Н. Н., & Марахова, А. И. (2021). Применение ультразвука в экстракции биологически активных соединений из растительного сырья, применяемого или перспективного для применения в медицине. Разработка и регистрация лекарственных средств, 10(4), 96–116. https://doi.org/10.33380/2305-2066-2021-10-4-96-116.
  4. Кацев, А.М., Сафронюк, С.Л., Бурцева Е. В., & Османова С. Я. (2023). Могут ли биолюминесцентные бактерии быть использованы для поиска новых антибактериальных веществ растительного происхождения? Разработка и регистрация лекарственных средств, 12(4), 63-70. https://doi.org/10.33380/2305-2066-2023-12-4-1592
  5. Максименко, Н. В. (2019). Аллелопатическая активность растений рода Tagetes L. Сельское хозяйство-проблемы и перспективы (c. 79–85). Город: Издательство. Гродно: ГГАУ.
  6. Маркин, В.И., Чепрасова, М.Ю., & Базарнова, Н.Г. (2014) Основные направления использования микроволнового излучения при переработке растителного сырья (обзор). Химия растительного сырья, (4), 21–42. https://doi.org/10.14258/jcprm.201404597
  7. Машковский, М.Д. (2019). Лекарственные средства. М.: Новая волна.
  8. Салова, Т. Ю., & Громова, Н. Ю. (2016). Теоретические аспекты получения биологически активных веществ из растительного и животного сырья. Успехи современного естествознания, 3, 39–43.
  9. Папаяни, О. И., Духанина, И.В., & Сергеева, Е. О. (2012) Изучение химического состава и антимикробной активности сухого экстракта из цветков бархатцев распростертых (Tagetes patula L.). Известия Самарского научного центра Российской академии наук, 14(3), 742–744.
  10. Поверин, Д.И., & Поверин, А.Д. (2006) Ультразвуковая экстракция в промышленном производстве инстантных форм растительных субстратов. Пиво и напитки, (1), 18–20.
  11. Червонная, Н.М., & Андреева, О. А. (2015). Об антиоксидантной активности спиртоводных извлечений из цветков бархатцев распростертых. Современные проблемы науки и образования, 2(часть 3).
  12. Alupului, A., Calinescu, I. & Lavric, V. (2012). Microwave extraction of active principles from medicinal plants. UPB Science Bulletin, Series B, 74(2), 129–142.
  13. Bernhoft, A. (2010). A brief review on bioactive compounds in plants. Bioactive Compounds in Plants-Benefits and Risks for Man and Animals, 50, 11–17.
  14. Chemat, F., Tomao, V., & Virot, M. (2008). Ultrasound-assisted extraction in food analysis. Handbook of food analysis instruments, 11, 85–103. https://doi.org/10.1201/9781420045673.ch5
  15. Chookalaii, H., Riahi, H., Shariatmadari, Z., Mazarei, Z., & Seyed Hashtroudi, M. (2020). Enhancement of total flavonoid and phenolic contents in Plantago major L. with plant growth promoting cyanobacteria. Journal of Agricultural Science and Technology, 22(2), 505–518.
  16. Cowan, M. M. (1999). Plant products as antimicrobial agents. Clinical Microbiology Reviews, 12(4), 564–582. https://doi.org/10.1128/CMR.12.4.564
  17. Croteau, R. Kutchan, T.M., & Lewis, N.G. (2000). Natural products (secondary metabolites). Biochemistry and Molecular Biology of Plants, 24, 1250–1319.
  18. De Castro, M. D. L. & Garcıa-Ayuso L.E. (1998). Soxhlet extraction of solid materials: An outdated technique with a promising innovative future. Analytica Сhimica Acta, 369(1–2), 1–10. http://dx.doi.org/10.1016/S0003-2670(98)00233-5
  19. Dudareva, N., & Pichersky, E. (2000). Biochemical and molecular genetic aspects of floral scents. Plant Physiology, 122(3), 627–634. https://doi.org/10.1104/pp.122.3.627
  20. Dzah, C. S., Duan, Y., Zhang, H., Wen, C., Zhang, J., Chen, G., & Ma, H. (2020). The effects of ultrasound assisted extraction on yield, antioxidant, anticancer and antimicrobial activity of polyphenol extracts: A review. Food Bioscience, 35, 100547. https://doi.org/10.1016/j.fbio.2020.100547
  21. Gupta, P., Vasudeva, N., & Marigold, A. (2012). Potential ornamental plant drug. Hamdard Medicus, 55(1), 45–59.
  22. Hernández, Y., Lobo M. G., & González, M. (2009). Factors affecting sample extraction in the liquid chromatographic determination of organic acids in papaya and pineapple. Food Chemistry, 114(2), 734–741. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2008.10.021
  23. Herrera, M.C., & De Castro, M.D.L. (2005). Ultrasound-assisted extraction of phenolic compounds from strawberries prior to liquid chromatographic separation and photodiode array ultraviolet detection. Journal of Chromatography A, 1100(1), 1–7. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2005.09.021
  24. Jain, R., Katare, N., Kumar, V., Samanta, A.K., Goswami, S., & Shrotri S. (2012). In vitro antibacterial potential of different extracts of Tagetes erecta and Tagetes patula. Journal of Natural Sciences Research, 2(5), 84–90.
  25. Jain, T., Jain, V., Pandey, R., Vyas A., & Shukla, S.S. (2009). Microwave assisted extraction for phytoconstituents–an overview. Asian Journal of Research in Chemistry, 2(1), 19–25.
  26. Madhu, B., Srinivas, M. S., Srinivas, G., & Jain S. K. (2019). Ultrasonic technology and its applications in quality control, processing and preservation of food: A review. Current Journal of Applied Science and Technology, 32(5), 1–11. https://doi.org/ 10.9734/CJAST/2019/46909
  27. Mahfuz, S., Shang, Q., & Piao X. (2021). Phenolic compounds as natural feed additives in poultry and swine diets. Biotechnol, 12, 48. https://doi.org/10.1186/s40104-021-00565-3
  28. Martínez, R., Diaz, B., Vásquez, L., Compagnone, R., Tillett, S.S., Canelon, D., Torrico, F., & Suarez A. (2009). Chemical composition of essential oils and toxicological evaluation of Tagetes erecta and Tagetes patula from Venezuela. Journal of Essential Oil-Bearing Plants, 12(4), 476–481. https://doi.org/10.1080/0972060X.2009.10643747
  29. Munhoz, V.M., Baida, F.C., Lopes, G.C., Santiago, D.C., de Souza, J.R.P., & de Mello, J.C.P. (2017). Extracts and semi-purified fractions of Tagetes patula flowers in the control of root-knot nematodes. Semina: Ciências Agrárias, 38(6), 3529–3538. https://doi.org/10.5433/1679–0359.2017v38n6p3529
  30. Nahak, G., & Sahu, K. (2017). Bio-controlling effect of leaf extract of Tagetes patula L. (Marigold) on growth parameters and diseases of tomato. Pakistan Journal of Biological Sciences, 20(1), 12–19. https://doi.org/10.3923/pjbs.2017.12.19
  31. Pan, X., Niu G., & Liu, H. (2003). Microwave-assisted extraction of tea polyphenols and tea caffeine from green tea leaves. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 42(2), 129–133. https://doi.org/10.1016/s0255-2701(02)00037-5
  32. Ondua, M., Njoya, E. M., & Abdalla M. A. (2019). Anti-inflammatory and antioxidant properties of leaf extracts of eleven South African medicinal plants used traditionally to treat inflammation. Journal of Ethnopharmacology, 234, 27–35. https://doi.org/10.1016/ j.jep.2018.12.030
  33. Smith, R. M. (2003). Before the injection—modern methods of sample preparation for separation techniques. Journal of Chromatography, 1000(1–2), 3–27. https://doi.org/10.1016/s0021-9673(03)00511-9
  34. Sukhikh, S., Babich, O., Larina, V., Krol O., Popov, A., Kriger, O., Ivanova S., & Prosekov, A. (2022). Antimicrobial screening and fungicidal properties of eucalyptus globulus ultrasonic extracts. Plants, 11. https://doi.org/10.3390/plants11111441
  35. Taiz, L. & Zeiger, E. (2006) Secondary metabolites and plant defense. Plant Physiology, 4, 315–344. https://doi.org/10.1007/978-94-007-1933-0_5.
  36. Vankar, P. S. (2004). Essential oils and fragrances from natural sources. Resonance, 9, 30-41. https://doi.org/10.1007/BF02834854
  37. Wilkinson, J.L., Boxall, A.B.A., Kolpin, D.W., Leung, K.M.Y., Lai, R.W.S., Galbán-Malagón, C., Adell, A.D., Mondon, J., Metian, M., Marchant, R.A., Bouzas-Monroy, A., Cuni-Sanchez, A., Coors, A., Carriquiriborde, P., Rojo, M., Gordon, C., Cara, M., Moermond, M., Luarte, T., Petrosyan, V., Perikhanyan, Y., Mahon, C.S., McGurk, C.J., Hofmann, T., Kormoker, T., Iniguez, V., Guzman-Otazo, J., Tavares, J.L., Gildasio De Figueiredo, F., Razzolini, M.T.P., Dougnon, V., Gbaguidi, G., Traoré, O., Blais, J.M., Kimpe, L.E., Wong, M., Wong, D., Ntchantcho, R., Pizarro, J., Ying, G.G., Chen, C.E., Páez, M., Martínez-Lara, J., Otamonga, J.P., Poté, J., Ifo, S.A., Wilson, P., Echeverría-Sáenz, S., Udikovic-Kolic, N., Milakovic, M., Fatta-Kassinos, D., Ioannou-Ttofa, L., Belušová, V., Vymazal, J., Cárdenas-Bustamante, M., Kassa, B.A., Garric, J., Chaumot, A., Gibba, P., Kunchulia, I., Seidensticker, S., Lyberatos, G., Halldórsson, H.P., Melling, M., Shashidhar, T., Lamba, M., Nastiti, A., Supriatin, A., Pourang, N., Abedini, A., Abdullah, O., Gharbia, S.S., Pilla, F., Chefetz, B., Topaz, T., Yao, K.M., Aubakirova, B., Beisenova, R., Olaka, L., Mulu, J.K., Chatanga, P., Ntuli, V., Blama, N.T., Sherif, S., Aris, A.Z., Looi, L.J., Niang, M., Traore, S.T., Oldenkamp, R., Ogunbanwo, O., Ashfaq, M., Iqbal, M., Abdeen, Z., O'Dea, A., Morales-Saldaña, J.M., Custodio, M., de la Cruz, H., Navarrete, I., Carvalho, F., Gogra, A.B., Koroma, B.M., Cerkvenik-Flajs, V., Gombač, M., Thwala, M., Choi, K., Kang, H., Ladu, J.L.C., Rico, A., Amerasinghe, P., Sobek, A., Horlitz, G., Zenker, A.K., King, A.C., Jiang, J.J., Kariuki, R., Tumbo, M., Tezel, U., Onay, T.T., Lejju, J. B., Vystavna, Y., Vergeles, Y., Heinzen, H., Pérez-Parada, A., Sims, D.B., Figy, M., Good, D., Teta, C. (2022) Pharmaceutical pollution of the world's rivers. Proceedings of the National Academy of Sciences, 119(8). https://doi.org/10.1073/pnas.2113947119

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».