Bioactivity study and analysis of the volatile constituents and essential oil extracts of Mammea Americana L. fruit by HS-SPME and GC/MS

Abstract

Mammea Americana L. is a tropical fruit tree native from the West Indies with bark, seeds, leaves and flowers that have been reported to contain toxic compounds. However, it is the fruit pulp that results attractive for human consumption. The principal objective of this investigation was to apply the Headspace-Solid Phase Microextraction (HS-SPME) technique for the extraction of the aroma volatile constituents and to perform Microscale Soxhlet Extraction to obtain the essential oil of Mammea Americana L. fruit pulp from different municipalities in Puerto Rico. The aim was to determine the volatile compounds that give the fruit its characteristic aroma and to identify the mixture of compounds contained by the essential oil extracts from the fruit pulp. Gas Chromatography coupled to Mass Spectrometry (GC/MS) instrumental method was used for the separation and characterization of Mamey fruit chemical composition. Three different SPME fibers including the Polydimethylsiloxane (PDMS), Polydimethylsiloxane/Divinylbenzene (PDMS/DVB), and Divinylbenzene/Carboxen/ Polydimethylsiloxane (DVB/CAR/PDMS) were subjected to a validation procedure of the HS- SPME technique to select the optimum equilibrium, extraction and desorption times, and to conclude which fiber coating material showed the highest sensitivity toward the extraction of the volatile composition of Mammea Americana L. fruit. In the HS-SPME/GC/MS analysis using the DVB/CAR/PDMS fiber, results showed that the most aromatic fruit was the one from Mayagüez municipality. The principal constituents found in the aroma composition were the woody β- ionone (24.34%) and the fruity hexanal (22.91%). Three different essential oil extracts of the fruit pulp were obtained during the Micro-Soxhlet Extraction procedure using polar to non-polar organic solvents. The Dichloromethane (DCM) extract contained the highest amount of reported bioactive compounds including 5,7-dihydroxy-6-isovaleryl-8-(3-methyl-2-butenyl)-4-phenyl- coumarin (16.16%) and Mammea A/AB (12.31%). Brine shrimp lethality bioassay results showed that the mixture of chemical compounds contained in the Mamey fruit pulp DCM extract was highly toxic or bioactive against brine shrimp (Artemia salina L.) larvae with a LC50 of 8.16 μg/mL.

Mammea Americana L. es un árbol de fruto tropical nativo de las Indias Occidentales con corteza, semillas, hojas y flores que han sido reportadas por contener compuestos tóxicos. Sin embargo, es la pulpa de la fruta lo que resulta atractivo para el consumo humano. El objetivo principal de esta investigación fue aplicar la técnica de Microextracción en Fase Sólida-Espacio de Cabeza (HS-SPME) para la extracción de los constituyentes volátiles del aroma y realizar la Extracción de Soxhlet a Microescala para obtener el aceite esencial de la pulpa de la fruta de Mammea Americana L. de diferentes municipios de Puerto Rico. El propósito era determinar los compuestos volátiles que dan al fruto su aroma característico e identificar la mezcla de compuestos contenidos en los extractos de aceite esencial de la pulpa de la fruta. El método instrumental de Cromatografía de Gas acoplada a Espectrometría de Masas (GC/MS) fue utilizado para la separación y caracterización de la composición química de la fruta de Mamey. Tres diferentes fibras de SPME incluyendo la Polidimetilsiloxano (PDMS), Polidimetil- siloxano/Divinilbenceno (PDMS/DVB) y Divinilbenceno/Carboxeno/Polidimetilsiloxano (DVB/CAR/PDMS) fueron sometidas a un procedimiento de validación de la técnica de HS- SPME para seleccionar los tiempos óptimos de equilibrio, extracción, y desorción, así como para concluir cuál material de revestimiento de fibra demostraba la mayor sensitividad hacia la extracción de la composición volátil de la fruta de Mammea Americana L. En el análisis por HS- SPME/GC/MS utilizando la fibra DVB/CAR/PDMS, los resultados demostraron que la fruta más aromática era la del municipio de Mayagüez. Los constituyentes principales encontrados en la composición del aroma fueron la leñosa β-ionona (24.34%) y el frutoso hexanal (22.91%). Tres diferentes extractos de aceite esencial de la pulpa de la fruta se obtuvieron durante el procedimiento de Extracción Soxhlet a Microescala utilizando solventes orgánicos polares y no- polares. El extracto de Diclorometano (DCM) contenía la mayor cantidad de compuestos bioactivos reportados incluyendo 5,7-dihidroxi-6-isovaleril-8-(3-metil-2-butenil)-4-fenil- cumarina (16.16%) y Mammea A/AB (12.31%). Los resultados del bioensayo de letalidad con el camarón de salmuera mostraron que la mezcla de compuestos químicos contenidos en los extractos de DCM de la pulpa de la fruta de Mamey era altamente tóxica o bioactiva contra las larvas de camarón de salmuera (Artemia salina L.) con un LC50 de 8.16 μg/mL.