Phytochemicals, Antioxidant and Anti-Microbial Screening of some Palestinian Grape Genotypes (Vitis vinifera L)

Abstract

Abstract Grape (Vitis vinifera L., Vitaceae) is a vital plant for the Palestinian economy and folkloric culture. In addition to its valuable part in our diet, grapes can also be used as a traditional medicine to treat many illnesses including reducing blood pressure, improving blood flow, reducing oxidative damage, improving collagen levels and bone strength, inhibiting infectious growth, and reducing cancer risk. In this study, minerals, antioxidants capacities, total phenols, phytochemicals characters and antibacterial properties, were determined in grape leaves, seeds, and fruit-skins of two selected genotypes namely, Red-Halawani and Black-Betuni, which both are commonly grown in Palestine. Mature fruits and well-developed leaves were collected from Halhul city. Seeds and fruit-skin were separated from fruits. All V. vinifera parts were air-dried until no change in mass was recorded. The minerals were measured using (ICP-OES); the antioxidant activities were assessed by DPPH• and ABTS•+ scavenging assays; total phenolic content (TPC) was determined using the Folin-Ciocalteau method; the volatile compounds were determined using GC-MS equipped with electron impact mode and the antimicrobial activities were examined by well and disk diffusion methods against G+ and G- bacteria. Among the two examined genotypes, our results revealed significantly higher ash, fat, and protein contents in grape leaves over seeds and fruit-skins. However, grape seeds exhibited significantly higher fiber content compared to leaves and fruit-skins. Similarly, Nitrogen (N), Phosphorus (P), Potassium (K), calcium (Ca), Magnesium (Mg), Iron (Fe), and Manganese (Mn) were also higher in the leaves of the two grape genotypes followed by grape seeds and grape fruit-skins, respectively. Leaves in both genotypes exhibited higher antioxidant capacity compared with seeds and fruit-skins. Leaves from Red-Halawani and Black-Betuni genotypes showed 86.84% and 79.62%, respectively, scavenging as assessed by DPPH• and 90.92% and 87.59% respectively, scavenging as assessed by ABTS•+. Both seeds and fruit-skins scavenging capacities were less than 80% using both DPPH• and ABTS•+ scavenging assays. Moreover, seeds in both Red-Halawani and Black-Betuni genotypes showed the highest value of total phenolic content (TPC) 82.68% and 61.26%, respectively. While, both leaves and fruit-skins were less than 60%. Analysis of 14 phytochemical components revealed that grape leaves, seeds, and fruit-skins are good sources of cardiac glycosides, phenolic groups, saponins, steroids and terpenoids. Furthermore, tannins were found in leaves and seeds, however glycosides are present in leaves and fruit-skins. Leaves in both genotypes expressed a spectrum of volatile compounds identified as hydroquinone (Rt = 3.52 min), cyclohexanone (Rt = 3.56 min), ionone (Rt = 5.55 min), caryophyllene (Rt = 5.60 min), menthol (Rt = 5895 min), and phytol (Rt = 8.76 min) in methanolic extract. Under our experimental condition, no volatile compounds were detected in the seed and fruit-skins of grapes genotypes. Seeds methanolic extracts in both genotypes showed significant antimicrobial activity against the gram-positive bacteria (S. aureus) and the gram-negative bacteria (P. mirabilis and P. aeruginosa) bacteria. The zone of inhibition (expressed as % of the positive control) using both well and disk diffusion methods against S. aureus in the methanolic extracts of Red-Halawani 98% and 78%, respectively. In Black-Betouni genotypes the zone of inhibition recorded was 97 % and 88%, respectively. In addition, the zone of inhibition recorded against the gram-negative bacteria P. mirabilis and P. aeruginosa was less evident compared to gram-positive bacteria. This study was the first to screen and evaluate phytochemical compounds in selected Palestinian grape genotypes for their antibacterial and antioxidants activity. These results suggest the seed of both grape genotypes have antioxidants activities with a pronounced antimicrobial activity comparable to positive controls. Our results revealed a considerable variation in the ash, fiber, fat, proteins, minerals, phytochemicals, antioxidant activity and antibacterial activity for the different parts of the two grape genotypes studied. Keywords: Grape, minerals, proximate analysis, antioxidant, phytochemical, GC-MS and biological activity.

الملخص فحص المواد الكيميائية النباتية ومضادات الأكسدة والمضادات الميكروبية لبعض أصناف العنب الفلسطيني العنب نبات حيوي للاقتصاد الفلسطيني والثقافة الفولكلورية. بالإضافة إلى كونه جزءًا مهمًا من نظامنا الغذائي، يمكن أيضًا استخدام العنب كدواء تقليدي لعلاج العديد من الأمراض، بما في ذلك خفض ضغط الدم، وتحسين تدفق الدم، وتقليل الأكسدة، وتحسين مستويات الكولاجين وقوة العظام، وتثبيط النمو المعدي، و تقليل مخاطر الإصابة بالسرطان. في هذه الدراسة، تم تحديد الخصائص الكيميائية النباتية، والمعادن، والقدرة المضادة للأكسدة، والخصائص المضادة للبكتيريا في أوراق وبذور وأغشيةثمار نمطين وراثيين (الحلواني والبيتوني) التي تزرع بشكل شائع في فلسطين. تم جمع عينات العنب من الثمار الناضجة والأوراق من (حلحول -الخليل) في فلسطين وبعد فصل البذور والجلد عن الفاكهة. تم تجفيف جميع الأجزاء بالهواء حتى لا يتم تسجيل أي تغيير في الكتلة. تم قياس المعادن باستخدام (ICP-OES)؛ تم تقييم الأنشطة المضادة للأكسدة بواسطة مقايسات الكسح DPPH• و ABTS•+ تم تحديد إجمالي محتوى الفينول باستخدام طريقة Folin-Ciocalteu؛ ثم تم تحديد المركبات المتطايرة باستخدام GC-MS المجهزة بوضع تأثير الإلكترون وتم فحص الأنشطة المضادة للميكروبات بطريقتين ضد بكتيريا موجبة غرام وبكتيريا سالبة غرام. من بين الطرز الوراثية التي تم فحصها، كشفت نتائجنا عن محتوى أعلى بكثير من الرماد والدهون والبروتين في أوراق العنب مقارنة بالبذور وأغشية الثمار. ومع ذلك، أظهرت بذور العنب محتوى ألياف أعلى بكثير مقارنة بالأوراق والأغشية. وبالمثل، كان النيتروجين (N) والفوسفور (P) والبوتاسيوم (K) والكالسيوم (Ca) والمغنيسيوم (Mg) والحديد (Fe) والمنغنيز (Mn) أيضًا أعلى في أوراق نمطي العنب الجيني يليه بذور العنب وأغشية ثمار العنب، على التوالي. أظهرت الأوراق في كلا الطرازين قدرة مضادة للأكسدة أعلى مقارنة بالبذور وأغشية الثمار. أظهرت الأوراق من التراكيب الجينية الحلواني86.84% والبيتوني79 .62% حسب تقييم DPPH•. كما واظهرت النتائج حسب تقييم ABTS•+ للصنفين الحلواني والبيتوني 90.92٪ و87.59٪ على التوالي. بينما كانت النتائج في باقي الأجزاء للصنفين أقل من 80%. علاوة على ذلك، أظهرت البذور في كلا الطرز الوراثية الحلواني والبيتوني أعلى قيمة لمحتوى الفينول الكلي82.68% و61.26٪ على التوالي. بينما كانت نسبة الأوراق وأغشية الثمار أقل من 60٪. وأظهر تحليل 14 مكونًا كيميائيًا نباتيًا أن أوراق العنب والبذور والجلود مصدر جيد غليكوسيد والفينولات والصابونين، الستيرويدات والتربينات. علاوة على ذلك، تم العثور على العفص؟؟؟؟؟؟؟ في الأوراق والبذور، والجليكوسيدات موجودة في الأوراق وأغشية الثمار. عبّرت الأوراق في كلا الطرازين عن طيف من المركبات المتطايرة التي تم تحديدها على أنها هيدروكينون (Rt = 3.52 دقيقة)، سيكلوهكسانون (Rt = 3.56 دقيقة)، أيونون (Rt = 5.55 دقيقة)، كاريوفيلين (Rt = 5.60 دقيقة)، منثول (Rt = 5895 دقيقة )، والفيتول (Rt = 8.76 دقيقة) في المستخلص الميثانولي. في ظل ظروفنا التجريبية، لم يتم اكتشاف أي مركبات متطايرة في الأنماط الجينية لبذور وأغشية الثمار العنب. أظهرت المستخلصات الميثانولية للبذور في كلا الطرازين نشاطاً معنوياً مضاداً للميكروبات ضد البكتيريا موجبة الجرام (S. aureus) والبكتيريا سالبة الجرام (P. mirabilis و P. aeruginosa). منطقة التثبيط (معبرًا عنها كنسبة مئوية من المضادات الحيوية المستخدمة لغرض الاختبار الإيجابي) باستخدام طرق الانتشار والقرص ضد S. aureus في المستخلصات الميثانولية للصنف الحلواني 98% و78٪ على التوالي. في المستخلصات الميثانولية للصنف البيتوني كانت منطقة التثبيط المسجلة 97٪ و88٪ على التوالي. بالإضافة إلى ذلك، كانت منطقة التثبيط المسجلة ضد البكتيريا سالبة الجرام P. mirabilis و P. aeruginosa أقل وضوحًا مقارنة بالبكتيريا موجبة الجرام. كانت هذه الدراسة هي الأولى من نوعها لفحص وتقييم المركبات النباتية الكيميائية في طرز وراثية مختارة من العنب الفلسطيني من حيث نشاطها المضاد للبكتيريا ومضادات الأكسدة. تشير هذه النتائج إلى أن بذور كلا النوعين الجيني للعنب لها نشاط مضاد للأكسدة مع نشاط مضاد للميكروبات واضح مقارنة بالضوابط الإيجابية. كشفت نتائجنا عن تباين كبير في الرماد والألياف والدهون والبروتينات والمعادن والمواد الكيميائية النباتية والنشاط المضاد للأكسدة والنشاط المضاد للبكتيريا للأجزاء المختلفة من صنفي العنب المدروسين. الكلمات المفتاحية: العنب، المعادن، مضادات الأكسدة، النشاط الكيميائي النباتي، النشاط الحيوي.