Biochemical study on cardamom and cinnamon essential oils

J Pharm Pharmacogn Res 10(1): 173-185, 2022.

DOI: https://doi.org/10.56499/jppres21.1162_10.1.173

Original Article

Essential oils from Elettaria cardamomum (L.) Matongrains and Cinnamomum verum J. Presl barks: Chemical examination and bioactivity studies

[Aceites esenciales de granos de Elettaria cardamomum (L) Maton y cortezas de Cinnamomum verum J. Presl: Examen químico y estudios de bioactividad]

Wael A. Al-Zereini^1*, Ibrahim N. Al-Trawneh², Mahmoud A. Al-Qudah³, Heba M. TumAllah¹, Hamas A. Al Rawashdeh¹, Zaed H. Abudayeh⁴

¹Department of Biological Sciences, Faculty of Science, Mutah University, Al-Karak 61710, Jordan.

²Department of Chemistry, Al-Balqa’ Applied University, Al-Salt 19117, Jordan.

³Department of Chemistry, Faculty of Science, Yarmouk University, Irbid 21163, Jordan.

⁴Department of Applied Pharmaceutical Sciences, Faculty of Pharmacy, Al-Isra Private University, Amman 11622, Jordan.

*E-mail: wzereini@mutah.edu.jo

Abstract

Context: Elettaria cardamomum (L.) Maton grains and Cinnamomum verum J. Presl barks are immensely consumed by Jordanian population as food flavoring and remedies in treating different disorders without awareness of their effect or dose toxicity.

Aims: To evaluate the antibacterial, antioxidant and cytotoxic effects of essential oils (EOs) hydro-distilled from E. cardamomum grains and C. verum barks.

Methods: Hydro-distillation was carried out using Clevenger apparatus; the EOs were analyzed using GC/MS, and their constituents were quantified using GC/FID. The antibacterial activity was determined by agar diffusion test and micro-broth dilution assay, while the antioxidant activity was evaluated by DPPH and ABTS scavenging assays. The cytotoxic activity was evaluated against the MDA-MB-231 breast cancer cell line.

Results: E. cardamomum EO was most effective against Bacillus subtilis with MIC 3.75 µL/mL and exhibited antioxidant activity in DPPH assay with IC₅₀ 0.057 ±0.013 µL/mL (0.076 ±0.017 µL EO/µg Trolox^®) but was ineffective in the ABTS test up to 5 µL/mL; 86.22% of its EO constituent are oxygenated monoterpenes with α-terpinyl acetate as the major component. Whilst C. verum EO was active against both tested Gram-positive and negative bacterial strains with MIC 1.25-5.00 µL/mL but was devoid of significant antioxidant activity up to 5 µL/mL; phenylpropanoids constituted 69.48% of its EO with E-cinnamaldehyde as the major component. Both EOs showed cytotoxic activity against the breast cancer cell line withIC₅₀ 0.14-0.46 µL/mL.

Conclusions: The current results unveil the potential application of C. verum and E. cardamomum in complementary and alternative medicine as biosafe remedies besides their usage as flavoring and seasoning sources.

Keywords: bioactivity; Cinnamomum verum; Elettaria cardamomum; essential oil.

Resumen

Contexto: Los granos de Elettaria cardamomum (L.) Maton y la corteza de Cinnamomum verum J. Presl son consumidos por la población jordana como aromatizantes alimentarios y remedios para el tratamiento de diferentes trastornos sin ser conscientes de su efecto o toxicidad por dosis.

Objetivos: Evaluar los efectos antibacterianos, antioxidantes y citotóxicos de los aceites esenciales (OE) hidrodestilados de granos de E. cardamomum y cortezas de C. verum.

Métodos: La hidrodestilación se llevó a cabo utilizando un aparato Clevenger; los OE se analizaron mediante GC/MS y sus constituyentes se cuantificaron mediante GC/FID. La actividad antibacteriana se determinó mediante una prueba de difusión en agar y un ensayo de dilución en microcaldo, mientras que la actividad antioxidante se evaluó mediante ensayos de barrido de DPPH y ABTS. La actividad citotóxica se evaluó frente a la línea celular de cáncer de mama MDA-MB-231.

Resultados: E. cardamomum EO fue más efectivo contra Bacillus subtilis con MIC 3,75 µL/mL y mostró actividad antioxidante en el ensayo DPPH con IC₅₀ 0,057 ± 0,013 µL/mL (0,076 ± 0,017 µL EO/µg Trolox®) pero fue ineficaz en el ABTS pruebe hasta 5 µL/mL; El 86,22% de su constituyente EO son monoterpenos oxigenados con acetato de α-terpinilo como componente principal. Mientras que, C. verum EO fue activo contra las cepas bacterianas Gram positivas y negativas probadas con MIC 1,25-5,00 µL/mL, pero careció de actividad antioxidante significativa hasta 5 µL/mL; los fenilpropanoides constituyeron el 69,48% de su OE con E-cinamaldehído como componente principal. Ambos AE mostraron actividad citotóxica contra la línea celular de cáncer de mama con IC₅₀ 0,14-0,46 µL/mL.

Conclusiones: Los resultados actuales revelan la aplicación potencial de C. verum y E. cardamomum en la medicina complementaria y alternativa como remedios bioseguros, además de su uso como fuentes de sabor y condimentos.

Palabras Clave: aceite esencial; bioactividad; Cinnamomum verum; Elettaria cardamomum.

Citation Format: Al-Zereini WA, Al-Trawneh IN, Al-Qudah MA, TumAllah HM, Al Rawashdeh HA, Abudayeh ZH (2022) Essential oils from Elettaria cardamomum (L.) Maton grains and Cinnamomum verum J. Presl barks: Chemical examination and bioactivity studies. J Pharm Pharmacogn Res 10(1): 173–185. https://doi.org/10.56499/jppres21.1162_10.1.173

© 2022 Journal of Pharmacy & Pharmacognosy Research (JPPRes)