Qualitative and semi-quantitative analysis of secondary metabolites produced by olive tree from various Algerian regions and evaluation of some spatio-temporal parameters

Abstract

The olive tree (Olea europaea L.) is mainly cultivated to produce olive oil for food purposes. However, the medicinal properties are attributed to its by-product especially the leaves which are currently the topic of a great deal of scientific research. The cultivation of O. europaea is very old and widespread in northern Algeria. Though, its appearance in the Saharan regions is quite recent. This work aims to study the variation of leaves and flowers’ chemical compositions through their production of certain secondary metabolites in two cultivars of O. europaea namely Chemlal and Sigoise, both cultivated in the Mediterranean and arid regions of Algeria and harvested, for this purpose, during different seasons. To evaluate the extraction of the total phenolic content, both maceration with stirring and synergistic ultrasonic assisted-reflux extraction methods were used. A statistical study of the surface response methodology was carried out by the MINITAB software to optimize the extraction conditions of the two extraction methods. 12 fractions were obtained and analyzed by HPLC-DAD. The extraction of the volatile compounds by hydrodistillation was also carried out. 11 fractions were obtained and analyzed by GC-EIMS. The statistical study by XLSTAT software showed that the climatic conditions, through different seasons, affected mainly the production of the major compounds in relation to the cultivation area or the cultivar type. The present study revealed that cv. Sigoise cultivated in the arid region, has the highest contents of major compounds particularly oleuropein and luteolin-7-glucoside. In addition, the harvest season has a strong effect on the variation of polyphenols. The main substances in the volatile fractions from the Mediterranean region were (Z)-jasmone, nonanal, and aspiran II while those from the arid region were bornyl acetate, 3-ethenylpyridine, and (E,E)-2,4-heptadienal. These results may provide valuable insights into the effect of arid climate conditions on the qualitative and quantitative production of bioactive natural products by Olea europaea. In addition, we have noticed an exceptional adaptation of the olive tree to the soil and climatic conditions of arid regions. On the agronomic level, new strategic crops should be encouraged in the vast Saharan regions of Algeria for their main products as well as for beneficial by-products such as olive leaves

La principale utilisation de l’olivier (Olea europaea L.) est sans doute la production de l’huile d’olive à des fins alimentaires. Par ailleurs, les propriétés médicinales de l’O. europaea sont attribuées à ses feuilles qui font aujourd’hui l’objet de nombreuses recherches scientifiques. La culture d’O. europaea est très ancienne et très répandue dans le nord Algérien. Cependant, son apparition dans les régions sahariennes est assez récente. Ce travail vise l’étude de la variation des compositions chimiques des feuilles et des fleurs de deux cultivars d’O. europaea (Chemlal et Sigoise), en particulier, leur production en métabolites secondaires dans deux zones différentes en Algérie (méditerranéenne et aride) durant différentes saisons. Afin d'évaluer l'extraction du contenu en phénols totaux, les deux méthodes de macération avec agitation, et d'extraction synergique à reflux assisté par ultrasons ont été utilisées. Une étude statistique de la méthodologie de réponse de surface a été réalisée par le logiciel MINITAB pour optimiser les conditions d'extraction des deux méthodes d'extraction. 12 fractions ont été obtenues et analysées par HPLC-DAD. L'extraction des composés volatils par hydrodistillation a également été réalisée. 11 fractions ont été obtenues et analysées par GC-EIMS. L'étude statistique par le logiciel XLSTAT, a montré que les conditions climatiques, à travers les différentes saisons, affectaient principalement la production des composés majoritaires, en relation avec la zone de culture ou le type de cultivar. Cette étude a révélé aussi, que le cultivar Sigoise cultivé dans la région aride a les teneurs les plus élevées en composés majoritaires notamment en oleuropéine et en lutéoline-7-glucoside. De plus, que la saison des récoltes a un fort effet sur la variation des polyphenols. Les principales substances dans les fractions volatiles de la région méditerranéenne sont la (Z)-jasmone, le nonanal et l'aspirane II alors que ceux de la région aride sont l'acétate de bornyle, la 3-éthénylpyridine et le (E,E)-2,4-heptadiénal. Ces résultats peuvent fournir des informations précieuses sur l'effet des conditions climatiques arides sur la production qualitative et quantitative de produits naturels bioactifs par Olea europaea. Par ailleurs, nous avons constaté une adaptation exceptionnelle de l'olivier aux conditions pédologiques et climatiques des régions arides. Sur le plan agronomique, de nouvelles cultures stratégiques devraient être encouragées dans les vastes régions sahariennes de l'Algérie pour leurs principaux produits ainsi que pour les sous-produits bénéfiques tels que les feuilles d'olivier