Вивчення потенціалу екстрактів ісландських морських водоростей, отриманих шляхом екстракції водним імпульсним електричним полем для косметичного застосування

Будь ласка зв'яжітьсяoscar.xiao@wecistanche.comдля отримання додаткової інформації

Анотація:Зростаюче занепокоєння загальним здоров’ям спонукає до глобального ринку натуральних інгредієнтів не лише в харчовій промисловості, а й у косметичній сфері. У цьому дослідженні було проведено скринінг потенційних косметичних застосувань водних екстрактів із трьох ісландських водоростей, отриманих за допомогою імпульсних електричних полів (PEF). Вироблені PEF екстракти з Ulua Lactuca, Alaria esculenta і Palmaria palmitate порівнювалися з традиційною екстракцією гарячою водою з точки зору вмісту поліфенолів, флавоноїдів і вуглеводів. Крім того, антиоксидантні властивості та інгібіторну активність ферментів оцінювали за допомогою аналізів in vitro. PDF продемонстрував схожі результати з традиційним методом, показавши кілька переваг, таких як його нетермічна природа та коротший час екстракції. Серед трьох ісландських видів Alaria esculenta показала найвищий вміст фенольних (середнє значення 8869,7 мкг GAE/г do）) і флавоноїдів (середнє значення 12,098,7 мкг QE/г DW) сполук, а також демонструє найвищий антиоксидантний рівень Крім того, екстракти Alaria esculenta продемонстрували чудову антиферментативну активність (76,9, 72,8, 93,0 і 100 відсотків для колагенази, еластази, тирозинази та гіалуронідази відповідно) для їх використання в продуктах для відбілювання шкіри та засобів проти старіння. Попереднє дослідження показує, що екстракти на основі ісландської алярії шип’яної, вироблені PEF, можуть використовуватися як потенційні інгредієнти для натуральних косметичних і космецевтичних складів.

Ключові слова:макроводорості; Уллоа Лактука; Alaria esculenta; Palmaria palmata; екстракція за допомогою PEF; біоактивні сполуки; зелена екстракція; натуральні компоненти; космецевтика

1. Введення

В останні роки попит на нові біологічно активні сполуки з потенційною користю для здоров’я значно зріс. Багато дослідницьких груп приділяють увагу дослідженню морських організмів, таких як макроводорості, щоб знайти нові та стійкі джерела природних сполук для застосування в агрохарчовій промисловості, фармакології, харчових продуктах і, останнім часом, у сфері косметики [1]. ,2]. Макроводорості — це велика гетерогенна група фотосинтезуючих організмів, що характеризується величезним біорізноманіттям і складним біохімічним складом. За хімічною структурою та вмістом пігменту макроводорості можна розділити на три лінії, включаючи бурі водорості (Phaeophyceae), червоні водорості (Rhodophyta) і зелені водорості (Viridiplantae). Сполуки водоростей зберігаються в цитоплазмі клітини або зв’язані з клітинними мембранами; таким чином, руйнування клітин має вирішальне значення для валоризації біомаси водоростей. Крім того, склад клітинної стінки сильно варіюється між видами водоростей, починаючи від крихітних мембран і закінчуючи багатошаровими складними структурами, що ускладнює відновлення продуктів водоростей [3]. Загалом морські водорості є чудовим джерелом полісахаридів, білків, ліпідів і широкого спектру вторинних метаболітів, таких як фенольні сполуки, терпеноїди, каротиноїди, пігменти та похідні азоту [4-6]. Хоча первинні метаболіти мають вирішальне значення, останні дані показали, що вміст вторинних метаболітів визначає біологічну активність екстрактів морських водоростей [7].

Натисніть тут, щоб дізнатися більше

Зростаюча турбота про загальне здоров’я та добре самопочуття, а також обізнаність про шкідливі хімічні речовини в повсякденних продуктах стимулюють глобальний ринок натуральних і органічних інгредієнтів [8]. Протягом останніх років свідомість споживачів щодо переваги натуральних інгредієнтів та екологічно чистих продуктів поширилася від харчової промисловості до косметики та індустрії особистої гігієни [9]. Крім того, у нинішньому контексті глобального потепління та екологічних проблем зростає обізнаність громадськості щодо екологічних проблем. У світлі цих поточних занепокоєнь споживачі звернули свої інтереси на зелені, здорові продукти без хімікатів. Як наслідок, косметична промисловість наразі замінює токсичні хімічні речовини та шкідливі інгредієнти на нові та природні високоцінні сполуки для виробництва «хімічно чистих» косметичних засобів [10].

Косметика традиційно визначається як продукти, які наносяться на тіло людини для очищення, прикрашання або сприяння привабливості без впливу на структуру або функції тіла. Проте нові тенденції та останні вимоги споживачів сприяли розробці нових продуктів, які забезпечують численні переваги з мінімальними зусиллями. Термін космецевтика зараз часто використовується для опису косметичних продуктів з біологічно активними інгредієнтами, які стверджують, що вони мають медичні або схожі на ліки переваги [1].Екстракт цистанхе проти радіаціїКосмецевтика зазвичай містить функціональні інгредієнти, такі як вітаміни, фітохімічні речовини, ферменти, антиоксиданти та/або ефірні олії [12]. Оскільки широкий спектр цих біологічно активних сполук було виявлено в макроводоростях, дослідження нових морських водоростей і екстрактів, отриманих з морських водоростей, виявилися перспективним напрямком космецевтичних і косметичних досліджень [13,14].

Ряд вторинних метаболітів, отриманих з морських водоростей, відомі своїм цінним благотворним впливом на шкіру, таким як фотозахисні, зволожуючі, антиоксидантні, протизапальні та регенеративні властивості [15]. Виходячи з цих корисних ефектів, водорості включені в космецевтичні продукти, такі як сонцезахисні креми та продукти проти старіння, а також для запобігання гіперпігментації, тоді як полісахариди використовуються для підтримки зволоженості шкіри та запобігання сухості [16]. Під час старіння білки позаклітинного матриксу чутливі до надмірної активності протеолітичних ферментів, таких як колагенази та еластази, що призводить до видимих ​​змін шкіри, таких як зморшки або втрата еластичності шкіри. Багатообіцяючим підходом до запобігання зовнішньому старінню шкіри є інгібування активності колагенази та еластази природними сполуками. Рослинні екстракти були широко досліджені і виявлено, що вони володіють антиколагеназною та антиеластазною активністю [17]. Однак інформації про інгібіторну ферментативну активність екстрактів морських водоростей мало.

Cistanche може омолоджувати старіння

Найбільш часто застосовувані методи екстракції для виділення біоактивних речовин з морських водоростей базуються на звичайних методах. Тим не менш, використання традиційних методів має кілька недоліків, таких як використання великих об’ємів органічних розчинників, довший час екстракції, високі температури, проблеми селективності, високі потреби в енергії та спільна екстракція нецільових або заважаючих сполук [18]. Отже, нові методи екстракції, засновані на принципах зеленої хімії, мають потенційний інтерес [19].

Імпульсне електричне поле (PEF) є новою, нетепловою та енергоефективною технологією обробки [20]. PDF передбачає застосування імпульсів електричного поля, як правило, високої напруги (діапазон кВ) і короткої тривалості (мікро або наносекунди) до продукту, розміщеного між двома електродами [21]. Застосування електричних імпульсів призводить до утворення оборотних або незворотних пор у клітинних мембранах, що визначається як електропорація або електропроникність, що, отже, сприяє швидкій дифузії розчинників і посиленню масообміну внутрішньоклітинних сполук [22]. Останні програми були зосереджені на використанні імпульсної електричної енергії як методу екстракції (PEF-допоміжної екстракції) з біо-, харчових та сільськогосподарських продуктів [23]. Завдяки обробці PEF можна отримати екстракти з більш високою чистотою, збільшити швидкість екстракції біоактивних сполук, таких як поліфеноли, каротиноїди або антоціани, виключити використання органічних розчинників і скоротити час екстракції [24,25].цистанхея трав'янаОбробку PEF успішно застосовують для вилучення цінних сполук із різних морських джерел, таких як білки [26-28], вуглеводи [29,30], ліпіди [31,32] та пігменти, такі як каротиноїди, хлорофіли або фікоціаніни [22,33,34] з мікроводоростей і морських водоростей.

Таким чином, основною метою даного дослідження було оцінити потенційне застосування в косметиці екстрактів PEF з трьох видів макроводоростей, що ростуть в Ісландії: U. Lactuca (зелені макроводорості), A. esculenta (коричневі макроводорості) і P. palmitate (червоні макроводорості). ). У спробі розробити органічні та натуральні інгредієнти для зелених рецептур, екстракція за допомогою PEF була запропонована як екологічна альтернатива традиційній екстракції органічним розчинником. Після процесу екстракції водні екстракти морських водоростей характеризували за вмістом поліфенолів, флавоноїдів і вуглеводів. Крім того, антиоксидантні властивості та інгібіторну активність ферментів оцінювали за допомогою аналізів активності in vitro. Отримані тут результати стануть основою для покращення розуміння бурих, червоних і зелених макроводоростей для виробництва активних інгредієнтів для інноваційних рецептур косметичних продуктів, що містять біологічно активні сполуки, виділені з природних і стійких джерел.

2. Результати та їх обговорення

2.1. Екстракція за допомогою PEF для переробки біомаси ісландських водоростей

Результати показують, що електропровідність була найвищою в суспензії, приготовленій з A.esculenta, потім P.palmata та U.lactuca (p<0.05)(table 1).="" however,="" the="" effect="" of="" treatment="" type="" was="" not="" identified="" as="" significant="" (p="">0.05). Вимірювання електропровідності було успішно використано іншими авторами для оцінки ефективності обробки PEF у біологічних тканинах для вивільнення внутрішньоклітинних іонних речовин у результаті підвищеної пермеабілізації клітинної мембрани [35-37].

цистанче зростання пеніса

У нашому дослідженні результати не свідчать про сильніше вивільнення цих речовин PEF, оскільки зміни провідності, спричинені екстракційними обробками, як правило, були найвищими в суспензіях HW. Попередні дослідження прийшли до висновку, що початкова провідність позаклітинного середовища впливає на ефективність електропорації, але немає згоди щодо того, позитивний чи негативний зв’язок між цими двома факторами [38]. Варіації провідності та характеристик матеріалу можуть ускладнити порівняння. У нашому дослідженні була велика різниця між провідністю суспензій A.esculenta та двох інших видів, яка не відображалася на ступені змін провідності під час обробки екстракцією. Було заявлено, що вміст золи в бурих морських водоростях може становити понад 50 відсотків від їх сухої ваги [39], що складається в основному з іонів, що може частково пояснити високу провідність суспензій A.esculenta порівняно з двома іншими видами.

переваги сальси цистанче

Результати показують, що pH у суспензії U. Lactuca був нижчим, ніж для двох інших видів, але чітких ефектів від типу екстракції не було. Температуру підвищили з 22 ± 1 градуса перед обробкою до 95 градусів за HW (для всіх видів), до 36.0±1.0 градусів, 46,3±0. 6 градусів і 51.0±1 градус за PEF, у суспензіях A.esculenta, P.palmata та U. Lactuca. Така ж тенденція спостерігалася для груп, які отримували PEF, які потім додатково нагрівали HW. Підвищення температури було викликано перетворенням електричної енергії в теплову енергію (омічний нагрів) у суспензії під час обробки PEF. Відомо, що рівень підвищення температури пропорційний прикладеному струму, але обернено пропорційний провідності. Це може пояснити, чому P. palmate та U.lactuca досягли вищих температур під час обробки PEF, хоча вони мають нижчу провідність, ніж A. esculent.

2.2. Спектри поглинання УФ-ВІД екстрактів ісландських морських водоростей

Досліджені морські водорості відрізняються за спектральними профілями (рис. 1), що свідчить про те, що склад і потенціал поглинання ультрафіолетового випромінювання відрізняються між видами. Однак тип техніки екстракції не показав помітного впливу на спектри УФ-поглинання; екстракти морських водоростей показали однакові профілі поглинання незалежно від методу екстракції.

Спектри УФ-поглинання зеленої водорості U. Lactuca показали помітний пік в діапазоні УФ-В (280-320 нм) (Малюнок la), тоді як екстракти з бурої водорості A.esculenta не показали чіткого утворення поглинання зона (Малюнок в). Проте результати показали більшу абсорбцію при 220 нм в екстрактах A. esculenta порівняно з U. Lactuca та P. palmata, що, як припускали, є результатом високого вмісту фенольних сполук у A. esculenta (таблиця 2). Максимум поглинання в цьому діапазоні був пов’язаний із зв’язком між фенольними сполуками та альгінатами. Вважається, що ця залежність зберігає здатність фенольних сполук поглинати УФ з часом [40].

Більш цікавим виявленням було те, що результати, отримані для екстрактів червоних водоростей, P. palmata поглинали частину УФ-А випромінювання (320-400 нм). Відомо, що червоні водорості накопичують фотозахисні сполуки зі здатністю поглинати ультрафіолетове випромінювання, такі як мікоспориноподібні амінокислоти (MAA), які поглинають у цій специфічній УФ-області [41]. P. palmata перевершив спектр поглинання УФ-променів із помітними піками між 320 і 340 нм відповідно до присутності MAA, що поглинають у цьому діапазоні [42], таких як поліфенол (пік поглинання при 332 нм), астерія-330 ( пік поглинання при 330 нм), Porphyra-334 (пік поглинання при 334 нм) та інші [43]. Оскільки відомо, що умови екстракції, такі як тип розчинника, впливають на ефективність екстракції, результати цього дослідження порівнювали з попередніми дослідженнями екстракції MAA водою з P.palmata. У цих дослідженнях максимальні піки поглинання були виявлені при 325-330 нм [44], як і в цьому дослідженні. Таким чином, можна припустити, що піки, які спостерігаються між 320 і 340 нм, можуть бути наслідком присутності МАА.

Відмінності в спектрах поглинання між 350 і 700 нм пояснюють наявністю різних додаткових пігментів у відповідних фотосистемах зелених, бурих і червоних макроводоростей, хлорофілу-b (450-500 нм), фукоксантину ({{4} } нм) і PHY еритрин (600-650 нм) відповідно [45]. Концентрація водорозчинних сполук в екстрактах мала сильніший ефект. Отже, картина, що відображає різницю в пігментах між видами водоростей, не була очевидною в цьому дослідженні.

2.3. Загальний вміст фенолів, флавоноїдів і вуглеводів в екстрактах ісландських морських водоростей

Загальний вміст фенолів у морських водоростях коливався від 1592 до 9368 мкг GAE/г (табл. 2). Найбільшу кількість виявила бура водорість A.esculenta (стор<0.05) of="" phenolic="" compounds(mean="" value="" 8869.7="" ugs="" gae/g="" do),="" followed="" by="" p.="" palmitate="" (mean="" value="" 1806.2="" μg="" gae/g="" do）="" and="" u.="" lactuca="" （mean="" value="" 1750.7="" ug="" gae/g="" dw）（there="" were="" no="" significant="" differences="" between="" p.="" palmata="" and="" u.lactuca="" extracts)).="" for="" each="" seaweed="" species,="" the="" content="" of="" polyphenols="" did="" not="" differ="" among="" extraction="" methods="" except="" for="" u.="" lactuca,="" which="" results="" showed="" that="" hw="" was="" the="" most="" efficient="" technique=""><0.05). however,="" the="" advantages="" of="" pef="" including="" its="" non-thermal="" nature,="" shorter="" extraction="" time="" (10="" min="" vs.="" 45="" min),="" and="" green="" process,="" should="" be="">

Cistanche tubulosa дозування reddit

Amongst the three algal groups, brown macroalgae contain a higher number of polyphenols than red and green macroalgae. Results were in agreement with early studies 46,47| which reported that brown (e.g., A.esculenta and Saccharina platysma) algae species had higher phenolic content than red(P. palmitate) and green species(e.g., U. Lactuca). This was supported by other authors [48] who concluded that the mean polyphenol content was species-specific(A.esculenta>S.latissma>P. palmitate), а вміст фенолу був більш ніж у три рази вищий у A.esculenta, ніж в інших видів (A. esculenta: 37 мг еквівалентів флороглюцину (PGE)/г DW; S.latissma: 8 мг PGE/г do P. palmata: 5 мг ГАЕ/г до). Крім того, у тому ж дослідженні автори повідомили, що вміст поліфенолів змінюється залежно від сезону, тоді як просторові варіації (водорості збирали в Норвегії, Франції та Ісландії) показали незначний ефект. Наприклад, Gager та інші (2020) виявили, що існує значний вплив сезонних коливань вмісту поліфенолів у A.esculenta, з більш ніж 300 мг GAE/г DW восени порівняно з менш ніж 20 мг GAE/г DW навесні. Флоротаніни із семи бурих морських водоростей, комерційно зібраних у Бретані (Франція), виявлені за допомогою 1 H ЯМР та аналізів in vitro: часові варіації та потенційна валорізація в косметичному застосуванні. Наші зразки були зібрані в липні (U.lactuca і A.esculenta) і в листопаді (P. palmitate). У дослідженні Roleda [48] середній вміст A.esculenta з Тронхейма, Норвегія (не зібраний в Ісландії) влітку становив 40 мг PGE/г DW та P.palmata з Ісландії, але 4 мг GAE/г восени. Більш високі значення, зареєстровані порівняно з нашим дослідженням, можна пояснити використовуваним екстракційним середовищем (80:20 ацетон: вода), що, ймовірно, призведе до більш високого виходу екстракції. Вищий вміст поліфенолів також було виявлено для екстрактів A. esculenta з використанням суміші етанолу та води (50:50) з ультразвуком [49]. Однак, використовуючи те саме екстракційне середовище та класичну екстракцію розчинником, повідомлялося, що A.esculenta містила 44,1 мг GAE/100 г сухої води у водних екстрактах [50], відносно подібне до того, що спостерігалося в цьому дослідженні. Середній вміст флавоноїдів був видоспецифічним (A. esculenta > U. lactuca > P. palmata; (p<0.05)(table 2).="" the="" highest="" amount="" of="" flavonoids="" was="" observed="" for="" a.esculenta="" extracts="" （mean="" value="" 12098.7="" μg="" qe/g="" do）,="" while="" lower="" content="" was="" found="" for="" ui.="" lactuca="" （mean="" value="" 4152.4="" ugs="" qe/g="" do),="" and="" a="" minimum="" content="" were="" determined="" for="" p.="" palmata="" extracts="" (mean="" value="" 905.8="" ugs="" qe/g="" do).="" similar="" to="" the="" behavior="" found="" for="" the="" total="" phenolic="" content,="" the="" type="" of="" extraction="" technology="" did="" not="" have="" significant="" effects="" on="" the="" flavonoid="" content="" (p="" >="" 0.05),="" with="" the="" exception="" of="" u.="" lactuca.="" results="" showed="" that="" hw="" and="" the="" combination="" of="" both="" techniques="" (pef+="" hw)="" were="" the="" most="" efficient="" techniques="" for="" the="" extraction="" of="" flavonoids="" in="" u.lactuca="" (p=""><>

Існують численні дослідження щодо вмісту флавоноїдів у наземних рослинах, але дослідження вмісту флавоноїдів у водоростях є рідкісними [51], особливо у видах, досліджених у цій роботі. Зокрема, дослідження Ummat et al. [49] повідомили, що екстракція за допомогою ультразвуку посилила відновлення флавоноїдів у всіх 11 досліджених морських водоростях (включаючи A.esculenta) порівняно зі звичайними екстракціями розчинниками з використанням суміші 50% етанолу. В іншому дослідженні було кількісно визначено флавоноїди в метанольних екстрактах чотирьох видів Ulua (Ulloa clathrate, Ula Linza, Ulloa flexuosa та Ulva intestinalis), вирощених у різних частинах північного узбережжя Перської затоки на півдні Ірану; вміст флавоноїдів у водоростевих екстрактах коливався від 8 до 33 мг RE/г до [52]. Однак попередні дослідження, проведені тією ж дослідницькою групою, виявили помітні зміни в хімічних складових зі змінами пори року та умов навколишнього середовища [53]. Таким чином, трохи важко отримати повний огляд бібліографії цих біоактивних сполук у морських водоростях через відсутність доступних опублікованих досліджень, а також через зміни у вмісті флавоноїдів під впливом умов вирощування та географічного розташування.

Mean carbohydrate content of produced extracts was also species-specific(P. palmata > U.lactuca>A.esculenta;p<0.05)(table2).contents ranged="" from="" 44.8="" to="" 510="" mg="" glue/g="" do="" depend="" on="" algae="" species.="" seaweed="" contains="" a="" large="" number="" of="" polysaccharides="" with="" important="" functions="" for="" the="" macroalgal="" cells="" including="" structural="" support="" and="" energy="" storage.="" for="" instance,="" the="" main="" part="" of="" red="" and="" brown="" seaweed="" cell="" walls="" is="" represented="" by="" sulfated="" galactans,="" which="" are="" known="" as="" agar,="" alginate,="" and="" carrageenan="" [54].="" the="" red="" algae="" p.="" palmata="" showed="" the="" highest="" amount="" of="" carbohydrate="" content="" (mean="" value="" 441="" mg="" glue/g="" do).="" results="" were="" in="" agreement="" with="" previous="" studies="" that="" reported="" the="" highest="" polysaccharide="" concentration="" in="" palmaria="" species="" [55].="" moreover,="" mutripah="" et="" al.="" [56]described="" a="" total="" carbohydrate="" content="" of="" p.="" palmata="" of="" 469="" mg/g="" of="" dry="" seaweed,="" relatively="" similar="" to="" that="" observed="" in="" the="" present="">

Зелені макроводорості U. Lactuca показали вміст до 249,5 мг GluE/г, що залежить від використовуваної техніки екстракції (табл. 2). На підставі літератури U. Lactuca має водорозчинну та нерозчинну целюлозу, що відповідає структурним полісахаридам з основним компонентом під назвою Іван, який становить від 9 до 36 відсотків сухої маси біомаси [57]. Райан в основному складається з сульфатованої рамнози, уронових кислот (глюкуронової кислоти та ідуронової кислоти) і ксилози. Через його полярну природу розчинність івана у водних розчинах підвищується екстракцією при високих температурах (80-90 градус)[58]. Температура екстракції може бути причиною того, що загальний вміст вуглеводів в екстрактах U. Lactuca, отриманих традиційною екстракцією гарячою водою та комбінацією обох методів (PEF плюс HW), був вищим (p<0.05) than="" the="" content="" achieved="" using="" only="">

З іншого боку, інші автори підкреслюють важливість сезонних коливань вмісту полісахаридів. Наприклад, Шинер та ін. стверджують, що визначають сезонні коливання та передбачають найкращий час збирання ламінарії. Сезонний аналіз складу A.esculenta показав, що максимальні значення вуглеводів збігалися зі зниженими концентраціями білка, золи, поліфенолів і вологи [39]. На думку авторів, ці співвідношення, які змінюються залежно від сезону та виду, можуть бути використані промисловістю для максимізації врожаю цільових компонентів морських водоростей.

Ця стаття взята з Mar. Drugs 2021, 19, 662. https://doi.org/10.3390/md19120662 https://www.mdpi.com/journal/marinedrugs