Udforskning af potentialet for islandske tangekstrakter produceret af vandige pulserende elektriske felter-assisteret udvinding til kosmetiske applikationer

Venligst kontaktoscar.xiao@wecistanche.comfor mere information

Abstrakt:En voksende bekymring for den generelle sundhed driver et globalt marked af naturlige ingredienser, ikke kun i fødevareindustrien, men også inden for det kosmetiske område. I denne undersøgelse blev der udført en screening af potentielle kosmetiske anvendelser af vandige ekstrakter fra tre islandske tang produceret af pulserende elektriske felter (PEF). Producerede ekstrakter af PEF fra Ulua Lactuca, Alaria esculenta og Palmaria palmitate blev sammenlignet med den traditionelle varmtvandsekstraktion med hensyn til indhold af polyphenol, flavonoid og kulhydrat. Desuden blev antioxidantegenskaber og enzymatiske inhiberende aktiviteter evalueret ved anvendelse af in vitro-assays. PDF udviste lignende resultater som den traditionelle metode og viste flere fordele, såsom dens ikke-termiske natur og kortere ekstraktionstid. Blandt de tre islandske arter udviste Alaria esculenta det højeste indhold af phenolforbindelser (middelværdi 8869,7 ug GAE/g do) og flavonoid (middelværdi 12,098,7 ug QE/g DW) forbindelser, der også udviste den højeste antioxidant Desuden udviste Alaria esculenta-ekstrakter fremragende anti-enzymatiske aktiviteter (76,9, 72,8, 93,0 og 100 procent for henholdsvis kollagenase, elastase, tyrosinase og hyaluronidase) til deres brug i hudblegnings- og anti-aldringsprodukter. foreløbig undersøgelse tyder på, at islandske Alaria esculenta-baserede ekstrakter produceret af PEF kunne bruges som potentielle ingredienser til naturlige kosmetiske og kosmetiske formuleringer.

Nøgleord:makroalger; Ulloa Lactuca; Alaria esculenta; Palmaria palmata; PEF-assisteret ekstraktion;bioaktive forbindelser; grøn udvinding; naturlige ingredienser; kosmetik

1. Introduktion

I de senere år er efterspørgslen efter nye bioaktive forbindelser med potentielle sundhedsmæssige fordele undergået en væsentlig stigning. Mange forskningsgrupper har lagt vægt på forskning i marine organismer, såsom makroalger, for at finde nye og bæredygtige kilder til naturlige forbindelser til anvendelser i agro-fødevareindustrien, farmakologi, fødevarer og for nylig inden for kosmetik [1 ,2]. Makroalger er en stor og heterogen gruppe af fotosyntetiske organismer karakteriseret ved enorm biodiversitet og kompleks biokemisk sammensætning. I henhold til deres kemiske struktur og pigmentindhold kan makroalger opdeles i tre slægter, herunder brunalger (Phaeophyceae), rødalger (Rhodophyta) og grønalger (Viridiplantae). Alger er lagret inde i cellecytoplasmaet eller bundet til cellemembraner; således er celleafbrydelse afgørende for valoriseringen af ​​algebiomasse. Derudover er cellevægssammensætningen meget variabel mellem algearter lige fra små membraner til flerlags komplekse strukturer, hvilket gør genvinding af algeprodukter til en udfordring [3]. Generelt er tang fremragende kilder til polysaccharider, proteiner, lipider og en lang række sekundære metabolitter såsom phenolforbindelser, terpenoider, carotenoider, pigmenter og nitrogenderivater [4-6]. Selvom primære metabolitter har afgørende betydning, har nyere data vist, at indholdet af sekundære metabolitter bestemmer de biologiske aktiviteter af tangekstrakter[7].

Klik venligst her for at vide mere

En voksende bekymring for overordnet sundhed og velvære, samt bevidsthed om skadelige kemikalier i hverdagsprodukter, driver et globalt marked af naturlige og økologiske ingredienser [8]. I løbet af de seneste år har forbrugernes bevidsthed om præference for naturlige ingredienser og miljøvenlige produkter udvidet sig fra fødevareindustrien til kosmetik- og personlig plejeindustrien [9]. I den nuværende kontekst med global opvarmning og økologiske spørgsmål har der desuden været stigende offentlig bevidsthed om miljøspørgsmål. I lyset af disse aktuelle bekymringer har forbrugerne vendt deres interesser mod grønne, sunde og kemikaliefrie produkter. Som følge heraf erstatter kosmetikindustrien i øjeblikket giftige kemikalier og skadelige ingredienser med nye og naturlige højværdiforbindelser for at producere "kemisk rene" skønhedsprodukter [10].

Kosmetik er traditionelt blevet defineret som produkter, der skal påføres den menneskelige krop for at rense, forskønne eller fremme tiltrækningskraft uden at påvirke kroppens struktur eller funktioner. Nye tendenser og nylige forbrugerkrav har imidlertid fremmet udviklingen af ​​nye produkter, der giver flere fordele med minimal indsats. Udtrykket cosmeceutical bruges nu ofte til at beskrive kosmetiske produkter med bioaktive ingredienser, der hævder at have medicinske eller lægemiddellignende fordele [1].Cistanche Extract Anti RadiationCosmeceuticals indeholder normalt funktionelle ingredienser såsom vitaminer, fytokemikalier, enzymer, antioxidanter og/eller æteriske olier [12]. Da en lang række af disse bioaktive forbindelser er blevet fundet i makroalger, har undersøgelsen af ​​nye tang og marine alger-afledte ekstrakter vist sig at være et lovende område af kosmetiske og kosmetiske undersøgelser [13,14].

En række sekundære metabolitter afledt af tang er kendt for deres værdifulde sundhedsmæssige gavnlige virkninger på huden, såsom fotobeskyttende, fugtgivende, antioxiderende, anti-inflammatoriske og regenerative egenskaber [15]. Baseret på disse gavnlige virkninger er alger inkorporeret i kosmetiske produkter såsom solcreme og anti-aging produkter, samt til forebyggelse af hyperpigmentering, mens polysaccharider bruges til at holde huden fugtet og forhindre tørhed[16]. Under aldring er de ekstracellulære matrixproteiner modtagelige for overdreven aktivitet af r proteolytiske enzymer såsom kollagenaser og elastaser, hvilket resulterer i synlige ændringer i huden, såsom rynker eller tab af hudens elasticitet. En lovende tilgang til at forhindre ydre hudældning er hæmningen af ​​kollagenase- og elastaseaktiviteter af naturlige forbindelser. Planteekstrakter er blevet bredt undersøgt og fundet at have anti-collagenase og anti-elastase aktiviteter [17]. Der er dog kun lidt information om de hæmmende enzymatiske aktiviteter af tangekstrakter.

Cistanche kan anti-aging

De hyppigst anvendte ekstraktionsmetoder til isolering af bioaktivt fra tang er baseret på konventionelle teknikker. Ikke desto mindre har brugen af ​​traditionelle metoder flere ulemper, såsom brugen af ​​store mængder organiske opløsningsmidler, længere ekstraktionstider, høje temperaturer, selektivitetsproblemer, høje energikrav og coekstraktion af umålrettede eller interfererende forbindelser [18]. Derfor har nye ekstraktionsteknikker baseret på grønne kemiprincipper en potentiel interesse [19].

Pulserende elektrisk felt (PEF) er en ny, ikke-termisk og energieffektiv teknologi til behandling [20]. PDF involverer påføring af elektriske feltimpulser normalt ved høje spændinger (kV-område) og korte varigheder (mikro eller nanosekunder) til et produkt placeret mellem to elektroder [21]. Anvendelsen af ​​elektriske impulser frembringer dannelsen af ​​reversible eller irreversible porer i cellemembranerne, defineret som elektroporation eller elektro-permeabilisering, som følgelig letter den hurtige diffusion af opløsningsmidlerne og masseoverførselsforøgelsen af ​​intracellulære forbindelser[22]. Nylige applikationer har fokuseret på brugen af ​​pulserende elektrisk energi som en ekstraktionsteknik (PEF-assisteret ekstraktion) fra bio-, fødevarer og landbrugsprodukter [23]. Med PEF-behandling er det muligt at opnå ekstrakter med højere renhed, øge ekstraktionshastigheden af ​​bioaktive forbindelser såsom polyphenoler, carotenoider eller anthocyaniner, eliminere brugen af ​​organiske opløsningsmidler og forkorte ekstraktionstiden [24,25].cistanche herbaPEF-behandling er med succes blevet anvendt til udvinding af værdifulde forbindelser fra forskellige marine kilder, såsom proteiner [26-28], kulhydrater [29,30], lipider [31,32] og pigmenter såsom carotenoider, klorofyler eller phycocyaniner [22,33,34] fra mikroalger og tang.

Hovedformålet med denne undersøgelse var således at vurdere de potentielle kosmetiske anvendelser af PEF-ekstrakter fra tre makroalgearter, der vokser i Island: U. Lactuca (grønne makroalger), A. esculenta (brune makroalger) og P. palmitate (røde makroalger). ). I et forsøg på at udvikle organiske og naturlige ingredienser til grønne formuleringer, blev PEF-assisteret ekstraktion foreslået som et miljøvenligt alternativ til den traditionelle organiske opløsningsmiddelekstraktion. Efter ekstraktionsprocessen blev vandige tangekstrakter karakteriseret i form af polyphenol, flavonoid og kulhydratindhold. Desuden blev antioxidantegenskaber og enzymatiske inhiberende aktiviteter evalueret ved anvendelse af in vitro aktivitetsassays. Resultaterne rapporteret heri vil danne grundlag for at forbedre forståelsen af ​​brune, røde og grønne makroalger for at producere aktive ingredienser til innovative formuleringer i kosmetiske produkter, der indeholder biologisk aktive forbindelser isoleret fra naturlige og bæredygtige kilder.

2. Resultater og diskussion

2.1.PEF-assisteret udvinding til forarbejdning af islandsk tangbiomasse

Resultaterne viser, at den elektriske ledningsevne var højest i suspension fremstillet af A.esculenta efterfulgt af P.palmata og U.lactuca (s.<0.05)(table 1).="" however,="" the="" effect="" of="" treatment="" type="" was="" not="" identified="" as="" significant="" (p="">0.05). Elektrisk ledningsevnemåling er med succes blevet brugt af andre forfattere til at evaluere effektiviteten af ​​PEF-behandling i biologiske væv til frigivelse af intracellulære ioniske stoffer, som et resultat af den øgede cellemembranpermeabilisering [35-37].

cistanche penis vækst

I vores undersøgelse indikerede resultaterne ikke en stærkere frigivelse af disse stoffer fra PEF, da ændringerne i ledningsevnen induceret af ekstraktionsbehandlinger havde en tendens til at være højest i HW-suspensioner. Tidligere undersøgelser har konkluderet, at den initiale ledningsevne af det ekstracellulære medium påvirker elektroporationseffektiviteten, men der er mangel på enighed om, hvorvidt de er et positivt eller negativt forhold mellem disse to faktorer [38]. Variationer i ledningsevne og egenskaber af materialet kan gøre sammenligningen kompliceret. I vores undersøgelse var der stor forskel på ledningsevnen af ​​A.esculenta suspensioner og de to andre arter, hvilket ikke afspejlede sig i graden af ​​ledningsevneændringer under ekstraktionsbehandling. Det er blevet anført, at askeindholdet i brun tang kan udgøre over 50 procent af dens tørvægt [39], og består hovedsageligt af ioner, hvilket til dels kan forklare den høje ledningsevne i A.esculenta suspensioner sammenlignet med de to andre arter.

cistanche salsa fordele

Resultaterne viser, at pH-værdien i U. Lactuca-suspensionen var lavere end for de to andre arter, men der blev ikke frembragt nogen klare effekter fra ekstraktionstypen. Temperaturen blev øget fra 22 ± 1 grad før behandling til 95 grader C med HW (for alle arter) til 36.0±1.0 grad ,46.3±0. 6 grader og 51.0±1 grad ved PEF, i suspensioner A.esculenta, P.palmata og U. Lactuca. Samme tendens sås for grupperne behandlet med PEF, som derefter blev yderligere opvarmet af HW. Temperaturstigningen var forårsaget af omdannelsen af ​​elektrisk energi til termisk energi (ohmsk opvarmning) i suspensionen under PEF-behandling. Niveauet af temperaturstigning vides at være proportionalt med den påførte strøm, men i omvendt proportion med ledningsevnen. Dette kunne forklare, hvorfor P. palmate og U.lactuca nåede højere temperaturer under PEF-behandlingen, selvom de har lavere ledningsevne end A. esculent.

2.2.UV-VIS Absorptionsspektre af islandske tangekstrakter

De undersøgte tang er forskellige i de spektrale profiler (Figur 1), hvilket tyder på, at sammensætningen og UV-absorbanspotentialet varierer mellem arter. Imidlertid udviste typen af ​​ekstraktionsteknik ikke en bemærkelsesværdig effekt i UV-absorptionsspektrene; tangekstrakter viste lignende absorptionsprofiler uanset ekstraktionsmetoden.

UV-absorptionsspektrene for grønalgen U. Lactuca viste en fremtrædende top i UV-B-området (280-320 nm)(Figur la), mens ekstrakterne fra brunalgen A.esculenta ikke viste nogen tydelig absorptionsdannelse zone (figur c). Resultaterne indikerede imidlertid en stærkere absorbans ved 220 nm i A. esculenta-ekstrakter sammenlignet med U. Lactuca og P. palmata, hvilket blev formodet at skyldes det høje indhold af phenolforbindelser i A. esculenta (tabel 2). Et absorptionsmaksimum inden for dette område er blevet relateret til en kobling mellem phenolforbindelser og alginater. Dette forhold formodes at bevare UV-absorptionsevnen af ​​phenolforbindelser over tid [40].

Et mere interessant fund var, at resultaterne opnået for rødalgeekstrakterne P. palmata absorberede en del af UV-A-stråling (320-400 nm). Det er kendt, at røde alger akkumulerer fotobeskyttende forbindelser med ultraviolet strålingsabsorptionsevne, såsom mycosporin-lignende aminosyrer (MAA), som absorberer i denne specifikke UV-region [41]. P. palmata udmærkede sig i UV-absorptionsspektret med fremtrædende toppe mellem 320 og 340 nm i overensstemmelse med tilstedeværelsen af ​​MAA'er, der absorberer i dette interval [42], såsom polyphenol (peakabsorption ved 332 nm), asteria-330 ( absorptionsspids ved 330 nm), Porphyra-334 (topabsorption ved 334 nm) og andre [43]. Fordi ekstraktionsbetingelser, såsom type opløsningsmiddel, er kendt for indflydelsen på effektiviteten af ​​ekstraktion, blev resultaterne i nærværende undersøgelse sammenlignet med tidligere undersøgelser af ekstraktion af MAA med vand fra P.palmata. I disse undersøgelser blev de maksimale absorptionstoppe detekteret ved 325 til 330 nm[44], som i denne undersøgelse. Derfor er det muligt at antage, at de observerede toppe mellem 320 og 340 nm kan skyldes tilstedeværelsen af ​​MAA'er.

Forskelle i absorptionsspektrene mellem 350 og 700 nm er blevet forklaret ved tilstedeværelsen af ​​forskellige hjælpepigmenter i respektive fotosystemer af de grønne, brune og røde makroalger, klorofyl-b(450-500 nm), fucoxanthin ({{4} } nm) og PHY erythrin (600-650 nm) henholdsvis [45]. Koncentrationen af ​​de vandopløselige forbindelser i ekstrakterne havde stærkere virkninger. Følgelig var mønsteret, der afspejler forskellen i pigmenter mellem algearter, ikke tydeligt i denne undersøgelse.

2.3. Samlet indhold af phenol, flavonoid og kulhydrat i islandske tangekstrakter

Det totale phenolindhold i tangene varierede fra 1592 til 9368 ug GAE/g (tabel 2). Brunalgen A.esculenta viste den højeste mængde (s<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 dosering 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) og phenolindholdet var mere end tre gange højere i A.esculenta end i de andre arter (A. esculenta:37 mg phloroglucinol-ækvivalenter (PGE)/g DW; S.latissma:8 mg PGE/g do P. palmata: 5 mg GAE/g do). Desuden rapporterede forfatterne i samme undersøgelse, at polyphenolindholdet varierer med sæsonen, mens de rumlige variationer (alger blev høstet i Norge, Frankrig og Island) viste en marginal effekt. For eksempel fandt Gager et al.(2020), at der var en signifikant effekt af sæsonbestemte variationer i polyphenolindholdet i A.esculenta, med mere end 300 mg GAE/g DWin efterår sammenlignet med under 20 mg GAE/g DW om foråret. Phlorotanniner fra syv brune tang kommercielt høstet i Bretagne (Frankrig) påvist ved 1H NMR og in vitro assays: tidsmæssig variation og potentiel valorisering i kosmetiske applikationer. Vores prøver blev indsamlet i juli (U.lactuca og A.esculenta) og i november (P. palmitate). I Roledas undersøgelse [48] var det gennemsnitlige indhold i A.esculenta fra Trondheim, Norge (ikke indsamlet i Island) om sommeren 40 mg PGE/g DW og P.palmata fra Island, men var 4 mg GAE/g om efteråret. De højere værdier rapporteret i sammenligning med vores undersøgelse kan forklares med de anvendte ekstraktionsmedier (80:20 acetone: vand), hvilket sandsynligvis vil resultere i højere ekstraktionsudbytter. Højere polyphenolindhold blev også fundet for A. esculenta-ekstrakter under anvendelse af en blanding af ethanol og vand (50:50) med ultralyd [49]. Ved anvendelse af det samme ekstraktionsmedium og den klassiske opløsningsmiddelekstraktion blev A.esculenta imidlertid rapporteret at indeholde 44,1 mg GAE/100 g DW i vandige ekstrakter [50], relativt svarende til det, der blev observeret i denne undersøgelse. Det gennemsnitlige flavonoidindhold var artsspecifikt (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=""><>

Der er talrige undersøgelser af flavonoidindholdet i landplanter, men flavonoidindholdsundersøgelser i alger er sparsomme [51] og især i de arter, der er undersøgt i nærværende arbejde. Nemlig undersøgelsen af ​​Ummat et al. [49] rapporterede, at ultralydsassisteret ekstraktion forbedrede genvindingen af ​​flavonoider i alle 11 undersøgte tang (inklusive A.esculenta) sammenlignet med konventionelle opløsningsmiddelekstraktioner ved anvendelse af en blanding af 50 procent ethanol. I en anden undersøgelse blev flavonoider kvantificeret i de methanoliske ekstrakter af fire Ulua-arter (Ulloa clathrate, Ula Linza, Ulloa flexuosa og Ulva intestinalis) dyrket ved forskellige dele af de nordlige kyster af Den Persiske Golf i den sydlige del af Iran; flavonoidindholdet i algeekstrakter varierede fra 8 til 33 mg RE/g do [52]. Tidligere undersøgelser fra samme forskergruppe fandt dog markante ændringer i de kemiske bestanddele med ændringer i årstider og miljøforhold [53]. Det er således lidt svært at have et fuldt overblik over bibliografien over disse bioaktive forbindelser i tang, på grund af manglen på tilgængelig publiceret forskning, men også på grund af ændringerne i flavonoidindholdet påvirket af vækstbetingelserne og geografisk placering.

Mean carbohydrate content of produced extracts was also species-specific(P. palmata > U.lactuca>A.esculenta;s<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="">

Den grønne makroalge U. Lactuca viste indhold på op til 249,5 mg GluE/g afhænger af den anvendte ekstraktionsteknik (tabel 2). Baseret på litteraturen har U. Lactuca vandopløselig og uopløselig cellulose svarende til strukturelle polysaccharider med en hovedkomponent kaldet Ivan, som bidrager fra 9 til 36 procent tørvægt til biomassen [57]. Ryan er hovedsageligt sammensat af sulfateret rhamnose, uronsyrer (glucuronsyre og iduronsyre) og xylose. På grund af dens polære natur forbedres opløseligheden af ​​Ivan i vandige opløsninger ved ekstraktion ved høje temperaturer (80-90 grad )[58]. Ekstraktionstemperaturen kan være årsagen til, at det samlede kulhydratindhold i U. Lactuca-ekstrakter produceret ved den traditionelle varmtvandsekstraktion og kombinationen af ​​begge metoder (PEF plus HW) var højere(p<0.05) than="" the="" content="" achieved="" using="" only="">

På den anden side fremhæver andre forfattere vigtigheden af ​​sæsonvariationen i polysaccharidindholdet. For eksempel hævder Schiener et al. at identificere sæsonmæssige variationer og forudsige de bedste høsttider for tang. Den sæsonbestemte sammensætningsanalyse af A.esculenta viste, at maksimale værdier af kulhydrater faldt sammen med reducerede koncentrationer af protein, aske, polyphenoler og fugt [39]. Ifølge forfatterne kan disse forhold, som varierer mellem årstider og arter, bruges af industrier til at maksimere udbyttet af målrettede tangkomponenter.

Denne artikel er uddraget fra Mar. Drugs 2021, 19, 662. https://doi.org/10.3390/md19120662 https://www.mdpi.com/journal/marinedrugs