Blomsterekstrakter som multifunksjonelle fargestoffer i kosmetikkindustrien

Vær så snill og kontaktoscar.xiao@wecistanche.comfor mer informasjon

Abstrakt:Blomster er en naturlig kilde til bioaktive forbindelser som ikke bare har antioksidant-, anti-inflammatoriske og anti-aldringsegenskaper, men kan også brukes som naturlige fargestoffer. Av denne grunn er planter i dag mye brukt til å produsere naturlig kosmetikk og mat. I disse studiene ble egenskapene til vannekstraktene av Papaver rhoeas L., Punica granatum L., Clitoria ternatea L., Carthamus tinctorius L. og Gomphrena globosa L., som bioaktive, naturlige fargestoffer, undersøkt. Planteblomstekstrakter ble testet for deres antioksidant(ABTS og DPPH radikale metoder) og antiinflammatoriske effekter ved å bestemme evnen til å hemme aktiviteten til lipoksygenase og proteinase. Ekstraktene ble testet for deres cytotoksiske effekt på hudceller ved å bruke Alamar Blue og Neutral Red tester. Evnen til å hemme aktiviteten til enzymer som er ansvarlige for ødeleggelsen av elastin og kollagen ble også studert. Forskning har vist at ekstrakter ikke har noen giftig effekt på hudceller, er en rik kilde til antioksidanter, og viser evnen til å hemme aktiviteten til elastase og kollagenase enzymer. P. rhoeas-ekstrakt viste de sterkeste antioksidantegenskapene med IC50-verdier på 24,8± 0,42 ug/mL og 47,5±1,01 ug/mL i henholdsvis ABTS- og DPPH-tester. De testede plantene er også preget av en anti-inflammatorisk egenskap, for hvilken evnen til å hemme lipoksygenase ved et nivå over 80 prosent og proteinase ved et nivå på ca. 55 prosent ble notert. Ekstrakter fra P. Thomas, C. ternatea og C. tinctorius viser den sterkeste fargeevnen og kan permanent farge kosmetiske produkter, uten vesentlige fargeendringer under oppbevaring av produktet.

Klikk her for å vite mer

Nøkkelord:planteekstrakter; naturlige fargestoffer; kosmetikk; biologisk aktive fargestoffer; anti-inflammatoriske egenskaper; antioksidanter

1. Introduksjon

De siste årene har det vært en økende interesse for naturlige og økologiske produkter. Det er spesielt merkbart i kosmetikk-, mat- og andre hurtiggående forbruksvarer (FMCG) industrier. Basert på observasjon av dagens markedstrender, ser flere og flere forbrukere etter naturlige produkter, som etter deres mening er tryggere i bruk og mer effektive. Av den grunn er produsentene tvunget til å se etter naturlige erstatninger for syntetisk avledede stoffer for å tilberede produkter som oppfyller kravene til forbrukerne 1].cistanche StorbritanniaMange stoffer som emulgatorer, reologimodifiserende midler eller overflateaktive stoffer ble erstattet med deres naturlige ekvivalenter, men mange råvarer er fortsatt et stort problem for produsenter [1]. En av de mest problematiske ingrediensene er fargestoffer, som det ikke er for mange effektive løsninger for i naturen. De fleste fargestoffene som brukes av mat- eller kosmetikkindustrien produseres kontinuerlig ved kjemisk syntese på grunn av deres lavere pris og høyere stabilitet sammenlignet med de naturlige fargestoffene.

Cistanche kan anti-aldring

Dessverre har syntetiske fargestoffer flere ulemper, den viktigste er deres irriterende og sensibiliserende potensiale samt deres negative innvirkning på miljøet [2-5]. Naturligvis er hentede produkter tryggere for menneskers helse og miljøet, men de er ikke stabile og kan endre farge under produktlagring. De er også følsomme for endringer i pH, UV-stråling og endringer i temperatur [6-8]. På jakt etter nye fargestoffer av naturlig opprinnelse, ble oppmerksomhet rettet mot ekstrakter hentet fra planteblomster med en sterk farge. Planten gjør i form av ekstrakter kan være mer stabile og mer motstandsdyktige mot fargeendringer på grunn av tilstedeværelsen i deres sammensetning, i tillegg til fargestoffer, av ingredienser som er i stand til å forhindre oksidasjon under påvirkning av ytre faktorer, som f.eks. UV-stråling eller virkningen av frie radikaler. Dette er naturlig forekommende stoffer, hovedsakelig fra gruppen antioksidanter, som kan forhindre endringer i plantefarge og opprettholde en intens farge selv når de utsettes for sterk UV-stråling |5,7,9,10]. Ved isolering av individuelle fargestoffer fra planter (som for eksempel i tilfelle av betalainer ekstrahert fra rødbeter), er det resulterende fargestoffet blottet for disse komponentene, og i mange tilfeller er det nødvendig å tilsette syntetiske antioksidanter til sluttproduktet for å forhindre fargeendringer [11].

Antioksidanter er en gruppe kjemiske forbindelser som spiller en viktig rolle i å forsvare seg mot oksidativt stress. Deres hovedfunksjon er nøytralisering av frie oksygenradikaler, kalt reaktive oksygenarter (ROS), som er svært reaktive biprodukter av metabolisme.

En stor andel av antioksidanter er planteavledede stoffer, som inkluderer for eksempel fenolsyrer eller flavonoider. Noen plantefargestoffer viser også en antioksidanteffekt, som på grunn av egenskapene deres kan erstatte syntetiske pigmenter som i dag brukes i kosmetikk. Et eksempel på slike forbindelser kan være antocyaniner, som tilhører flavonoider. De finnes i bladene, fruktene og blomstene til mange planter, for eksempel bær (chokebær, solbær, blåbær og andre), druer, rød sikori, etc., og gir dem blå, røde og lilla farger [12-14]. Dessuten viser antocyaniner antiinflammatoriske, antioksidant- og leverbeskyttende egenskaper og støtter riktig funksjon av det kardiovaskulære systemet [12-14]. Tilstedeværelsen av antocyaniner er også påvist i Punica granatum L., Clitoria ternatea L. og Papaver rhoeas L. [15-17]. Betacyaniner, som er ansvarlige for den rødfiolette fargen, finnes i blader, blomster, røtter, plantefrukter og i sopphetter. Disse fargestoffene viser anti-kreft, antioksidant og anti-inflammatoriske egenskaper. Betacyaniner inkluderer gomphrena I, gomphrena II og gomphrena III, som finnes i Gomphrena globosa L. [18,19]. En annen fargestoff som har en antioksidanteffekt er carthamin.cistanche wirkungDen gir planteorganene en rød farge og finnes blant annet i Carthamus tinctorius L. [20,21].

Målet med disse studiene var å undersøke egenskapene til vannekstrakter fra planter som er kilden til plantepigmenter. I foreløpige studier ble det oppnådd ekstrakter fra fargerike blomster av 20 forskjellige planter, hvis bruk i kosmetiske produkter ikke er forbudt. Blant dem ble fem ekstrakter karakterisert ved den sterkeste fargen og stabiliteten under eksponering for UV-stråling, endringer i pH i den vandige løsningen og virkningen av oksidasjonsmidler (hydrogenperoksid) valgt. Ekstraktene med de mest foretrukne egenskapene valgt for videre forskning var ekstrakter av Papaver rhoeas L.(PRE), Punica granatum L.(PGE) og Clitoria ternatea L.(KTE), Carthamus tinctorius L.(CTE) og Gomphrena globosa L.(GGE). Bioaktive forbindelser ble bestemt for de listede planteekstraktene, så vel som deres antioksidant- og anti-inflammatoriske egenskaper. Ekstraktene ble testet for cytotoksisk aktivitet på fibroblaster og keratinocytter. Evnen til å redusere transepidermalt vanntap (TEWL) og evnen til å hemme aktiviteten til enzymer som er ansvarlige for ødeleggelsen av elastin og kollagen, ble også studert. Innhentede ekstrakter ble påført i modellsminkefjerneren i micellær flytende form som bioaktive og multifunksjonelle fargestoffer.

2. Resultater og diskusjon

2.1. Bestemmelse av bioaktive forbindelser ved HPLC-ESI-MS/MS

En kromatografisk metode ble utviklet for å utdype de kjemiske strukturene til de aktive forbindelsene. De viktigste fenolforbindelsene ble bestemt i negativ-ion-modus på grunnlag av masse-til-ladning-forholdet (m/z) av de detekterte forløperionene og bekreftet av de resulterende produktionene fra MS2-fragmentering ved bruk av HPLC-ESI-MS/ MS. Forbindelsene ble identifisert basert på de resulterende produktioner. MS-data, MS/MS-fragmenteringsprofiler og molekylformel ble sammenlignet med autentiske standarder eller litteraturdata [22,23.sitrus bioflavonoiderTabell 1 viser de aktive forbindelsene identifisert i vannekstraktene ved bruk av HPLC-ESI-MS/MS.

De ekstraherte ionekromatogrammene oppnådd i negativ-ion-modus for undersøkte ekstrakter i vann er presentert i en tilleggsfil. De oppnådde resultatene av HPLC-ESI MS/MS avslørte tilstedeværelsen av polyfenoler, hvorav fenolsyrer og flavonoider var en godt representert gruppe. De karakteriserte flavonoidene var quercetin- og kaempferol-derivater, mens fenolsyrer var koffeinsyre, kininsyre, gallussyre og koffeoylkinsyre(CQA) med to isomerer:3-og 5-CQA. Flere andre flavonoidglykosider inkludert kaempferol-3-O-rutinosid og kaempferol-3-O-glukosid ble også identifisert i prøveekstraktene.

Kininsyre, gallussyre, koffeinsyre, 3-CQA,5-CQA og quercetin ble kvantifisert basert på kalibreringskurven generert ved bruk av toppområder for analytiske standarder i multippel reaksjonsovervåking (MRM) moduser. De oppnådde resultatene er presentert i tabell 2. Basert på summen av de bestemte forbindelsene (tabell 2), ble det funnet at det vandige ekstraktet av PGE var det mest tallrike i bestemte bioaktive forbindelser. Kininsyre ble bestemt i høyest mengde i det vandige ekstraktet av CTE, mens det vandige ekstraktet av PGE var karakterisert ved det høyeste innholdet av gallussyre. Koffeinsyre var den hyppigste forbindelsen som ble bestemt i KTE-ekstraktet.

2.2. Bestemmelse av antioksidantegenskaper

Analyse av sammensetningen av ekstraktene viste tilstedeværelsen av flavonoider og fenoliske forbindelser, slik som kininsyre, gallussyre, quercetin, rutin, koffeinsyre og andre. Disse stoffene er kjent for sine antioksidantegenskaper, noe som er påvist i mange studier. Antioksidantaktiviteten til ekstraktene ble undersøkt i neste del av denne forskningen.

Den første studien ble utført ved bruk av ABTSe ​​plus-radikal.cynomorium fordelerFra de oppnådde resultatene ble IC50-punktet bestemt for hvert av planteekstraktene, som vist i tabell 3. Den laveste IC50-verdien ble vist for PGE-ekstrakt (24,8 ug/mL), og den var omtrent 5,4 ganger langsommere enn den oppnådde verdien for GGE, som var høyest. Derfor viste PGE den beste antioksidantkapasiteten. Dessuten oppnådde PRE og KTE lave IC50-verdier (henholdsvis 65,5 og 63,3 ug/mL), noe som bidrar til deres gode antioksidanteffekt.

I neste del av forskningen ble ekstrakters evne til å redusere produksjonen av reaktive oksygenarter i celler undersøkt. Når nivåene av reaktive oksygenarter i cellene overstiger antallet antioksidanter, fører det til oksidativt stress. ROS kan skade DNA, proteiner og lipider, noe som kan bidra til utvikling av sykdommer og øke aldringsprosessen. I disse studiene ble effekten på intracellulær ROS-produksjon undersøkt på fibroblaster og keratinocytter, ved bruk av fluorogent H2DCFDA-fargestoff. Ved å analysere resultatene vist på grafene (Figur 1A, B), kan det konkluderes med at alle testede ekstrakter reduserer mengden ROSin-celler. Alle ekstrakter viste det høyeste potensialet for å minimere oksidativt stress ved en konsentrasjon på 500 ug/ml. I BJ-celler ble den sterkeste evnen til å redusere ROS vist for PGE- og PRE-ekstrakter. Fluorescensverdiene for disse planteekstraktene, med en konsentrasjon på 500 ug/mL, var rundt 60 prosent lavere enn for cellene som ikke var behandlet med ekstrakter (kontroll). I HaCaT-celler ble den sterkeste evnen til å redusere ROS også vist for PGE og PRE, og fluorescensen var 25-30 prosent lavere sammenlignet med kontrollen (konsentrasjon på 500 ug/mL). Evnen til å redusere intracellulært oksidativt stress i HaCaT-celler med KTE, CTE og GGE ved en konsentrasjon på 100 ug/mL var lik kontrollen.

Basert på de beskrevne resultatene kan det bekreftes at de testede planteekstraktene har en antioksidantkapasitet. Dette skyldes tilstedeværelsen av forskjellige stoffer som er i stand til å nøytralisere frie radikaler. Den beste antioksidative aktiviteten ble vist av ekstrakter av PGE og PRE. Vannekstrakt av P. rhoeas inneholdt koffeinsyre, kininsyre, gallussyre, rutin og quercetin, som er kjent for sine antioksidantegenskaper [24-29]. Dessuten har vitamin C vist seg å være tilstede i kronbladene til denne planten [30]. Vitamin C er en elektrondonor og forhindrer dermed oksidasjon av andre forbindelser. Som et resultat oksiderer det seg selv, og danner en relativt stabil fri radikal. På grunn av disse handlingene reduserer den oksidativ skade [31,32]PRE inneholder også pigmenter fra gruppen av antocyaniner [33], som har evnen til å fange frie radikaler[34]. Tilstedeværelsen av de ovennevnte forbindelsene i PRE gir denne planten gode antioksidantegenskaper, som ble demonstrert i disse studiene og av andre forskere [35,36]. Analyse ved HPLC-ESI-MS viste at PGE-vannekstraktet inneholdt koffeinsyre, kininsyre, quercetin og kaempferol-O-glukosid. I tillegg er blomstene til disse plantene rike på ellaginsyre, ursolsyre, maslinsyre og asiatisk syre. Disse stoffene er kjent for sin antioksidantkapasitet samt antiinflammatoriske egenskaper [24-2937,38]. Det er deres tilstedeværelse som gjør at ekstraktet av denne planten viser sin positive effekt på å redusere oksidativt stress 39,40].CTE inneholder koffeinsyre, kininsyre, gallussyre, koffeoylkinsyrer, isoquercetin, quercetin, rutin og kaempferol-O-glukosid , også antocyaniner som er ansvarlige for dens antioksidantegenskaper. Kamkaen og Wilkinson beviste også antioksidantaktiviteten til CTE ved å bruke DPPH-metoden, og oppnådde resultatet for vannekstraktet IC50=1 mg/mL[41]. GGE inneholder i tillegg til fenoliske forbindelser og flavonoider bestemt ved hjelp av HPLC-ESI-MS-metoden også betacyaniner, som er pigmenter med antioksidantegenskaper [18,42. Susilingrum og Wijayanti har vist at etanolekstrakt av GGE har veldig sterk antioksidantaktivitet (IC50=49.9ug/mL)[43]. CTE inneholder koffeinsyre, kininsyre, gallussyre, koffeoylkinsyrer, isoquercetin, quercetin og kaempferol-O-glukosid, som gjør at denne planten har antioksidantkapasitet.

2.3. Vurdering av matrisemetallopeptidasehemming

For å vurdere muligheten for å bruke planteekstrakter i formuleringer beregnet på å bekjempe tegn på aldring av huden, er et viktig element å vurdere deres evne til å hemme aktiviteten til enzymer som er nært involvert i hudens aldringsprosesser. De viktigste enzymene hvis økte aktivitet fører til nedbrytning av kollagen- og elastinfibre, som akselererer hudens aldring, er kollagenase og elastase [44]. Som en del av dette arbeidet ble påvirkningen av de analyserte ekstraktene fra fem studerte planter på muligheten for statistisk signifikant hemming av aktiviteten til disse metalloproteinasene undersøkt. Som en del av de utførte eksperimentene ble det foretatt målinger for to konsentrasjoner av hver av ekstraktene∶100 og 250 ug/mL, og resultatene er presentert i figur 2 og 3. Det ble observert at alle de analyserte ekstraktene er i stand til å oppnå en større eller mindre grad påvirker aktiviteten til disse enzymene under in vitro-betingelser. Det ble bemerket at ved den høyeste av de testede konsentrasjonene var antialdringsaktiviteten større. Under målingene av elastaseaktivitet ble den største hemmingen observert for PGE-ekstraktet (44,97 prosent), etterfulgt av henholdsvis GGE (39,11 prosent), PRE (30,99 prosent), CTE (30,33 prosent) og KTE (27,7 prosent). Når det gjelder det andre enzymet, kollagenase, viste PGE-ekstraktet (41,30 prosent ) også den største hemmingen, etterfulgt av GGE (40,61 prosent), CTE (39,09 prosent), KTE (26,68 prosent) og PRE (21,83 prosent). Som en del av analysen ble det også gjort målinger for vanlig kjente hemmere av disse enzymene, SPCK for elastase og 1,10-fenantrolin for kollagenase, for hvilke hemming på henholdsvis 57,88 prosent og 51,84 prosent ble observert. Således indikerer inhiberingen oppnådd for de analyserte ekstraktene, spesielt PGE og GGE, at de viser bare litt lavere aktivitet enn de alminnelig kjente inhibitorene av disse metalloproteinasene, noe som kan indikere deres bruk i kosmetiske og farmasøytiske preparater som brukes mot hudaldring.

Vi har allerede demonstrert anti-kollagenase- og anti-elastase-aktiviteten til de studerte plantene i tidligere studier for en annen type ekstrakt (vann-etanol) [45]. Aktiviteten bekreftet i denne studien også for vandige ekstrakter indikerer at forskjellige typer ekstrakter oppnådd fra disse plantene kan være en kilde til biologisk aktive forbindelser med antialdringsaktivitet. Kromatografiske analyser av de testede ekstraktene viste tilstedeværelsen av en rekke forbindelser med påviste antialdringsegenskaper, slik som koffeinsyre, kininsyre, gallussyre, quercetin eller rutin. Evnen til å hemme hudaldring er relatert til det brede spekteret av virkning av disse forbindelsene, som har blitt vist i en rekke vitenskapelige artikler. Chiang et al. i deres studie indikerte at koffeinsyre kan hemme hudfotoaldring som et resultat av UVB-stråling ved å hemme metalloproteinaser og øke produksjonen av I-type prokollagen [46]. Dessuten viste Staniforth et al. at denne fenolsyren kan hemme UVB-indusert IL-10 mRNA-ekspresjon og redusere mitogenaktiverte proteinkinaser-aktivering [47].ørkenhyasintMuligheten for en lett hemming av elastaseaktivitet av kininsyre ble vist i studiene av Shoko et al. [48]. Chaika et al. i sitt arbeid demonstrerte antialdringsegenskaper til gallussyre manifestert ved hemming av melanindannelse ved å undertrykke aktiviteten til tyrosinase og tyrosinase-relatert protein-2, høye antioksidantegenskaper og muligheten for å hemme matrisemetalloproteinase-2 [49]. Dessuten har Hwang et al. funnet ut at denne syren reduserer tørr hud og begrenser dannelsen av rynker. Dette er resultatet av hemming av sekresjonen av matriksmetalloproteinase-1 og en økning i nivået av elastin, type I prokollagen og transformerende vekstfaktor- 1 [50]Andre forfattere har vist at quercetin hemmer aktivitet av elastase og reduserer lipidperoksidasjon[51,52]. Bioflavonoiden rutin er også preget av en meget sterk anti-aldringseffekt. Som vist av Seong et al., kan det øke ekspresjonen av type I kollagen mRNA og redusere ekspresjonen av matrix metallopeptidase 1 mRNA i humane dermale fibroblaster. Dessuten kan rutin positivt påvirke hudens elastisitet og redusere antall og lengde på rynker betydelig [53]. Muligheten for interaksjon av forbindelser som er tilstede i ekstraktene som er testet i denne studien på mange cellulære prosesser, resulterer i antialdringsegenskapene til disse plantene. Testplanters evne til å hemme kollagenase- og elastaseaktivitet kan involvere flere mekanismer. Dette kan være relatert til interaksjonen mellom de polyfenoliske forbindelsene som finnes i ekstraktene, hovedsakelig deres hydroksylgrupper, med enzymskjelettet eller sidekjeder, eller konformasjonsendringer som fører til inaktivering av enzymet [54,55]Hemmingen kan også være relatert til evnen til polyfenoliske forbindelser og flavonoider til å chelatere metallioner som finnes i det aktive stedet til metalloproteinaser som elastase og kollagenase [56,57].

2.4. Bestemmelse av anti-inflammatoriske egenskaper

I løpet av de siste tiårene har betennelse blitt anerkjent som en viktig risikofaktor for ulike menneskelige sykdommer. Kroniske inflammatoriske responser er disponert for en patologisk progresjon av kroniske sykdommer preget av infiltrasjon av inflammatoriske celler, overdreven produksjon av cytokiner, dysregulering av cellulær signalering og tap av barrierefunksjon. Å målrette reduksjon av kronisk betennelse er en fordelaktig strategi for å bekjempe flere menneskelige sykdommer. Proteinaser og lipoksygenaser er enzymene som deltar i ulike typer betennelser. Proteinaser har vært knyttet til leddgiktreaksjoner. Nøytrofiler, i sine lysosomale granuler, bærer mange serinproteinaser. Leukocyttproteinaser spiller en betydelig rolle i utviklingen av vevsskade under inflammatoriske prosesser [58]. Lipoksygenaser er nøkkelenzymer i biosyntesen av leukotriener, som igjen er avgjørende mediatorer i mange inflammatoriske sykdommer. Mekanismen for antiinflammatorisk virkning involverer en rekke problemer der metabolismen av arakidon- og linolsyrer spiller en viktig rolle [59,60].

Figur 2. Effekten av planteekstrakter på aktiviteten til elastaseenzymet. Data er gjennomsnittet av tre uavhengige eksperimenter der hver prøve ble testet i tre eksemplarer. Ulike bokstaver på diagrammene indikerer signifikante forskjeller mellom de individuelle resultatene (s<>

Denne artikkelen er hentet fra Molecules 2022, 27, 922. https://doi.org/10.3390/molecules27030922 https://www.mdpi.com/journal/molecules