Екстракти от цветя, като многофункционални багрила в козметичната индустрия
Коментар от Orange Pear
Тази статия е с много съкращения, поради факта, че е написана на високо професионален академичен език. Извадили сме най-важното от оригинала и сме се постарали да Ви предадем информацията на по-разбираем език. В края на статията има линк към оригиналната публикация, която е от Националната Медицинска Библиотека на САЩ.
Резюме
Цветята са естествен източник на биоактивни съединения, които не само имат антиоксидантни, противовъзпалителни и анти-стареещи свойства, но могат да се използват и като естествени багрила. Поради тази причина в наши дни растенията се използват широко за производство на натурална козметика и храни. В тези изследвания свойствата на водните екстракти от Papaver rhoeas L., Punica granatum L., Пеперуденото грахово цвете (Clitoria ternatea) L ( Още за пеперудееното грахово цвете)., Carthamus tinctorius L. и Gomphrena globosaL., като биоактивни, естествени багрила, са изследвани. Екстрактите от растителни цветя са тествани за техните антиоксидантни (ABTS и DPPH радикални методи) и противовъзпалителни ефекти чрез определяне на способността да инхибират активността на липоксигеназата и протеиназата. Екстрактите са тествани за техния цитотоксичен ефект върху кожните клетки, като са използвани тестове Alamar Blue и Neutral Red. Изследвана е и способността да се инхибира активността на ензимите, отговорни за разрушаването на еластина и колагена. Изследванията показват, че екстрактите нямат токсичен ефект върху клетките на кожата, богати са на антиоксиданти и показват способността да инхибират активността на ензимите еластаза и колагеназа.
Тестваните растения също се характеризират с противовъзпалително свойство, за което е отбелязана способността да инхибират липоксигеназата на ниво над 80% и протеиназата на ниво от около 55%. Екстрактите от P. rhoeas , Пеперудения грах (C. ternatea) (Още за пеперудения грах в хранителната индустрия) и C. tinctorius показват най-силна оцветяваща способност и могат да оцветяват трайно козметични продукти, без значителни промени в цвета по време на съхранение на продукта.
Въведение
През последните години се засилва интересът към натуралните и екологични продукти. Това е особено забележимо в индустриите на козметиката, храните и други бързооборотни потребителски стоки. Въз основа на наблюдението на съвременните тенденции на пазара, все повече потребители търсят натурални продукти, които според тях са по-безопасни при употреба и по-ефективни.
Поради тази причина производителите са принудени да търсят естествени заместители на синтетично получени вещества, за да приготвят продукти, които отговарят на изискванията на потребителите [ 1 ]. Много вещества, като емулгатори, модификатори на реологията или повърхностно активни вещества бяха заменени с техните естествени еквиваленти, но много суровини все още са голям проблем за производителите [ 1].
Една от най-проблемните съставки са оцветителите, за които в природата няма много ефективни решения. Повечето от боите, използвани от хранително-вкусовата или козметичната промишленост, се произвеждат непрекъснато чрез химичен синтез поради по-ниската им цена и по-висока стабилност в сравнение с естествените оцветители.
За съжаление, синтетичните багрила имат няколко недостатъка, най-важният от които е техният дразнещ и сенсибилизиращ потенциал, както и отрицателното им въздействие върху околната среда [ 2 , 3 , 4 , 5 ]. Тези с естествен произход са по-безопасни за човешкото здраве и околната среда, но не са стабилни и могат да променят цвета си по време на съхранение на продукта. Те също така са чувствителни към промени в pH, UV радиация и промени в температурата [ 6 , 7 , 8] .].
В търсене на нови багрила с натурален произход, беше обърнато внимание на екстракти, получени от цветя на растения със силен цвят. Растителните багрила под формата на екстракти могат да бъдат по-стабилни и по-устойчиви на промени в цвета поради наличието в състава им, в допълнение към оцветяващите вещества, на съставки, които са в състояние да предотвратят тяхното окисляване под въздействието на външни фактори, като UV радиация или действието на свободните радикали.
Това са естествено срещащи се вещества, главно от групата на антиоксидантите, които могат да предотвратят промените в цвета на растенията и да поддържат интензивен цвят дори при излагане на силно UV лъчение [ 5 , 7 , 9 , 10]. В случай на изолиране на отделни оцветяващи вещества от растения (както например в случая на беталаини, извлечени от цвекло), полученото багрило е лишено от тези компоненти и в много случаи е необходимо да се добавят синтетични антиоксиданти към краен продукт за предотвратяване на промени в цвета [ 11 ].
Антиоксидантите са група химични съединения, които играят важна роля в защитата срещу оксидативен стрес. Тяхната основна функция е неутрализиране на свободните кислородни радикали, наречени реактивни кислородни видове (ROS) (Повече тук), които са силно реактивни странични продукти на метаболизма.
Голяма част от антиоксидантите са вещества от растителен произход, които включват например фенолни киселини или флавоноиди (Повече тук). Някои растителни бои също показват антиоксидантен ефект, който поради свойствата си биха могли да заменят синтетичните пигменти, използвани в момента в козметиката. Пример за такива съединения могат да бъдат антоцианините, които принадлежат към флавоноидите. Те присъстват в листата, плодовете, цветовете на много растения, например горски плодове (арония, касис, боровинки и други), грозде, червена цикория и др., и им придават син, червен и лилав цвят [ 12 , 13 , 14 ]. Освен това, антоцианините проявяват противовъзпалителни, антиоксидантни и хепатопротективни свойства и поддържат правилното функциониране на сърдечно-съдовата система [ 12 ,13 , 14 ]. Наличието на антоцианини също е доказано в Punica granatum L., Clitoria ternatea L. и Papaver rhoeas L. [ 15 , 16 , 17 ].
Бетацианините, които са отговорни за червено-виолетовия цвят, се намират в листата, цветята, корените, плодовете на растенията и в шапките на гъбите. Тези бои показват противоракови, антиоксидантни и противовъзпалителни свойства. Бетацианините включват гомфренин I, гомфренин II и гомфренин III, които се намират в Gomphrena globosa L. [ 18 , 19]. Друго оцветяващо съединение, което има антиоксидантно действие, е картаминът. Той придава червен цвят на растителните органи и присъства, наред с други, в Carthamus tinctorius L. [ 20 , 21 ].
Целта на тези изследвания е да се изследват свойствата на водни екстракти от растения, които са източник на растителни пигменти. При предварителни изследвания са получени екстракти от пъстри цветове на 20 различни растения, чието използване в козметични продукти не е забранено. Сред тях бяха избрани 5 екстракта, характеризиращи се с най-силен цвят и стабилност при излагане на UV радиация, промени в рН на водния разтвор и действието на окислителите (водороден пероксид). Екстрактите с най-предпочитаните свойства, избрани за по-нататъшно изследване, са екстракти от Papaver rhoeas L. (PRE), Punica granatum L. (PGE) , Clitoria ternatea L. (KTE), Carthamus tinctorius L. (CTE) иGomphrena globosa L. (GGE). Установени са биоактивни съединения за изброените растителни екстракти, както и антиоксидантни и противовъзпалителни свойства. Екстрактите са тествани за цитотоксична активност върху фибробласти и кератиноцити.
Изследвана е също способността за намаляване на трансепидермалната загуба на вода и способността за инхибиране на активността на ензимите, отговорни за разрушаването на еластин и колаген. Получените екстракти се прилагат в модела за премахване на грим в мицеларна течна форма, като биоактивни и многофункционални багрила.
Определяне на антиоксидантни свойства
Анализът на състава на екстрактите показва наличието на флавоноиди и фенолни съединения, като хининова киселина, галова киселина, кверцетин, рутин, кафеена киселина и др. Тези вещества са известни със своите антиоксидантни свойства, което е доказано в много изследвания. Антиоксидантната активност на екстрактите беше изследвана в следващата част на това изследване.
Първото изследване е проведено с помощта на радикала ABTS•+. От получените резултати се определя точката IC50 за всеки от растителните екстракти. Най-ниската стойност на IC50 е показана за PGE екстракт (24,8 µg/mL) и е около 5,4 пъти по-ниска от стойността, получена за GGE, която е най-високата. Следователно, PGE показа най-добър антиоксидантен капацитет. Освен това PRE и KTE постигат ниски стойности на IC50 (съответно 65,5 и 63,3 µg/mL), което допринася за техния добър антиоксидантен ефект.
Вторият метод, използван за определяне на антиоксидантната активност, беше DPPH и резултатите също бяха представени като IC 50 точки. В този случай най-ниският резултат също е получен за PGE, а най-високият за GGE. Тази стойност е около 4,3 пъти по-ниска. IC50 за PRE и KTE екстракти е само около 1,8 пъти по-висок от PGE екстракт.
Чрез анализиране на резултатите, може да се заключи, че всички тествани екстракти намаляват количеството ROS в клетките. Всички екстракти показват най-висок потенциал за минимизиране на оксидативния стрес (Повече за оксидативния стрес в нашата статия) при концентрация от 500 µg/mL.Способността за намаляване на вътреклетъчния оксидативен стрес в HaCaT клетки чрез KTE, CTE и GGE при концентрация от 100 µg/mL е подобна на контролата.
Оценка на инхибирането на матричната металопептидаза
За да се оцени възможността за използване на растителни екстракти във формули, предназначени за борба с признаците на стареене на кожата, важен елемент е да се оцени тяхната способност да инхибират активността на ензимите, тясно свързани с процесите на стареене на кожата. Основните ензими, чиято повишена активност води до разграждане на колагеновите и еластиновите влакна, което ускорява стареенето на кожата, са колагеназата и еластазата [ 44 ].
Като част от тази работа беше изследвано влиянието на анализираните екстракти от пет изследвани растения върху възможността за статистически значимо инхибиране на активността на тези металопротеинази. Като част от проведените експерименти са направени измервания за две концентрации на всеки от екстрактите: 100 и 250 µg/mL.
Беше наблюдавано, че всички анализирани екстракти са в състояние в по-голяма или по-малка степен да повлияят на активността на тези ензими в in vitro условия. Беше отбелязано, че при по-високата от тестваните концентрации, активността против стареене е по-голяма. По време на измерванията на активността на еластазата, най-голямото инхибиране се наблюдава за PGE екстракта (44,97%), следван съответно от GGE (39,11%), PRE (30,99%), CTE (30,33%) и KTE (27,7%).
В случая на втория ензим, колагеназата, PGE екстрактът (41,30%) също показва най-голямо инхибиране, следван от GGE (40,61%), CTE (39,09%), KTE (26,68%) и PRE (21,83%).
Активността, потвърдена в това проучване и за водни екстракти, показва, че различни видове екстракти, получени от тези растения, могат да бъдат източник на биологично активни съединения с действие против стареене. Хроматографските анализи на тестваните екстракти показват наличието на множество съединения с доказани свойства против стареене, като кафеена киселина, хининова киселина, галова киселина, кверцетин или рутин. Способността да се инхибира стареенето на кожата е свързана с широкия спектър на действие на тези съединения, което е показано в множество научни статии. Chiang и др. в тяхното проучване показват, че кафеената киселина може да инхибира фотостареенето на кожата в резултат на UVB радиация чрез инхибиране на металопротеиназите и увеличаване на производството на I-тип проколаген [ 46] .].
Определяне на противовъзпалителни свойства
През последните няколко десетилетия възпалението е признато за основен рисков фактор за различни човешки заболявания. Хроничните възпалителни реакции са предразположени към патологична прогресия на хронични заболявания, характеризиращи се с инфилтрация на възпалителни клетки, прекомерно производство на цитокини, дисрегулация на клетъчното сигнализиране и загуба на бариерна функция.
Насочването към намаляване на хроничното възпаление е полезна стратегия за борба с няколко човешки заболявания. Протеиназите и липоксигеназите са ензимите, които участват в различни видове възпаления. Протеиназите са свързани с артритни реакции. Неутрофилите в техните лизозомни гранули носят много серинови протеинази. Левкоцитните протеинази играят значителна роля в развитието на тъканно увреждане по време на възпалителни процеси [ 58]. Липооксигеназите са ключови ензими в биосинтезата на левкотриени, които от своя страна са решаващи медиатори при много възпалителни заболявания. Механизмът на противовъзпалителното действие включва редица проблеми, при които метаболизмът на арахидоновата и линоловата киселина играе важна роля [ 59 , 60 ].
Много естествени продукти се използват в традиционните медицински системи за лечение на облекчаване на симптомите от болка и възпаление [ 61 ], поради което е изследван ефектът на анализираните екстракти върху инхибирането на активността на липоксигеназата и протеиназата.
В обхвата на анализираните концентрации (100–500 µg/mL), водният екстракт от CTE показва най-силната способност да инхибира протеиназата (при 57% за концентрация от 500 µg/mL). Тази активност беше сравнена с добре известния протеиназен инхибитор диклофенак, използван като контрола (около 89% инхибиране при най-високата тествана концентрация).
Въпреки това, подобни резултати са получени за GGE и KTE екстракт (около 56% и 53%, съответно, за най-високите концентрации). По-ниско инхибиране на протеиназата се наблюдава за PRE и PGE екстракти. При допълнителен тест, измерващ способността за инхибиране на липоксигеназата, водните екстракти от KTE и CTE показват най-високи стойности (около 67% и 64% инхибиране, съответно, за концентрация от 500 µg/mL).
Оценка на цитотоксичността
Създавайки нови козметични суровини, едно от най-важните свойства е тяхната безопасност при употреба. Веществата, предназначени за използване в козметиката, трябва да бъдат нетоксични, особено по отношение на клетките на кожата, като кератиноцити и фибробласти. Използвани са два вида тестове за определяне на токсичността на анализираните екстракти върху HaCaT и BJ клетки. Първото изследване, използващо теста за поемане на неутрално червено, позволява да се оцени жизнеспособността на клетките, третирани с анализираните екстракти. Това багрило навлиза в лизозомите на жива клетка и се освобождава в цитоплазмата на мъртвите клетки. Беше наблюдавано, че CTE екстрактът има най-висока способност да увеличава пролиферацията както на HaCaT, така и на BJ клетките. В сравнение с контролата този екстракт постига около 20% и 40% по-високи стойности на изследвания параметър при концентрация съответно 250 µL/mL (HaCaT и BJ) и 500 µL/mL (BJ клетки). Екстрактът от GGE при концентрация от 100 и 250 µL/mL и екстрактът от KTE при концентрация от 500 µL/mL се характеризират с малък токсичен ефект върху BJ клетките.
Вторият тест, проведен за определяне на цитотоксичността на тестваните екстракти, беше тестът с резазурин (Alamar Blue). Показано е, че жизнеспособността на клетките зависи от концентрацията на екстракта, с който клетките са били инкубирани. В случая на фибробластите екстрактите PRE, PGE и CTE предизвикват по-висока клетъчна пролиферация с увеличаване на тяхната концентрация. При най-високата анализирана концентрация (500 µL/mL), се наблюдава около 20% по-висока пролиферация в сравнение с контролата. В случая на екстракти от KTE и GGE се наблюдава намаляване на жизнеспособността на клетките с увеличаване на концентрацията на екстракти. Тези екстракти показват малък токсичен ефект върху BJ при концентрации от 250 и 500 µL/mL.
При кератиноцитите се наблюдава подобен ефект на анализираните екстракти върху кожните клетки, но способността им за пролиферация не е толкова силна, колкото при фибробластите. Най-високата способност за увеличаване на пролиферацията на кератиноцитите се наблюдава за CTE екстракта в целия диапазон на анализираните концентрации. Подобни стойности са получени за PRE екстракта при концентрация от 250 µL/mL и за PGE екстракта при концентрация от 500 µL/mL. Екстрактът KTE показва значително по-висок токсичен ефект върху клетките HaCaT, отколкото екстрактът GGE.
В наше предишно изследване [ 45], беше показано, че водно-етаноловите екстракти, получени от анализираните растения, се характеризират с по-висока способност да увеличат пролиферацията на BJ клетки, а екстрактите KTE и GGE показват по-нисък токсичен ефект върху тези клетки.
Определяне на слънцезащитен фактор
Неблагоприятните ефекти на ултравиолетовата радиация върху кожата могат да бъдат разкрити както скоро след излагането, така и дори години по-късно.
Слънчевата радиация има имуносупресивен ефект, който ускорява процеса на стареене на кожата с всички произтичащи от това последствия, включително повишена канцерогенеза [ 74 ]. Наблюдаваните в момента тенденции показват нарастваща необходимост от разработване на продукти, характеризиращи се не само с много високо ниво на безопасност при употреба, но и с мултифункционалност в смисъл, че продуктите ще имат антирадиационна защита на кожата с по-широк обхват на действие от използваните досега.
Неоценима роля в този аспект играят някои растителни вещества, които са в състояние не само да осигурят слънцезащита, но и да неутрализират вече съществуващите негативни ефекти на слънчевата радиация върху кожата [75 , 76 , 77 ]. Проведеното изследване показа, че анализираните растителни екстракти PRE, PGE, KTE, CTE и GGE се характеризират с високи SPF коефициенти.
Анализът на коефициентите (SPF) е извършен за получените водни екстракти от горепосочените растения в концентрации от 10 и 50 mg/mL. За всяко от изследваните растения по-високата концентрация на екстракта води до значително по-висока стойност на SPF. Сравнението между екстрактите показва, че най-високите стойности на SPF са наблюдавани за екстракта KTE, което се отнася и за двете изследвани концентрации.
Друго интересно наблюдение е, че дори при по-ниската от изследваните концентрации екстрактът от KTE все още показва висок SPF, докато стойностите за други екстракти намаляват забележимо. Това е ясно, когато анализираме, доколко резултатът за KTE е бил по-висок от други екстракти. За концентрация от 50 mg/mL SPF е по-висок с фактор 1,2 (в сравнение с PGE, CTE) до фактор почти 1,9 (в сравнение с PRE, GGE). Същото изчисление за концентрация от 10 mg/mL ще даде фактори от 1,4 (в сравнение с PGE) до фактори от диапазона 2–3 (в сравнение с CTE, GGE), дори до фактори като 10 в сравнение с PRE. Когато се фокусира върху екстракта KTE, може да се забележи, че намаляващата концентрация на екстракта с фактор 5 (от стойност 50 mg/mL до стойност 10 mL/mL) води до и намаляване на стойността на SPF с фактор 3,4, което означава, че SPF намалява по-бавно от концентрацията.
Горното показва, че екстрактът от KTE може да бъде ефективен дори когато се прилага в ниски концентрации.
Трансепидермална загуба на вода (TEWL) и измерване на хидратацията на кожата
Поради широкия спектър на биологична и фармакологична активност на растителните суровини, растителните вещества, съдържащи се в екстрактите, оказват значително влияние върху състоянието на кожата. По-специално, тук говорим за влиянието на вторичните метаболити върху състоянието на нашата кожа [ 78 , 79 ].
В следващия етап от изследването бяха проведени анализи на хидратация и TEWL. Беше оценено въздействието на тестваните екстракти върху кожата. Измерванията бяха направени на два интервала от време от 60 и 360 минути за концентрация на екстракт от 10 mg/mL. За измерването на TEWL, най-голямото процентно намаление е показано за PGE екстракт, където контролната стойност от 13,9 пада до 8,71, което води до процентно намаление от 37%.
Също така си струва да анализираме екстракта от KTE от тази гледна точка, тъй като това беше този, показващ най-високи стойности на SPF. За екстракта от KTE контролната стойност на TEWL намалява до стойност 10,22, което означава намаление от 26%.
Въпреки това, в случая на второто измерване с инструмент, беше показано, че анализираните екстракти предизвикват повишаване на овлажняването по отношение на контролната проба, както след 60, така и след 360 минути.
В резултат на анализите беше установено, че анализираните екстракти PRE, PGE, KTE, CTE и GGE повишават хидратацията на кожата. Наблюдава се повишаване на овлажняващите свойства заедно с повишаване на концентрацията на екстракта в препаратите. Най-силните овлажняващи свойства са наблюдавани за PRE и PGE екстракти, равни на 32% и 29% след 60 минути и равни на 21% и 22% след 360 минути. Най-ниското ниво на хидратация на кожата обаче е установено за екстракт от KTE, равно на 18% след 60 минути и близо до 3% след 360 минути.
Анализ на приложението
Определяне на цветовите параметри на екстрактите
Благодарение на естествения си цвят, активните съставки на растителните цветя могат да се използват като естествени багрила в много търговски продукти, като козметика и храни. Извършен е цветен анализ за получените екстракти.
Установено е, че екстрактите PRE, KTE и CTE имат най-висок потенциал като естествени козметични пигменти. Въпреки това, най-високите стойности на цветност ( C* ) се наблюдават за CTE. Въз основа на стойността на параметъра h o беше установено, че жълтият цвят на този екстракт се наблюдава и се вижда с просто око. В случай на екстракти KTE и PRE, въпреки ниската стойност на C* (2,8), цветът на тези екстракти може да се види ясно с просто око и е определен като червено-лилав за PRE и синьо-виолетов за екстракта KTE. Водните екстракти на PGE и GGE са червеникави и леко оранжеви на цвят, а получените стойности на цветност са на ниво 1,3. За този цвят тези стойности не се забелязват значително с просто око.
Определяне на цветовите параметри на козметика на базата на екстракти
През последните години има силна нужда от разработване на нови бои с естествен произход, особено в хранително-вкусовата и козметичната промишленост. В сравнение с боите, получени синтетично, те могат да имат по-малко отрицателно въздействие върху човешкото здраве и околната среда [ 80 ]. Получените екстракти бяха използвани във формулата на моделна мицеларна течност за премахване на грим. Във всяка формулировка те се използват в концентрация от 1%.
Беше наблюдавано, че добавянето на 1% водни екстракти от PRE, PGE, CTE и GGE значително повлия на цвета на препарата за отстраняване на грим. Всяка проба беше ясно видима с просто око в цвят. Екстрактът PRE променя цвета на козметиката до оранжев, а екстрактите от PGE, CTE и GGE го променят до жълт.
Възможността за използване на анализираните екстракти като потенциални багрила се потвърждава от относително високите стойности на ΔE средство за премахване на грим с екстракт/основа за отстраняване на грим , което показва значителна промяна в цвета на моделната козметика с добавянето на екстракт в сравнение с към основната проба (без добавяне на екстракти). Литературни данни [73] показват, че ако стойностите на ΔE са по-високи от 5, цветът се възприема с просто око и се възприема като цветен ефект. За препарати за премахване на грим, съдържащи PRE, KTE и CTE екстракти, бяха получени стойностите на ΔE съответно 8,83, 9,17 и 8,14. При продуктите с екстракти от PGE и GGE не се наблюдава значимо влияние на екстракта върху цвета на препарата. Стойностите на ΔE са в диапазона 2,51–2,82. Това означава, че разликата в цвета се забелязва само от опитен наблюдател
Изводи
Въз основа на получените резултати може да се заключи, че тестваните растителни екстракти показват няколко положителни свойства, благодарение на които могат да се използват в производството на козметика като тяхна безопасна и биоактивна съставка.
Доказано е, че тези растения са богат източник на полифеноли, което им придава антиоксидантни свойства. PRE показа най-добра способност да улавя свободните радикали, което вероятно се дължи на факта, че съдържа най-много полифеноли в сравнение с други растения. PGE и PRE показаха най-добра способност да намалят производството на ROS в клетките.
Освен това растенията не показват никаква цитотоксична активност. Всички тествани екстракти показват инхибиторен ефект върху ензимите еластаза и колагеназа, с P. granatumи GGE има най-голям инхибиторен ефект. Това може да означава, че тези растения могат да се използват в козметиката като вещества, които забавят процесите на стареене.
Освен това получените резултати показват, че тези растения имат противовъзпалителни свойства. В този случай CTE и KTE се оказаха най-добри. KTE и PGE показват защитен ефект срещу UV радиация, дори при ниски концентрации. При по-високи концентрации всички растения имат UV защитен ефект.
Освен това растенията имат положителен ефект върху хидратацията на кожата и намаляват трансепидермалната загуба на вода. Екстрактите PRE, KTE и CTE могат да се използват, като ефективни оцветители в козметични продукти. Моделната течност за премахване на грим, съдържаща горепосочените екстракти, се характеризира с интензивен и устойчив цвят във времето. Цветът на козметиката с PGE и GGE екстракти може да бъде забелязан само от опитни наблюдатели и те не се различават съществено от празната козметична проба, без добавка на екстракта.
Имайки предвид всички получени резултати, може да се заключи, че Papaver rhoeas , Пеперуденото грахово цвете Clitoria ternatea и Carthamus tinctorius могат успешно да се използват като източници на жълто, оранжево, синьо и лилаво багрило в производството на козметика, която ще бъде безопасна за употреба и освен това, ще има положителен ефект върху кожата.