Publication
Exploring the medicinal halophytes Limonium Aagarvense and Polygonum maritimum AS sources of cosmetic ingredients
| dc.contributor.advisor | Rodrigues, Maria João | |
| dc.contributor.advisor | Pereira, Catarina Guerreiro | |
| dc.contributor.author | Romero, Héctor | |
| dc.date.accessioned | 2024-07-25T12:43:42Z | |
| dc.date.available | 2024-07-25T12:43:42Z | |
| dc.date.issued | 2023-09-21 | |
| dc.description.abstract | The cosmetic industry is constantly searching for innovations, especially novel natural active ingredients that meet the ever-changing consumer’s expectations. Among the variety of cosmetic products, the skincare category aims mainly at cleaning the skin, preserving the skin’s moisture balance, stimulating skin metabolism, and protecting the skin from agents as radiation or environmental pollutants. Several challenges force the cosmetic and skincare sector to eagerly look for innovative solutions. Keeping up with the consumers demands specially regarding sustainability, offering a functional product, and providing a pleasant sensorial experience while wearing the product are among the reasons that thrust the research and development in cosmetics. The solutions come from many fronts, covering factors such as packaging, process design, product formulation, and raw materials. In this sense, the obtention of bioactive molecules from natural sources has been explored as a transversal solution to these challenges. It is extensively recorded that plants have been used for traditional medicinal applications in many forms, namely beverages, ointments, tinctures, and many others. Research on traditional medicinal herbs has uncovered that these contain a plethora of compounds with therapeutic applications. The exploitation of these species as sources of therapeutic compounds has been explored by the pharmaceutical, food sectors, and the one that concerns this work, the cosmetic sector. With the development of advanced extraction techniques, the use of medicinal plants as sources of active cosmetic ingredients has been continuously unlocked. The species’ origin is not restricted, quite opposite, these come from all corners of the world and from a wide span of ecosystems. The marine environment is the host of a completely different variety of species, mainly due to the contrasting difference between the life conditions under which life develops. It is estimated that barely 8% of sea biodiversity is known. Lately, marine organisms have begun to be used as sources of novel ingredients to develop increasingly innovative products, including halophyte species. Halophytes, considered extremophiles due to their capacity of growing and thriving in extreme conditions as intensive radiation exposure periods and high salinity environments, have been reported to contain a panoply of powerful antioxidant compounds. Present in the Algarve coast, Limonium algarvense Erben (sea lavender) and Polygonum maritimum L. (sea knotgrass) are two halophyte species which have been profiled as botanical sources of molecules against, inflammation, diabetes, neurodegenerative diseases, and skin ageing. Hence, this work prepared and evaluated innovative herbal extracts containing mixtures of sea lavender and sea knotgrass at different ratios, aiming at their valorisation as sources of novel cosmetic ingredients. For that, aqueous extracts, obtained through an ultrasound assisted technique, were evaluated for their chemical and functional properties, including antioxidant activity on DPPH•, ABTS•+ , O2- , and HO• radicals, chelating activity on copper, and inhibition of enzymes related to cosmetic uses, namely tyrosinase, lipase and elastase. All samples had relevant activity as radical scavengers, being the sea lavender extract the most active on DPPH• and O2- radicals (EC50 = 0.15 mg/mL and 0.22 mg/mL, respectively). Sea knotgrass extract on its own, showed the higher scavenging activity on ABTS•+ (EC50 = 0.56 mg/mL). The mixture at 1:3 ratio had the best copper chelating activity (EC50 = 0.533 mg/mL) among all. Contrastingly, the mixture at 3:1 ratio had the best performance over HO• radical (EC50 = 0.063 mg/mL). Regarding the enzymatic inhibitory assays, whilst the sea lavender extract had the best performance on tyrosinase inhibition (EC50 = 0.183 mg/mL), the sea knotgrass extract was the only one showing an inhibitory activity towards elastase (EC50 = 8.07 mg/mL). None of the tested extracts showed activity over lipase. Analysing further, the 1:3 mixture showed an additive effect (SE = 1) on the copper chelation, whereas and the mixture at 3:1 ratio had a synergistic effect on the HO• radical scavenging activity (SE = 0.2). All the other extracts had SE values over 1, meaning an antagonistic effect. The extracts were analysed by liquid chromatography – high resolution mass spectrometry. A total of 300 features were identified and flavonoids constituted the major chemical class in the mixtures. Sea lavender proved to have a larger chemical variety than sea knotgrass, since there were more compounds identified in its extract. In few cases, the compounds were only identified in the pure sea lavender or sea knotgrass extracts and once mixed, they were not identified any more. Contrastingly, in other cases the presence of extracts was concentration dependent, augmenting or decreasing as the ratio of one or another extract did, pointing to either sea lavender or sea knotgrass as main contributors of that chemical compounds. Mostly all species had been identified in previous works regarding sea lavender, sea knotgrass, and Limonium/Polygonum genus’, respectively. To the best of our knowledge sinensin was identified for the first time in both sea lavender, sea knotgrass extracts as well as in their respective genus. Sinensin was also the only compound that was identified in larger proportion in the mixtures than in the lone extracts. Compared with previous findings, the most active extracts in this study exhibited lower antioxidant and enzymatic inhibitory activities. Nonetheless, the main differences between previous methods and the ones reported in this work rely on the extraction method, solvent, biomass origin, organ used for extraction, and irrigation. Additionally, we presently report anti-elastase activity from sea knotgrass extract, a result that was not obtained in previous reports regarding its inhibitory activity. The possible reasons for which the extracts showed less potent antioxidant and enzymatic inhibitory capacity are attributed to the solubility of the active compounds, the origin of the plant material (wild collected or greenhouse grown), and salinity. Albeit the activities of the aqueous extracts were lower, they still endow promising activities, hence holding the advantage of dismissing organic solvents in the extraction process. Overall, the results indicate that the sea lavender extract, and their mixture with sea knotgrass at 1:3 and 3:1 ratios are suitable sources of active compounds for the cosmetic industry given their performance as radical scavengers, metal chelators, as well as antiwrinkles and anti-hyperpigmentation properties. | eng |
| dc.description.abstract | A indústria cosmética está constantemente à procura de inovações, especialmente de novos ingredientes ativos naturais que satisfaçam as expectativas dos consumidores em constante mudança. Entre a variedade de produtos cosméticos, a categoria dos cuidados da pele visa principalmente a limpeza da pele, a preservação do equilíbrio da hidratação da pele, a estimulação do metabolismo e a proteção da pele contra agentes como a radiação ou os poluentes ambientais. Vários desafios obrigam o sector dos cosméticos e dos cuidados da pele a procurar avidamente soluções inovadoras. Acompanhar as exigências dos consumidores, especialmente no que diz respeito à sustentabilidade, oferecer um produto funcional e proporcionar uma experiência sensorial agradável durante o uso do produto estão entre as razões que impulsionam a investigação e o desenvolvimento em cosméticos. As soluções vêm de várias frentes, abrangendo fatores como embalagem, design de processos, formulação de produtos e matérias-primas. Neste sentido, a obtenção de moléculas bioativas a partir de fontes naturais tem sido explorada como uma solução transversal para estes desafios. Está amplamente registado que as plantas têm sido utilizadas para aplicações medicinais tradicionais sob muitas formas, nomeadamente bebidas, pomadas, tinturas e muitas outras. A investigação sobre as ervas medicinais tradicionais revelou que estas contêm uma grande quantidade de compostos com aplicações terapêuticas. A exploração destas espécies como fontes de compostos terapêuticos tem sido explorada pelos sectores farmacêutico, alimentar e, no que diz respeito a este trabalho, pelo sector cosmético. Com o desenvolvimento de técnicas avançadas de extração, a utilização de plantas medicinais como fontes de ingredientes cosméticos ativos tem sido continuamente desvendada. A origem das espécies não é restrita, muito pelo contrário, estas provêm de todos os cantos do mundo e de uma vasta gama de ecossistemas. O ambiente marinho é o anfitrião de uma variedade completamente diferente de espécies, principalmente devido à diferença contrastante entre as condições em que a vida se desenvolve. Estima-se que apenas 8% da biodiversidade marinha seja conhecida. Ultimamente, os organismos marinhos começaram a ser utilizados como fontes de novos ingredientes para desenvolver produtos cada vez mais inovadores, incluindo espécies halófitas. As halófitas, consideradas extremófilas devido à sua capacidade de crescer e prosperar em condições extremas como períodos de exposição intensiva à radiação e ambientes de alta salinidade, têm sido relatadas como contendo uma panóplia de poderosos compostos antioxidantes. Presentes na costa algarvia, o Limonium algarvense Erben (ladina) e o Polygonum maritimum L. (polígonomarítimo) são duas espécies de halófitas que têm sido perfiladas como fontes botânicas de moléculas contra a inflamação diabetes, doenças neurodegenerativas e envelhecimento da pele. Assim, este trabalho preparou e avaliou extratos inovadores de plantas medicinais contendo misturas de ladina e polígonomarítimo em diferentes proporções, visando a sua valorização como fontes de novos ingredientes cosméticos. Para o efeito, os extratos aquosos, obtidos através de uma técnica assistida por ultrassons, foram avaliados quanto às suas propriedades químicas e funcionais, incluindo a atividade antioxidante sobre os radicais DPPH•, ABTS• + , O2- e HO•, a atividade quelante sobre o cobre e a inibição de enzimas relacionadas com usos cosméticos, nomeadamente a tirosinase, a lipase e a elastase. Todas as amostras apresentaram atividade relevante como captadoras de radicais, sendo o extrato de ladina o mais ativo sobre os radicais DPPH• e O2- (EC50 = 0,15 mg/mL e 0,22 mg/mL, respetivamente). O extrato de polígonomarítimo, por si só, mostrou a maior atividade de captação de ABTS• + (EC50 = 0,56 mg/mL). A mistura na proporção 1:3 teve a melhor atividade quelante de cobre (EC50 = 0,533 mg/mL) entre todas. Em contraste, a mistura na proporção 3:1 teve o melhor desempenho sobre o radical HO• (EC50 = 0,063 mg/mL). No que diz respeito aos ensaios de inibição enzimática, enquanto o extrato de ladina teve o melhor desempenho na inibição da tirosinase (EC50 = 0,183 mg/mL), o extrato de polígonomarítimo foi o único que mostrou uma atividade inibidora em relação à elastase (EC50 = 8,07 mg/mL). Nenhum dos extratos testados apresentou atividade sobre a lipase. Numa análise mais aprofundada, a mistura 1:3 mostrou um efeito aditivo (SE = 1) na quelação de cobre, enquanto a mistura na proporção 3:1 teve um efeito sinérgico na atividade de eliminação do radical HO• (SE = 0,2). Todos os outros extratos apresentaram valores SE superiores a 1, o que significa um efeito antagónico. Os extratos foram analisados por cromatografia líquida - espetrometria de massa de alta resolução. Foi identificado um total de 300 features e os flavonóides constituíram a principal classe química nas misturas. A ladina demonstrou ter uma maior variedade química do que o polígonomarítimo, uma vez que foram identificados mais compostos no seu extrato. Em alguns casos, os compostos só foram identificados nos extratos puros de ladina ou de polígonomarítimo e, uma vez misturados, deixaram de ser identificados. Em contrapartida, noutros casos, a presença de de certos compostos nos extratos estava dependente da concentração, aumentando ou diminuindo consoante a proporção de um ou outro extrato, indicando a ladina ou o polígonomarítimo como principais contribuintes desse composto químico. Na sua maioria, todas as espécies tinham sido identificadas em trabalhos anteriores relativos à ladina, ao polígono marítimo e aos géneros Limonium e Polygonum, respetivamente. Tanto quanto é do nosso conhecimento, a molécula sinensina foi identificada pela primeira vez nos extratos de ladina e de polígonomarítimo, bem como no respetivo género. A sinensina foi também o único composto que foi identificado em maior proporção nas misturas do que nos extratos isolados. Em comparação com descobertas anteriores, os extratos mais ativos neste estudo exibiram atividades antioxidantes e inibitórias enzimáticas mais. No entanto, as principais diferenças entre os métodos anteriores e os relatados neste trabalho baseiam-se no método de extração, solvente, origem da biomassa, órgão utilizado para extração e irrigação. Além disso, relatamos atualmente a atividade anti-elastase do extrato de polígonomarítimo, um resultado que não foi obtido em trabalhos anteriores sobre a sua atividade inibitória. As possíveis razões pelas quais os extratos apresentaram capacidade antioxidante e inibitória enzimática menos potente são atribuídas à solubilidade dos compostos ativos, à origem do material vegetal (colhido na natureza ou cultivado em estufa), assim como à salinidade da sua irrigação. Embora as atividades dos extratos aquosos tenham sido menores, elas continuam a ser promissoras promissoras, tendo assim a vantagem de dispensar solventes orgânicos no processo de extração. No geral, os resultados indicam que o extrato de ladina e a sua mistura com polígono-marítimo nas proporções 1:3 e 3:1 são fontes adequadas de compostos ativos para a indústria cosmética, dado o seu desempenho como captadores de radicais livres, quelantes de metais, bem como propriedades antirrugas e anti-hiperpigmentação. | por |
| dc.identifier.tid | 203386221 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.1/25716 | |
| dc.language.iso | eng | |
| dc.rights.uri | N/A | |
| dc.subject | As halófitas | |
| dc.subject | Extratos aquosos | |
| dc.subject | Gama de ecossistemas | |
| dc.subject | Neurodegenerativas | |
| dc.subject | Envelhecimento da pele | |
| dc.title | Exploring the medicinal halophytes Limonium Aagarvense and Polygonum maritimum AS sources of cosmetic ingredients | por |
| dc.type | master thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| thesis.degree.grantor | Universidade do Algarve. Faculdade de Ciências e Tecnologia | |
| thesis.degree.level | Mestre | |
| thesis.degree.name | Mestrado em Inovação Química e Regulamentação |