水性パルス電場によって生成されたアイスランドの海藻抽出物の可能性を探る-化粧品用途のための支援抽出
Jul 05, 2022
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概要：全体的な健康への関心の高まりは、食品業界だけでなく化粧品分野でも天然成分の世界市場を牽引しています。 この研究では、パルス電界（PEF）によって生成された3つのアイスランド海藻からの水性抽出物の潜在的な化粧品用途のスクリーニングが実行されました。 Ulua Lactuca、Alaria esculenta、およびPalmaria palmitateからPEFによって生成された抽出物を、ポリフェノール、フラボノイド、および炭水化物の含有量に関して、従来の熱水抽出物と比較しました。 さらに、抗酸化特性と酵素阻害活性は、invitroアッセイを使用して評価されました。 PDFは、従来の方法と同様の結果を示し、非熱的性質や抽出時間の短縮など、いくつかの利点を示しています。 アイスランドの3種の中で、Alaria esculentaはフェノール化合物（平均値8869.7 ug GAE / g do）とフラボノイド（平均値12、0 98.7 ug QE / g DW）化合物の含有量が最も高く、抗酸化物質も最も高かった。さらに、Alaria esculenta抽出物は、皮膚の美白および老化防止製品での使用において、優れた抗酵素活性（コラゲナーゼ、エラスターゼ、チロシナーゼ、およびヒアルロニダーゼに対してそれぞれ76.9、72.8、93.0、および100％）を示しました。予備研究は、PEFによって生成されたアイスランドのAlaria esculentaベースの抽出物が、天然の化粧品および薬用化粧品の処方の潜在的な成分として使用できることを示唆しています。
キーワード：大型藻類; Ulloa Lactuca; Alaria esculenta; パルマリアパルマタ; PEF支援抽出;生物活性化合物; 緑の抽出; 天然成分; 薬用化粧品
1.はじめに
近年、潜在的な健康上の利益をもたらす新しい生物活性化合物の需要が大幅に増加しています。 多くの研究グループは、大型藻類などの海洋生物の研究に重点を置いて、農産食品産業、薬理学、食品、そして最近では化粧品の分野での応用のための天然化合物の新規で持続可能な供給源を見つけています[1 、2]。 大型藻類は、巨大な生物多様性と複雑な生化学的組成を特徴とする、大きくて不均一な光合成生物のグループです。 大型藻類は、その化学構造と色素含有量に応じて、褐藻（褐藻）、紅藻（紅藻）、緑藻（海藻）の3つの系統に分類できます。 藻類の化合物は、細胞の細胞質内に保存されるか、細胞膜に結合します。 したがって、細胞破壊は藻類バイオマスの価値化に不可欠です。 さらに、細胞壁の組成は、小さな膜から多層の複雑な構造に至るまで藻類の種間で大きく変動するため、藻類製品の回収が困難になっています[3]。 一般に、海藻は多糖類、タンパク質、脂質、およびフェノール化合物、テルペノイド、カロテノイド、色素、窒素誘導体などのさまざまな二次代謝産物の優れた供給源です[4-6]。 一次代謝産物は非常に重要ですが、最近のデータは、二次代謝産物の含有量が海藻抽出物の生物活性を決定することを示しています[7]。
全体的な健康とウェルネスへの関心の高まり、および日用品に含まれる有害な化学物質の認識が、天然および有機成分の世界市場を牽引しています[8]。 過去数年間で、天然成分と環境にやさしい製品の好みに対する消費者の意識は、食品業界から化粧品およびパーソナルケア業界にまで拡大しました[9]。 さらに、現在の地球温暖化と生態系問題の文脈では、環境問題に対する国民の意識が高まっています。 これらの現在の懸念に照らして、消費者は環境に優しく、健康的で化学物質を含まない製品に関心を向けています。 その結果、化粧品業界は現在、「化学的にクリーンな」美容製品を製造するために、有毒な化学物質と有害な成分を新規で天然の高価値の化合物に置き換えています[10]。
化粧品は、伝統的に、体の構造や機能に影響を与えることなく、クレンジング、美化、または魅力を促進するために人体に適用される製品として定義されてきました。 しかし、新しいトレンドと最近の消費者の需要により、最小限の労力で複数のメリットを提供する新しい製品の開発が促進されています。 薬用化粧品という用語は、現在、医学的または薬物のような利点があると主張する生物活性成分を含む化粧品を表すために頻繁に使用されています[1]。Cistanche抽出物の対レーダー薬用化粧品には通常、ビタミン、植物化学物質、酵素、抗酸化剤、エッセンシャルオイルなどの機能性成分が含まれています[12]。 これらの生物活性化合物の広い範囲が大型藻類で発見されているので、新しい海藻と海藻由来の抽出物の調査は、薬用化粧品研究の有望な分野であることが証明されています[13,14]。
海藻に由来する多くの二次代謝産物は、光防御、保湿、抗酸化、抗炎症、再生特性など、皮膚に対する貴重な健康上の有益な効果で知られています[15]。 これらの有益な効果に基づいて、藻類は日焼け止めやアンチエイジング製品などの薬用化粧品に組み込まれ、色素沈着過剰を防ぎ、多糖類は肌の保湿と乾燥を防ぐために使用されます[16]。 老化の間、細胞外マトリックスタンパク質は、コラゲナーゼやエラスターゼなどのタンパク質分解酵素の過剰な活性に影響を受けやすく、しわや皮膚の弾力性の喪失など、皮膚に目に見える変化をもたらします。 外因性の皮膚老化を防ぐための有望なアプローチは、天然化合物によるコラゲナーゼおよびエラスターゼ活性の阻害です。 植物抽出物は広く研究されており、抗コラゲナーゼおよび抗エラスターゼ活性を有することが見出されています[17]。 ただし、海藻抽出物の抑制性酵素活性に関する情報はほとんどありません。
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海藻から生物活性物質を分離するために最も頻繁に適用される抽出方法は、従来の技術に基づいています。 それにもかかわらず、従来の方法の利用には、大量の有機溶媒の使用、抽出時間の延長、高温、選択性の問題、高エネルギー要件、非標的化合物または干渉化合物の共抽出など、いくつかの欠点があります[18]。 したがって、グリーンケミストリーの原理に基づく新しい抽出技術には潜在的な関心があります[19]。
パルス電場（PEF）は、技術を処理するための新しい、非熱的で、エネルギー効率の良いものです[20]。 PDFには、通常は高電圧（kV範囲）および短時間（マイクロ秒またはナノ秒）の電界パルスを、2つの電極の間に配置された製品に印加することが含まれます[21]。 電気パルスを印加すると、細胞膜に可逆的または不可逆的な細孔が形成され、エレクトロポレーションまたは電気透過化として定義されます。これにより、溶媒の急速な拡散と細胞内化合物の物質移動の促進が促進されます[22]。 最近のアプリケーションは、バイオ、食品、および農産物からの抽出技術（PEF支援抽出）としてのパルス電気エネルギーの使用に焦点を合わせています[23]。 PEF処理により、より高純度の抽出物を得ることができ、ポリフェノール、カロテノイド、アントシアニンなどの生物活性化合物の抽出率を高め、有機溶媒の使用を排除し、抽出時間を短縮することができます[24,25]。cistancheハーブPEF処理は、タンパク質[26-28]、炭水化物[29,30]、脂質[31,32]、カロテノイド、クロロフィルなどの色素など、さまざまな海洋資源からの貴重な化合物の抽出にうまく適用されています。微細藻類および海藻からのフィコシアニン[22,33,34]。
したがって、本研究の主な目的は、アイスランドで成長している3つの大型藻類種からのPEF抽出物の潜在的な美容用途を評価することでした：U。Lactuca（緑色の大型藻類）、A。esculenta（茶色の大型藻類）、およびP.palmitate（赤色の大型藻類） ）。 グリーン製剤用の有機および天然成分を開発するために、従来の有機溶媒抽出に代わる環境に優しい抽出として、PEF支援抽出が提案されました。 抽出プロセス後、水性海藻抽出物は、ポリフェノール、フラボノイド、および炭水化物含有量の観点から特徴づけられました。 さらに、抗酸化特性および酵素阻害活性は、インビトロ活性アッセイを使用することによって評価された。 ここで報告された結果は、茶色、赤、緑の大型藻類の理解を深め、自然で持続可能な供給源から分離された生物活性化合物を含む化粧品の革新的な製剤の有効成分を生成するための基礎を提供します。
2.結果と考察
2.1。アイスランド海藻バイオマスの処理のためのPEF支援抽出
結果は、電気伝導率がA.esculentaから調製された懸濁液で最も高く、次にP.palmataとU.lactuca（p<0.05)(table 1).="" however,="" the="" effect="" of="" treatment="" type="" was="" not="" identified="" as="" significant="" (p="">0 .05）。 電気伝導率測定は、細胞膜透過性の増加の結果として、細胞膜のイオン性物質の放出に対する生体組織でのPEF処理の有効性を評価するために他の著者によって首尾よく使用されています[35-37]。
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私たちの研究では、抽出処理によって誘発される導電率の変化はHW懸濁液で最も高くなる傾向があるため、結果はPEFによるこれらの物質のより強い放出を示しませんでした。 以前の研究では、細胞外培地の初期伝導率がエレクトロポレーションの有効性に影響を与えると結論付けていますが、これら2つの要因の間に正または負の関係があるかどうかについては合意がありません[38]。 材料の導電率と特性の変化により、比較が複雑になる場合があります。 私たちの研究では、A.esculenta懸濁液と他の2種の導電率に大きな違いがありましたが、これは抽出処理中の導電率の変化の程度には反映されていませんでした。 茶色の海藻の灰分は、その乾燥重量の50％以上を占める可能性があると言われています[39]。これは主にイオンで構成されており、他の2つの種と比較してA.esculenta懸濁液の高い導電率を部分的に説明している可能性があります。
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結果は、U。Lactuca懸濁液のpHが他の2種よりも低いことを示していますが、抽出タイプによる明確な影響はありませんでした。 温度は、処理前の22±1度から、HWによる95度（すべての種）、36。0±1。0度、46.3±0に上昇しました。 A.esculenta、P.palmata、およびU. Lactucaの懸濁液で、PEFにより6度および51。0±1度。 同じ傾向がPEFで処理されたグループでも見られ、その後HWによってさらに加熱されました。 温度の上昇は、PEF処理中のサスペンションでの電気エネルギーの熱エネルギーへの変換（オーム加熱）によって引き起こされました。 温度上昇のレベルは、印加電流に比例しますが、導電率に反比例することが知られています。 これは、P.palmateとU.lactucaがA.esculentよりも導電率が低いにもかかわらず、PEF処理中に高温に達した理由を説明している可能性があります。
2.2。アイスランド海藻抽出物のUV-VIS吸収スペクトル
調査した海藻はスペクトルプロファイルが異なり（図1）、組成とUV吸収ポテンシャルが種によって異なることを示唆しています。 ただし、このタイプの抽出手法では、UV吸収スペクトルに顕著な影響は見られませんでした。 海藻抽出物は、抽出方法に関係なく、同様の吸収プロファイルを示しました。
緑藻U.LactucaのUV吸収スペクトルは、UV-B範囲（280-320 nm）で顕著なピークを示しました（図1a）。一方、褐藻A.esculentaからの抽出物は、明確な吸収の形成を示しませんでした。ゾーン（図c）。 ただし、結果は、A。esculentaのフェノール化合物の含有量が高いことに起因すると推定されるU.LactucaおよびP.palmataと比較して、A。esculenta抽出物の220 nmでの吸光度が強いことを示しています（表2）。 この範囲内の最大吸収は、フェノール化合物とアルギン酸塩の間の結合に関連しています。 この関係は、フェノール化合物の紫外線吸収能力を長期間維持すると推定されています[40]。
さらに興味深い発見は、紅藻抽出物であるP.palmataで得られた結果がUV-A放射線（320-400 nm）の一部を吸収したことでした。 紅藻は、この特定の紫外線領域で吸収するマイコスポリン様アミノ酸（MAA）などの紫外線吸収能力を持つ光防護化合物を蓄積することが知られています[41]。 P. palmataは、ポリフェノール（332 nmでのピーク吸収）、アステリア-330（332 nmでのピーク吸収）など、この範囲で吸収するMAAの存在に応じて320〜340nmの間に顕著なピークを持つUV吸収スペクトルに優れていました[42]。 330 nmでの吸収ピーク）、Porphyra -334（334 nmでのピーク吸収）など[43]。 溶媒の種類などの抽出条件が抽出効率に影響を与えることがわかっているため、本研究の結果を、P.palmataからの水によるMAAの抽出に関する以前の研究と比較しました。 これらの研究では、本研究と同様に、吸収の最大ピークが325〜330nmで検出されました[44]。 したがって、320〜340nmの間に観察されたピークはMAAの存在に起因する可能性があると推測することができます。
350nmと700nmの間の吸収スペクトルの違いは、緑、茶色、赤の大型藻類、クロロフィルb（450-500 nm）、フコキサンチン（{{4}）のそれぞれの光システムに異なる補助色素が存在することによって説明されています。 } nm）、およびPHYエリトリン（600-650 nm）それぞれ[45]。 抽出物中の水溶性化合物の濃度は、より強い影響を及ぼしました。 その結果、藻類種間の色素の違いを反映するパターンは、本研究では明らかではありませんでした。
2.3。アイスランド海藻抽出物の総フェノール、フラボノイド、および炭水化物含有量
海藻の総フェノール含有量は、1592〜9368 ug GAE / gの範囲でした（表2）。 褐藻A.esculentaが最も多い量を示した（p<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="">
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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.パルミテート）およびフェノール含有量は、他の種よりもA.esculentaで3倍以上高かった（A. esculenta：37 mgフロログルシノール当量（PGE）/ g DW; S.latissma：8 mg PGE / g do ; P.パルマタ：5 mg GAE / g do）。 さらに、同じ研究で、著者らは、ポリフェノール含有量は季節によって変化するが、空間的変化（藻類はノルウェー、フランス、アイスランドで収穫された）はわずかな影響しか示さなかったと報告しました。 たとえば、Gager et al。（2020）は、春の20 mg GAE / g DW未満と比較して、秋には300 mg GAE / g DWinを超える、A.esculentaのポリフェノール含有量に季節変動の有意な影響があることを発見しました。 ブルターニュ（フランス）で商業的に収穫された7つの褐藻からのフロロタンニンが1 HNMRおよびinvitroアッセイによって検出されました：化粧品用途における時間的変動および潜在的な価値化。 私たちのサンプルは7月（U.lactucaとA.esculenta）と11月（P.palmitate）に収集されました。 Roledaの研究[48]では、ノルウェーのトロンハイムのA.esculenta（アイスランドでは収集されていない）の夏の平均含有量は40 mg PGE / g DW、アイスランドのP.palmataでしたが、秋には4 mg GAE/gでした。 私たちの研究と比較して報告されたより高い値は、使用された抽出媒体（80:20アセトン：水）によって説明でき、より高い抽出収率をもたらす可能性があります。 超音波でエタノールと水の混合物（50:50）を使用したA. esculenta抽出物でも、より高いポリフェノール含有量が見られました[49]。 ただし、同じ抽出媒体と従来の溶媒抽出を使用すると、A.esculentaは水性抽出物に44.1 mg GAE / 100 g DWを含むことが報告されており[50]、本研究で観察されたものと比較的類似しています。 平均フラボノイド含有量は種特異的でした（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=""><>
陸生植物のフラボノイド含有量に関する研究は数多くありますが、藻類のフラボノイド含有量の研究はほとんどなく[51]、特に本研究で研究されている種ではそうです。 つまり、Ummatらの研究。 [49]は、50％エタノールの混合物を使用した従来の溶媒抽出と比較して、調査した11の海藻（A.esculentaを含む）すべてで超音波支援抽出がフラボノイドの回収率を高めたことを報告しました。 別の研究では、フラボノイドは、イラン南部のペルシャ湾の北海岸のさまざまな部分で栽培された4つのUlua種（Ulloaクラスレート、Ula Linza、Ulloa flexuosa、およびUlva intestinalis）のメタノール抽出物で定量化されました。 藻類抽出物のフラボノイド含有量は、8〜33 mg RE /gdoの範囲で変化しました[52]。 しかし、同じ研究グループによる以前の研究では、季節や環境条件の変化に伴って化学成分に著しい変化が見られました[53]。 したがって、海藻中のこれらの生物活性化合物の参考文献の完全な概要を把握することは、利用可能な公開された研究がないため、また成長条件と地理的位置によって影響を受けるフラボノイド含有量の変化のために、少し難しいです。
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="">
緑の大型藻類U.Lactucaは、最大249.5 mg GluE / gの含有量を示しましたが、使用する抽出技術によって異なります（表2）。 文献に基づくと、U。Lactucaは、バイオマスの乾燥重量の9〜36％に寄与するIvanと呼ばれる主成分を持つ構造多糖類に対応する水溶性および不溶性のセルロースを持っています[57]。 ライアンは主に硫酸化ラムノース、ウロン酸（グルクロン酸とイズロン酸）、キシロースで構成されています。 その極性のため、水溶液へのIvanの溶解度は、高温（80-90度）での抽出によって向上します[58]。 抽出温度は、従来の熱水抽出と両方の方法（PEFとHW）の組み合わせによって生成されたU. Lactuca抽出物の総炭水化物含有量が高かった理由である可能性があります（p<0.05) than="" the="" content="" achieved="" using="" only="">
一方、他の著者は、多糖類含有量の季節変動の重要性を強調しています。 たとえば、Schiener et al。は、季節変動を特定し、昆布の最適な収穫時期を予測すると主張しています。 A.esculentaの季節組成分析は、炭水化物の最大値がタンパク質、灰分、ポリフェノール、および水分の濃度の低下と一致することを示しました[39]。 著者によると、季節や種によって異なるこれらの関係は、対象となる海藻成分の収量を最大化するために業界で使用することができます。
この記事は、Mar。Drugs 2021、19、662から抜粋したものです。https：//doi.org/10.3390/md19120662 https://www.mdpi.com/journal/marinedrugs
