Část 1: Bělení pokožky a účinky proti vráskám bioaktivních sloučenin izolovaných ze skořápky arašídů pomocí ultrazvukové extrakce
Mar 25, 2022
Kontakt: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 E-mail:audrey.hu@wecistanche.com
Da Hye Gam 1, Ji Woo Hong 1, Jun Hee Kim 1 a Jin-Woo Kim1,2,3,*
1 Department of Food Science, Sunmoon University, Natural Science 118, 70 Sunmoonro 221,
Tangjeong-myeon, Asan-si, Chungnam 336-708, Korea; ank7895@naver.com (DHG);hgw130@naver.com (JWH); jun981014@naver.com (JHK)
2 FlexPro Biotechnology, Natural Science 128,70 Sunmoonro 221, Tangjeong-myeon, Asan-si,
Chungnam 336-708, Korea
3 Center for Next-Generation Semiconductor Technology, Sun Moon University, 70Sunmoonro 221,
Tangjeong-myeon, Asan-si, Chungnam 336-708, Korea
*Korespondence: kimjw1028@sunmoon.ac.kr; Tel: plus 82-41-530-2226
Abstraktní:
Metodologie povrchu odezvy byla použita k optimalizaci podmínek ultrazvukem asistované extrakce (UAE) pro současnou optimalizaci závislých proměnných, včetně aktivity vychytávání radikálů DPPH (RSA), inhibice aktivity tyrosinázy (TAI a inhibice aktivity kolagenázy (CAI) extraktů z arašídových skořápek. Účinky hlavních proměnných včetně doby extrakce (5.0~55.0 min, X), teploty extrakce (26.0~94.0 stupňů stupňů , X2) a koncentrace ethanolu ({{10}}.0 procent ~99,5 procenta, X3) byly optimalizovány. Na základě experimentálních hodnot z každé podmínky byly pro předpověď odvozeny modely kvadratické regrese optimálních podmínek. Koeficient determinace (R-) nezávislé proměnné byl v rozsahu 0,89~0,96, což ukazuje, že regresní model je vhodný pro predikci. Při predikci optimálních podmínek SAE na základě metoda superponování, doba extrakce 31,2 min, extrakční teplota 36,6 stupňů, a koncentrace ethanolu 93,2 procenta. Za těchto podmínek byly předpovězeny RSA 74,9 procenta, TAI 50,6 procenta a CAI 86,8 procenta, což ukazuje dobrou shodu s experimentálními hodnotami. Reverzní transkripce-polymerázová řetězová reakce ukázala, že extrakt z arašídových skořápek snížil hladiny mRNA genů proteinu -1 souvisejícího s tyrosinázou a genů matrix metaloproteinázy-3 v buňkách B16-FO. Proto jsme identifikovali kůži -bělenía protivráskové účinky extraktů z arašídových skořápek na úrovni proteinů i genové exprese a výsledky ukazují, že skořápky arašídů jsou účinným kosmetickým materiálem pro pokožkubělenía účinky proti vráskám. Na základě této studie lze arašídové skořápky, které byly považovány za vedlejší produkt, použít pro vývoj zdravých potravin, léků a kosmetiky.
Klíčová slova: arašídová skořápka; optimalizace; bělení kůže; proti vráskám; antioxidant; tyrosináza; koláž-náza; protein související s lidskou tyrosinázou-1(TRP-1); matrix metaloproteináza (MMP)
Cistanche má účinek bělení pokožky
1. Úvod
Melanin je hnědo- nebo černě zbarvený polymerní pigment, který je syntetizován z melanosomů melanocytů v epidermis. Jeho hlavní funkcí je blokovat ultrafialové (UV) záření za účelem ochrany pokožky. Alternativně může jeho nadměrná produkce způsobit ztmavnutí pigmentu, jako je melasma, mateřská znaménka a stařecké skvrny [1-3]. Tyrosináza je hlavní enzym, který katalyzuje autooxidační a polymerizační reakce, jejichž prostřednictvím se tyrosin přeměňuje na dopachinon přes dihydroxyfenylalanin a produkuje melanin prostřednictvím dopachromu během biosyntézy melaninu [4]. Proto se široce používá ke snížení nebo zmírnění produkce melaninu prostřednictvím inhibice aktivity tyrosinázy, aby se zvýšilaběleníúčinek kosmetiky [5]. Rychlá industrializace a zvýšené používání chlorfluoruhlovodíků vážně poškodilo ochrannou ozónovou vrstvu Země, což má za následek větší množství UV záření, které dopadá na zem a obnažuje pokožku. Toto zvýšení UV záření následně indukuje aktivní tvorbu reaktivních forem kyslíku (ROS) v lidském těle, jako jsou superoxidové anionty, peroxidy vodíku a hydroxylové radikály. Tyto druhy podporují kontinuální oxidaci tyrosinu, což vede ke zvýšené produkci melaninu. V tomto ohledu se aktivně provádějí studie zaměřené na inhibici aktivity tyrosinázy a také odstranění ROS za účelem rozvoje kožníchběleníagenti [6]. Kolagen je hlavní extracelulární matrix, která obsahuje 90 procent dermis. Kolagen chrání a dodává pokožce pružnost a podílí se na mechanické tuhosti kůže, odolnosti a vazbě pojivových tkání a proliferaci a diferenciaci buněk [7]. Proteiny, které tvoří extracelulární matrix, jako je kolagen, jsou rozkládány kolagenázou, jako je matrix metaloproteináza (MMP), což způsobuje vrásky, sníženou elasticitu a ochabnutí kůže [8]. Různé typy MMP, které jsou exprimovány ROS, hydrolyzují kolagenový řetězec, kožní pojivovou tkáň a generují její abnormální zesíťování, čímž zvyšují rozklad kolagenu a urychlují tvorbu vrásek [9]. Z tohoto důvodu je inhibice produkce melaninu a rozkladu kolagenu prostřednictvím snížení tvorby ROS hlavním cílem pokožky.bělenía prevence vrásek [10]. Arbutin, kyselina kojová a kyselina linolenová, asběleníkosmetika a retinol, galát a adenosin jako kosmetika proti vráskám se v posledních letech široce používají. Použití těchto materiálů je však omezené vzhledem k jejich nestabilitě v přítomnosti světla a tepla a také k nežádoucím reakcím, včetně podráždění kůže a kontaktní dermatitidy [11]. S rostoucím zájmem o přírodní antioxidanty pro překonání nedostatků konvenčníchbělenía složky proti vráskám, extrakty rostlinného původu byly aktivně používány k vývoji bioaktivních sloučenin pro pokožku šetrnou a bezpečnoubělenía kosmetika proti vráskám [12,13].
k čemu se cistanche používá:kůžebělenía prevence vrásek
Pro extrakci bioaktivních sloučenin z rostlin se v současnosti používají různé extrakční metody. Extrakce bioaktivních sloučenin z přírodních zdrojů, zejména rostlin, se však prováděla hlavně rozpouštědlovými, horkovodními a Soxhletovými extrakčními metodami, které vykazovaly různé nevýhody, včetně nízké účinnosti extrakce, rozkladu přísad, nízké stability a vysokých nákladů. provozu [14]. Proto byly nedávno testovány extrakční metody, včetně ultrazvukové, mikrovlnné a superkritické extrakce [15]. Ultrazvuk je zejména zvuková vlna s frekvencí přibližně 20 kHz nebo více, která má za následek kompresi, kavitaci a zředění kapaliny, čímž se maximalizuje molekulární pohyb v krátkém čase, aby se dosáhlo vysoké účinnosti extrakce [16]. Ultrazvuk je dále výhodný v tom, že jeho krátká doba extrakce minimalizuje rozklad bioaktivních látek a je hodnocen jako účinná metoda pro extrakci přírodních složek s antioxidantem,bělenía vlastnosti proti vráskám z mnoha rostlin a bylin [17]. Optimalizace extrakčních podmínek je nezbytná pro zvýšení účinnosti ultrazvukem asistované extrakce (UAE) a optimalizační proces lze provádět buď experimentálními nebo statistickými metodami. Tradiční metoda jednoho faktoru v čase, kdy všechny proměnné zůstávají konstantní a mění se vždy pouze jeden faktor, má omezení při určování interaktivních efektů, pokud se jedná o experiment s více proměnnými. Na druhou stranu RSM poskytuje statistické informace o korelaci mezi proměnnými ve vícerozměrných experimentech, spolu s efektivními experimenty využívajícími minimální počet vzorků a také důležité matematické a statistické techniky pro hodnocení účinnosti a vhodnosti regresního modelu. Pro optimalizaci založenou na statistice byly široce používány různé návrhy RSM, jako je plně faktoriální design, Box-Behnken design a centrální kompozitní design (CCD). Mezi nimi je CCD velmi efektivní a poskytuje tak mnoho informací o proměnných účincích experimentu a celkové experimentální chybě s minimálním počtem požadovaných běhů [18]. Proto se v mnoha existujících studiích CCD široce používá k vývoji, zlepšení a optimalizaci podmínek procesu pro extrakci různých antioxidantů a dalších metabolitů z přírodních produktů.
Arašíd (Arachis hypogaea) je jednoletá rostlina patřící do čeledi bobovitých. Pěstuje se ve více než 50 zemích světa, včetně Jižní Koreje, Indie, Číny a Spojených států amerických [19]. Arašídy jsou bohatým zdrojem bílkovin (25 procent), lipidů (47 procent) a sacharidů (16 procent), jakož i minerálů, vitamínů, niacinu, nenasycených mastných kyselin a olejových kyselin [20]. Konzumují se buď jako nezpracované nebo zpracované produkty, včetně ořechů, másla a oleje na vaření. Odhaduje se, že světová roční produkce arašídů činí celkem 4,1 milionu tun a že skořápka arašídů tvoří 35 % ~ 40 % celkové hmotnosti arašídů [21]. Odhaduje se, že více než 1,5 milionu tun arašídových skořápek se ročně vyhodí jako vedlejší produkty. Avšak vzhledem k tomu, že pouze část skořápek arašídů se používá jako krmivo pro zvířata a že většina z nich se spaluje nebo ukládá na skládku, což způsobuje náklady na likvidaci a problémy s životním prostředím, je nutné vyrábět materiály s vysokou přidanou hodnotou pomocí skořápek arašídů, aby se tento problém překonal. vedlejší produkty [22]. Předchozí studie o antioxidantech ukázaly, že byly popsány protizánětlivé a protiobezitní účinky extraktů z arašídové kůže [23,24]. Dosud však neexistuje žádný výzkum výroby funkčních kosmetických materiálů pro vylepšeníbělenía účinky proti vráskám pomocí bioaktivních sloučenin ze skořápek arašídů. Proto tato studie extrahovala bioaktivní sloučeniny ze skořápky arašídů pomocí ultrazvukové extrakce (UAE) k potvrzení jejich antioxidantu,bělení, a protivráskové účinky a dále prezentovala optimální stav SAE pomocí metody response surface method (RSM) a zvýšila funkčnost extraktů tak, aby byla potvrzena možnost jejich použití jako potravinových, kosmetických a lékařských přísad.
zlepšeníbělenía účinky cistanche proti vráskám
2. Výsledky a diskuse
2.1. Montáž modelů RSM
V této práci byly extrakční teplota, doba extrakce a koncentrace ethanolu vybrány jako hlavní proměnné CCD pomocí předběžného jednofaktorového experimentu k určení významných proměnných ovlivňujících SAE (tabulka 1). Úroveň každé proměnné byla stanovena na základě předběžných experimentů založených na metodě one-faktor-at-a-time. Vzdálenost osových bodů od středu byla 01,68. Poté bylo zkonstruováno 17 experimentálních běhů, včetně 3 replikátů ve středu pomocí 3-proměnných a 5 úrovní CCD. Experimentální chyby byly minimalizovány náhodným uspořádáním experimentu, aby se minimalizoval dopad nevysvětlené variability. Experimentální a předpokládané výsledky pro aktivitu vychytávání radikálů DPPH (RSA), inhibici aktivity tyrosinázy (TAI) a inhibici aktivity kolagenázy (CAI) jsou uvedeny v tabulce 2.
Tabulka 1. Centrální kompozitní design (CCD) pro optimalizaci podmínek ultrazvukem asistované extrakce (UAE) skořápek arašídů.
Pro stanovení korelace mezi 17 experimentálními běhy experimentálních podmínek CCD a experimentálními výsledky byly navrženy vícenásobné regresní modely pro predikci optimálních úrovní těchto 3 proměnných. Použitím vícenásobné regresní analýzy na experimentální data byly závislé proměnné (Y) a testované proměnné spojeny pomocí následujících kvadratických regresních rovnic (tabulka 3).
Tabulka 2. Experimentální a předpokládaná data o aktivitě vychytávání radikálů (RSA), TAI a CAI extraktu z arašídových skořápek pomocí CCD.
č.: náhodně vybrané experimentální číslo; X1: Doba extrakce; X2: teplota extrakce; X3: koncentrace ethanolu; RSA (DPPH radikálová aktivita); TAI (inhibice aktivity tyrosinázy); CAI (inhibice aktivity kolagenázy).
Tabulka 3. Polynomiální regresní rovnice vypočtené pomocí CCD pro optimalizaci podmínek SAE pro arašídové skořápky.
*
*R2 (koeficient určení), P (hodnota pravděpodobnosti modelu); Y je předpokládaná odpověď.
Analýza rozptylu (ANOVA) je statistický test pro analýzu experimentálních dat. Rozděluje celkovou odchylku v datové sadě na dílčí části, které jsou spojeny se specifickými zdroji odchylek, aby bylo možné otestovat hypotézu o proměnných modelu nebo odhadnout složky odchylky [25]. Analýza povrchu odezvy a ANOVA byly použity ke stanovení koeficientů, vyhodnocení statistické významnosti modelových členů a přizpůsobení matematickým modelům experimentálních dat, jejichž cílem bylo optimalizovat celkovou oblast pro proměnné odezvy [26]. Jak bylo zjištěno modelem, korelační koeficienty (R2) použité k určení vztahu mezi experimentálními a předpokládanými odpověďmi pomocí regresních modelů byly v rozsahu 0.8862~0.9622. To naznačuje, že analyzované procesní proměnné vysvětlují více než 88,6 procent nezávislých proměnných. K výpočtu koeficientů kvadratických regresních rovnic byl použit software Design Expert a vhodnost modelu byla testována pomocí ANOVA. Podle hodnoty monomiálního koeficientu jsou rovnice kvadratické regrese uvedeny v tabulce 4 a pořadí priority mezi hlavními vlivy nezávislých proměnných je koncentrace ethanolu (X3) > teplota extrakce (X2) > doba extrakce (X1).
Tabulka 4. ANOVA experimentálních výsledků CCD pro plně kvadratické modely.
X1: Doba extrakce; X2: teplota extrakce; X3 : koncentrace ethanolu; Y1: RSA; Y2: TAI; Y3: CAI.
extrakt z cistanche tubolosaběleníkůže
2.2. Vliv extrakčních podmínek na RSA
Tabulka 2 ukazuje experimentální data RSA podle různých podmínek SAE. RSA extraktu z arašídových skořápek byla stanovena v rozmezí 7,6 % ~ 89,9 % . Nejvyšší RSA byl identifikován za následujících extrakčních podmínek: doba extrakce 55.0 min, teplota extrakce 60.{{10}} .C, koncentrace ethanolu 50.0 procent (Běh č. 10). Nejnižší RSA 7,6 procenta při extrakční době 30.0 min, extrakční teplotě 60,0 °C a koncentraci ethanolu 0,0 procenta byla identifikována jako experimentální hodnota (Pokus #13 ). Použitím vícenásobné regresní analýzy byly experimentální data a odezvy spojeny pomocí kvadratických regresních rovnic (tabulka 3). Statistická analýza odhalila, že R2 regresního modelu bylo 0,9308 (p=0,0027), což naznačuje, že tato rovnice by mohla vysvětlit 93,0 procent výsledků experimentálních podmínek, což znamená, že model byl vysoce významný a mohl být použit k přesnému předpovědět funkci odezvy.
Vliv jednotlivé proměnné SAE na pevných úrovních jiných proměnných na RSA je
předpovězeno a znázorněno na obrázku 1a. RSA má tendenci se zvyšovat a poté klesat jako všechny SAE
proměnné přibývají. Koncentrace ethanolu měla největší vliv na RSA ze tří proměnných SAE, zatímco doba extrakce a extrakční teplota měly nejmenší vliv na RSA. Tento výsledek je v souladu s výsledky ANOVA, ve kterých je koncentrace ethanolu
ukázaly významnější účinek (p {{0}} 0,0002) na RSA, jak ukazuje tabulka 4. Interakční účinek mezi nezávislými proměnnými na RSA byl vizualizován pomocí 3D křivek povrchu odezvy. Teplota extrakce a doba extrakce byly měněny současně při fixní úrovni koncentrace ethanolu (obrázek 2A). Jak se dvě proměnné (teplota extrakce a čas) zvyšovaly, RSA se zvyšovala na maximální úroveň a poté se opět snižovala. Nejvyšší RSA bylo dosaženo při extrakční teplotě 56,1 °C. C, což naznačuje, že extrakce bioaktivních sloučenin s antioxidačním potenciálem, jako jsou polyfenoly, se zvyšuje s destrukcí složek rostlinné stěny, jako je lignin, při teplotách až 56,1. C; avšak při vyšších teplotách se RSA snížila v důsledku rozkladu nebo polymerace antioxidačních složek. Obrázky 2B, C ukazují, že RSA nebyl významně ovlivněn dobou extrakce nebo teplotou, zatímco RSA byl významně ovlivněn koncentrací ethanolu, která byla nejvyšší při koncentraci ethanolu 61,0 procent a která také opět klesla. Tento výsledek je v souladu s výsledkem experimentu s extrakcí horkou vodou Lespedeza cuneata od Kim et al. kde RSA byla více ovlivněna koncentrací ethanolu než teplotou extrakce a RSA byla maximem při koncentraci ethanolu v rozmezí 60 % ~ 70 % [27]. Tyto výsledky naznačují, že účinnost extrakce binárního rozpouštědla (voda a ethanol) je účinnější pro extrakci arašídových skořápek v SAE jedním rozpouštědlem.
Obrázek 1. Grafy poruch pro účinky doby extrakce (X1), teploty extrakce (X2) a koncentrace ethanolu (X3) na RSA, TAI a CAI extraktu z arašídových skořápek. Grafy poruch pro RSA, TAI a CAI extraktu z arašídových skořápek ukazují všechny faktory ve středu změnou jednoho faktoru v jeho rozsahu, zatímco ostatní faktory byly fixní. Grafy poruch pro RSA extraktu z arašídových skořápek (a), Grafy poruch pro TAI extraktu ze skořápek arašídů (b), Grafy poruch pro CAI extraktu ze skořápek arašídů (c).
Obrázek 2. Grafy povrchu odezvy pro RSA extraktu z arašídových skořápek podle doby extrakce, extrakční teploty a koncentrace ethanolu. RSA jako funkce extrakční teploty a doby extrakce (A), doby extrakce a koncentrace ethanolu (B) a extrakční teploty a koncentrace ethanolu (C).
2.3. Vliv podmínek extrakce na TAI
Tyrosináza je enzym, který podporuje produkci melaninu oxidací tyrosinu v bazální vrstvě epidermis a inhibice tohoto enzymu je nezbytná pro posílení pokožky.bělení[28]. TAI arašídových skořápek extrahovaných přes Spojené arabské emiráty se podle 17 podmínek extrakce pohybovalo od 0,34 procenta do 51,8 procenta (tabulka 2). Na základě experimentálních hodnot byl modelován vztah mezi nezávislými proměnnými (X1, X2, X3) a závislou proměnnou (TAI) pomocí kvadratických regresních rovnic, jak je uvedeno v tabulce 3. Pro vyhodnocení shody mezi experimentálními a predikovanými hodnotami odvozenými kvadratickou regresních modelů, dobrá shoda modelu byla vyhodnocena na základě ANOVA. R2 bylo 0,9622, což se blíží 1 a ukazuje vysoký stupeň korelace mezi experimentálními a předpokládanými hodnotami. p-hodnota se používá jako nástroj pro hodnocení významnosti každého koeficientu a interakcí mezi každou nezávislou proměnnou. Proměnné SAE budou významnější, pokud se p-hodnota zmenší a významnost bude potvrzena na úrovni p < 0.05="" [29,30].="" při="" hodnocení="" účinků="" nezávislých="" proměnných="" byla="" významnost="" stanovena="" v="" pořadí="" koncentrace="" ethanolu="" (p="">< 0,0001)=""> teplota extrakce (p < 0,0598)=""> doba extrakce (p < 0,4329),="" což="" potvrdilo,="" že="" vliv="" koncentrace="" ethanolu="" byl="" nejvýraznější="" u="">
Pro srovnání vlivu podmínek SAE na TAI byl k vyhodnocení vlivu jednotlivých proměnných na TAI použit poruchový graf fixací dvou proměnných ve středu. Jak je znázorněno na obrázku 1b, TAI vykazoval odlišný vzorec ve srovnání s předchozím experimentem RSA; zvyšovala se se zvyšující se koncentrací ethanolu, zatímco doba extrakce významně neovlivnila TAI. Významné proporcionální zvýšení TAI s koncentrací ethanolu lze vysvětlit výsledky ANOVA. TAI byl významně ovlivněn primárním členem koncentrace ethanolu (X3) a (p < 0.05)="" kvadratický="" člen="" není="" statisticky="" významný,="" takže="" ukazuje="" silný="" proporcionální="" vztah="" mezi="" tai="" a="" koncentrace="" ethanolu.="" 3d="" křivka="" povrchu="" odezvy="" je="" grafickým="" znázorněním="" rovnice="" kvadratické="" regrese="" a="" výsledků="" tai,="" jak="" je="" ovlivněna="" teplotou="" extrakce="" (x1),="" dobou="" extrakce="" (x2)="" a="" koncentrací="" ethanolu="" (x3).="" obrázek="" 3a="" znázorňuje="" interakční="" účinek="" doby="" extrakce="" a="" koncentrace="" ethanolu="" na="" tai.="" výsledek="" potvrdil,="" že="" doba="" extrakce="" nevykázala="" žádný="" významný="" vliv="" na="" tai,="" zatímco="" koncentrace="" ethanolu="" měla="" silný="" proporcionální="" vztah="" k="" tai.="" podobně,="" jak="" je="" ukázáno="" na="" obrázku="" 3b,="" tai="" byl="" více="" závislý="" na="" koncentraci="" ethanolu="" než="" na="" extrakční="" teplotě="" a="" nejvyšší="" tai="" bylo="" dosaženo,="" když="" se="" koncentrace="" ethanolu="" zvýšila="" na="" 99,5="" procenta.="" při="" zkoumání="" podmínek="" sae="" pro="" maximální="" tai="" byly="" maximální="" hodnoty="" podmínek="" tai="" předpovězeny="" na="" 3{{20}},0="" min,="" 26,3="" c="" a="" 99,5="" procenta.="" tento="" výsledek="" je="" podobný="" tomu,="" který="" uvádí="" nakamura="" et="" al.="" [31]="" ve="" studii="" o="" biologické="" aktivitě="" listů="" cedrátu,="" kdy="" bylo="" jako="" extrakční="" rozpouštědlo="" použito="" 20,0="" %="" ~="" 80,0="" %="" etanolu,="" se="" tai="" úměrně="" zvýšilo="" v="" reakci="" na="" zvýšení="" koncentrace="" ethanolu="" a="" ukázalo="" maximální="" hodnotu="" při="" extrakci="" s="" použitím="" 80="" %="" ethanol.="" to="" naznačuje,="" že="" použití="" vyšší="" koncentrace="" etanolu="" je="" výhodné="" při="" extrakci="" bioaktivních="" sloučenin="" pomocí="">běleníúčinky z arašídových skořápek nebo jiných rostlin.
kůže-běleníúčinkycistanche tubolosa