Erforschung des Potenzials isländischer Algenextrakte, die durch wässrige gepulste elektrische Felder-unterstützte Extraktion für kosmetische Anwendungen hergestellt werden, Teil 2

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2.4. Antioxidative Kapazitäten isländischer Algenextrakte

A. esculenta hatte die stärkste DPPH-Abfangaktivität unter den Rohextrakten der drei Algenarten (S<0.05), with="" scavenging="" effects="" higher="" than="" 90%(table="" 3).="" compared="" with="" the="" different="" standard="" solutions,="" a.esculenta="" showed="" comparable="" scavenging="" activity="" as="" 100ug/ml="" of="" ascorbic="" acid="" (87.9%),="" gallic="" acid="" (91.0%),="" and="" α-tocopherol="" (87.9%).="" our="" results="" were="" in="" agreement="" with="" recent="" studies="" [50],="" which="" also="" reported="" a="" positive="" antioxidant="" activity="" of="" a.esculenta="" extracts.="" surprisingly,="" no="" significant="" differences="" in="" antioxidant="" activity="" were="" observed="" between="" the="" different="" extraction="" methods="" tested="" (p="">0.05). Es wurde erwartet, dass PEF-Extrakte bessere Antioxidantienwerte aufweisen würden als die Extrakte, die mit der heißen traditionellen Extraktion hergestellt wurden, da andere Studien gezeigt haben, dass grüne Techniken (wie mikrowellenunterstützte Extraktion oder enzymatische Extraktion) die Zersetzung von bioaktiven Verbindungen effektiv vermeiden können und höhere Werte aufweisen antioxidative Aktivitäten [59,60].

Die Fähigkeit von Algenextrakten, Eisen(III)- zu Eisen(II)-Ionen (Fe2+) zu reduzieren, und die Fähigkeit, das Radikal ABTS abzufangen, wurde ebenfalls durch die FRAP- bzw. ABTS-Methode untersucht. FRAP-Ergebnisse zeigten ähnliche Trends wie DPPH, was zeigt, dass A. esculenta unter den Rohextrakten der drei Algenarten die stärkste Fähigkeit hatte, Eisen(III)- (Fe3+) zu Eisen(II)-Ionen (Fe2+) zu reduzieren (S<0.05). however,="" a="" different="" behavior="" was="" found="" for="" the="" abts.="" all="" seaweed="" extracts="" showed="" a="" similar="" ability="" to="" scavenge="" the="" radical="" abts="" (p="">0.05), was darauf hindeutet, dass diese Arten wahrscheinlich einige wirksame Verbindungen enthalten, die für ihre Abfangaktivität verantwortlich sind.

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Im Allgemeinen ist bekannt, dass Braunalgen im Vergleich zu Rot- und Grünalgen ein höheres antioxidatives Potenzial aufweisen [61]. Unsere Ergebnisse zeigten auch, dass wässrige Extrakte aus A. esculenta wirksame antioxidative Aktivitäten im Hinblick auf das Abfangen freier Radikale und die Reduktionskraft aufwiesen, was darauf hindeutet, dass A. esculenta möglicherweise eine Ressource für natürliche Antioxidantien sein könnte. Die für A. esculenta-Extrakte beobachtete hohe antioxidative Aktivität könnte mit dem in den Braunalgenextrakten festgestellten hohen Gehalt an phenolischen Verbindungen in Verbindung gebracht werden. In vielen Studien wurde die antioxidative Aktivität von Algenextrakten den phenolischen Verbindungen zugeschrieben, wobei positive Korrelationen zwischen dem phenolischen Gehalt und der Abfangkapazität hauptsächlich mit DPPH gezeigt wurden [62,63]. Ähnliche Korrelationsergebnisse wurden in der aktuellen Studie für A. esculenta-Extrakte gefunden (siehe eine bessere Diskussion in Abschnitt 2.6. Korrelationen zwischen chemischen Verbindungen und bioaktiven Eigenschaften).

2.5.Enzumatische hemmende Aktivitäten isländischer Algenextrakte

Extrakte aus isländischen Meeresalgen zeigten positive hemmende Wirkungen auf alle getesteten Enzyme (Tabelle 4), was neue Wege für die Nutzung natürlicher enzymatischer Inhibitoren aus Algenressourcen eröffnet. Nach unserem besten Wissen ist dies das erste Mal, dass die enzymatische Hemmwirkung von isländischen Algenextrakten, die von PEF hergestellt wurden, getestet wurde.

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2.5.1. Kollagenase-Hemmaktivität

A. esculenta-Extrakte zeigten eine positive Kollagenase-Hemmung im Bereich von 68 bis 91 Prozent, während P. palmaria- und U. Lactuca-Extrakte unbedeutende Hemmungsaktivitäten gegen Kollagenase aufwiesen (Tabelle 4). höher als die Epigallocatechin-3--Gallat(EGCG)-Standardlösung (63,2 Prozent) und vergleichbar mit dem positiven Standard, der vom kommerziellen enzymatischen Kit bereitgestellt wird (74,9 Prozent). Ein wichtiges Ergebnis war, dass die vom PEF hergestellten A. esculenta-Extrakte eine Kollagenase-Hemmung von 91 Prozent aufwiesen, was eine noch höhere Aktivität als der Inhibitor aus dem kommerziellen Kit aufwies. Es sollte hervorgehoben werden, dass diese Aktivität nur in den von PEF hergestellten Wasserextrakten beobachtet wurde und nicht von der Kombination von PEF plus HW. Dieses Verhalten kann durch die Möglichkeit erklärt werden, dass der Heißwasserprozess einen negativen Effekt auf die Verbindungen haben könnte, die für die Hemmung der Kollagenaseaktivität verantwortlich sind. Aufgrund der Komplexität von Rohalgenextrakten sind jedoch zusätzliche Studien erforderlich, um diese Ergebnisse zu erklären. Die oben genannte Forschungsgruppe arbeitet derzeit an der Identifizierung der Hemmmoleküle in A. esculenta-Extrakten, um diese positiven Effekte des PEF besser zu verstehen.

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Die Ergebnisse bezüglich der Hemmung der Kollagenase durch A.esculenta-Extrakte stimmen mit früheren Daten überein, in denen A.esculenta aufgrund seiner Anti-Aging-Wirkung in kommerziellen Extrakten verwendet wird. Der Abbau von Kollagen erfolgt mit zunehmendem Alter aufgrund der Kollagenaseaktivität, was zu Falten auf der Haut führt. Die Hemmung der Kollagenase durch natürlich vorkommende Verbindungen ist eine interessante Möglichkeit für Anti-Aging-Produkte. Beispielsweise bietet SEPPIC, ein Anbieter von Inhaltsstoffen für die Kosmetikindustrie, einen lipophilen Extrakt aus A. esculenta (Kalpariane AD) an [64].

2.5.2. Elastase-Inhibitionsaktivität

Only the crude extracts of A.esculenta inhibited elastase, exhibiting activities higher than 70% of inhibition (Table 4). However, the anti-elastase activities of A.esculenta extracts did not statistically differ among extraction methods (p>{{0}}.05). Verglichen mit Quercetin-Lösungen, einem bekannten Elastase-Inhibitor, der eine 100-prozentige Hemmung bei 1 mM und 58,7 Prozent bei 0,5 mM zeigte, war die Leistung von Extrakten aus A. esculenta hoch.

Elastase ist ein Proteinase-Enzym, das Elastin reduzieren kann, indem es spezifische Peptidbindungen bricht. Folglich kann die Hemmung der Elastaseaktivität in der Dermisschicht genutzt werden, um die Hautelastizität zu erhalten [65]. Viele Pflanzenextrakte wurden als Elastase-Inhibitoren identifiziert [17]; Es wurden jedoch nur wenige Untersuchungen zur Elastase-Hemmung aus Algenressourcen durchgeführt. Literaturangaben zufolge sind aus Pflanzen extrahierte Polyphenole als starke Elastase- und Hyaluronidase-Hemmer bekannt [66]. Eine kürzlich durchgeführte Studie berichtete, dass die Phlorotannine, die Art von Tannin in Braunalgen, Extrakten aus Seetang Eisenia Fahrrädern und Braunalge Ecklonia Cava, der Haut zugute kommen, indem sie die Elastase-Aktivität signifikant reduzieren [67]. Die in dieser Studie hergestellten A. esculenta-Extrakte zeigten die höchsten TPC- und TFC-Werte im Vergleich zu den anderen untersuchten Arten (Tabelle 4), so dass dies der Grund sein könnte, warum die wässrigen Extrakte von P. palmaria und U. Lactuca keine Anti- Elastase-Aktivitäten. Um diese Hypothese zu bestätigen, wurde eine Pearson-Korrelationsanalyse durchgeführt, die darauf hindeutet, dass die antienzymatischen Aktivitäten positiv mit dem Gehalt an phenolischen Substanzen korrelieren (siehe eine weitere Diskussion in Abschnitt 2.6. Korrelationen zwischen chemischen Verbindungen und bioaktiven Eigenschaften).

2.5.3. Aktivität der Tyrosinase-Hemmung

A. esculenta-Extrakte zeigten bei allen verwendeten Extraktionsverfahren eine positive Tyrosinase-Hemmung von mehr als 90 Prozent, während P. palmaria- und U. Lactuca-Extrakte keine Tyrosinase-Hemmwirkung zeigten (Tabelle 4). Die Anti-Tyrosinase-Aktivitäten von A. esculenta-Extrakten unterschieden sich jedoch nicht (S<0.05) with="" extraction="" methods.="" comparing="" the="" effect="" of="" a.esculenta="" extracts="" with="" the="" quercetin="" solutions="" tested,="" the="" crude="" extracts="" of="" the="" brown="" algae="" showed="" better="" inhibitory="" activities="" than="" these="" solutions(88="" and75%="" for="" the="" 0.5="" and="" 1="" mm="" quercetin="" solutions,="" respectively).="" based="" on="" the="" literature,anti-tyrosinase="" activities="" of="" plants,="" bacteria,="" and="" fungi="" have="" been="" reported="" by="" several="" researchers="" i68i.="" however,="" though="" different="" studies="" suggest="" that="" bioactive="" compounds="" derived="" from="" marine="" algae="" have="" a="" good="" potential="" to="" be="" utilized="" as="" skin="" whitening="" agents="" [13],="" this="" is="" still="" an="" unexplored="" domain="" and="" only="" a="" few="" studies="" have="" been="" carried="" out.="" most="" of="" the="" studies="" performed="" in="" this="" area="" have="" been="" focused="" on="" brown="" algae,="" agreeing="" with="" the="" results="" of="" the="" present="" study="" in="" which="" a.esculenta="" extracts="" exhibited="" the="" best="" anti-tyrosinase="" activities.="" for="" instance,="" phloroglucinol="" derivatives="" and="" phlorotannins,="" common="" secondary="" metabolites="" found="" in="" brown="" algae,="" have="" shown="" inhibitory="" activity="" against="" tyrosinase="" due="" to="" their="" ability="" to="" chelate="" copper="" [69].="" in="" a="" recent="" study,="" the="" extract="" of="" the="" brown="" algae="" lessonia="" trabeculate="" produced="" by="" microwave-assisted="" extraction="" inhibited="" a="" tyrosinase="" activity="" of="" 33.73%[60].in="" another="" study,="" the="" extract="" of="" the="" brown="" algae="" turbinaria="" conoides="" showed="" activity="" as="" an="" antioxidant="" and="" tyrosinase="" inhibitor,="" however,="" in="" this="" case,="" ethanol="" was="" used="" as="" solvent="" [70].="" a="" significant="" correlation="" between="" the="" inhibitory="" potency="" of="" polyphenols="" extracted="" from="" plants="" on="" mushroom="" tyrosinase="" has="" been="" reported="" in="" previous="" studies="" [68].="" likewise,="" the="" results="" of="" this="" study="" suggest="" that="" the="" inhibitory="" activity="" towards="" tyrosinase="" was="" positively="" correlated="" with="" flavonoid="" and="" phenolic="" content="" (see="" section="" 2.6.="" correlations="" between="" chemical="" compounds="" and="" bioactive="">

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Tyrosinase spielt eine wichtige Rolle bei der Biosynthese des Melaninpigments in der Haut. Melanin ist für den Schutz vor schädlicher ultravioletter Strahlung verantwortlich, die mehrere pathologische Zustände verursachen kann [71]. Darüber hinaus kann es zu ästhetischen Problemen kommen, wenn sich Melanin als hyperpigmentierte Flecken ansammelt [72]. Daher kann die Einarbeitung von Tyrosinase-Inhibitoren in kosmetische Produkte aufgrund von Aufhellungs- und/oder Aufhellungseffekten attraktiv sein.

2.5.4. Aktivität der Hyaluronidase-Hemmung

Alle Algenextrakte zeigten eine signifikant hohe Anti-Hyaluronidase-Aktivität (Tabelle 4), was vergleichbare Ergebnisse wie die Gerbsäurelösungen (ein wohlbekannter Hyaluronidase-Inhibitor) zeigt. Insbesondere A. esculenta-Extrakte zeigten eine 100-prozentige Hemmung für alle getesteten Methoden. Darüber hinaus zeigten U. Lactuca-Extrakte Aktivitäten von mehr als 90 Prozent der Hemmung, wobei die Hemmung der durch PEF (96,8 Prozent o) und die Kombination von PEF plus HW (97,3 Prozent) erzeugten Extrakte höher war als die Hemmung, die durch die traditionelle Hitze erzeugt wurde Wassermethode 93,4 Prozent )(S<0.05). all="" p.palmaria="" extracts="" exhibited="" similar=""><0.05), the="" inhibition="" of="" the="" extracts="" produced="" by="" pef="" was="" (91.9="" %)and="" the="" combination="" of="" pef+hw="" (89.5%)="" and="" the="" traditional="" hot="" water="" method="">

Andere Autoren beschrieben auch die Anti-Hyaluronidase-Aktivität verschiedener Algenextrakte, insbesondere von Extrakten, die reich an Phlorotanninen aus Braunalgen sind [73,74]. Nach unserem besten Wissen ist dies jedoch das erste Mal, dass über Hyaluronidase-hemmende Aktivitäten von P. palmata- und U. Lactuca-Extrakten berichtet wurde, die durch PEF hergestellt wurden.

Hyaluronsäure ist ein Hauptbestandteil der Dermis, wo sie an der Gewebereparatur beteiligt ist. Sie wird mit zunehmendem Alter abgebaut, was zu Falten und einem Verlust der Hautfestigkeit führt. In diesem Sinne erhöhen Hyaluronidase-Inhibitoren den Hyaluronsäurespiegel der dermalen extrazellulären Matrix zur Verbesserung des Erscheinungsbildes alternder Gesichtshaut [13].ZistanchDaher könnten die Ergebnisse dieser Studie neue Wege für die Nutzung natürlicher Hyaluronidase-Inhibitoren aus Algenressourcen mit potenzieller Verwendung in kosmetischen Produkten eröffnen.

Zusammenfassend erlaubten uns die gesammelten Daten den Schluss, dass A. esculenta-Extrakte insgesamt bessere inhibitorische Aktivitäten als P. palmaria und U. lactuca gegenüber den getesteten Enzymen zeigten. Daher ist es die vielversprechendste Algenart mit hervorragenden antienzymatischen Aktivitäten und wurde daher für weitere Studien in unserem Labor ausgewählt. Obwohl Rohextrakte von A. esculenta gute Kandidaten für In-vitro-Experimente zu sein scheinen, müssen weitere Studien durchgeführt werden, um die Identität der für diese biologischen Wirkungen verantwortlichen Metaboliten aufzuklären.

2.6.Korrelationen zwischen chemischen Verbindungen und bioaktiven Eigenschaften

Die Ergebnisse der Hauptkomponentenanalyse (PCA) zeigten, dass die Haupttrennung der Gruppen durch PC1 und PC2 definiert wurde, die 71,9 Prozent bzw. 14,5 Prozent der Varianz in den Daten ausmachten (Abbildung 2). Die A. esculenta-Extrakte waren durch höhere Gehalte an Flavonoiden und phenolischen Verbindungen, hemmende Wirkungen auf Enzyme (Kollagenase, Tyrosinase und Elastase) und DPPH- und FRAP-Werte als die anderen Arten, P. palmata und U. lactuca, gekennzeichnet. Andererseits hatte A. esculenta einen geringeren Kohlenhydratgehalt, insbesondere im Vergleich zu P. palmitate (das sich auf der gegenüberliegenden Seite von PC1 befand). Die Variation der Daten entlang des PC2 war hauptsächlich mit der ABTS- und Hyaluronidase-Hemmung verbunden. Wie durch die Lage auf dem Diagramm angezeigt, hatte P. palmitate im Vergleich zu diesen beiden Arten eine stärkere Korrelation mit ABTS, während U. lactuca mehr mit Hyaluronidase-Inhibitionseffekten verwandt war.

Eine hohe und signifikante positive Korrelation zwischen TPC, TFC, DPPH, FRAP und inhibitorischen Wirkungen auf Collagenase, Elastase und Tyrosinase wurde durch Pearson-Korrelationsanalyse gezeigt (Tabelle 5).

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Dies stimmte mit früheren Studien überein, in denen berichtet wurde, dass phenolische Verbindungen (einschließlich Flavonoide) den Hauptbeitrag zur antioxidativen Aktivität verschiedener Meeresalgen leisten [75-77]. Die hohe antioxidative Aktivität von Extrakten aus braunen Makroalgen wurde mit einer bestimmten Gruppe von Polyphenolen, Phlorotanninen, und ihrer einzigartigen molekularen Struktur in Verbindung gebracht. Phlorotannis aus Braunalgen soll bis zu acht miteinander verbundene Phenolringe haben, die als Elektronenfallen wirken [78,79]. Es wurde erwartet, dass ABTs mit TPC und anderen antioxidativen Parametern korrelieren würden. Mögliche Gründe könnten sein, dass den Methoden unterschiedliche Reaktionsbedingungen zugrunde liegen und dass sich die Reaktivität sowohl hinsichtlich der Zeit als auch des Komponentenspektrums unterscheidet. Beispielsweise reagiert das ABTS-Reagenz mit einem breiteren Spektrum an Antioxidantien als das DPPH-Radikal [80]. Andererseits ist eine der für ABTS erwähnten Einschränkungen eine lange Reaktion, und die allgemeine Reaktionszeit erlaubt es möglicherweise nicht, einen Endpunkt zu erreichen.

Die Ergebnisse zeigen, dass es eine hohe positive Korrelation zwischen TPC und TFC mit der inhibitorischen Aktivität von Collagenase, Elastase und Tyrosinase ({{0}}.93-0.99) gibt, während die Beziehung zur Inhibition von Hyaluronidase war nicht so stark (r=0.42 bzw. 0,54). Dies weist darauf hin, dass möglicherweise andere Komponenten zu der hemmenden Wirkung der Extrakte beigetragen haben. Andere Studien haben berichtet, dass Polysaccharide Hyaluronidase-hemmende Aktivität haben, zum Beispiel Alginsäure in Braunalgen [81,82]. Weitere Studien zur chemischen Zusammensetzung der Makroalgenarten für die Auswirkungen isolierter Verbindungen auf das Enzym sind erforderlich, um den Beitrag jeder chemischen Komponente zu bewerten, da in dieser Studie der Schwerpunkt auf Rohextrakten lag. Die Ergebnisse stimmten mit früheren Studien überein, die besagten, dass die chemische Zusammensetzung und das Ausmaß der Bioaktivität der Extrakte zwischen den drei Linien (Rot-, Grün- und Braunalgen) und zwischen verschiedenen Arten, die zum selben Stamm gehören, erheblich variieren und vom Alter beeinflusst werden und Gewebeart. Darüber hinaus hängen Zusammensetzung und Eigenschaften von vielen Umweltfaktoren ab, die die Verbreitung und das Wachstum von Makroalgen beeinflussen. Zum Beispiel Licht (UV-Strahlung), Temperatur, Nährstoffverfügbarkeit, Lufteinwirkung, Wasserbewegung, Welleneinwirkung und Salzgehalt. Als Faktor mit den stärksten Auswirkungen auf die Pigmentbildung und Nährstoffkonzentration wurden die Temperatur, der Salzgehalt und die UV-Strahlung als Einflussfaktoren auf die TPC-Konzentration beschrieben [83].

Die Verbreitung verschiedener Makroalgenarten variiert mit der Wassertiefe. Positionen höher am Ufer in der Gezeiten- oder Küstenzone sind stressiger, da die dort wachsenden Arten mehreren Änderungen abiotischer Faktoren aufgrund von Gezeitenänderungen standhalten müssen. Zum Beispiel die austrocknende Wirkung der Luft, hohe Sonneneinstrahlung (bei Ebbe), Änderungen des Salzgehalts und der Temperatur und bei niedrigen Lufttemperaturen einschließlich Gefrieren. Unterhalb der Niedrigwassermarke führt eine zunehmende Tiefe zu einer sehr schnellen Abnahme der Lichtintensität und einer geringeren Bestrahlung.

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Algen, die im Tidenhub wachsen, sind weniger empfindlich gegenüber UV-Strahlung und erholen sich schneller von Sonnenstress. Während Algen, die in der sublitoralen Zone wachsen, empfindlicher auf UV-Strahlung reagieren und sich weniger stark von Sonnenstress erholen [84]. Gleichzeitig bietet die Wassersäule Schutz. In der vorliegenden Studie war die Sonneneinstrahlung bei P. palmitate vermutlich stärker als bei den anderen Arten. Andere Studien haben gezeigt, dass die Bildung von MAAs in direktem Zusammenhang mit Sonnenlicht steht [85], wodurch die Organismen vor UV-A- und UV-B-Strahlung geschützt werden. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass die spezifische Menge an MAAs mit zunehmender Sammeltiefe abnimmt. Es ist bekannt, dass Kelps wie A. esculenta in der oberen Sublitoralzone wachsen, sich aber auch in die unterste Gezeitenzone knapp über der Niedrigwassermarke erstrecken. Das heißt, die Wassersäule bot einen stärkeren Schutz als bei P. palmitate. Außerdem sind die morphologischen Merkmale unterschiedlich, die Blätter von A. esculenta sind dicker als bei den anderen beiden Arten. Benutzeroberfläche. lactuca, das hauptsächlich im Gezeiten- und Sublitoral wächst, ist in der Lage, Photosynthese zu betreiben und bei sehr geringer Bestrahlung zu wachsen. Es wurde angegeben, dass die Exposition gegenüber UVB-Licht die Wiederherstellung der photosynthetischen Parameter von U. lactuca von den negativen Auswirkungen von UVA-Licht beschleunigt. Es ist kleiner, einfacher in der Struktur und kürzerlebig (3 Monate) als A. esculenta (5-7 Jahre) und P. palmata, die jedes Jahr neu wachsen.

Zusammenfassend lassen sich die Annahmen treffen, dass die Hauptunterschiede in den Eigenschaften der Extrakte in der Variation der Lebensdauer, den morphologischen Merkmalen und den Wachstumsbedingungen der Algenarten liegen.

3. Materialien und Methoden

3.1. Materialien

Die isländischen Meeresalgen U.lactuca (Grünalge), A.esculenta (Braunalge) und P. palmitate (Rotalge) wurden von isländischen Miesmuscheln und Meeresalgen bereitgestellt, die Meeresalgen in Breidafjördur (Westisland) geerntet haben Die Algen wurden getrocknet (auf ungefähr 90 Prozent Trockenmaterial), gemahlen und vakuumverpackt geliefert. Die Proben wurden bis zur Verwendung an einem trockenen und dunklen Ort bei Raumtemperatur aufbewahrt.

Tyrosinase aus Pilz, L-3,4-Dihydroxyphenylalanin (L-DOPA), Elastase aus Schweinepankreas, Ascorbinsäure, N-Succinyl-Ala-Ala-Ala-p-Nitroanilid (AAPVN), Hyaluronidase aus Rinderhoden, Quercetin, a-Tocopherol, Gerbsäure,2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl(DPPH),2.4,6-Tripyridyl-s-Triazine(TPTZ), Trolox, Folin- Ciocalteu-Reagenz, Gallussäure und ein kolorimetrisches Assay-Kit für Kollagenase-Aktivität (MAK293) wurden von Sigma-Aldrich Co. (St. Louis, MO, USA) bezogen. Hyaluronsäure-Natriumsalz wurde von MakingCosmetics (Redmond, WA, USA) gekauft. Alle anderen verwendeten Chemikalien und Reagenzien waren analysenrein und wurden von VWR International, LLC bezogen. Für die Extraktion und Herstellung von Lösungen auf Wasserbasis wurde deionisiertes Wasser (Elix Essential, Merck, Darmstadt, Deutschland) verwendet.

3.2.Experimentelles Design

Ein faktorielles Design wurde zur Bewertung der Auswirkungen isländischer Algenarten (U. Lactuca, A. esculenta, P. palmitate) und der Extraktionsbehandlung (Heißwasserextraktion (HW,95 Grad), PEF-unterstützte Extraktion (PEF) und der Kombination verwendet beider Techniken (PEF plus HW) auf Extraktzusammensetzung und Bioaktivität (Tabelle 6) Die Extraktion wurde dreifach für jede Gruppe durchgeführt und jede Extraktreplikation wurde dreifach analysiert.

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3.3. Die Extraktion von Bioaktivstoffen aus isländischen Meeresalgen

Die Nutzung von Makroalgenbiomasse auf verschiedenen Ebenen hat Wissenschaftler motiviert, umweltfreundlichere, effizientere und kostengünstigere Extraktionstechniken auf der Grundlage grüner Extraktionsansätze zu erforschen. In dieser Arbeit wurde die PEF-unterstützte Extraktion als neuartige und umweltfreundliche Methode zur Herstellung funktioneller Extrakte bewertet, während die herkömmliche Heißwasserextraktion zum Vergleich herangezogen wurde. Darüber hinaus wurde die Wirkung der Kombination beider Techniken, PEF-Behandlung von Makroalgen, gefolgt von der traditionellen Heißwasserextraktion, auf die bioaktive Rückgewinnung untersucht. Aufgrund der erwarteten Elektroporation in den Zellmembranen nach der physikalischen Behandlung könnte die folgende Extraktion mit heißem Wasser die Freisetzung des intrazellulären Materials [86] weiter erleichtern und das Extraktionsfeld erhöhen. Eine Zeit nach der Behandlung ist erforderlich, damit die Materialien aus den Zellen diffundieren [87,88], und in diesem Experiment warteten die Suspensionen über Nacht, bis sich die Flüssigkeit (Extrakt) vom Zellstoff trennte.

Als Extraktionsmedium wurde destilliertes Wasser verwendet, um die Algenextrakte herzustellen, um Einschränkungen hinsichtlich der Verwendung von toxischen und organischen Lösungsmitteln zu überwinden. Wasser hat sich als gutes Lösungsmittel für die Extraktion mehrerer bioaktiver Verbindungen aus Meeresalgen erwiesen [46, 89-91] und ist umweltfreundlich. Darüber hinaus wird Wasser häufig für die PEF-unterstützte Extraktion verwendet, da es ein guter Leiter für Elektrizität ist.

3.3.1. Extraktionsverfahren

Für jede Wiederholung in jeder Gruppe wurden Meeresalgen (15 g) über Nacht bei Raumtemperatur (22 Grad) in entionisiertem Wasser (300 ml) eingeweicht. Dann wurde die Suspension mit PEF behandelt (PEF), erhitzt (HW) oder sowohl PEF-behandelt als auch erhitzt (PEF plus HW). Die Suspensionen wurden über Nacht in einem Kühlschrank aufbewahrt, gefolgt von einer Filtration mit einem groben (20 um) Filterpapier. Dann wurden die Filtrate (Extrakte) bis zu ihrer Analyse bei 4 Grad gelagert.

Die gepulste elektrische Feld-unterstützte Extraktion wurde unter Verwendung eines selbstgebauten Pulsgenerators durchgeführt. Es hatte einen FuGHCK-200-2000-Kondensator (Fu.G.Elektronik GmbH, Rosenheim, Deutschland) und eine Funkenstrecke (18,5 kV OG75, Perkin-Elmer Optoelectronics, GMBH, Wiesebaden, Deutschland). Die PEF-Ausrüstung erzeugte exponentielle Zerfallspulse mit einer Breite von 0,96 us und einer Amplitude von 18 kV. In einer Behandlungskammer aus Plexiglas mit den Abmessungen (L x H x B) 20 x 8 x 2,5 cm, wobei der kürzeste Abstand zwischen den Plattenelektroden war, wurden die Suspensionen mit einem elektrischen Feld von 8 kV/cm bei 1,2 Hz für 10 min behandelt . Die HW-Extrakte wurden hergestellt, indem die Suspension in einem Becherglas in einem thermostatischen Wasserbad erhitzt und 45 Minuten bei 95 Grad gehalten wurde. Für die kombinierte gepulste elektrische Feld- und Wärmebehandlung wurden die Suspensionen PEF-behandelt und dann in ein Becherglas gegeben, in einem Wasserbad erhitzt und 45 Minuten bei 95 Grad gehalten.

3.3.2. Leitfähigkeits-, pH- und Temperaturmessungen

Die elektrische Leitfähigkeit und der pH-Wert von Algensuspensionen wurden nach dem Einweichen und nach den Extraktionsbehandlungen bei Raumtemperatur unter Verwendung eines pH-Meters (Orion StarTM A215 pH/Conductivity Benchtop Meter, Thermo Scientific, Waltham, MA, USA) gemessen, der mit einem Leitfähigkeitssensor ausgestattet war und pH/ARC-Trioden-Einstabmesskette. Darüber hinaus wurden Temperaturänderungen aufgrund von Behandlungen aufgezeichnet.

3.4. Spektralprofile der Algenextrakte

Die UV-VIS-Absorptionsspektren der verschiedenen Algenextrakte wurden im Bereich von 200 bis 450 nm unter Verwendung eines Thermo Scientific Evolution 350 UV-Vis-Doppelstrahl-Spektrophotometers (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA) mit 1-cm-Quarzküvetten gemessen. Für jeden Algenextrakt wurden drei Scans durchgeführt.

3.5. Bestimmung des Gesamtpolyphenolgehalts

Der Gesamtphenolgehalt (TPC) in Algenextrakten wurde unter Verwendung des Folin-Ciocalteu-Reagenzes nach einer leicht modifizierten Methode bestimmt, die von Zhang [92] unter Verwendung eines Multiskan Sky Microplate Spectrophotometer (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA USA) beschrieben wurde 20 μL Algenextrakt oder Serienstandardlösung wurden mit 100 μL Folin-Ciocalteu-Reagenz (10 Prozent in destilliertem Wasser) gemischt. Nach 5 Minuten wurden 80 μL 7,5-prozentige (/w) Natriumcarbonatlösung zugegeben. Das Reaktionsgemisch wurde inkubiert bei Raumtemperatur und Dunkelheit für 30 min. Die Absorption wurde bei einer Wellenlänge von 760 nm gemessen. Destilliertes Wasser wurde als Blindwert verwendet. Eine Standardkurve von Gallussäure wurde verwendet, um den Gesamtphenolgehalt zu bestimmen und als ug Gallussäureäquivalente ausgedrückt. GAE）pro Gramm Trockenmaterial (ug GAE/g do）).

3.6. Bestimmung des Gesamtflavonoidgehalts

Der Gesamtflavonoidgehalt (TFC) in Algenextrakten wurde durch das von Kamtekar 【93】 beschriebene und an 96-Well-Mikroplatten angepasste Verfahren bestimmt. Kurz gesagt, ein Volumen von 25 μl Seetangextrakt oder Serienstandardlösung wurde mit 100 μl Natriumnitrit (0,375 % w/o) gemischt. Nach 5 min wurden 25 μl Aluminiumchlorid (3 % w/o) zu der Mischung gegeben und 6 min bei Raumtemperatur inkubiert. Dann wurden 100 &mgr;l Natriumhydroxid (2 Prozent w/ø) zu der Mischung gegeben und gemischt. Sofort wurde die Extinktion bei einer Wellenlänge von 510 nm gemessen. Als Blindproben wurden destilliertes Wasser und Ethanol verwendet. Eine Standardkurve von Quercetin (gelöst in Ethanol) wurde verwendet, um den Gesamtphenolgehalt zu bestimmen und als ug Quercetin-Äquivalente (QE) pro Gramm Trockenmaterial (ug QE/g do) ausgedrückt. 3.7.Bestimmung des Kohlenhydratgehalts

Der Gehalt an freiem Zucker wurde mit geringfügigen Modifikationen nach der von [94] beschriebenen Methode gemessen. 50 μL Phenollösung (4 Prozent) und 250 μL Schwefelsäure (96 Prozent) wurden zu 100 μL Probe oder Standardlösung gegeben. Nach 10-minütiger Inkubation bei Raumtemperatur wurde die Extinktion der Mischung bei 490 nm abgelesen. Eine Standardkurve von Glucose wurde verwendet, um den Gesamtkohlenhydratgehalt zu bestimmen und als mg Glucoseäquivalente (GluE) pro Gramm Trockenmaterial (mg GluE/g do) ausgedrückt.

3.8. Antioxidative Eigenschaften von Algenextrakten

3.8.1.2,2 Diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) Assay zum Abfangen freier Radikale

Die antioxidative Aktivität (DPPH) von Algenextrakten wurde nach der zuvor beschriebenen Methodik [94] mit einigen Modifikationen bestimmt. Kurz gesagt, 200 μl einer 10,825 × 10-5 M DPPH-Lösung wurden zu 100 μl Probe (1:1 in Methanol) in einer 96--Well-Platte gegeben. Das gleiche Volumen DPPH wurde mit 50 μl Standard plus 50 μl Methanol gemischt. Dann wurden die Proben und der Standard für 30 min an einem dunklen Ort bei Raumtemperatur inkubiert. Die Extinktion wurde bei einer Wellenlänge von 517 nm gemessen. Als Blindwert wurde destilliertes Wasser verwendet. Die Fähigkeit, das DPPH-Radikal abzufangen, wurde anhand der folgenden Gleichung berechnet: wobei die Kontrolle die Extinktion der Kontrolle (DPH-Lösung ohne Probe) ist, die A-Probe die Extinktion der Testprobe (DPPH-Lösung plus Testprobe) ist und die A Probenleerwert ist nur die Extinktion der Probe (Probe ohne DPPH-Lösung) und Amethanolleerwert ist nur die Extinktion von Methanol. Als positive Kontrollen wurden handelsübliche Antioxidantien (Ascorbinsäure, Gallussäure und -tocopherol) verwendet.

3.8.2.Eisenionen reduzierendes Antioxidationsmittel (FRAP) Assay

Die FRAP-Aktivität wurde nach der Methode von Benzie und Strain [95] gemessen. Kurz gesagt, Acetatpuffer (300 mM, pH 3,6), 2,4, 6--Tripyridyl-s-triazin (TPTZ) 10 mM in 40 mM HCl und FeCl; 6H-O (20 mM) wurden im Verhältnis 10:1 gemischt, um das funktionierende FRAP-Reagenz zu erhalten. Das Reaktionsgemisch wurde 10 min bei 37 Grad inkubiert. Eine 50-μl-Probe von jedem Extrakt wurde mit 150 μl FRAP-Arbeitslösung für 8 min bei Raumtemperatur gemischt. Die Extinktion des gefärbten Produkts Ferrous-TPTZ wurde bei einer Wellenlänge von 593 nm gemessen. FRAP-Werte von Algenextrakten wurden als uM Trolox-Äquivalente (TE) pro Gramm Trockenmaterial ausgedrückt.

3.8.3.2,2 Azino-bis(3-ethylbenzothiazolin-6-sulfonsäure)(ABTS)-Assay

Die Analyse wurde unter Verwendung des ABTS-Entfärbungsprotokolls [76] mit einigen Modifikationen durchgeführt. Ein ABTS-Radikalkation (ABTS plus ) wurde durch Umsetzen von ABTS (66 mg) mit 1 0 ml Kaliumpersulfatlösung (2,45 mM) hergestellt. Die Mischung wurde vor der Verwendung 12-16 h im Dunkeln bei Raumtemperatur belassen. Die ABTS plus-Lösung wurde mit Wasser auf eine Extinktion von 0,700 bei 734 nm verdünnt. Das Reaktionsgemisch (200 ul) wurde auf eine Mikroplatte übertragen, 50 ul der Probe wurden zugegeben und dann 150 ul der Reagenslösung. Die Platte wurde 10 s bei mittlerer Geschwindigkeit geschüttelt und die Extinktion wurde bei 734 nm nach 5 min Inkubation bei Raumtemperatur gemessen. Eine Standardkurve wurde erstellt, indem die Hemmung von A734nm von Trolox-Standards als Funktion ihrer Konzentrationen aufgetragen wurde. Der Wert der Trolox-äquivalenten Antioxidanskapazität (TEAC) der Proben wurde unter Verwendung der Gleichung berechnet, die aus der linearen Regression der Standardkurve erhalten wurde, ersetzte die A734nm-Werte für jede Probe:

3.9. Antienzymatische Aktivitäten von Algenextrakten

3.9.1. Kollagenase-Hemmtest

Ein kolorimetrisches Assay-Kit für Kollagenase-Aktivität (MAK293), gekauft von Sigma-Aldrich, wurde verwendet, um die Kollagenase-Hemmung von Algenextrakten zu bestimmen. Das Kit maß die Kollagenaseaktivität unter Verwendung eines synthetischen Peptids (FALGPA), das die Struktur von Kollagen nachahmt. Das Verfahren wurde gemäß den Anweisungen des Kits durchgeführt.

3.9.2. Elastase-Hemmtest

Die Elastase-Hemmung von Meeresalgenextrakten wurde in TRIS-Pufferlösung mit der modifizierten Methode wie früher beschrieben untersucht 【96】. Kurz gesagt, 100 μl 0,1 M TRIS-Pufferlösung (pH 8,0), 25 μl Elastase (1 U/ml in TRIS-Puffer) und 25 μl Probenextrakte wurden gemischt und für 15 min bei inkubiert 30 C vor der Zugabe des Substrats, um die Reaktion zu starten. Nach der Inkubationszeit wurden 50 μl 2 mM AAAPVN-Lösung zugegeben. Dann wurde die Extinktion bei 420 nm 20 Minuten lang unter Verwendung eines Mikroplatten-Lesegeräts bei einer konstanten Temperatur von 30 °C überwacht. Schließlich wurde die Elastase-Hemmung in Prozent unter Verwendung der Gleichung berechnet: wobei Abs-Kontrolle die Extinktion des Assays unter Verwendung des Puffers anstelle von ist Inhibitor (Probe) und Absmpleis die Extinktion der Probenextrakte. Quercetin wurde als positive Kontrolle verwendet. Als Leerwert wurde Tris-Puffer verwendet.

3.9.3. Tyrosinase-Hemmtest

Der Tyrosinase-Hemmtest wurde gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren unter [66] unter Verwendung von L-DOPA als Substrat durchgeführt. 20 μl der Probe, 10 μl Pilz-Tyrosinase-Lösung (50 U/ml in Phosphatpuffer) und 80 μl Phosphatpuffer (pH=6,8) wurden in einer Mikroplatte gemischt und bei 37 °C vorinkubiert 5 Minuten. Dann wurden 90 ul L-DOPA (2 mg/ml) zugegeben. Die Bildung von Dopachrom wurde sofort für 20 min bei 475 nm in einem Mikroplattenlesegerät bei einer konstanten Temperatur von 37 Grad überwacht. Die prozentuale Hemmung des Tyrosinase-Enzyms wurde unter Verwendung der Gleichung berechnet: wobei Abs Kontrolle die Extinktion des Assays unter Verwendung des Puffers anstelle des Inhibitors (Probe) ist und A Probe die Extinktion der Probenextrakte ist. Quercetin wurde als positive Kontrolle verwendet. Als Leerwert wurde Phosphatpuffer verwendet.

3.9.4. Hyaluronidase-Hemmtest

Die Hyaluronidase-Hemmaktivität wurde wie zuvor von [66] mit wenigen Modifikationen beschrieben gemessen. Ein Volumen von 100 ul der Hyaluronidase vom Typ-1-Schweinehoden（2100 U/mL）gelöst in 0,1 M Acetatpuffer (pH 3,5) wurde mit 100 μl Extrakt gemischt und 20 min bei 37 Grad inkubiert. Ein Volumen von 200 &mgr;l 6 mM Calciumchlorid wurde zu dem Reaktionsgemisch gegeben, und dann wurde das Gemisch bei 37°C für 20 min inkubiert. Diese Ca2 plus aktivierte Hyaluronidase wurde mit 250 &mgr;l Natriumhyaluronat (1,2 mg/ml), gelöst in 0,1 M Acetatpuffer (pH 3,5), behandelt und dann in einem Wasserbad bei 37 Grad für 40 min inkubiert. 50 &mgr;l 0,9 M Natriumhydroxid und 100 &mgr;l 0,2 M Natriumborat wurden zu der Reaktionsmischung gegeben und dann in einem kochenden Wasserbad für 5 min inkubiert. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wurden 250 &mgr;l p-Dimethylaminobenzaldehyd (DAMB)-Lösung zu der Reaktionsmischung gegeben. Die DAMB-Lösung wurde durch Auflösen von 0,25 g DAMB in 21,88 ml 100-prozentiger Essigsäure und 3,12 ml 10 N Salzsäure hergestellt. Die Kontrollgruppe wurde mit 100 μl 5-prozentigem Wasser anstelle von Extrakt behandelt. Die Extinktion wurde nach 45 min bei einer Wellenlänge von 585 nm gemessen. Die prozentuale Enzymhemmung wurde unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet: wobei Abs Kontrolle die Extinktion des Assays unter Verwendung des Puffers anstelle von Inhibitor (Probe) ist und Abs Probe die Extinktion der Probenextrakte ist. Gerbsäure wird als Referenzstandard verwendet.

3.10.Statistische Analyse

Der Durchschnitt der dreifachen Analyse jedes Extrakts wurde berechnet und verwendet, um die Mittelwerte und Standardabweichungen für jede Gruppe (n=3) zu finden. Allgemeine lineare Modelle (GLM) für feste Faktoren wurden angewendet, um die Haupteffekte und wechselseitigen Wechselwirkungen der experimentellen Faktoren (Spezies und Extraktionsmethoden) auf gemessene Variablen zu bewerten. Außerdem wurden ANOVA und der Tukey-Kramer-Test verwendet, um signifikante (S<0.05)differences between="" the="" groups.="" pearson="" correlation="" was="" used="" to="" evaluate="" linear="" relationships="" between="" the="" variables.="" principal="" component="" analysis="" (pca)="" was="" used="" to="" detect="" structure="" in="" the="" relationship="" between="" measured="" variables="" and="" experimental="" factors.="" the="" pca="" reduces="" voluminous="" data="" to="" a="" small="" set="" of="" linear="" combinations="" of="" related="" variables(i.e.,="" factors)="" based="" on="" patterns="" of="" correlation="" among="" the="" original="" variables.="" the="" resulting="" linear="" attribute="" combinations="" can="" be="" used="" for="" profiling="" specific="" product="" characteristics="" based="" on="" the="" variables="" studied.="" all="" statistical="" analyses="" were="" performed="" using="" ncss="" 2020="" statistical="" software="" (2020)="" (ncss,="" llc.,="" kaysville,="" ut,="">

4. Schlussfolgerung

Die Ergebnisse dieses ersten Screening-Experiments zeigten das Potenzial von drei isländischen Algenarten, indem sie über mehrere Wege effektive positive Wirkungen erzielen. Der umweltfreundliche Ansatz, der unter Verwendung wässriger gepulster elektrischer Felder entwickelt wurde, zeigte ähnliche Ergebnisse wie die traditionelle Heißwasserextraktion und zeigte mehrere Vorteile, wie seine nicht-thermische Natur und kürzere Extraktionszeit (10 min gegenüber 45 min). Unter den drei Algenarten wies die braune Makroalge A. esculenta den höchsten Gehalt an TPC und TFC auf und zeigte auch die größten antioxidativen Kapazitäten. Darüber hinaus zeigten die Wasserextrakte von A. esculenta bessere inhibitorische Aktivitäten als P. palmaria und U. Lactuca gegenüber Kollagenase, Elastase, Tyrosinase und Hyaluronidase sind die vielversprechendsten Algenarten mit hervorragenden antienzymatischen Aktivitäten für ihre Verwendung zur Hautaufhellung, Anti-Aging und Hautgesundheit. Interessanterweise zeigten die nach der PEF-Methode hergestellten A. esculenta-Extrakte eine Kollagenasehemmung von 91 Prozent, höher als die Hemmaktivität, die durch die traditionelle Heißwasserextraktion gezeigt wird, und sogar höher als der Hemmstoff, der durch das kommerzielle Kit bereitgestellt wird. Zusammenfassend legt unsere vorläufige Studie nahe, dass isländische Algenextrakte, insbesondere die Extrakte aus der braunen Makroalge A. esculenta, die durch wässrige gepulste elektrische Felder-unterstützte Extraktion hergestellt werden, potenzielle funktionelle Inhaltsstoffe sind, die als Wirkstoffe für kosmetische und kosmezeutische Formulierungen verwendet werden könnten in naher Zukunft.

Dieser Artikel stammt aus Mar. Drugs 2021, 19, 662. https://doi.org/10.3390/md19120662 https://www.mdpi.com/journal/marinedrugs