Characterization of natural extracts for cosmetic applications

Abstract

Os bioativos derivados de fontes naturais têm uma ampla gama de aplicações, principalmente em cosméticos. Os extratos naturais oferecem uma alternativa aos medicamentos potencialmente perigosos no tratamento de uma variedade de doenças dermatológicas, incluindo a hipo- e hiperpigmentação. A caracterização de extratos naturais é uma etapa essencial para a compreensão da sua composição química, bioatividade e potenciais aplicações na área cosmética. Nesta dissertação foi realizada a extração de compostos bioativos de cinco fontes naturais (lavanda, tomilho, eucalipto, cortiça e cacau), utilizando solventes convencionais (misturas de EtOH:H2O em duas proporções) e solventes eutécticos (SE) (glicerol:ácido lático e glicerol:ácido cítrico), e três métodos de extração (pás, durante 30 e 90 minutos, e misturadora planetária). Após o processo de extração, os resultados indicaram que os solventes eutécticos exibiram eficiências de extração semelhantes ou superiores em comparação aos solvents hidroetanólicos. Adicionalmente, observou-se que a misturadora planetária demonstrou notável capacidade de extração. Os extratos foram posteriormente caracterizados quanto às suas propriedades físico-químicas. A cortiça apresentou maior teor de fenólicos e flavonoides (362,10 mg GAE/g extrato e 1481,50 mg QE/g extrato, respetivamente). No que diz respeito à atividade antioxidante, foi também o extracto de cortiça que apresentou maior poder de captação do radical 2,2-difenil-1-picrilhidrazil e 2,2'- azino-bis(ácido 3-etilbenzotiazolina-6-sulfónico) (EC50 de 0,35 mg/mL e 28,84 mg/mL, respetivamente). O extrato de lavanda apresentou alta capacidade de redução de iões férricos de 9,96 mg TE/g extrato. No entanto, nenhum dos extratos demonstrou atividade quelante férrica. Quanto à atividade antimicrobiana, destacaram-se a cortiça e o eucalipto pela sua atividade contra bactérias Gram-positivas e Gram-negativas. Foi também a cortiça que apresentou maior capacidade fotoprotetora (fator de proteção de 10,43). A análise por cromatografia gasosa acoplada a espetrometria de massa dos extratos obtidos utilizando solventes convencionais revelou açúcares e pequenos álcoois. Nos extratos à base de SE, a sua composição consiste principalmente em açúcares e menores quantidades de álcoois e ácidos, esteróides, compostos aromáticos, ácidos gordos e terpenóides. Por fim, avaliou-se o efeito inibitório de todos os extratos sobre a tirosinase e observou-se que o extrato de tomilho exibiu um efeito inibitório notável de 46,0%. As descobertas dos extratos demonstram características favoráveis que poderão ser potencialmente incorporadas em formulações cosméticas para tratar distúrbios pigmentares no futuro.

Bioactives derived from natural sources have a wide range of applications, particularly in cosmetics. Natural extracts offer an alternative to potentially dangerous drugs in the treatment of a variety of dermatological disorders, including hypo- and hyperpigmentation. The characterization of natural extracts is an essential step in understanding their chemical composition, bioactivity, and potential applications in the cosmetic field. In this dissertation, the extraction of bioactive compounds from five natural sources was performed (lavender, thyme, eucalyptus, cork, and cocoa), using conventional solvents (EtOH:H2O mixtures in two ratios) and deep eutectic solvents (DES) (glycerol:lactic acid and glycerol:citric acid), and three extraction methods (a mechanical impeller, for 30 and 90 minutes, and a planetary mixer). Upon the extraction process, the data indicated that eutectic solvents exhibited similar or superior extraction efficiencies compared to hydroethanolic solvents. Additionally, it was observed that the planetary mixer demonstrated a notable capacity for extraction. The extracts were posteriorly characterized in terms of their physicochemical properties. Cork showed the highest total phenolic and flavonoid content (362.10 mg GAE/g extract and 1481.50 mg QE/g extract, respectively). Regarding antioxidant activity, it also was the cork extract that showed the highest 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl and 2,2′-azino-bis(3- ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) radical scavenging action (EC50 of 0.35 mg/mL and 28.84 mg/mL, respectively). The lavender extract had a significant capacity to reduce ferric ions, as evidenced by a ferric ion reducing power of 9.96 mg TE/g extract. However, none of the extracts demonstrated any ferric chelating activity. Regarding antimicrobial activity, cork and eucalyptus stood out for their activity against both Gram-positive and Gram-negative bacteria. It was also the cork extract that presented the highest photoprotective capacity (sun protection factor of 10.43). The gas chromatography coupled to mass spectrometry analysis of the extracts obtained using conventional solvents revealed mainly sugars and small alcohols. In DES-based extracts, their composition mostly consists of sugars, and smaller quantities of alcohols and acids, steroids, aromatic compounds, fatty acids, and terpenoids. Finally, the inhibitory effect of all extracts on tyrosinase was assessed, and it was observed that thyme extract exhibited a notable inhibitory effect of 46.0%. The findings from the extracts demonstrate favourable characteristics that could be potentially incorporated into cosmetic formulations to address pigmentary disorders in the future.