Original title:
VYUŽITÍ KOMPLEXNÍCH EXTRAKTŮ Z ROSTLIN A MIKROORGANISMŮ V POTRAVINÁŘSTVÍ A KOSMETICE
Translated title:
USE OF COMPLEX EXTRACTS FROM PLANT AND MICROORGANISMS IN FOODS AND COSMETICS
Authors:
Uhlířová, Renata ; Kovalčík, Adriána (referee) ; Vorlová, Lenka (referee) ; Márová, Ivana (advisor) Document type: Doctoral theses
Year:
2022
Language:
cze Publisher:
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická Abstract:
[cze][eng]
Cílem předložené disertační práce byla optimalizace extrakce a charakterizace extraktů z vybraných rostlin a mikroorganismů, především mikrořas, sinic a karotenoidních kvasinek. Při optimalizaci extrakcí byl sledován vliv charakteru extrakčního činidla, dezintegrace mikrobiálních buněk a vliv speciálních technik, které mohou extrakce usnadnit (sondový a vanový ultrazvuk a mikrovlny). V rámci charakterizace bylo s přihlédnutím na zdrojový materiál analyzováno složení připravených extraktů jak spektrofotometricky, tak pomocí kapalinové a plynové chromatografie. Bylo zjištěno, že nejvhodnější extrakční postup se liší v závislosti na typu materiálů. U vzorků bylin bylo dosaženo nejlepších obsahů aktivních látek při využití extrakce usnadněné pomocí mikrovln, naopak u sinic při extrakci po dobu 24 hodin při laboratorní teplotě. Nejvhodnější metodou po extrakci aktivních látek z kvasinek byla kombinace DMSO, ethanolu a hexanu. Dále byl sledován vliv extraktů na mikrobiální kultury bakterie (E. coli, S. epidermidis, C. acnes) a kvasinku (C. glabrata). Pro sledování cytotoxicity extraktů byly využity testy cytotoxicity MTT a LDH na lidských buněčných liniích HaCaT a Caco2. Antimikrobiální testy prokázaly jak antimikrobiální, tak baktericidní a fungicidní účinek řady extraktů, především esenciálních olejů z levandule lékařské a máty peprné. Naopak při testech cytotoxicity bylo prokázáno, že většina extraktů je v rozmezí do 10 obj.% bezpečná pro využití v potravinářství a kosmetice. Za účelem prodloužení stability byly připravené extrakty enkapsulovány do liposomálních částic obohacených o polymer PHB (0–100 %). U částic byla sledována jejich velikost, polydisperzitní index a koloidní stabilita pomocí přístroje ZetaSizer NanoZS a morfologie pomocí kryoTEM. Extrakty byly enkapsulovány do částic a charakterizovány. U vybraných vzorků byla dále sledována genotoxicita pomocí SOS chromotestu. Jako nevhodnější částice pro enkapsulaci připravených extraktů byly vyhodnoceny klasické liposomy a liposomy s 20 % přídavkem PHB (PHB20). Připravené částice vykazovaly výbornou stabilitu a vysokou enkapsulační účinnost. Testy genotoxicity na modelovém organismu E. coli neprokázaly genotoxický vliv vzorků. Jako další možnost stabilizace vybraných aktivních látek byla v práci využita nanovlákna připravená z polymeru PHB pomocí tří technik zvlákňování a dále želatinová vlákna připravená pomocí elektrospinningu. U vláken byl sledován jejich průměr, uniformita, rozložení na kolektoru pomocí SEM a postupné uvolňování aktivních látek ze struktury vláken. Jako nejvhodnější pro další práci byly na základě analýz zvoleny metody forcespinning a elektrospinning. Díky integraci extraktů do nanovláken bylo docíleno postupného uvolňování aktivních látek. V rámci práce byla navržena a vytvořena řada aplikačních forem z připravených materiálů pro využití v potravinářství a kosmetice. Přídavek extraktu ze zelené kávy a karotenogenních kvasinek k základní emulzi vedl ke zvýšení stability a celkově ke zlepšení vlastností oproti emulznímu základu. Využití emulzí s kávovými a kvasinkovými extrakty by bylo vhodné především jako opalovací krémy, při přídavku extraktu ze sinice Spirulina poté jako denní či noční krémy proti vráskám. Energetické nápoje nového typu na bázi kávy s přídavkem enkapsulovaných rostlinných extraktů umožnily postupné uvolňování kofeinu a antioxidantů.
The presented doctoral thesis is focused on optimalization of preparation of extracts of various origin (plant and microbial). The influence of extraction agent, disintegration of microbial cells as well as special techniques for enhancement of extraction process effectiveness (ultrasound and microwaves) were monitored. As part of the characterization, considering the source material, the composition of the prepared extracts was analyzed both spectrophotometrically and using liquid and gas chromatography. The most suitable extraction procedure varies depending on the type of material. For herbal samples, the highest content of active substances was achieved when the extraction facilitated by microwaves was used. Contrarily, the optimal method for cyanobacteria is the traditional extraction method, which is carried out for 24 hours at laboratory temperature. The most suitable method for extracting the active substances from yeast was a combination of DMSO, ethanol and hexane. Further, the effect of extracts on microbial cultures of bacteria (E. coli, S. epidermidis, C. acnes) and yeast (C. glabrata) was observed. For cytotoxicity evaluation MTT and LDH assays were performed on HaCaT and Caco2 human cell lines. The antimicrobial tests have demonstrated the antimicrobial, antibacterial and antifungal effect of a numerous extracts, especially the essential oils of Lavandula angustifolia and Mentha piperita. On the other hand, the cytotoxicity tests showed that the most of the extracts were safe for the use in the food industry and cosmetics within a range of up to 10% by volume. To improve stability, the prepared extracts were enclosed into liposomal particles enriched with PHB polymer (0–100%). Using a ZeteSizer NanoZS device, the particles' size, polydispersity index, and colloidal stability were assessed. The cryoTEM was used to examine the particle´s morphology. Liposomes and liposomes with the addition of 20 % PHB (PHB20) were evaluated as the most suitable particles for encapsulation of the prepared extracts. Excellent stability and high encapsulation efficiency were displayed by the produced particles. Genotoxicity testing with SOS chromotest on the model organism E. coli did not reveal any genotoxic effects. As an alternative method to achieve stabilization of active substances, nanofibers from PHB were prepared by three different techniques and gelatin nanofibers by electrospinning. The fibers were monitored for their diameter, uniformity, distribution on the collector using SEM and the gradual release of active substances from the fiber structure. The evaluations revealed that the forcespinning and electrospinning techniques were the most appropriate for further investigation. A continuous release of active ingredients was achieved by incorporating extracts into nanofibers. Several applications of prepared materials in the food industry and cosmetics were designed and developed as part of this work. The base emulsion's stability and general qualities were improved when green coffee and carotenogenic yeast extracts were added. The usage of emulsions containing coffee and yeast extracts would be suitable as sunscreens, and after the addition of Spirulina extract, as day or night anti-wrinkle creams. Energy drinks of the new type based on coffee with the addition of encapsulated plant extracts enable gradual release of caffeine and antioxidants during digestion.
Keywords:
antimicrobial effect; Caco2; carotenogenic yeast; cyanobacteria; cytotoxicity; Extracts; HaCaT; liposomes; MBC; MIC; microalgae; nanofibers; PHB; plant; antimikrobiální účinek; Caco2; cytotoxicita; Extrakty; HaCaT; karotenogenní kvasinky; liposomy; MBC; MIC; mikrořasy; nanovlákna; PHB; rostliny; sinice
Institution: Brno University of Technology
(web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library. Original record: http://hdl.handle.net/11012/208593
guest ::
