Enzyme-assisted production of prebiotics for topical application and determination of their structural and functional properties

[A. I. Petrov Ivanković]

177 str.

Tehnološko inženjerstvo - Biohemijsko inženjerstvo i biotehnologija / Technological engineering - Biochemical engineering and biotechnology

U okviru ove doktorske disertacije izvršena je konvencionalna i enzimski potpomognuta ekstrakcija fitohemikalija iz različitog bobičastog voća i tropova bobičastog voća primenom zelenih rastvarača u cilju dobijanja ekstrakata sa dermalnim prebiotskim potencijalom. Optimizacijom uslova enzimski potpomognute ekstrakcije dobijeni su vodeni ekstrakti koji su pored bogatog polifenolnog sastava i izražene antioksidativne aktivnosti, imali i bolju prebiotsku aktivnost u odnosu na ekstrakte dobijene konvencionalnom metodom ekstrakcije. Kao najbolji izdvojili su se ekstrakti crne ribizle i tropa maline, koji su pokazali visok stepen stimulacije koagulaza negativne bakterije Staphylococcus epidermidis, stalnog člana mikrobiote kože, uz istovremenu inhibiciju patogenih bakterija Staphylococcus aureus i Cutibacterium acnes. Korišćenjem in vitro stratum corneum modela kože i uzorka mikrobiote kože sa atopijskim dermatitisom, pokazano je da isti ekstrakti stimulišu rast koagulaza negativnih bakterija, čime je potvrđena njihova sposobnost modulacije sastava mikrobiote kože u korist željenih bakterija. Ekstrakti crne ribizle i tropa maline dobijeni enzimski potpomognutom ekstrakcijom i eutektičkim smešama na bazi betaina i propilen glikola ili glicerola, imali su izraženiju prebiotsku aktivnost, usled združenog delovanja sastojaka samih smeša i fitohemikalija prisutnih u ekstraktima. Eksperimenti transdermalne difuzije polifenola ekstrakta crne ribizle iz kozmetičkih formulacija, pokazali su da je hidrogel najpogodnija formulacija za topikalnu isporuku polifenola, jer ostaju na površini kože gde mogu ispoljiti svoju aktivnost. Na kraju, frakcije bogate pektinima dobijene iz tropa crne ribizle zaostalog nakon ekstrakcije fitohemikalija, pokazale su dobra tehno-funkcionalna svojstva za primenu u kozmetičkim proizvodima, kao i prebiotski potencijal.

Within this doctoral dissertation, the conventional and enzyme-assisted extraction of phytochemicals from different berries and berry pomaces using green solvents was performed to obtain extracts with skin prebiotic potential. Aqueous extracts obtained under the optimized condition of enzyme-assisted extraction had higher polyphenol concentration and stronger antioxidant activity, as well as better prebiotic activity compared to extracts obtained by the conventional extraction method. Blackcurrant and raspberry pomace extracts stood out as the best, showing a high degree of stimulation of the coagulasenegative bacteria Staphylococcus epidermidis, a resident member of the skin microbiota, with simultaneous inhibition of the pathogenic bacteria Staphylococcus aureus and Cutibacterium acnes. Using an in vitro stratum corneum skin model and a microbiota sample of skin with atopic dermatitis, it was shown that the same extracts stimulate the growth of coagulase-negative bacteria, thus confirming their ability to modulate the composition of the skin microbiota in favor of the beneficial bacteria. Blackcurrant and raspberry pomace extracts obtained by enzyme-assisted extraction and eutectic mixtures based on betaine and propylene glycol or glycerol had a more pronounced prebiotic activity, due to the joint action of the ingredients of the mixture and phytochemicals present in the extracts. Experiments of transdermal diffusion of polyphenols of blackcurrant extract from cosmetic formulations showed that hydrogel is the most suitable formulation for topical delivery of polyphenols because they remain on the surface of the skin where they can exert their activity. Finally, the fractions rich in pectin obtained from blackcurrant pomace remaining after extraction of phytochemicals, showed good technofunctional properties for application in cosmetic products, as well as skin prebiotic potential.

topikalni prebiotici, mikrobiota kože, bobičasto voće, fitohemikalije, antioksidativna aktivnost, enzimski potpomognuta ekstrakcija, zeleni rastvarači, (trans)dermalna difuzija, kozmetičke formulacije, frakcije bogate pektinom

topical prebiotics, skin microbiota, phytochemicals, berries, antioxidant activity, enzymeassisted extraction, green solvents, (trans)dermal diffusion, cosmetic formulations, pectin-rich fractions

602.4:615.272(043.3)

Tekst