UVB Koruyuculu Fermente Bitki Ekstraktları

Kozmetik Ürünlerde Kullanılmak üzere UVB Koruyucu Aktiviteye Sahip Fermente Bitki Ekstraktlarının Üretilmesi  

Özet

Bu çalışmada, havuç (Daucus carota), zencefil (Zingiber officinale), ginkgo (Ginkgo biloba), balkabağı (Cucurbita moschata), elma (Malus domestica), muz (Musa sapientum) ve çilek (Fragaria ananassa) fermente bitki ekstraktları Saccharomyces ceravisea fermentasyonuyla hazırlandı. Fermente bitki ekstraktları ve kontrol grubu ekstralar arasındaki fenolik bileşik değişimleri belirlendi. Ayrıca fermente bitki ekstraktlarının anti-UVB aktivitelerini SPF ölçüm ve hesaplamaları yapılarak belirlendi. Çalışmamızda bitki kısımlarının kontrollü koşullar altında S. ceravisea ile fermantasyonu sonucunda fermente bitki ekstraktları elde edildi. Fermentasyon sonucunda bazı bitki ekstraktlarında fenolik bileşik artışının anlamlı olarak arttığı belirlendi. Fermente bitki ekstraktlarının anti-UVB aktivitelerinin olduğu, SPF değerlerinin ise 0,43 ± 0,04 ve 48,17 ± 3,04 aralığında olduğu belirlendi.  

Giriş

Kozmetikler, bir veya daha fazla aktif bileşiğin, katkı maddelerinin ve bazı koruyucuları içeren, kullanıcının fiziksel görünümünün iyileştirilmesine yardımcı olan kararlı karışımlarıdır. Günümüzde kozmetik kullanımı ve kozmetik endüstrisinin üretim ve ürün çeşitliliği artmaktadır. Kozmetik endüstrisi, yenilikçi aktif bileşiklerle yeni ürünler geliştirmeyi veya mevcut ürünleri iyileştirmeyi amaçlamaktadır. Son zamanlarda, doğal kaynaklardan elde edilen aktif bileşikler ve bunların cilt üzerindeki etkileri öne çıkmaktadır [1]. Cildimiz, insan vücudu boyunca uzanan, iç dokuları ve organları koruyan koruyucu bir göreve sahiptir. İnsan cildi üç ana katmandan oluşur; epidermis, dermis ve hipodermis [2]. İnsan derisi güneş ışınlarına ve diğer çevresel faktörlere sıklıkla maruz kalmaktadır. Güneş kremleri ise cildi ultraviyole (UV) ışınlarının neden olduğu hasara karşı korumak için kullanılan topikal ürünlerdir. UV ışınları, deri dokusunda geri dönüşü olmayan cilt yaşlanması, güneş lekeleri, güneş yanığı ve cilt kanseri gibi dermal sorunlara neden olabilmektedirler. Güneş ışınlarının zararlı etkileri genellikle elektromanyetik spektrumun ultraviyole (UV) bölgesinden kaynaklanır. Bu bölge UVA (320-400 nm), UVB (290-320 nm) ve UVC (200-290 nm) olarak üçe ayrılır. UVC radyasyonu, dünyaya ulaşmadan önce ozon tabakası tarafından filtrelenirken, UVA ve UVB radyasyonu ozon tabakası tarafından tamamen filtrelenemez [3]. UVB ışınları cildin epidermisini geçerek oksidatif strese, DNA hasarının birikmesine ve cildin yaşlanmasına sebep olur [4,5]. Günümüzde stratosferik ozonun tahrip edilmesi ve artan UVB radyasyonu cilt için büyük bir tehdit oluşturur. Oksidatif hasara sebep olan reaktif oksijen türlerinin (ROS) oluşumu ise UV ışınları ile tetiklenebilir. UVA ve UVB ışınlarına tekrar tekrar maruz kalmak ROS türlerini oluşumunu tetikleyerek erken yaşlanma, güneş yanığı, cilt kanseri, bağışıklık sisteminin baskılanması gibi sorunlara neden olurlar [6]. Ayrıca, UV ışınları kolajen üretimini engelleme, dolayısıyla cildin elastikliğini kaybetmesi, deri altı yağ dokusunda zayıflama gibi çeşitli biyokimyasal ve fizyolojik değişikliklere neden olmaktadır [7]. Geleneksel olarak, UVB hasarını önlemek için bitki ekstraktları ve diğer doğal bileşikler krem şeklinde kullanılmıştır. Bitki ekstraktları, anti-UVB ve yaşlanma karşıtı aktiviteye sahip fenolik bileşiklere sahiptir [8]. Fenolik bileşikler, tüm bitkilerde bulunan fitokimyasallardır. Bu bileşikler bitkilerde kısmen patojen ve böcek saldırıları, UV radyasyonu ve yaralanma gibi ekolojik ve fizyolojik baskılara yanıt olarak sentezlenir. Son 25 yılda fenolik bileşiklerin ekstraksiyonu, tanımlanması ve miktar tayinine odaklanan araştırmalarda önemli gelişmeler meydana gelmiştir. Fenolik bileşikleri ekstrakte etmek için kullanılan ana yöntem organik çözücü ekstraktsiyonudur [9, 10]. Araştırmalara göre, fermente bitki ekstraktları geleneksel bitki ekstraktlarından daha fazla fenolik bileşiğe sahiptir. Fermantasyon, karmaşık bileşikleri basit bileşiklere ayırmaya yardımcı olur, bu da biyoaktif bileşenlerin daha yüksek bir verimle ekstrakte edilmesini sağlar. Fermente bitki ekstraktlarının yüksek fenolik bileşikleri de burada ileri gelmektedir [11]. İçerdikleri yoğun fenolik bileşikler sayesinde UVB ve yaşlanmaya karşı güçlü aktivite gösterebilirler. Günümüzde ise kozmetikte, doğal bileşiklere dayalı anti-UVB ve yaşlanma karşıtı ürünlere sürekli artan bir ilgi vardır [12]. Çalışmamızda, Saccharomyces ceravisea ile havuç, zencefil, ginkgo, balkabağı, elma, muz ve çilek olmak üzere yedi fermente bitki ekstraktının fenolik bileşik ve anti-UVB aktivitelerini karşılaştırmayı ve muhtemel kozmetik uygulamalarının tartışılması amaçlandı.  

Materyal ve Metot

1. Fermente Bitki Ekstraktlarının Hazırlanması Fermentasyonu yapılacak bitkilerin drog kısımları yüzey alanını artırmak amacıyla rendelenerek hazırlandı. Fermentasyon ortamını steril distile su, bitki drogu ve S. ceravisea oluşturmaktadır. Fermentasyon karanlık bir ortamda 180 rpm ve 37oC’de 2 gün çalkalanarak gerçekleştirildi. Fermentasyon sonrasında ekstraksiyon kuru madde, deionize su, %95 etil alkol (1:1:3) ile gerçekleştirildi. Hazırlanan ekstrakt karışımı oda sıcaklığında 2 gün inkübasyona bırakıldı. Sıvı kısım süre sonunda katı kısımdan filtre kağıdı kullanılarak toplandı. Soğutmalı döner evaporator kullanılarak sulu fazdan etil alkol uçuruldu. Elde edilen sulu ekstrakt sonraki analizler için 4oC’de ağzı kapalı olarak muhafaza edildi [13].  

2. Fenolik Bileşik Tayini

Fermente bitki ekstraktlarının ve kontrol grubu ekstraktların fenolik bileşik tayini Folin-Ciocalteu yöntemi kullanılarak yapıldı ve gallik asit eşdeğeri olarak hesaplandı. Fenolik bileşik miktarının belirlenebilmesi için 25 μg/ml, 50 μg/ml, 75 μg/ml, 100 μg/ml, 125 μg/ml ve 150 μg/ml gallik asit standartları distile su içerisinde hazırlandı. 50 μl ekstrakt veya standart 50 μl Folin-Ciocalteu Solüsyonu (1X) ile karıştırıldı. Karışım oda sıcaklığında 5 dakika inkübe edildi. Karışımın üzerine 50 μl %5’lik sodyum karbonat solüsyonu eklendi ve 10 saniye vorteks edildi. Karışım oda sıcaklığında ve karanlık ortamda 90 dakika inkübe edildi. Süre sonunda karışımdan 200 μl alınarak 96 kuyulu plate yüklendi ve 734 nm’de absorbans değeri ölçüldü. Absorbans okumalarında blank olarak distile su kullanıldı [14].  

3. Anti-UVB Aktivite Tayini

Fermente meyve kabuğu ekstraktlarının anti-UV aktivitesi, güneşten koruyucu ürünlerin güneş esas olarak zararlı UVB radyasyonundan kaynaklanan yanığına karşı sağladığı koruma seviyelerinin sınıflandırılması için en sık kullanılan göstergelerden biri olarak kabul edilen güneş koruma faktörünün (SPF) in vitro olarak belirlenmesi ile ölçüldü. UVB’ye karşı fotokoruyucu aktivite 290 ve 320 nm arasındaki dalga boylarında, 5 nm aralıklarla spektrofotometrik yöntem kullanılarak ölçüldü ve Mansur denklemi ile SPF değerleri hesaplandı. EE(λ) eritemal etki spektrumu, I(λ) güneş yoğunluğu spektrumu, A(λ) absorbans, CF düzeltme faktörünü (10) ifade etmektedir. EE(λ) × I(λ) değerleri sabit olup Sayre ve diğerleri (1979) tarafından belirlenmiştir [15].  

4. İstatiksel Analizler

Deneylerden elde edilen veriler GraphPad Prism v.8.4.3 yazılımı ile analiz edildi ve üç tekrar halinde ortalama ± SD olarak gösterildi. Anlamlı farklılıkları belirlemek için tek yönlü varyans analizi (ANOVA) yapıldı.  

Sonuç ve Tartışma

Çalışmamızda bitki kısımlarının kontrollü koşullar altında S. ceravisea ile fermantasyonu sonucunda fermente bitki ekstraktları elde edildi. Fermentasyonun bazı bitkilerde fenolik bileşik miktarlarında artışa sebep olurken bazılarında değişime sebep olmadığı belirlendi. İstatiksel analizimize göre Zencefil-Fermente Zencefil, Elma-Fermente Elma, Ginkgo-Fermente Ginkgo ve Çilek-Fermente Çilek arasında anlamlı değişim belirlendi. Özellikle fermente edilmemiş Ginkgo ekstraktına göre Fermente Ginkgo ekstraktında neredeyse 2 kat fenolik bileşik artışı belirlendi (Şekil 1).   [caption id="attachment_143686" align="aligncenter" width="483"] Şekil 1: Fermente ve kontrol bitki ekstraktlarının fenolik bileşikleri gallik asit eşdeğerleri olarak hesaplanmıştır. Fermentasyon sonrası fenolik bileşikteki değişim kontrol bitki ekstraktları ile karşılaştırılmıştır.[/caption]   Fermente bitki ekstraklarının anti-UVB aktiviteleri incelendiğinde 48,17 ± 3,04 SPF’ye varan sonuçlar elde edildi. Fenolik bileşik miktarlarına kıyasla bazı fermente bitki ekstraktlarında yüksek SPF değerlerine ulaşılırken bazılarında düşük SPF değerleriyle karşılaşıldı. Örneğin fermente balkabağının fenolik bileşik miktarı fermente muza göre daha yüksek olmasına rağmen fermente muzdan daha düşük SPF değeri olduğu belirlendi. Bu durumda toplam fenolik bileşik miktarından çok ekstraktın içerdiği fenolik bileşik türünün anti-UVB aktivitesini belirlediği düşünülebilir (Tablo 1).   [caption id="attachment_143687" align="aligncenter" width="780"] Tablo 1: Fermente bitki ekstraktlarının UVB’ye karşı fotokoruyucu aktiviteleri 290 ile 320 nm arasındaki dalga
boylarında 5 nm aralıklarla spektrofotometrik yöntemle ölçülmüş ve Mansur denklemi ile hesaplanmıştır [15].[/caption]Sonuçlarımız, bazı fermente edilmiş ekstraktlarının fermente edilmemiş bitki ekstraktlarına kıyasla yüksek fenolik bileşik sergilediğini ortaya koydu. Ayrıca fermentasyon sonrası UVB koruyucu aktivitelerinde artış tespit edildi. UVB koruyucu aktivite ile fenolik bileşik miktarı arasında bir korelasyon olabileceği düşünülmektedir. Aynı zamanda fenolik bileşik türünün anti-UVB aktivitesinde önemli rol oynayabileceği düşünülmektedir. UVB önleyici aktivite gösteren fermente bitki ekstraktları ve bunların karışımlarının, potansiyel UVB filtreleri olarak güneşten koruyucu formülasyonlarda kullanılabileceği değerlendirildi. Fermente bitki ekstraktlarının çeşitli potansiyel biyoaktivitelerinin değerlendirilmesinin şampuan, sabun, krem ve serum gibi fonksiyonel ürünlerin geliştirilmesine katkıda bulunacağı tahmin edilmektedir.     Kaynaklar [1] Ortega, P. A., Guzmán, M. E., Vera, L. R., Velázquez, J. A., and Abuín, E. B. (2000). Dihydroeuparin as sunscreen. Boletín de la Sociedad Chilena de Química, 45(4), 629-636. [2] BS Sivamaruthi, C Chaiyasut, P Kesika. (2018). Cosmeceutical importance of fermented plant extracts: A short review. Int. J. Appl. Pharm, 10, 31-34. [3] Park, J. J., An, J., Lee, J. D., Kim, H. Y., Im, J. E., Lee, E., Ha, J., Cho, C. H., Seo, D. and Kim, K. B. (2020). Effects of anti-wrinkle and skin-whitening fermented black ginseng on human subjects and underlying mechanism of action. Journal of Toxicology and Environmental Health, Part A, 83(11-12), 470-484. [4] Khang, D. T., Tien, L. T. T., Men, T. T., and Thuy, N. P. (2021). Potential of Fermented Fruit Peel Liquid in Cosmetics as a Skin Care Agent. Cosmetics, 8(2), 33. [5] Punyoyai, C., Sirilun, S., Chantawannakul, P., and Chaiyana, W. (2018). Development of Antidandruff Shampoo from the Fermented Product of Ocimum sanctum Linn. Cosmetics, 5(3), 43. [6] Ribeiro, F. M., Volpato, H., Lazarin-Bidoia, D., Desoti, V. C., de Souza, R. O., Fonseca, M. J., Ueda-Nakamura T., Nakamura C.V. and de Oliveira Silva, S. (2018). The extended production of UV-induced reactive oxygen species in L929 fibroblasts is attenuated by posttreatment with Arrabidaea chica through scavenging mechanisms. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 178, 175-181. [7] Cefali, L. C., Ataide, J. A., Moriel, P., Foglio, M. A., and Mazzola, P. G. (2016). Plant-based active photoprotectants for sunscreens. International journal of cosmetic science, 38(4), 346-353. [8] Feng, Y., Zhang, M., Mujumdar, A. S., and Gao, Z. (2017). Recent research process of fermented plant extract: A review. Trends in Food Science & Technology, 65, 40-48. [9] Diaz Napal, G. N., Defagó, M. T., Valladares, G. R., and Palacios, S. M. (2010). Response of Epilachna paenulata to two flavonoids, pinocembrin and quercetin, in a comparative study. Journal of chemical ecology, 36(8), 898-904. [10] Kennedy, D. O. and Wightman, E. L. (2011). Herbal extracts and phytochemicals: plant secondary metabolites and the enhancement of human brain function. Advances in Nutrition, 2(1), 32-50. [11] Liu, J. G., Hou, C. W., Lee, S. Y., Chuang, Y., and Lin, C. C. (2011). Antioxidant effects and UVB protective activity of Spirulina (Arthrospira platensis) products fermented with lactic acid bacteria. Process biochemistry, 46(7), 1405-1410. [12] Martins, S., Mussatto, S. I., Martínez-Avila, G., Montañez-Saenz, J., Aguilar, C. N., and Teixeira, J. A. (2011). Bioactive phenolic compounds: Production and extraction by solid-state fermentation. A review. Biotechnology advances, 29(3), 365-373. [13] Schäpper, D., Alam, M. N. H. Z., Szita, N., Eliasson Lantz, A., and Gernaey, K. V. (2009). Application of microbioreactors in fermentation process development: a review. Analytical and bioanalytical chemistry, 395(3), 679-695. [14] Schofield, P., Mbugua, D. M., and Pell, A. N. (2001). Analysis of condensed tannins: a review. Animal feed science and technology, 91(1-2), 21-40. [15] Sayre, R. M., Agin, P. P., LeVee, G. J., and Marlowe, E. (1979). A comparison of in vivo and in vitro testing of sunscreening formulas. Photochemistry and Photobiology, 29(3), 559-566. [16] Dutra, E. A., Kedor-Hackmann, E. R. M., and Santoro, M. I. R. M. (2004). Revista Brasileira de Ciências Farmacêuticas, 40(3), 381-385.     Haluk Çelik Ar-Ge Mühendisi Akten Cosmetics   Damla Gül Ürün Geliştirme ve Aplikasyon Uzmanı Akten Cosmetics   Sinem Asılı Ar-Ge ve Kalite Müdürü Akten Cosmetics