Extraction and characterization of chemicals from vegetal matrices and assessment of their properties for nutraceutical and cosmetic applications

Present days lifestyles increase the number of free radicals in our body and predispose people to oxidative stress, responsible for the development of several diseases as well as aging. The need for inhibitors of oxidative processes has become essential. Plant-derived antioxidant compounds are preferred. Hibiscus sabdariffa L. belongs to the Malvaceae family. Its calyces contain anthocyanins, responsible for the antioxidant activity reported for the extracts. Moringa oleifera Lam. belongs to the Moringaceae family. Its antioxidant properties are mainly attributed to its phenolic compounds and, recently, to its isothiocyanates, deriving from the enzymatic hydrolysis of glucosinolates. Both the plants are source of oils with an interesting composition in antioxidant compounds. This research work was divided into three lines: The first line focused on H. sabdariffa calyces. It was performed the selection of a variety of calyces rich in anthocyanins. It was optimized an extraction method suitable for the recovery of anthocyanins in high yield but transferable on large scale, too. It were tried different procedures to obtain an extract enriched in anthocyanins using polyvinylpolypyrrolidone. The second line was devoted to M. oleifera tissues. This comparative study concerns plant material grown in Paraguay and therefore extends the information available on the chemical composition of M. oleifera plants cultivated in different areas of the world. As far as we know, this is the first study about the characterization of both direct and indirect antioxidant compounds in different tissues of M. oleifera. Branches and the patented matrix “EDYNEA” are investigated besides seeds and leaves. In the first part of the study, it was compared the total phenolic content (TPC), the direct total antioxidant capacity (TAC) and the glucomoringin content (GMG) of aqueous extracts of different tissues of M. oleifera. Two different drying treatments (freeze-drying and oven drying, 40°C) were performed on the samples before extraction, to verify their influence on the chemical composition of the final extracts. The study was continued with the selection of an extraction condition able to maintain a high extraction yield of TPC and suitable for the conversion of GMG into its bioactive isothiocyanate (GMG-ITC) inside the extracts that were obtained from the tissues selected in the first part of the study because of their richness in GMG or TPC. A further objective was the determination of GMG, GMG-ITC, TPC and TAC in the extracts. In the applied extraction conditions, the branches (that have a lower TPC and TAC than leaves) could bring to an extract with an equal TPC but a higher TAC than the extract of leaves, becoming a valid alternative to leaves in the preparation of extracts rich in antioxidant compounds. The matrix “EDYNEA” showed to be an interesting alternative to leaves for the preparation of extracts richer in GMG-ITC. The third project was dedicated to oilseeds and oily extracts. The perspective was the production of an oily extract enriched in antioxidant compounds, with a higher TAC than the pure oil. It was decided to use M. oleifera oil and H. sabdariffa oils for the preparation of the extracts together with two commonly used oils in the preparation of cosmetics and for human consumption (refined olive oil and sunflower oil). The oil of H. sabdariffa was selected between different varieties of H. sabdariffa oils. The oleolites were prepared by ultrasonic extraction. The main classes of antioxidant compounds were determined as well as the TAC. The production of an oily extract higher in antioxidant components has not lead to a better TAC compared to the pure oil, at least in the extraction conditions used. Among the oils, the more active was the one extracted from the selected variety of H. sabdariffa seeds.

Gli stili di vita attuali causano un aumento del numero di radicali liberi nel nostro corpo e predispongono le persone allo stress ossidativo, responsabile dello sviluppo di diverse patologie e dell'invecchiamento. La necessità di inibitori dei processi ossidativi è diventata essenziale. Si preferiscono i composti antiossidanti derivati da piante. L’Hibiscus sabdariffa L. appartiene alla famiglia delle Malvaceae. I suoi calici contengono antocianine, responsabili dell'attività antiossidante riportata per gli estratti. La Moringa oleifera Lam. appartiene alla famiglia delle Moringaceae. Le sue proprietà antiossidanti sono principalmente attribuite ai suoi composti fenolici e, recentemente, ai suoi isotiocianati, derivanti dall'idrolisi enzimatica dei glucosinolati. Entrambe le piante sono fonte di oli con una composizione interessante in composti antiossidanti. Questo lavoro di ricerca è diviso in tre linee: la prima linea è incentrata sui calici di H. sabdariffa. È stata eseguita la selezione di una varietà di calici ricchi di antocianine. È stato ottimizzato un metodo di estrazione adatto al recupero di antocianine ad alto rendimento ma trasferibile anche su larga scala. Sono state provate diverse procedure per ottenere un estratto arricchito in antocianine usando il polivinilpolipirrolidone. La seconda linea è dedicata ai tessuti di M. oleifera. Questo studio comparativo riguarda il materiale vegetale coltivato in Paraguay e quindi amplia le informazioni disponibili sulla composizione chimica delle piante di M. oleifera coltivate in diverse aree del mondo. Per quanto ne sappiamo, questo è il primo studio sulla caratterizzazione di composti antiossidanti diretti e indiretti in diversi tessuti di M. oleifera. I rami e la matrice brevettata "EDYNEA" sono stati studiati oltre a semi e foglie. Nella prima parte dello studio, è stato confrontato il contenuto fenolico totale (TPC), la capacità antiossidante totale diretta (TAC) e il contenuto di glucomoringina (GMG) di estratti acquosi di diversi tessuti di M. oleifera. Due diversi trattamenti di essiccazione (liofilizzazione e asciugatura in forno, 40 ° C) sono stati eseguiti sui campioni prima dell'estrazione, per verificarne l'influenza sulla composizione chimica degli estratti finali. Lo studio è proseguito con la selezione di una condizione di estrazione in grado di mantenere un alto rendimento di estrazione di TPC e adatta per la conversione di GMG nel suo isotiocianato bioattivo (GMG-ITC) all'interno degli estratti che sono stati ottenuti dai tessuti selezionati nella prima parte dello studio per la loro ricchezza in GMG o TPC. Un ulteriore obiettivo è la determinazione di GMG, GMG-ITC, TPC e TAC negli estratti. Nelle condizioni di estrazione applicate, i rami (che hanno un TPC e TAC inferiori rispetto alle foglie) portano a un estratto con un TPC uguale ma un TAC superiore rispetto all'estratto di foglie, diventando una valida alternativa alle foglie nella preparazione di estratti ricchi in composti antiossidanti. La matrice "EDYNEA" si è rivelata un'alternativa interessante alle foglie per la preparazione di estratti più ricchi in GMG-ITC. Il terzo progetto è dedicato ai semi oleosi e agli estratti oleosi. L’obiettivo è la produzione di un estratto oleoso arricchito in composti antiossidanti, con un TAC superiore rispetto all'olio puro. Si è deciso di utilizzare l'olio di M. oleifera e gli oli di H. sabdariffa per la preparazione degli estratti insieme a due oli comunemente usati nella preparazione di cosmetici e per il consumo umano (olio di oliva raffinato e olio di girasole). L'olio di H. sabdariffa è stato selezionato tra diverse varietà di oli di H. sabdariffa. Gli oleoliti sono stati preparati mediante estrazione a ultrasuoni. Le principali classi di composti antiossidanti sono state caratterizzate così come il TAC. La produzione di un estratto oleoso più ricco in componenti antiossidanti non ha portato a un TAC migliore rispetto all'olio puro, almeno nelle condizioni di estrazione utilizzate. Tra gli olii, il più attivo è quello estratto dalla varietà selezionata di semi di H. sabdariffa.