Extraction of bioactive compounds from the cork industry for the possible applications in the pharmaceutical, food and cosmetic industries

Abstract

Este estudo é motivado pela necessidade ambiental de minimizar os resíduos produzidos pelas grandes indústrias. O objetivo é reaproveitar esses subprodutos industriais em vários setores, incluindo farmacêutico, alimentar e cosmético. Numa primeira fase a matéria-prima, cortiça, foi caracterizada quimicamente. Em seguida, obteve-se um extrato de cortiça considerando diferentes condições, como tempo, temperatura e solventes (água e etanol). Este extrato foi submetido a uma caracterização físico química e biológica. O conteúdo fenólico dos extratos foi determinado pelo método Folin-Ciocalteu e a capacidade antioxidante foi avaliada pelos ensaios FRAP, DPPH e ABTS. O conteúdo fenólico total dos extratos variou de 11,81 ± 0,905 mg GAE/g amostra a 29,80 ± 2,694 mg GAE/g amostra, enquanto o teor de flavonóides entre 5,209 ± 0,049 mg CAT/g amostra e 36,96 ± 1,787 mg CAT/g amostra. Relativamente à capacidade antioxidante, obtiveram-se os valores mais elevados nas amostras Etanol 40%, 60 min e 80ºC nos três ensaios, com valores de 0,309 ± 0,023 mmol TEAC/g amostra,0,299 ± 0,029 mmol TEAC/g amostra e 0,307 ± 0,024 mmol TEAC/g amostra, para as metodologias do FRAP, DPPH e ABTS, respetivamente. Com foco principal na pele, o estudo da atividade de inibição enzimática da tirosinase e da elastase assume um papel importante. Os extratos apresentaram atividade anti tirosinase com percentagens de inibição entre 8,64% e 31,19% para os extratos de Água 60 min e Etanol 40% 60 min, respetivamente, tal sugere que estas amostras podem prevenir ou remover manchas na pele. Em relação à elastase, não se verificou inibição da enzima por parte de nenhum dos extratos analisados. Além disso, os extratos com as composições mais promissoras foram testados em linhagens celulares, HaCaT (queratinócitos humanos imortalizados), L929 (fibroblastos de ratinhos) e HEK (células renais embrionárias humanas). O ensaio celular demonstrou que os extratos podem aumentar a viabilidade celular nas amostras com menores concentrações de extrato. Nas células HaCaT os extratos foram aumentaram a atividade metabólica para 155,5 ± 7,049% de atividade metabólica %/controlo, nas células L929 os extratos aumentaram a viabilidade celular até 197,6 ± 21,23% de atividade metabólica %/controlo e, finalmente, para as células HEK a viabilidade celular atingiu 159,8 ± 17,29% de atividade metabólica %/controlo. Os resultados sugerem que os subprodutos da indústria da cortiça têm potencial como fonte de compostos bioativos, especialmente para a indústria farmacêutica. Esta abordagem alinha-se com a crescente procura social por recursos naturais em produtos relacionados com a pele.

This study is primarily motivated by the increasing environmental necessity to minimize waste produced by major industries. The aim is to repurpose these industrial by-products in multiple sectors, including pharmaceuticals, food, and cosmetics. As a first step the raw material, cork, was chemically characterized. Following this, a cork extract was obtained under various conditions, considering factors like time, temperature, and solvents (water and ethanol). This cork extract was then subjected to physical-chemical and biological characterization. The phenolic content in each cork extract was determined by the Folin-Ciocalteu method and the antioxidant capacity was evaluated by the FRAP, DPPH and ABTS assays. The extracts total phenolic content ranged from 11.81 ± 0.905 mg GAE/g sample to 29.80 ± 2.694 mg GAE/g sample, while the flavonoids content stayed between 5.209 ± 0.049 mg CAT/g sample and 36.96 ± 1.787 mg CAT/g sample. The antioxidant activity had the higher values on the Ethanol 40%, 60 min and 80ºC samples in all three assays with 0.309 ± 0.023 mmol TEAC/g sample, 0.299 ± 0.029 mmol TEAC/g sample and 0.307 ± 0.024 mmol TEAC/g sample for FRAP, DPPH and ABTS assays, respectively. Setting our focus on the skin, the study of enzyme inhibition activity for tyrosinase and elastase pose as an important role. The extracts showed an anti-tyrosinase activity with percentages between 8.64% and 31.19% for the extracts water 60 min and ethanol 40% 60 min, respectively, which suggests that these samples can prevent or remove skin blemishes. Regarding elastase, no extract was able to inhibit the enzyme. Furthermore, the extracts with the most promising compositions were tested on various cell lines, including HaCaT (human immortalized keratinocytes), L929 (mouse fibroblasts), and HEK (human embryonic kidney cells). The cellular assay demonstrated that the extracts, can increase cell viability, especially the samples with lower extract concentrations. On HaCaT cells, the extracts were able to increase the metabolic activity to 155.5 ± 7.049% metabolic activity %/control, on L929 cells the extracts increased the cells viability up to 197.6 ± 21.23% metabolic activity %/control and, finally, for the HEK cells the cells viability reached 159.8 ± 17.29% metabolic activity %/control. The results suggest that subproducts from the cork industry hold potential as a source of bioactive compounds, especially for the pharmaceutical industry. This approach aligns with the growing societal demand for natural resources in skin-related products.