Publication
Sustainable postbiotics for cosmetic and skincare applications
| datacite.subject.fos | Ciências Médicas::Biotecnologia Médica | pt_PT |
| dc.contributor.advisor | Madureira, Ana Raquel Mendes Ferreira Monteiro | |
| dc.contributor.advisor | Amaro, Ana | |
| dc.contributor.advisor | Pintado, Maria Manuela Estevez | |
| dc.contributor.author | Duarte, Marco Filipe Pinto | |
| dc.date.accessioned | 2023-03-13T17:59:04Z | |
| dc.date.available | 2023-03-13T17:59:04Z | |
| dc.date.issued | 2022-10-03 | |
| dc.date.submitted | 2022-08 | |
| dc.description.abstract | Skin is the largest human organ and performs vital functions such as protection, water and electrolytes preservation, thermoregulation and fat storage. Skin maintenance and preservation such as cleaning, protection and alteration is carried out with cosmetic products. In the development of new cosmetic products, the use of postbiotics has been suggested, a new class of molecules derived from probiotics, defined as a “preparation of inanimate microorganisms and/or their components that confers a health benefit on the host”. They can be produced by fermentation, using culture media with glucose as the carbon source, and lactic acid bacteria of the genus Lactobacillus, and/or yeasts, mainly Saccharomyces cerevisiae as fermentative microorganisms. Postbiotics comprise different metabolites, and have important biological properties (antioxidant, anti-inflammatory, etc), which is why their use in cosmetics should be considered. During this work, the production of postbiotics was carried out by fermentation with sugarcane straw and bagasse, as a source of carbon and other active compounds, and as a more sustainable and promising process to obtain more bioactive extracts at the end. For this, the saccharification process of these biomasses was carried out, testing the use of enzymes (Celluclast and Shearzyme Plus), the type of substrate (straw or bagasse) and the duration of the process (24h and 48h). Fermentation was carried out sequentially (SQSF) after saccharification, or simultaneously with saccharification (SSF). The fermentative microorganisms tested were L. plantarum, L. fermentum and S. cerevisiae. The extracts produced (cells-free) were characterized regarding their composition, and main biological properties such as antioxidant and antimicrobial. The most promising extract was also characterized for its cytotoxicity, anti-inflammatory activity, cytokeratin 14/collagen I α1 production, and impact on skin microbiota ex vivo. The best extracts were obtained by performing fermentations in sequential mode (SQSF), with bagasse for 48h and straw for 72h, using L. plantarum and S. cerevisiae, respectively. Among these, the extract that showed the best results was the SQSF S. cerevisiae with straw fermented for 72h (SQSF ScStr 72h). Its use has been shown to be safe at concentrations below or equal to ~2% for keratinocytes and ~0.7% for fibroblasts. It showed antioxidant activity, with Ec50 of 1.88 mg.mL-1, and inhibited elastase and tyrosinase activities by 83.4% and 42.4%, respectively, at the maximum concentration tested (2%). In addition, it promoted the production of cytokeratin 14, and demonstrated anti-inflammatory activity at a concentration of 1%. Finally, in the skin microbiota of human volunteers, the extract inhibited the Cutibacterium acnes bacterium and the Malassezia fungal genus. In short, postbiotics were successfully produced using straw as substrate, and as source of carbon and phenolic compounds. These postbiotics showed bioactive properties that potentiate their use in the development of cosmetic and skincare products, such as the treatment of acne or other skin diseases, due to their anti-inflammatory and inhibitory effect on the bacteria responsible for acne, as well as on potentially colonizing fungi. | pt_PT |
| dc.description.abstract | A pele é o maior órgão humano e desempenha funções vitais como proteção, preservação de água e eletrólitos, termorregulação e armazenamento de gordura. A manutenção da pele como limpeza, proteção e alteração é realizada com produtos cosméticos. No desenvolvimento de novos produtos cosméticos, tem sido sugerido o uso de pós-bióticos, uma nova classe de moléculas derivadas dos probióticos, definidos como uma “preparação de microrganismos inanimados e/ou seus componentes que conferem benefícios à saúde do hospedeiro”. Podem ser produzidos por fermentação, utilizando meios de culturas com glucose como a fonte de carbono, e como microrganismos fermentativos, bactérias láticas do género Lactobacillus, e/ou leveduras, principalmente Saccharomyces cerevisiae. Os pós-bióticos compreendem diferentes metabolitos, e apresentam importantes propriedades biológicas (antioxidante, anti-inflamatória, entre outras), razão pela qual o seu uso em cosméticos deve ser considerado. Neste trabalho, a produção de pós-bióticos foi realizada por fermentação com a palha ou o bagaço de cana-de-açúcar, como fonte de carbono e compostos ativos e como processo mais sustentável e promissor na obtenção de extratos mais bioativos. Foi realizado o processo de sacarificação destas biomassas, tendo sido testado o uso de enzimas (Celluclast e Sherazyme Plus), o tipo de substrato (palha e bagaço) e a duração do processo (24h e 48h). A fermentação foi realizada de modo sequencial (SQSF) após a sacarificação, ou em simultâneo com a sacarificação (SSF). Os microrganismos fermentativos testados foram L. plantarum, L. fermentum e S. cerevisiae. Os extratos produzidos (sem células) foram caracterizados quanto à sua composição e principais propriedades biológicas como a antioxidante e antimicrobiana. O extrato mais promissor foi caracterizado quanto à sua citotoxicidade, atividade anti-inflamatória, produção de citoqueratina 14/colagénio I α1 e impacto na microbiota da pele ex vivo. Os melhores extratos foram obtidos realizando fermentações em modo sequencial (SQSF), com bagaço durante 48h e palha durante 72h, usando L. plantarum e S. cerevisiae, respetivamente. De entre estes, o extrato que apresentou os melhores resultados foi o SQSF S. cerevisiae de palha fermentado durante 72h (SQSF ScStr 72h). O seu uso demonstrou ser seguro em concentrações abaixo ou iguais a ~2% para queratinócitos e ~0,7% para fibroblastos. Apresentou atividade antioxidante, com Ec50 de 1,88 mg mL-1, e inibiu as atividades de elastase e tirosinase em 83,4% e 42,3%, respetivamente, à concentração máxima testada (2%). Para além disso, promoveu a produção de citoqueratina, e demonstrou atividade anti-inflamatória à concentração de 1%. Por fim, na microbiota da pele de voluntários humanos, o extrato inibiu a bactéria Cutibacterium acnes e o género de fungos Malassezia. Em suma, foram produzidos pós-bióticos, com sucesso, com palha como substrato, fonte de carbono e de compostos fenólicos. Estes pós-bióticos apresentaram propriedades bioativas que potenciam o seu uso no desenvolvimento de produtos cosméticos e de skincare como, por exemplo, o tratamento da acne ou outras doenças da pele, devido ao seu efeito anti-inflamatório e inibitório da bactéria responsável pela acne, bem como de fungos potencialmente colonizadores. | pt_PT |
| dc.identifier.tid | 203223241 | pt_PT |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.14/40553 | |
| dc.language.iso | eng | pt_PT |
| dc.subject | Skin | pt_PT |
| dc.subject | Cosmetics | pt_PT |
| dc.subject | Skincare | pt_PT |
| dc.subject | Postbiotics | pt_PT |
| dc.subject | Fermentation | pt_PT |
| dc.subject | Pele | pt_PT |
| dc.subject | Cosméticos | pt_PT |
| dc.subject | Tratamento de pele | pt_PT |
| dc.subject | Pós-bióticos | pt_PT |
| dc.subject | Fermentação | pt_PT |
| dc.title | Sustainable postbiotics for cosmetic and skincare applications | pt_PT |
| dc.type | master thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| rcaap.rights | openAccess | pt_PT |
| rcaap.type | masterThesis | pt_PT |
| thesis.degree.name | Mestrado em Engenharia Biomédica | pt_PT |