Valorization of Aloe vera leaf rind extracts through partition studies and the development of a cosmetic formulation

Mestrado em Engenharia Quimica IPB-ESTGAloe vera (Aloe barbadensis Mill.) is a succulent xerophytic medicinal plant that has assumed, in the last decades, great importance in the industrial sector due to its bioactive properties, which is why it is used in the development of cosmeceuticals, functional foods and food supplements. In this work, the focus is on the green rind of the Aloe vera leaf, which is usually considered a waste part of the plant. The main objectives were to obtain the partition coefficients of the main anthrones and chromones present in the extracts to support the design of fractionation processes using centrifugal partition chromatography (CPC), to develop a semi-solid formulation for topical use containing glycerol (G), propylene glycol (PG) and water (W) extracts, and characterize the bioactive properties and shelf stability of the final formulation. The chemical characterization of aloesin-rich extracts showed that the highest content of phenolic compounds was detected in W extract and the most abundant compounds were aloeresin B and aloin A. The G extract presented the best DPPH radical scavenging activity followed by W and PG extracts. The G and W extracts were the most stable when exposed to UVA and UVB radiation at different tested skin pH (3-6). Also, the three extracts had a MIC = 5 mg/mL against the bacterial pathogen of the skin Enterococcus faecalis, which can be beneficial for application in the cosmeceutical field. Antibacterial results showed that the PG extract presented broad spectrum antibacterial activity against Gram-positive and Gram-negative bacteria. PG and G extracts also presented anti-inflammatory activity. After incorporation of the extracts in a base cream, the final formulations presented higher antioxidant activity compared to the base cream (control). The antioxidant activity was evaluated at different storage condition along time and the results showed that the extracts retained its functionality (antioxidant capacity) after being incorporated in the base cream. The colour and pH analysis showed that the final formulations had good physicochemical stability when stored during 14 days at different temperatures. Finally, regarding the partition coefficients studies of the main anthrones and chromones present in the extracts, depending on the target compounds, very promising results were obtained using binary or ternary mixtures of the biphasic system water + butan-1-ol + ethyl acetate.A Aloe vera (Aloe barbadensis Mill.) é uma planta medicinal xerofítica suculenta que tem assumido, nas últimas décadas, grande importância no setor industrial devido às suas propriedades bioativas, razão pela qual é utilizada no desenvolvimento de cosmecêuticos, alimentos funcionais e suplemento alimentares. Neste trabalho, o foco está na casca verde da folha de Aloe vera, que normalmente é considerada um resíduo da planta. Os principais objetivos foram obter os coeficientes de partição das principais antronas e cromonas presentes nos extratos para suportar o projeto de processos de fracionamento por cromatografia de partição centrífuga, desenvolver uma formulação semissólida para aplicação tópica contendo extratos de glicerol (G), propileno glicol (PG) e água (W), e caracterizar as propriedades bioativas e a estabilidade da formulação final. A caracterização química dos extratos ricos em aloesina mostrou que o maior teor de compostos fenólicos foi detetado no extrato W e os compostos mais abundantes foram aloeresina B e aloína A. O extrato G apresentou a melhor atividade sequestradora de radicais DPPH, seguido pelos extratos W e PG. Os extratos G e W foram os mais estáveis quando expostos à radiação UVA e UVB nos diferentes pH de pele testados (3-6). Além disso, os três extratos apresentaram CIM = 5 mg/mL contra o patógeno bacteriano da pele Enterococcus faecalis, o que poderá ser benéfico para aplicação na área cosmecêutica. Os resultados antibacterianos mostraram que o extrato de PG apresentou atividade antibacteriana de largo espectro contra bactérias Gram-positivas e Gram-negativas. Os extratos de PG e G também apresentaram atividade anti-inflamatória. Após incorporação dos extratos no creme base, as formulações finais apresentaram maior atividade antioxidante em relação ao creme base (controlo). A atividade antioxidante foi avaliada em diferentes condições de armazenamento ao longo do tempo e os resultados mostraram que os extratos retiveram a sua funcionalidade (capacidade antioxidante) após incorporação no creme base. As análises de cor e pH mostraram que as formulações finais apresentaram boa estabilidade físico-química quando armazenadas por 14 dias a diferentes temperaturas. Finalmente, em relação aos estudos dos coeficientes de partição das principais antronas e cromonas presentes nos extratos, obtiveram-se resultados muito promissores utilizando misturas binárias ou ternárias do sistema bifásico água + butan-1-ol + acetato de etilo, em função dos compostos alvo