Perfilado químico de extractos de subproductos de Passifloras comerciales y propuesta preliminar de una formulación con actividad fotoprotectora

Abstract

Las plantas del género Passiflora se cultivan ampliamente en Colombia, destacándose entre las especies más conocidas la granadilla (P. ligularis), el maracuyá (P. edulis var. flavicarpa), la gulupa (P. edulis var. edulis), la badea (P. quadrangularis), la cholupa (P. maliformis) y las curubas (P. tarminiana × P. tripartita). Estas especies son principalmente utilizadas en la industria alimentaria, generando como subproductos hojas, pericarpios y semillas, los cuales presentan un bajo nivel de aprovechamiento a pesar de su potencial como fuentes de compuestos bioactivos. En este contexto, la presente tesis tuvo como objetivo estudiar el perfil químico y la actividad fotoprotectora de subproductos derivados del sistema de producción de diversas Passifloras cultivadas en Colombia, con miras a la inclusión de uno de ellos en una formulación cosmética preliminar. Para ello, se abordó el perfilado químico y la evaluación de la capacidad fotoprotectora de extractos polares obtenidos a partir de dichas especies, seleccionando posteriormente el extracto con mayor potencial como ingrediente fotoprotector. Este extracto fue sometido a un proceso de optimización y evaluación bajo condiciones de estrés. Finalmente, se formuló un prototipo de cosmético fotoprotector que incorporó dicho extracto como uno de sus activos. A continuación, se amplían cada uno de estos resultados. El análisis químico de los extractos de los subproductos del cultivo de las Passifloras permitió la detección de 52 compuestos en las fracciones butanólicas (FB) de hojas y pericarpios, identificándose 31 flavonoides y 16 saponinas (estas últimas únicamente en las FB de hojas). Por su parte, en los extractos hidroetanólicos (EH) de semillas se identificaron 22 compuestos, siendo los estilbenos (como piceatanol y resveratrol) los más abundantes (Texto tomado de la fuente). La evaluación inicial de la actividad fotoprotectora permitió preseleccionar los 10 con mayor factor de protección solar (FPS), destacándose las FB de hojas (P. edulis var. flavicarpa, P. tarminiana x P. tripartita, P. maliformis, P. edulis var. edulis), los EH de semillas (P. ligularis, P. edulis var. edulis, P. edulis var. flavicarpa, P. quadrangularis, P. maliformis) y las FB de pericarpios (P. edulis var. flavicarpa). Con el fin de priorizar alguno de estos extractos, se usó la matriz del proceso de análisis jerárquico (AHP, por sus siglas en inglés), evaluando los extractos preseleccionados con los siguientes siete criterios, relevantes para la selección de ingredientes fotoprotectores: rendimiento, disponibilidad del material vegetal, antecedentes científicos, capacidad de protección UVB y UVA, perfil químico y grado de innovación. Este análisis permitió priorizar el EH de semillas de P. maliformis como el extracto con mayor potencial para el desarrollo de un fotoprotector. Una vez seleccionado el extracto hidroetanólico de semillas de P. maliformis, se procedió a optimizar la metodología de extracción, usando los parámetros de temperatura, composición de la mezcla etanol;agua y tiempo, y mediante la metodología de superficie de respuesta. Las condiciones óptimas encontradas fueron un porcentaje de etanol del 65%, una temperatura de 62,7 °C y un tiempo de 42 minutos. Bajo estas condiciones, se obtuvo un extracto con una concentración efectiva total (CET) diez veces mayor y un FPS 3,8 veces superior al extracto inicial. La validación in vitro de la actividad fotoprotectora del extracto optimizado se realizó sobre queratinocitos humanos inmortalizados (línea HaCaT), confirmando su eficacia. Asimismo, su estabilidad fue evaluada bajo diversas condiciones de estrés, evidenciándose alta resistencia frente a hidrólisis neutra, peroxidación y fotólisis. Sin embargo, se observó una degradación significativa en condiciones de hidrólisis ácida y básica, clasificando al extracto como lábil y extremadamente lábil, respectivamente. Finalmente, se desarrolló y caracterizó un prototipo de formulación tipo emulgel que incorporó tanto el extracto seleccionado como filtros solares aprobados por los entes reguladores. La formulación, basada en Aristoflex® AVS, sin dióxido de titanio y con un 0,5% de extracto, mostró una buena estabilidad físico-química bajo condiciones de estrés, con mejores resultados a los obtenidos en el diseño experimental exploratorio evaluado. Además, presentó un comportamiento reológico pseudoplástico, firmeza adecuada y propiedades texturales favorables para su aplicación cosmética.

Plants of the genus Passiflora are widely cultivated in Colombia, with some of the most well-known species including granadilla (P. ligularis), passion fruit (P. edulis var. flavicarpa), purple passion fruit (P. edulis var. edulis), giant granadilla (P. quadrangularis), sweet calabash (P. maliformis), and banana passion fruit (P. tarminiana × P. tripartita). These species are primarily used in the food industry, generating by-products such as leaves, pericarps, and seeds, which remain largely underutilized despite their potential as sources of bioactive compounds. In this context, the present thesis aimed to study the chemical profile and photoprotective activity of by-products derived from the production system of various Passiflora species cultivated in Colombia, with the goal of incorporating one of them into a preliminary cosmetic formulation. To achieve this, chemical profiling and assessment of the photoprotective capacity of polar extracts from these species were conducted. The extract showing the highest potential as a photoprotective ingredient was selected and subsequently subjected to optimization and evaluation under stress conditions. Finally, a prototype photoprotective cosmetic formulation incorporating this extract as one of its active ingredients was developed. The following sections detail each of these findings. Chemical analysis of the extracts from Passiflora cultivation by-products led to the detection of 52 compounds in the butanolic fractions (BF) of leaves and pericarps, including 31 flavonoids and 16 saponins (the latter found only in leaf BF). In turn, 22 compounds were identified in the hydroethanolic extracts (HE) of seeds, with stilbenes—such as piceatannol and resveratrol—being the most abundant. An initial evaluation of photoprotective activity enabled the preselection of the ten extracts with the highest sun protection factor (SPF), highlighting the BF of leaves (P. edulis var. flavicarpa, P. tarminiana x P. tripartita, P. maliformis, P. edulis var. edulis), the HE of seeds (P. ligularis, P. edulis var. edulis, P. edulis var. flavicarpa, P. quadrangularis, P. maliformis) and the BF of pericarps (P. edulis var. flavicarpa). To prioritize among these, the Analytic Hierarchy Process (AHP) was employed, assessing the preselected extracts based on seven criteria relevant for selecting photoprotective ingredients: yield, availability of plant material, scientific background, UVB and UVA protection capacity, chemical profile, and degree of innovation. This analysis prioritized the HE of P. maliformis seeds as the extract with the highest potential for photoprotector development. Once the hydroethanolic extract of P. maliformis seeds was selected, the extraction methodology was optimized using temperature, ethanol:water ratio, and time as parameters, applying response surface methodology. The optimal conditions identified were 65% ethanol, a temperature of 62.7 °C, and a duration of 42 minutes. Under these conditions, an extract with a total effective concentration (TEC) ten times higher and an SPF 3.8 times greater than the initial extract was obtained. The in vitro validation of the photoprotective activity of the optimized extract was performed on immortalized human keratinocytes (HaCaT cell line), confirming its efficacy. In addition, its stability was assessed under various stress conditions, demonstrating high resistance to neutral hydrolysis, peroxidation, and photolysis. However, significant degradation was observed under acidic and basic hydrolysis conditions, classifying the extract as labile and extremely labile, respectively. Finally, a prototype emulgel formulation was developed and characterized, incorporating both the selected extract and chemical UV filters. The formulation, based on Aristoflex® AVS, free of titanium dioxide, and containing 0.5% extract, showed good physicochemical stability under stress conditions, achiving better results than those obtained in the exploratory experimental design evaluated. Moreover, it exhibited pseudoplastic rheological behavior, appropriate firmness, and favorable textural properties for cosmetic application.