Estrazione, caratterizzazione chimica e valorizzazione di H. italicum, H. stoechas e funghi medicinali per applicazioni cosmetiche e nutraceutiche

This Ph.D. project, in agreement with Valpharma International S.p.A., is aimed at obtaining high-quality extracts and biomolecules from medicinal mushrooms and officinal herbs from the Marecchia Valley, through the use of high-tech, high sustainable and low environmental impact processes. Among the plants wild growing in the Marecchia Valley (RN), Helichrysum italicum was selected as the object of this study, as in recent years the potential of this species has emerged. In addition, a second species belonging to this genus, Helichrysum stoechas, was chosen to be investigated with the aim of getting a comparison with H. italicum, as well as for expanding knowledge about this species, for which there a limited scientific literature is available. As regards for medicinal mushrooms, three species were selected: Pleurotus eryngii, Pleurotus ostreatus and Ganoderma lucidum, and their polyphenol and beta-glucan contents evaluated. Several extracts were made for each species, using solvent extraction methods. The phytochemical profile and antioxidant activity of these extracts have been examined qualitatively and quantitatively by applying various methods, namely HPLC, PCL, and the Folin-Ciocâlteau, FRAP, and DPPH assays. The results showed that the extracts with higher antioxidant activity were the glyceric, glycolic, and 1,3-propanediol extracts. These analyses were also conducted on commercial extracts of H. italicum and G. lucidum in order to compare their featuring with the respective extracts obtained in the laboratory; the latter were shown to have higher antioxidant activity than the respective commercial extracts. As for the genus Helichrysum, extracts based on H. italicum have higher antioxidant power than those of H. stoechas. Following the systematic study of the extracts, the volatile portion of H. italicum and H. stoechas was characterized. The essential oils, obtained by a hydrodistillation process, were injected into GC-MS to obtain qualitative and quantitative data on their phytochemical composition. By collaborating with different research groups it has been possible to enhance the Marecchia's helichrysum: several analyses (XRF, EA-IRMS, ICP-QQQ-MS) were conducted, allowing to deepen the knowledge and differences between native and commercial helichrysum. In particular, the geochemical and isotopic characterization of soils and flowering tops of H. italicum from 7 localities within the Valmarecchia area was conducted, and the genetic variability of 12 helichrysum samples from different origins was evaluated using ISSR (Inter Simple Sequence Repeats) markers. Finally, the project was aimed at evaluating the possible cosmetic application of some of the botanical extracts obtained from H. italicum, H. stoechas and G. lucidum. Noting the growing consumer interest in natural and environmentally sustainable cosmetic products, there is an increasingly research for raw materials of plant origin that allow eco-friendly cosmetic ingredients to be included in natural and environmentally sustainable cosmetics. Therefore, to provide a practical example for a possible cosmetic application of the obtained extracts, O/W emulsions characterized with the extracts that showed higher antioxidant activity were formulated. The emulsions were then subjected to a three-month stability study and PCL analysis to assess the antioxidant stability of the extracts within the cosmetic formulation over time.

Il presente progetto di dottorato di ricerca, in convenzione con Valpharma International S.p.A., è finalizzato all’ottenimento di estratti e biomolecole di elevata qualità, a partire da funghi medicinali ed erbe officinali marecchiesi, mediante l’utilizzo di processi ad alto livello tecnologico, elevata sostenibilità e ridotto impatto ambientale. Tra le piante che crescono spontaneamente in Valmarecchia (RN), Helichrysum italicum è stato selezionato come oggetto di studio, in quanto negli ultimi anni è emerso il potenziale delle specie appartenenti al genere Helichrysum. Inoltre, è stato scelto di indagare una seconda specie appartenente a questo genere, Helichrysum stoechas, in modo da avere un elemento di confronto rispetto ad H. italicum, ma anche per ampliare la conoscenza su questa specie, di cui vi è scarsa letteratura scientifica. Per quanto riguarda i funghi medicinali, sono state selezionate tre specie: Pleurotus eryngii, Pleurotus ostreatus e Ganoderma lucidum, delle quali è stato valutato il contenuto in polifenoli e in beta-glucani. Per ogni specie sono stati realizzati diversi estratti, utilizzando metodiche di estrazione con solvente. Il profilo fitochimico e l’attività antiossidante degli estratti ottenuti sono stati studiati in termini qualitativi e quantitativi mediante l’applicazione di varie metodiche, ovvero HPLC, PCL e i saggi di Folin-Ciocâlteau, FRAP e DPPH. Dai risultati è emerso che gli estratti con una maggiore attività antiossidante sono gli estratti glicerico, glicolico e con 1,3-propanediolo. Tali analisi sono state condotte anche su estratti commerciali di H. italicum e G. lucidum, con il fine di confrontarne le proprietà con i rispettivi estratti ottenuti in laboratorio; questi ultimi hanno dimostrato di avere un’attività antiossidante superiore ai rispettivi estratti commerciali. Per quanto riguarda il genere Helichrysum, gli estratti a base di H. italicum sono caratterizzati da un maggiore potere antiossidante rispetto a quelli di H. stoechas. Successivamente allo studio sistematico degli estratti, è stata caratterizzata la porzione volatile di H. italicum ed H. stoechas. Gli oli essenziali, ottenuti mediante un processo di idrodistillazione, sono stati iniettati in GC-MS per ottenere dati qualitativi e quantitativi sulla loro composizione fitochimica. La collaborazione con diversi gruppi di ricerca ha reso possibile la valorizzazione dell’elicriso marecchiese: sono state condotte numerose analisi (XRF, EA-IRMS, ICP-QQQ-MS), che consentissero di approfondire le conoscenze e le differenze tra l’elicriso autoctono e quello commerciale. In particolare, è stata condotta la caratterizzazione geochimica ed isotopica dei suoli e delle sommità fiorite di H. italicum proveniente da 7 località comprese nel territorio della Valmarecchia ed è stata effettuata la valutazione della variabilità genetica di 12 campioni di elicriso di diversa provenienza, mediante l’utilizzo di marcatori ISSR (Inter Simple Sequence Repeats). Infine, il progetto è stato finalizzato a valutare la possibile applicazione cosmetica di alcuni degli estratti botanici ottenuti a partire da H. italicum, H. stoechas e G. lucidum. Constatato il crescente interesse dei consumatori verso i prodotti cosmetici naturali ed ecosostenibili, è in atto un’intensa ricerca di materie prime di origine vegetale che permettano di ottenere ingredienti cosmetici eco-friendly da inserire all’interno di cosmetici naturali ed ecosostenibili. Per questo motivo, per fornire un esempio pratico di una possibile applicazione cosmetica degli estratti ottenuti, sono state formulate delle emulsioni O/A caratterizzate con gli estratti che hanno mostrato una maggiore attività antiossidante. Le emulsioni sono state poi sottoposte ad uno studio di stabilità della durata di tre mesi e all’analisi PCL per valutare la stabilità antiossidante degli estratti all’interno della formulazione cosmetica nel tempo.