《Cosmetics》：Cosmetic Efficacy and Sustainability of Beer and Brewing By-Products in Skin Care: A Formulation-Driven In Vitro and In Vivo Evaluation
Ela Hoti,
Camilla Elena Di Bella,
Sabina Hoti,
Dolores Vargas Peregrina,
Maria Giovanna Sabbieti,
Dimitrios Agas,
Piera Di Martino,
Susi Zara and
Maria Rosa Gigliobianco
编辑推荐：
本综述系统评估了利用啤酒（Bionda Triplo Malto）、麦芽汁（wort）及酿造副产物（酒花hops、酵母yeast、酒糟spent grain）水提取物开发油包水（O/W）乳膏的可行性。研究表明，将提取物（20%， w/w）配伍成乳膏可显著提升其在人真皮成纤维细胞（BJ-5ta）中的代谢活性与抗氧化能力（TAC），克服了游离提取物的浓度依赖型细胞毒性。制剂表现出良好的物化稳定性（pH ~5.7–6.2，粘度~5000 mPa·s）并通过了ISO 11930:2012挑战测试。一项为期30天、包含50名健康志愿者的双盲随机分臂试验证实，啤酒、酵母及酒糟乳膏可有效降低经皮水分流失（TEWL），提升皮肤水合度与弹性。结论指出，酿造衍生成分作为化妆品活性成分的潜力与其临床功效，高度依赖于制剂（formulation）设计。
引言
皮肤老化是一个复杂的生物学过程，涉及内在因素（如基因、细胞衰老）与外在压力（如紫外线UV辐射、环境污染）的共同作用。真皮成纤维细胞是维持皮肤结构完整与稳态的关键，其功能受损会导致皮肤弹性下降、经皮水分流失（TEWL）增加及衰老迹象显现。多酚类化合物因其抗氧化、抗炎、光防护及抗衰老特性，在化妆品应用中备受关注。近年来，化妆品行业趋势转向利用农业食品副产物开发生态友好型原料。酿造过程产生的大量副产物富含多酚、蛋白质、多糖等生物活性物质，为可持续化妆品成分提供了有吸引力的来源。此前研究已证实，特定啤酒（如Triplo Malto）及其副产物具有高酚类含量和抗氧化活性。本研究旨在进一步探索Bionda Triplo Malto啤酒、其初始麦芽汁（wort）及特定酿造副产物（酒花hops、酵母yeast、酒糟spent grain）的化妆品潜力，聚焦于真皮成纤维细胞这一皮肤老化相关细胞模型，并整合体外细胞实验与临床皮肤测量，以探究制剂驱动效应对其功效的影响。
材料与方法
研究使用了Bionda Triplo Malto啤酒（BB）、其麦芽汁（W）、以及酒花（H）、酵母（Y）和酒糟（T）三种酿造副产物的水提取物。所有样品由意大利Birrificio Artigianale Collesi提供。使用人永生化真皮成纤维细胞BJ-5ta进行所有体外实验。水提取物在标准化条件下制备，包括冻干、研磨、水分散、搅拌、离心和再次冻干。提取率计算为回收干提取物占初始干物质的百分比。
细胞活力与代谢活性采用MTS法评估。将BJ-5ta细胞以5×103细胞/孔的密度接种于96孔板，分别用0.25、0.5和1 mg/mL浓度的水提取物处理24小时，以评估细胞相容性。在涉及化妆品的实验中，将含有20%（w/w）干提取物的乳液稀释至终浓度为10 mg/mL。使用阿萨伊（a?ai）提取物和Trolox作为参考抗氧化剂。
细胞内总抗氧化能力（TAC）通过商业试剂盒评估。用提取物（0.25-1 mg/mL）或化妆品制剂（10 mg/mL）处理细胞后，用UVB灯（峰值发射312 nm）诱导氧化应激，照射5分钟，再培养24小时后进行TAC测量。
制备了六种油包水（O/W）化妆品乳液：一种不含活性成分的参比乳液（Emulsion WE），以及五种分别含有20%（w/w）啤酒（Emu 1）、麦芽汁（Emu 2）、酒花（Emu 3）、酵母（Emu 4）和酒糟（Emu 5）干提取物的乳液。
对乳液进行了物化表征与稳定性评估，包括密度、pH、粘度测定，以及离心（4000 rpm， 30分钟， 20°C）和热（4°C及40°C）加速稳定性测试。长期稳定性在环境条件下评估长达12个月。色度稳定性通过色度计根据CIELAB色彩空间进行评估，计算总体色差（ΔE*ab）。微生物挑战测试依据ISO 11930:2012标准A准则进行。
通过斑贴试验评估皮肤相容性。在一项为期30天、涉及50名健康志愿者（光型III，年龄27±4岁）的研究中，采用随机分臂、双盲设计评估了体内功效。使用经皮水分流失测量仪（VapoMeter?）、皮肤水合测量仪（MoistureMeterSC?）和皮肤弹性测量仪（ElastiMeter?）在基线（T0）和治疗30天（T30）后测量TEWL、皮肤水合度和弹性。
结果
提取率与植物化学特征
水提取物成功从所有酿造衍生材料中获得。啤酒和麦芽汁的提取率很高（约97%），而固体副产物中，酒花、酵母和酒糟的提取率分别为78.0±2.5%、92.0±5.3%和65.0±3.4%。用于本研究的提取物批次与团队此前已发表的植物化学分析数据（总酚含量、抗氧化能力及HPLC–MS/MS靶向定量分析）相匹配，为生物结果解读提供了组成学基础。
酿造衍生提取物对成纤维细胞活力的影响
使用MTS法评估了水提取物在0.25、0.5和1 mg/mL浓度下处理24小时后的细胞活力。与未处理的对照细胞相比，所有测试提取物在任何浓度下均未引起细胞活力的统计学显著变化，证实了其在测试浓度范围内的细胞相容性。
UV诱导氧化应激下提取物的抗氧化活性
在UV诱导氧化应激后，通过TAC测定评估了酿造衍生提取物的细胞内抗氧化潜力。在0.25、0.5和1 mg/mL浓度下，处理细胞与未处理细胞之间的总抗氧化能力未观察到统计学显著差异。这表明，在中等浓度下单独施用水提取物，在急性UV暴露后并未显著增强成纤维细胞的细胞内抗氧化防御能力。
化妆品乳膏对成纤维细胞活力的影响
当在10 mg/mL浓度下单独测试时，啤酒、酒花和酒糟提取物降低了细胞活力，显示出浓度依赖的细胞毒性效应。相反，当掺入化妆品乳膏时，所有制剂与未处理对照及相应的游离提取物相比，均显著增强了细胞活力。含有啤酒、酵母和酒糟提取物的乳膏显著增强了成纤维细胞的代谢活性。
化妆品乳膏的抗氧化活性
虽然在10 mg/mL浓度下游离提取物未显示出显著的抗氧化活性，但含有啤酒和酵母提取物的乳膏与未处理细胞及参比乳液（Emulsion WE）相比，显著增加了总抗氧化能力。其余制剂也显示出抗氧化反应增强的趋势，尽管未达到统计学显著性。这一差异可能源于制剂依赖的机制，如控释、改善的溶解性及降低的急性细胞应激，而非化学抗氧化能力的内在差异。
化妆品乳膏的物化稳定性与安全性
所有制剂在加速应激和长期储存条件下均表现出良好的物化稳定性。pH值保持在中性附近（约5.7-6.2），密度值稳定在窄范围内（0.95–0.99 g·mL-1），粘度保持在4750–5150 mPa·s。色度分析显示，所有制剂在储存期间颜色变化极小（ΔE*ab≤1.1）。所有制剂均成功通过微生物挑战测试，符合防腐功效标准。斑贴试验未显示红斑、水肿或刺激，表明所有制剂耐受性良好。
化妆品功效的体内评估
经过30天的每日使用，含有啤酒、酵母和酒糟提取物的制剂诱导了TEWL的统计学显著降低（例如，啤酒：从16.22±5.12降至10.77±2.22 mg·m-2·h-1；酵母：从16.29±5.66降至10.18±1.08；酒糟：从14.45±4.34降至11.66±2.28）。皮肤水合度在啤酒、酵母和酒糟制剂处理区域也得到一致且显著的改善（例如，啤酒：从35.15±5.93升至42.26±3.78；酵母：从33.27±4.87升至42.92±2.48；酒糟：从34.22±5.19升至41.16±3.17）。皮肤弹性在啤酒和酵母制剂中得到改善（啤酒：从62.33±3.27升至70.24±2.12 N/m；酵母：从61.21±4.72升至72.13±5.55 N/m）。
体外-体内一致性
探索性分析显示，乳膏较高的体外活性（综合MTS/TAC相对评分）与较大的体内改善相关，特别是对于弹性（Spearman’s ρ ≈ 0.94）和水合度（ρ ≈ 0.83）。酵母和啤酒基乳膏（Emu4和Emu1）在体外和体内均表现一致优于其他制剂。
讨论
本研究的关键发现在于，相同的提取物在配伍成化妆品乳膏后，其生物学表现发生了显著改变。游离水提取物在中等浓度下虽细胞相容但活性有限，而在乳膏中则显示出增强的代谢活性、抗氧化反应，并缓解了高浓度下的细胞毒性。这凸显了制剂设计在决定复杂天然基质化妆品功效中的关键作用。制剂可能通过控释、调节生物利用度与暴露动力学、以及与乳膏基质的协同作用来发挥作用。
体内结果有力地佐证了体外发现。啤酒、酵母和酒糟乳膏在改善皮肤屏障功能（降低TEWL）、提升水合度和弹性方面显示出明确的临床功效，这些参数是皮肤健康与抗衰老功效的可靠指标。观察到的功效与乳膏的制剂特性相关，例如其可能通过充当储库、促进活性物的控释、改善溶解性及与皮肤的相互作用，从而增强局部生物利用度和功效，同时减少潜在刺激。
结论
研究表明，啤酒及精选酿造副产物可作为可持续的化妆品成分，但其潜能的发挥高度依赖于通过合适的递送制剂进行配伍。作为游离水提取物，在中等浓度下对真皮成纤维细胞具有细胞相容性但活性有限。而将其配伍成油包水乳膏（20%， w/w）后，在10 mg/mL的活性当量浓度下，乳化系统增强了成纤维细胞的代谢活性与抗氧化反应，并缓解了某些游离提取物观察到的浓度依赖型活力影响。从产品开发角度看，这些乳膏表现出良好的安全性、物化稳定性、符合防腐功效标准及优异的皮肤耐受性。最重要的是，一项针对50名健康志愿者的体内研究证实，基于提取物的乳膏（尤其是啤酒、酵母和酒糟乳膏）能在30天内显著改善临床相关的皮肤参数。这些发现支持酿造衍生基质作为功能性化妆品活性成分的应用，符合循环经济原则。未来的研究应包括治疗后的随访以评估益处的持久性，并纳入机制性终点（如渗透、摄取和通路特异性氧化应激标志物），以进一步证实制剂驱动的效应。
