Methodenartikel

Kulturbasierte, nicht nachweisbare Wachstumsbewertung und antioxidative Profilierung von frischem Aloe-Vera-Gelextrakt

DOI:

10.3791/70702

16. Juni 2026

In diesem Artikel

Zusammenfassung

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Dieses Protokoll beschreibt die aseptische Zubereitung von frischem Aloe-Vera-Innergel-Extrakt , die Messung des potentiometrischen pH-Werts, die Bewertung der Gesamtantioxidantienkapazität durch einen automatisierten ABTS-basierten kolorimetrischen Test, eine kulturbasierte Bewertung ohne nachweisbares Wachstum unter definierten Inkubationsbedingungen sowie die vorläufige antimikrobielle Untersuchung eines 70:30 (v/v) Aloe Vera./N-Acetyl-L-Cystein-Testmischung durch Scheibendiffusion und qualitative zweifache Röhrenverdünnung.

Zusammenfassung

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Aloe vera (Aloe barbadensis Miller) wird häufig in topischen und komplementären Produkten verwendet. Standardisierte Laborabläufe zur gleichzeitigen Bewertung der gesamten Antioxidantienkapazität (TAC), pH-Verhaltens, kulturbasierter Nicht-Nachweis-Wachstumsstatus unter definierten Bedingungen und vorläufige antimikrobielle Screenings bleiben jedoch begrenzt. Frischer Aloe-Vera-Extrakt aus innerem Gel wurde aseptisch hergestellt und mit 5 %, 10 %, 15 % und 20 % (w/v) formuliert. pH wurde potentiometrisch gemessen, und der TAC wurde durch einen automatisierten, auf ABTS-Radikalkationen basierenden kolorimetrischen Test bestimmt. Eine kulturbasierte Untersuchung des nicht nachweisbaren Wachstums wurde durchgeführt, indem der Extrakt auf Blutagar, Eosin-Methylenblau-Agar und Sabouraud-Dextrosenagar geimpft wurde, gefolgt von aerober Inkubation und visueller Inspektion bei 24 Stunden, 48 und 72 Stunden. Ein antimikrobielles Screening einer 70:30 (v/v) Aloe vera/N-Acetyl-L-Cystein-Testmischung wurde gegen Standard-Referenzstämme mittels Scheibendiffusion und qualitativen Zweifachrohr-Verdünnungstests durchgeführt. TAC unterschied sich signifikant zwischen den Gruppen (Kruskal-Wallis, p = 0,014), wobei die höchsten Werte in der 20%-Formulierung beobachtet wurden. Unter den getesteten Kulturbedingungen während der 72-stündigen Beobachtungsperiode wurde kein sichtbares Bakterien- oder Pilzwachstum beobachtet. Die Aloe vera/N-Acetyl-L-Cystein-Testmischung erzeugte Hemmungszonen von 11 mm bis 17 mm, wobei die größte Zone gegen Pseudomonas aeruginosa beobachtet wurde. Dieser Arbeitsablauf bietet einen praktischen Laboransatz zur Herstellung und vorläufigen Charakterisierung frischer Aloe Vera.-basierte Formulierungen für die Forschung in der frühen Phase der komplementären Medizin.

Einleitung

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Aloe Vera hat aufgrund ihrer langjährigen Anwendung in der traditionellen Medizin und ihrer wachsenden Bedeutung in der pharmazeutischen, biomedizinischen, kosmetischen und Lebensmittelforschungweiterhin beträchtliche wissenschaftliche Aufmerksamkeit erregt. Diese Heilpflanze enthält eine Vielzahl biologisch aktiver Bestandteile, darunter Polysaccharide, phenolische Verbindungen, Anthraquinone, Vitamine, Mineralien, Enzyme und andere Metaboliten mit niedrigem Molekulargewicht, die zu ihren therapeutischen und funktionellen Eigenschaften beitragen können 1,2,3. Unter diesen Komponenten wurde Acemannan aufgrund seines biomaterialischen Potenzials und seiner berichteten Rolle bei Gewebereparatur, Immunmodulation und regenerativen Anwendungenhervorgehoben 4,5. Parallel dazu wurden phenolische und andere antioxidativ aktive Verbindungen mit den freiradikalen, schützenden und biologisch unterstützenden Effekten von Aloe vera in Verbindung gebracht. Präparate 2,3.

In den letzten Jahren hat das Interesse an der Integration von Aloe Vera in fortschrittliche Formulierungssysteme und bioaktive Materialien zugenommen. Aloe-vera-basierte Hydrogele, Biomaterial-Tinten, Nanokomposite und dreidimensional bedruckte Gerüste wurden aufgrund ihrer hohen Hydratationskapazität, Biokompatibilität und multifunktionalen biologischen Eigenschaftenfür Wundheilung und Gewebeunterstützung untersucht. Experimentelle Studien haben gezeigt, dass Aloe-vera-haltige Materialien das Wundmanagement unterstützen können, indem sie zu einer feuchten Umgebung beitragen, die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Formulierung verbessern und antioxidative oder antimikrobielle Unterstützung unter ausgewählten in vitro-, in vivo- und formulierungsabhängigen Bedingungen 4,7,8,9,10,11 bieten. Darüber hinaus wurde Aloe Vera in Lebensmittelkonservierungs- und Formulierungsanwendungen erforscht, wobei gelbasierte Beschichtungen und verwandte Systeme mit verbesserter oxidativer Stabilität, besserer sensorischer Qualität und verbesserter mikrobiologischerLeistung in Verbindung gebracht werden. Diese Entwicklungen deuten darauf hin, dass Aloe vera zunehmend nicht nur als traditionelles Kräuterprodukt, sondern auch als multifunktionales Naturmaterial mit großem formulierungsorientiertem Potenzialgilt 2,3,12,13.

Die biologische Relevanz von Aloe Vera erstreckt sich auch auf antimikrobielle und mikrobiologisch orientierte Anwendungen. Jüngste Studien haben hemmende Effekte von Aloe vera oder Aloe vera enthaltenden Präparaten gegen klinisch wichtige Mikroorganismen beschrieben, darunter Propionibacterium acnes, Enterococcus faecalis, Candida-Arten und klinische Isolate, die aus Wundinfektionen isoliert wurden, 14,15,16,17. Frühere In-vitro-Nachweise zeigten zudem die Aktivität von inner-gel Aloe vera gegen Helicobacter pylori Referenzstämme und klinische Isolate18. Darüber hinaus wurde berichtet, dass hybride Aloe-vera-haltige Systeme kombinierte antimikrobielle, antioxidative und wundheilende Fähigkeiten aufweisen, was die multifunktionale Natur dieses pflanzenbasiertenMaterials weiter unterstützt. Die biologische Leistung von Aloe vera wird jedoch von mehreren methodischen Variablen beeinflusst, darunter der verwendete Pflanzenanteil, das Extraktionsverfahren, die Konzentration, die Handhabungsbedingungen, die Frische des Gels und ob die getestete Zubereitung nur inneres Gel enthält oder latexassoziierte Komponentenenthält. Diese Faktoren sind besonders wichtig, da die inneren Gel- und äußeren Blattanteile sich sowohl in Zusammensetzung als auch im toxikologischen Profilunterscheiden.

Trotz der wachsenden Literatur bleiben wichtige methodische Lücken bestehen. In vielen veröffentlichten Studien werden das Verhalten von Antioxidantien, physikalisch-chemische Eigenschaften, mikrobiologische Bewertung und antimikrobielle Leistung oft getrennt und nicht in einem einzigen integrierten Arbeitsablauf bewertet. Für formulierungsorientierte Forschung sind diese Parameter jedoch eng miteinander verbunden. Ein Präparat kann eine günstige antioxidative Aktivität zeigen, erfordert jedoch dennoch eine sorgfältige mikrobiologische Bewertung und physikochemische Charakterisierung, bevor es als geeignet für weitere experimentelle Entwicklung angesehen werden kann. Daher können Laborabläufe, die Redox-bezogene Beurteilung, pH-Bewertung, kulturbasierte, nicht nachweisbare Wachstumstests unter definierten Bedingungen und vorläufige antimikrobielle Untersuchungen kombinieren, eine praktischere und informativere Grundlage für die Frühstufe-Charakterisierung frischer Aloe-vera-Formulierungen bieten.

Dementsprechend zielte diese Studie darauf ab, frische Aloe-vera-Extrakt-Formulierungen aus innerem Gel zu bewerten, die in unterschiedlichen Konzentrationen hinsichtlich pH-Eigenschaften, gesamter antioxidativer Kapazität, kulturbasiertem wachstumsbasiertem Status unter definierten Laborbedingungen und vorläufiger antimikrobieller Untersuchung durch Scheibendiffusion und qualitative zweifache Röhrenverdünnung hergestellt wurden. Durch die Integration dieser Bewertungen in einen einzigen experimentellen Arbeitsablauf wurde die Studie so konzipiert, dass sie einen praktischen Ausgangsansatz für die vorläufige Charakterisierung von Aloe vera bietet.-basierte Formulierungen, die für die Forschung in der Komplementärmedizin bestimmt sind.

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Protokoll

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1. Herstellung von Aloe vera. Extrakt- und Verdünnungsserie

  1. Ernte die ausgewachsenen Blätter einer Aloe-Vera-Pflanze, die bei Zimmertemperatur gewachsen ist, und spüle sie gründlich unter fließendem Wasser ab, um eventuelle Rückstände zu entfernen.
  2. In einem Biosicherheitsschrank der Stufe 2 (BSL-2) desinfizieren Sie die Blattoberfläche mit 70 % Ethanol und sterilen Handschuhen. Nach dem Auftragen von 70 % Ethanol lassen Sie die Blattoberfläche mindestens 2 Minuten vollständig an der Luft trocknen, bevor ein aseptischer Schnitt erfolgt.
  3. Mit einem sterilen Skalpell entfernen Sie die distale Spitze und Ränder des Blattes, lassen Sie das gelbe Latexexsudat etwa 30 Minuten vollständig entwässern und filieren Sie anschließend das Blatt längs. Sorgfältig trennen und nur das transparente innere Gel aufsammeln, wobei die äußere Rinde und die Latexschicht vermieden werden.
  4. Führen Sie das Aloe-Vera-Innengel vorsichtig in einen sterilen Behälter und homogenisieren Sie es durch intermittierendes Vortexen für etwa 5–10 Minuten bei etwa 2.500 U/min (oder einer entsprechenden mittel-hohen Wirbeleinstellung); führen Sie das Verfahren bei Raumtemperatur durch, sofern für das spezielle Instrument keine Temperaturregelung erforderlich ist.
  5. Unter aseptischen Bedingungen werden frische Aloe Vera-Formulierungen hergestellt. Innengel-Extrakt-Formulierungen mit 5 %, 10 %, 15 % und 20 % (w/v) mit sterilem destilliertem Wasser; zum Beispiel bereiten Sie 5 % (W/V) als 5 g Gel vor, das auf ein Endvolumen von 100 ml gebracht wird, und passen die verbleibenden Konzentrationen analog an.

2. pH-Messung

  1. Führen Sie eine Dreipunkt-pH-Kalibrierung mit Standard-pH-Lösungen von 4,01, 7,00 und 10,01 mit NIST-Rückverfolgbarkeit vor jeder Messreihe durch.
  2. Messung des pH-Werts für jede Konzentration bei Raumtemperatur (20–25 °C); Erfassen Sie mindestens drei technische Replikationen pro Schwerpunkt.

3. Messung der Gesamt-Antioxidantitätskapazität (TAC)

  1. Verwenden Sie die in Schritt 1 hergestellten Aloe-vera-Extrakt-Formulierungen (5 %, 10 %, 15 % und 20 %) für die TAC-Messung.
  2. Bringen Sie alle Reagenzien und Proben vor der Analyse auf Raumtemperatur (20–25 °C), um eine analytische Konsistenz sicherzustellen.
  3. Kalibrieren Sie den automatisierten biochemischen Analysator (Rel Assay, Türkei) vor Beginn des Tests gemäß den Standardarbeitsverfahren des Herstellers.
  4. Laden Sie die Reagenzien der gesamten Antioxidativkapazität (TAC) basierend auf der Erel-Methode in die Reagenzienkompartimente des Analysators.
  5. Pipettieren Sie die Aloe vera. Nehmen Sie Proben mit kalibrierten Mikropipetten in die entsprechenden Probenbecher oder Reaktionsbrunnen ein. (Samplevolumen: 5 μL)
  6. Starten Sie den TAC-Assay mit dem programmierten Protokoll des Analysators für die ABTS-Radikalkationen-basierte Methode, wobei Sie den vom Hersteller angegebenen Reagenzvolumen und Inkubationseinstellungen folgen.
  7. Lassen Sie die Reaktion automatisch ablaufen, wobei die in der Probe vorhandenen Antioxidantien das farbige ABTS-Radikal-Kation reduzieren, was zu einer Abnahme der Absorption führt.
  8. Messen Sie die Änderung der Absorption spektrophotometrisch bei der von der TAC-Methode definierten Wellenlänge. (Wellenlänge: 660 nm)
  9. Berechnen Sie die Gesamtwerte der Antioxidantienkapazität mit der Software des Analysators, indem Sie die Probenabsorptionsänderungen mit der Trolox-äquivalenten Kalibrierungskurve vergleichen.
  10. Express-TAC-Ergebnisse sind mmol Trolox-Äquivalente / L pro Volumeneinheit Extrakt.
  11. Führen Sie alle Messungen doppelt durch, um die analytische Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

4. Kulturbasierte, nicht nachweisbare Wachstumsbewertung von Aloe vera. Innengel

  1. Inokulieren Sie 10 μL jedes Extrakts auf Blutagar, Eosin-Methylen-Blau-Agar und Sabouraud-Dextrose-Agar mit einer kalibrierten Schleife (10 μL) (Koloniezählungsmethode).
  2. Für die kulturbasierte, nicht nachweisbare Wachstumsbewertung wird aseptisch ein standardisiertes 50 μL Aliquot mit einer kalibrierten Mikropipette auf Blutagar, Eosin, Methylenblau-Agar und Sabouraud-Dextrose-Agarplatten verteilt und vorsichtig mit einer sterilen Einwegschleife (10 μL) verstreut (kulturbasierte Fortpflanzungsbeurteilung mit der direkten Tropfmethode).
  3. Inkubieren Sie die Blutagar- und Eosin-Methylenblau-Agarplatten aerob bei 37 °C sowie die Sabouraud-Dextroseagarplatten aerob bei 25–28 °C und inspizieren Sie die Platten dann visuell auf Wachstum bei 24, 48 und 72 Stunden. Inkubieren Sie eine uninokulierte Platte jedes Mediums parallel als Negativkontrolle.

5. Bewertung der antimikrobiellen Aktivität der Aloe-Vera-Testmischung

  1. Unter sterilen Bedingungen wird eine homogene Testlösung hergestellt, indem man 70 % sterilen Aloe-Vera-Innengel-Extrakt mit 30 % N-Acetyl-L-Cystein-Lösung (10 % W/V in sterilem Wasser) mischt.
    HINWEIS: Diese Mischung verringert die hohe Viskosität des vom Blatt abgekratzten Gels und erhält eine flüssigere Konsistenz. Betrachten Sie diese Zusammensetzung als vorläufige Screening-Mischung. Daher sollten die antimikrobiellen Befunde so interpretiert werden, dass sie die kombinierte Aktivität beider Komponenten widerspiegeln.
  2. Wirbeln Sie das homogenisierte Gemisch gründlich, bis eine einheitliche Lösung erreicht ist.
  3. Subkultur der zuvor kryopreservierten Standardbakterienbestände von Enterococcus faecalis ATCC 29212, Staphylococcus aureus ATCC 29213, Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853 und Escherichia coli. ATCC 25922, gelagert bei -80 °C, auf Standard-Blutagar (für grampositive Bakterien) und Standard-Eosin-Methylenblau-Agar (für gramnegative Bakterien) und bei 37 °C für 18–24 Stunden inkubiert.
  4. Am Ende der Inkubation werden bakterielle Suspensionen vorbereitet, die auf 0,5 McFarland-Trübung angepasst werden, wobei sterile Kochsalzlösung aus den gewachsenen Kolonien verwendet wird, gemäß den Standardempfehlungen zur Inokulumpräparation für antimikrobielle Anfälligkeitstests38.
  5. Inokulieren Sie Mueller-Hinton-Agarplatten gleichmäßig mit jeder standardisierten bakteriellen Suspension mit einem sterilen Abstrich.
  6. Übertragen Sie ein standardisiertes Volumen von 15 μL der sterilen Aloe vera/NAC-Testmischung auf jede sterile 6 mm große antimikrobielle Scheibe mit einer kalibrierten Mikropipette. Das gleiche Ladevolumen, die gleiche Absorptionszeit (mindestens 2 Minuten) und die gleiche Lufttrocknungszeit (etwa 5 Minuten) wurden auf alle Scheiben über die Replikate hinweg angewendet, um eine prozedurale Konsistenz zu gewährleisten. Dieses Volumen wurde als praktische Lademenge für 6-mm-Scheiben im pflanzenbasierten Diskdiffusionsscreening ausgewählt und für alle Experimente konstant gehalten.
  7. Setzen Sie die extraktimprägnierten Scheiben mit steriler Pinzette auf die Oberfläche der inokulierten Agarplatten.
  8. Inkubieren Sie die Platten bei 37 °C für 18–24 Stunden unter aeroben Bedingungen.
  9. Nach der Inkubation misst man manuell den Durchmesser jeder Hemmungszone, einschließlich des Scheibendurchmessers, bis auf den nächstgelegenen Millimeter mit einem Lineal. Führen Sie das Experiment als eine einzelne beschreibende Messung durch, bei der die aufgezeichneten Zonendurchmesser als einzeln beobachtete Werte gemeldet werden. Führen Sie Messungen durch visuelle Inspektion der Platten gemäß den Standard-Empfehlungen zur Scheibendiffusion38 durch.
  10. Bereiten Sie zweifache Serienverdünnungen (1/2, 1/4, 1/8 und 1/16) der 70:30 (v/v) Aloe vera/NAC-Testmischung in der Mueller-Hinton-Brühe vor.
  11. Inokulieren Sie jedes Röhrchen mit 500 μL der entsprechenden 0,5 McFarland-standardisierten bakteriellen Suspension, die in steriler Kochsalzlösung hergestellt wird. Bereiten Sie für jede Referenzstammung eine separate Verdünnungsreihe vor und inkubieren Sie die inokulierten Röhren unter den unten angegebenen Bedingungen.
  12. Inkubieren Sie die inokulierten Röhren bei 37 °C für 18–24 Stunden.
  13. Beurteile das mikrobielle Wachstum visuell anhand der Trübung relativ zur Brühe-Kontrolle; den Test qualitativ und nicht als formale MIC-Bestimmung interpretieren.
  14. Verwenden Sie eine Ciprofloxacin-Scheibe (5 μg) als positive Kontrolle parallel zu Aloe Vera/NAC-imprägnierten Bandscheiben. Verwenden Sie dieselbe positive Kontrollscheibe für Enterococcus faecalis ATCC 29212, Staphylococcus aureus ATCC 29213, Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853 und Escherichia coli ATCC 25922, um die Anfälligkeit unter Bandscheibendiffusionsbedingungen zu bestätigen.
    HINWEIS: Führen Sie alle mikrobiologischen Verfahren unter BSL-2-Bedingungen durch und notieren Sie alle Beobachtungen von Zonendurchmesser und Trübung unmittelbar nach der Inkubation für eine anschließende beschreibende Analyse. Dieses Protokoll kombiniert die aseptische Präparation von A. vera.Extrakt mit komplementären biochemischen und mikrobiologischen Assays zur Unterstützung der Entwicklung pflanzlicher Formulierungen für topische und komplementäre Medikamente. Der Arbeitsablauf ist so konzipiert, dass er für Routinelabore praktisch ist: pH- und Redox-Screenings (TAC) können zusammen mit Sterilitätskulturen und zwei häufig verwendeten antimikrobiellen Tests (Scheibendiffusion und Röhrenverdünnung) durchgeführt werden.

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Ergebnisse

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pH-Werte von Aloe Vera. Extrakt in unterschiedlichen Konzentrationen

Das pH-Profil zeigte ein nicht-monotones Muster über die Konzentrationen hinweg. Die mittleren pH-Werte betrugen 6,47, 6,60, 6,26 und 6,28 für die Formulierungen mit 5 %, 10 %, 15 % und 20 %. Insgesamt waren die Gruppenunterschiede signifikant (p = 0,024). Die 5%- und 10%-Formulierungen zeigten relativ höhere pH-Werte, während die 15%- und 20%-Formulierungen niedrige...

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Diskussion

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Die vorliegende Studie bietet einen integrierten Laborablauf für die vorläufige Charakterisierung frischer Aloe-Vera-Extrakt-Formulierungen aus innerem Gel, indem pH-Messung, Analyse der Gesamtantioxidantkapazität (TAC), kulturbasierte, nicht nachweisbare Wachstumsbewertung und deskriptives antimikrobielles Screening kombiniert werden. Steigende Konzentrationen von frischem inneren Gel Aloe vera waren mit höheren TAC-Werten verbunden, während während der kurzfristigen K...

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Offenlegungen

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Die Autoren erklären keine Interessenkonflikte und berichten von keiner externen Finanzierung.

Danksagungen

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Die Autoren danken dem Laborpersonal für die technische Unterstützung während der mikrobiologischen Kultur und biochemischen Analysen.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
 (-)80 C TiefkühlerThermofisher/USAStichprobenlagerungTSX40086A
VortexThermofisher/USAStichprobenvorbereitung88882010
BlutagarRTA/TurkeyKulturimpfung2001
Eosin Methyelenblau AgarRTA/TurkeyKulturimpfung2010
SDA AgarRTA/TurkeyKulturimpfung2036
Müller Hinton Agar RTA/TurkeyKulturimpfung2022
Müller Hinton Broth RTA/TurkeyKulturverdünnung1018
PipettenThermofisher/USAStichprobenvorbereitung4642090N
Hanna pH MeterHitachi/JAPANStichprobenanalysenHI2211-02
Rel Assay PlattenleserRel Assay(Turkey)Stichproben-TAC-AnalysenM201 (Smart Model)
 TAC KitsRel Assay(Turkey)KitRL0017

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Schlagwörter

Antimikrobielles ScreeningBlutagarABTS AssayAgardiffusionstestR hrenverd nnungtotale Antioxidationskapazit tpH Messung

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