Innowacje kolagenu zgodne z GOZ i UPCYCLING w przemyśle kosmetycznym? Co o technologii Upcycling mówi nam INCI?

INCI: Collagen, Soluble Collagen czy Hydrolyzed Collagen – technologia kwaśnej hydratacji ASC czy hydroliza chemiczna lub enzymatyczna?

Kolagen to substancja bardzo popularna w kosmetykach. Jej formy pozyskiwania stanowią wyzwania technologiczne by otrzymać innowacyjne struktury, które mogą efektywnie wpierać regenerację oraz dobrą kondycję skóry, włosów i śluzówek.

Jedną z nich jest innowacyjna technologia kwaśnej hydratacji (nazywana z ekstrakcją kolagenu rozpuszczalnego w kwasach – ASC Acid-soluble collagen) polegającą na separacji białek ze skór rybich, w których dochodzi do rozrywania wiązań wewnątrz – i międzycząsteczkowych, co prowadzi do powstania specyficznych frakcji białkowych i peptydowych. W odróżnieniu od agresywnej hydrolizy: (INCI: hydrolyzed collagen) (która niszczy strukturę białka), hydratacja pozwala na wyodrębnienie kolagenu rozpuszczalnego (INCI: soluble collagen) z zachowaniem jego struktury. Finalnie działanie hydrolizatu oraz kolagenu pozyskiwanego metodą ASC w kosmetykach jest podobne ale różnica między tymi procesami to nie tylko kwestia chemii, ale przede wszystkim jakości surowca i finalnej struktury białka.

Czym różni się hydrolizat od technologii kwaśnej hydratacji ASC można zrobić „ze wszystkich odpadków rybich”?

Hydroliza to doskonała utylizacja odpadów organicznych, która w technologii UPCYCLING idealnie wpisuje się w zasady gospodarki obiegu zamkniętego GOZ. Proces ten jest bardzo wydajny, ponieważ pozwala „wyciągnąć” białko z twardych części ryby (ości, łusek), które są naturalnie bogate w białko, ale trudne do obróbki. Agresywna, enzymy, chemia i temperatura poradzą sobie z rozbiciem tak twardych struktur co warunkuje mniejsze koszty ale proces jest mniej zrównoważony pod względem technologii chemicznej. Proces polega na tym iż długie łańcuchy kolagenowe zostają „pocięte” na bardzo małe fragmenty, zwane peptydami kolagenowymi, co w efekcie daje proszek lub roztwór, który traci strukturę helisy. Nie jest już białkiem kolagenowym, lecz mieszanką peptydów i aminokwasów kolagenowych. Wpływa to na właściwości technologiczne receptury kosmetyków oraz suplementów diety ponieważ, hydrolizat świetnie rozpuszcza się w wodzie (nawet zimnej) i jest bardzo łatwo przyswajalny przez układ pokarmowy, dlatego dominuje w suplementach diety.

Co warto wiedzieć o technologii hydrolizy w GOZ?

Hydroliza chemiczna – co wpływa na cenę surowca kosmetycznego i powinno zwrócić naszą uwagę w przemyśle kosmetycznym. To najtańsza i najszybsza metoda. Polega na zalaniu kontenera odpadów rybich (ości, łusek, wnętrzności, resztek skór) silnymi roztworami kwasów (np. solnego) lub zasad (np. wodorotlenek sodu), które trafiają do wielkich reaktorów, gdzie pod wpływem użytych odczynników chemicznych i bardzo wysokiej temperatury dochodzi do niemal całkowitego „rozpuszczenia odpadu” Proces ten jest mało precyzyjny, ponieważ niszczy on niektóre cenne aminokwasy (np. tryptofan) i może generować specyficzny, niezbyt przyjemny zapach oraz ciemniejszy kolor proszku. Tą technologię stosuje się głównie w rolnictwie, na pasze dla zwierząt, nawozy lub najtańsze suplementy diety lub surowce kosmetyczne.

Hydroliza enzymatyczna to metoda znacznie czystsza pod względem zasad zielonej chemii, obecnie standard w produkcji wysokiej jakości kolagenu do picia (nutrikosmetyków). Metoda otrzymywania polega na tym, że do kontenera z odpowiednio przygotowanymi odpadami dodaje się wodę i specyficzne enzymy proteolityczne (np. pepsynę, papainę lub enzymy pochodzące z mikroorganizmów), które określa się jako „biologiczne nożyczki”: Enzymy działają selektywnie, ponieważ przecinają łańcuchy białkowe w konkretnych miejscach, a proces zachodzi w łagodniejszych temperaturach, co pozwala kontrolować wielkość powstałych peptydów. Im mniejsza masa, tym lepsza przyswajalność kolagenu przez jelita oraz inny wpływ na keratynę naskórka czy włosów niż białko kolagenowe. Dzięki temu otrzymujemy hydrolizat o neutralnym smaku i zapachu, który jest niemal całkowicie biały, co warto uwzględnić w kontroli jakości surowca.

Hydratacja (INCI: Soluble Collagen) to również doskonała utylizacja odpadów organicznych ale wyższej jakości selektywnego surowca odpadowego – czyli skór rybich: Tutaj surowiec musi być odpowiednio odpreparowany by uzyskać białko zdolne do wytworzenia żelu o strukturze helisy. Hydratacja to proces delikatny – kwas mlekowy ma jedynie „wypłukać” kolagen ze skór, a nie rozpuścić całą rybę. W skórach rybich kolagen jest słabiej usieciowany niż u ssaków. Dzięki temu kwas mlekowy jest w stanie „wyjąć” całe molekuły kolagenu bez ich niszczenia.

Zaawansowana technologia polega na:
• przygotowaniu skór rybich do kwaśnej hydratacji, który stanowi najbardziej krytyczny moment całego procesu. W tej technologii nie chodzi o „rozpuszczenie” surowca, ale o jego ekstrakcję. Każdy błąd na etapie przygotowania (np. przegrzanie skóry) spowoduje, że zamiast aktywnego kolagenu otrzymamy zwykłą żelatynę. Proces ten musi odbywać się w warunkach chłodniczych aby nie dopuścić do degradacji białka i rozwoju bakterii. Skóry muszą pochodzić z ryb świeżych. Często mrozi się je natychmiast po filetowaniu (z zakładów spożywczych), aby zatrzymać procesy enzymatyczne.
• Następnie wykonuje się oczyszczanie mechaniczne (Mezowanie), co jest bardzo precyzyjnym etapem gdyż ze skóry należy usunąć resztki mięśni, tłuszczu oraz łuski. Tłuszcz jest szczególnie problematyczny, ponieważ może powodować mętnienie gotowego żelu i jego szybkie jełczenie.
• Płukanie i dezynfekcja (np. Ozonowanie lub płukanie w wodzie utlenionej), która ma na celu pozbycie się drobnoustrojów i charakterystycznego rybiego zapachu.
• Następny etap to maceracja, która polega na tym, że oczyszczone skóry rybie umieszcza się w roztworze, który przygotowuje tkankę do właściwej ekstrakcji. Pęcznienie osmotyczne ułatwia kwasowi mlekowemu dotarcie do wiązań kolagenowych, ponieważ skóra rybia to gęsta sieć mocno upakowanych włókien kolagenowych, przeplatanych innymi białkami (elastyna, albuminy) i glikozaminoglikanami. Maceracja pozwala stworzyć przestrzeń dla aktywności kolejnego etapu czyli selektywne, technologii kwaśnej hydratacji gdzie kwas mlekowy pełni rolę „inteligentnego rozpuszczalnika”. Kwas mlekowy, działa łagodnie. Jego głównym zadaniem nie jest niszczenie łańcucha białkowego (jak robi to kwas solny), ale osłabienie wiązań poprzecznych, które trzymają molekuły kolagenu w sztywnej strukturze skóry. Dochodzi do potężnych odpychań elektrostatycznych między włóknami, w których kwas mlekowy „rozluźnia” strukturę potrójnej helisy na tyle, że pojedyncze molekuły (tropokolagen) mogą się od siebie oddzielić, ale nie pozwala na ich rozpad czy denaturację.
• Hydratacja, czyli „wiązanie wody” – gdzie kwas mlekowy jest dzięki właściwościom silnie higroskopijnym, „wciąga” cząsteczki wody pomiędzy łańcuchy aminokwasowe kolagenu, która nie tylko wypełnia wolne przestrzenie, ale tworzy wokół helis kolagenowych tzw. płaszcz wodny. Dzięki temu kolagen przechodzi ze stanu stałego (tkanka skóry) w stan koloidalny (żel). To właśnie stąd bierze się nazwa „hydrat”, czyli postać uwodniona.

INCI Soluble Collagen (kolagen rozpuszczalny)

Kolagen, który został poddany dodatkowym procesom, aby stać się użytkowym składnikiem kosmetycznym odporny fizykochemiczne na temperaturę. Jest to kolagen, który został pozyskany metodą kwaśną, ale następnie celowo podgrzany lub poddany obróbce chemicznej, która „rozpięła” helisę. Stał się on de facto bardzo wysokiej jakości żelatyną (białkiem o strukturze liniowej). Białko liniowe nie ma się już z czego „rozwinąć”, więc jest stabilne termicznie gdzie wiązania wodorowe pękają, a potrójna helisa „rozpada się” na trzy luźne łańcuchy (łańcuchy alfa). Żelatyna to produkt końcowy, który przeszedł całkowitą destrukcję struktury. Soluble Collagen to produkt, który dzięki precyzyjnej, łagodnej technologii zachował swoją naturalną, aktywną formę, która może oddziaływać z Twoją skórą.

Zastosowanie: mgiełki do włosów, laminaty do rzęs, brwi i włosów, kondycjonery, kosmetyki nawilżające i antyoksydacyjne, „przeciwzamrznieniowe”, produkty after sun.

INCI: Gelatin (żelatyna)

Jest to mniej przetworzona forma. Powstaje przez częściową hydrolizę termiczną (gotowanie) kolagenu, najczęściej ze skór i kości zwierzęcych (świnie, bydło), która ma duże, splątane, długie łańcuchy białkowe (wysoka masa cząsteczkowa).

Zastosowanie: Właściwości technologiczne powodują, że w ciepłej wodzie rozpuszcza się, a po ochłodzeniu tworzy stały lepki żel (stąd jej zastosowanie w galaretkach laminatach czy maseczkach) co odróżnia ten składnik od hydrolizatu kolagenu (Hydrolyzed Collagen), który jest łatwo rozpuszczalny w wodzie (nawet zimnej) i nie żeluje po ochłodzeniu oraz stanowi mniej lepki składnik.

Kolagen rybi i woda kolagenowa w kosmetykach – co decyduje o oświadczeniu Zero waste i Upcycling

Technologia kwaśnej hydratacji oraz separacji przy użyciu technologii membranowej ze skór łososia czy tołpygi (ryby zimnowodne) umożliwia otrzymanie i zagospodarowanie wyjątkowych składników ze wszystkich strumieni bocznych tego procesu, dzięki czemu otrzymujemy i może wykorzystać w formule kosmetyku:

1. Frakcje białkowe (łańcuchy alfa) (INCI: Collagen )

Podstawowym produktem separacji ze skór łososia jest kolagen typu I. W procesie kwaśnej ekstrakcji (np. z użyciem kwasu mlekowego) powstają:

• Łańcuchy α alpha (monomery): Pojedyncze łańcuchy polipeptydowe o masie ok. 100 kDa.

• Łańcuchy β beta (dimery): Dwa łańcuchy połączone wiązaniami poprzecznymi.

• Łańcuchy γ gamma (trimery): Trzy łańcuchy zachowujące strukturę helikalną.

2. Peptydy po separacji membranowej dużych białek od peptydów zawartych w wodzie kolagenowej

• Peptydy wysokocząsteczkowe (3–8 kDa): Powstają podczas depolimeryzacji ciężkich białek kolagenowych w roztworach kwasowych. (INCI: Soluble Collagen)

• Oligopeptydy i tripeptydy: Najmniejsze frakcje (poniżej 3 kDa), które charakteryzują się najwyższą biodostępnością. Są zawarte w składniku: (INCI: Collagen Water)

• Specyficzne sekwencje bioaktywne o unikalnych właściwościach:

• Peptydy przeciwutleniające: Krótkie sekwencje (często <3 kDa) bogate w aminokwasy takie jak PPH (Pro-Pro-His) – uznawany za jeden z najsilniejszych tripeptydów antyoksydacyjnych, w których obecność histydyny pozwala na chelatowanie jonów metali i neutralizację wolnych rodników.

• Peptydy „anti-freezing”: Specyficzne dla ryb zimnowodnych (jak łosoś czy tołpyga) frakcje o masie >3 kDa, które chronią tkanki przed uszkodzeniami mrozowymi. Tą technologie wykorzystuje się w transplantologii do ochrony tkanek przeznaczonych do transportu i przeszczepów.

Woda kolagenowa – Water Upcycling, to uciążliwy produkt uboczny po producji kolagenu rybiego przy zastosowaniu technologii metodą kwaśnej hydratacji, a dla przemysłu kosmetycznego to wyjątkowy cenny surowiec (INCI: Collagen Water), który zawiera przede wszystkim frakcje o masie cząsteczkowej poniżej 3 kDa (3000 daltonów) to tzw. peptydy (LMWCP – Low-Molecular-Weight Collagen Peptides).

1. Tripeptydy kolagenowe (INCI: Tripeptide-29)

Są to najmniejsze, wysoce bioaktywne jednostki składające się z trzech aminokwasów. W kolagenie rybim stanowią one ok. 15% całej frakcji niskocząsteczkowej.

Glicyna-Prolina-Hydroksyprolina (Gly-Pro-Hyp): Najważniejszy tripeptyd, który stanowi około 3% całej masy i jest kluczowy dla odbudowy keratyny naskórka czy włosów.

2. Dipeptydy (Dipeptide – 52)

Składają się z dwóch aminokwasów: Prolina-Hydroksyprolina (Pro–Hyp): Wykazuje silne działanie chemotaktyczne na komórki skóry

3. Oligopeptydy i Peptydy Bioaktywne

Są to łańcuchy o długości od kilku do kilkunastu aminokwasów, które po separacji wykazują specyficzne właściwości biologiczne:

Peptydy antyoksydacyjne: Chronią komórki przed stresem oksydacyjnym i wolnymi rodnikami.

Peptydy antybakteryjne: Wykazują zdolność do hamowania wzrostu niektórych mikroorganizmów.

4. Wolne aminokwasy (INCI: Collagen Amino Acids)

Dominują wśród nich: Glicyna (kluczowa dla NMF czy odbudowy keratyny), Prolina i Hydroksyprolina (odpowiadają za stabilność połączeń koperty rogowej z lipidami naskórka).