Owocowy recykling od środka – zero waste w kosmetykach

Przemysł spożywczy stanowi jedno z najpotężniejszych zasobów do odzyskiwania potencjalnych źródeł surowców o przeznaczeniu kosmetycznym m.in. skórki i miąższ z winogron, pulpa i skórki z jabłek, nasiona i miąższ z owoców granatu, nasiona z marakui, skórki cytrusów, jako produkty uboczne w przemysłowej produkcji soków, dżemów oraz innych artykułów spożywczych. W ostatnich latach wprowadza się „koncepcję zero waste”, dzięki której odzyskuje się odpady gospodarcze i ponownie wykorzystuje. Produkty uboczne pochodzące z sektorów rolno-spożywczych stanowią cenne źródło składników aktywnych, a dzięki ich ponownemu wykorzystaniu, np. ekstrakcji związków aktywnych, doskonale pasują do koncepcji „zero waste” [1,2].

Właściwości antyoksydacyjne

Stres oksydacyjny to brak równowagi pomiędzy działaniem reaktywnych form tlenu ROS, a zdolnością do szybkiej detoksykacji reaktywnych produktów pośrednich lub naprawy uszkodzeń. Reaktywne formy tlenu powodują uszkodzenie DNA, białek, lipidów, wywołania zmian w przebiegu reakcji utleniania i redukcji, modyfikacji sygnałów zapalnych, wywołania objawów fotostarzenia i fotokancerogenezy. Ważną grupą związków chemicznych, które mają zdolność neutralizacji wolnych rodników są antyoksydanty [3,4]. Oleuropeina, hydroksytyrozol i pochodne tych związków które są obecne w oliwie z oliwek tłoczonej na zimno wykazują silne właściwości antyoksydacyjne, ochraniają materiał genetyczny przed uszkodzeniem oraz mutacjami oraz obniżają stężenie ROS [5,6,7].

W skórce mandarynki, Citrus unshiu, gatunku znanym również jako mandarynka Satsuma, wyizolowano związek kwercetagetyna. Badania naukowe wykazały, że kwercetagetyna wykazuje silne właściwości antyoksydacyjne oraz ochraniające materiał genetyczny DNA przed szkodliwym wpływem wolnych rodników [8].

Ważnym antyoksydantem jest likopen, karotenoid, który jest obecny w miąższu arbuza, w skórce oraz miąższu ananasa oraz pomidorach. Dzięki obecności wielu sprzężonych wiązań podwójnych, likopen jest najsilniejszym antyoksydantem wśród karotenoidów [9].

Kolejnym przykładem jest ekstrakt z liści winorośli. Jest bogatym źródłem flawonoidów, takich jak kwercetyna oraz kemferol, a także kwasów fenolowych (kwas askorbinowy), które są silnymi antyoksydantami. Dodatkowo, ekstrakty z całych owoców winogron (skórki, pestki oraz miąższ) są bogate w proantocyjanidyny. Dzięki nim przyczyniają się do ochrony komórek przed szkodliwym działaniem promieniowania UV [10].

Warto wspomnieć również o oleju z pestek (nasion) granatu. Jest bogatym źródłem fitosteroli, firoestrogenów, antocyjanów oraz flawonoidów. Olej wykazuje właściwości antyoksydacyjne, między innymi dzięki obecności kwasu punikowego, należącego do kwasów omega 5 [10]. Cennym źródłem antyoksydantów jest owoc aktinidii chińskiej Actinidia chinensis, zwanej inaczej kiwi lub agrestem chińskim. Badania przeprowadzone na etanolowych ekstraktach z różnych części owocu: miąższu, skórki oraz nasion wykazały silne właściwości antyoksydacyjne. Najbardziej wartościowe okazały się ekstrakty sporządzone ze skórki kiwi [10].

Właściwości antyprzebarwieniowe

Jednym z głównych problemów estetycznych w dzisiejszych czasach są przebarwienia na skórze. Należą do nich hiperpigmentacje, związane z nadmiarem melaniny w skórze, takie jak ostuda, piegi, plamy koloru kawy z mlekiem, znamię Beckera, słoneczne plamy soczewicowate, czerniak. Innym rodzajem zaburzeń są hipopigmentacje, które objawiają się niedoborem melaniny w skórze człowieka, do których należy bielactwo. Ciekawym ekstraktem, który hamuje wydzielanie melaniny w skórze poprzez jest etanolowy ekstrakt otrzymany ze skórki mandarynki Citrus unshiu. Badania przeprowadzone na komórkach mysiego czerniaka B16F10 wskazują na inhibicję enzymu tyrozynazy oraz białek TRP-1 oraz TRP-2 [9].

Warto zwrócić uwagę również na etanolowe ekstrakty przygotowane ze skórek oraz nasion melona Cucumis melo. Za pomocą wysokosprawnej chromatografii cieczowej naukowcy oznaczyli kwas ferulowy obecny w etanolowych wyciągach ze skórki oraz nasion melona.

W badaniach naukowych potwierdzono, że kwas ferulowy ogranicza wydzielanie melaniny w komórkach B16F10, dodatkowo związek ten zapobiega konwersji l-tyrozyny do L-DOPA, dzięki temu hamuje jeden z pierwszych etapów procesu melanogenezy [11]. Kwas ferulowy jest obecny również w skórkach innych owoców, takich jak: granat, śliwka, mango oraz limonka [12].

Właściwości przeciwzapalne, łagodzące i przyspieszające gojenie ran

Interesującym składnikiem preparatów kosmetycznych jest masło z nasion mango Mangifera indica. Jest bogate w kwasy tłuszczowe, takie jak kwas oleinowy, kwas stearynowy oraz palmitynowy. Masło mango wykazuje działanie przeciwzapalne, ochronne oraz lecznicze. Przeprowadzone badania in vivo potwierdzają właściwości masła z nasion mango – zastosowanie masła w emulsji kosmetycznej znacząco przyspieszyło gojenie ran, niwelowało powstawanie blizn oraz zmiękczało popękaną i suchą skórę. Dzięki kwasom tłuszczowym, masło z mango odbudowuje barierę hydrolipidową skóry [13].

Warto wspomnieć również o oleju z pestek granatu Punica granatum, który jest bogatym źródłem kwasu punicynowego. Kwas punicynowy hamuje biosyntezę prostaglandym, a olej z pestek granatu, ze względu na zawartość kwasów fenolowych wykazuje działanie przeciwutleniające oraz przeciwzapalne. Przeprowadzone badania in vitro na komórkach ludzkich keratynocytów oraz fibroblastów wykazały, że olej z pestek granatu zwiększa proliferację keratynocytów, nie działa jednak na fibroblasty. Co ciekawe, wodny ekstrakt z egzokapru granatu, czyli zewnętrznej warstwy która okrywa owoc stymuluje proliferację fibroblastów, zwiększa syntezę kolagenu oraz hamuje enzymy rozkładające kolagen w skórze, natomiast nie wpływa na keratynocyty [13].

Kolejnym przykładem wykorzystania pestek owoców jest olej tłoczony za zimno z pestek żurawiny Vaccinium macrocarpon. Jest on bogatym źródłem, nasyconych kwasów tłuszczowych, triglicerydów oraz kwasu linolowego. Olej z pestek żurawiny przyspiesza gojenie ran na skórze, zwiększa syntezę kolagenu, działa przeciwzapalnie oraz przeciwbakteryjnie [13].

Właściwości antybakteryjne

Czystość mikrobiologiczna produktu kosmetycznego stanowi jedną z najistotniejszych cech użytkowania kosmetyku w kontekście bezpieczeństwa. Ekstrakty roślinne a także substancję aktywne pozyskiwane z materiału roślinnego, stanowić mogą nie tylko źródło substancji o wysokiej aktywności biologicznej na skórze ale też działanie wzmacniające ochronę produktu kosmetycznego przed zanieczyszczeniem mikrobiologicznym. Dodatkowo właściwości antybakteryjne składników kosmetycznych znajdują zastosowanie m.in. w pielęgnacji skóry trądzikowej, skóry głowy z łupieżem.

Badaniu poddano produkty uboczne z czarnej porzeczki i jabłka i wykazano ich wysokie zdolności antybakteryjne. Najszersze spektrum hamowania bakterii chorobotwórczych wykazały liofilizowane produkty uboczne, które zahamowały odpowiednio 13 i 12 szczepów patogennych z 15 analizowanych szczepów [14].

Olejek eteryczny pozyskany z odpadków C. unshiu wykazuje wysokie zdolności hamujące rozwój bakterii poprzez niszczenie integralności błony komórkowej drobnoustrojów. Daną właściwość olejek eteryczny z Citrus unshiu zawdzięcza obecności: limonenu (80,5%), γ-terpinenu (6,80%), cymenu (4,02%), β-mircenu (1,59%), α-pinenu (1,02%) i α-terpinolenu (0,56%) [9].

Ekstrakty z nasion ogórka siewnego, dyni zwyczajnej, balsamki ogórkowatej, tykwy pospolitej, dyni indyjskiej (tindy), dzięki zawartości związków fenolowych, są wysoce skuteczne przeciwko drobnoustrojom, w tym Escherichia coli, Fusariumoxysporium, Streptococcus thermophilus, Serratia marcescens i Tricho derma reesei [15].

Lupeol wchodzący w skład wytłoczonego oleju z nasion dzikiej jabłoni wykazuje właściwości antybakteryjne, przeciwzapalne. W zależności od gatunku jabłoni zawartość lupeolu w oleju waha się od 0,1 % – 66,0 %, zawartość lupeolu w dzikiej jabłoni jest znacząco wyższa niż w dotychczas dostępnych badaniach dla oliwy z oliwek, aloesu, żeń-szenia [16].

Wyizolowane taniny (punikalagina i punikalina) z miąższu owoców granatu właściwego wykazywały działanie antybakteryjne wobec P.acnes i S.aureus MIC 6,25 μg/ml, dana właściwość ma szczególne znaczenie w łagodzeniu przebiegu trądziku pospolitego [17].

Właściwości przeciwstarzeniowe

Starzenie skóry jest procesem naturalnym, złożonym i wieloetapowym. Szczególne znaczenie w przebiegu starzenia organizmu w tym skóry ma nadmierna aktywność wolnych rodników (ROS), a także negatywny wpływ szkodliwych czynników zewnętrznych takich jak warunki klimatyczne, zanieczyszczenia środowiska, tryb i rodzaj wykonywanej pracy. Składniki aktywne pozyskiwane z materiału roślinnego posiadają szereg zdolności spowalniających intensywność przebiegu starzenia organizmu poprzez inaktywację oksydantów do stymulacji syntezy włókien sprężystych w skórze właściwej. Skórki owoców, pestki, nasiona często stanowiące materiał uboczny procesu produkcyjnego m.in. żywności stanowią potencjalnie bogate źródło cennych związków chemicznych. Ekstrakt z nasion marakui bogaty w piceatannol, został poddany badaniom w warunkach in vivo przez 8 tygodni. Wykazał znaczny wzrost poziomu nawilżenia skóry, zahamowania transepidermalnej utraty wody, co ma niewątpliwy wpływ na łagodzenie przebiegu starzenia. Dodatkowo piceatannol wykazuje wysokie zdolności stymulujące syntezę kolagenu, hamuje syntezę melaniny, indukuje glutation będący przeciwutleniaczem i eliminuje reaktywne formy tlenu. Dane właściwości umożliwiają uzyskanie kompleksowej ochrony przedwczesnego starzenia skóry [18].

Ekstrakt ze skórek winogron używanych do produkcji wina zostały zbadane pod kątem aplikacji kosmetycznej. W toku badań wykazano ze preparaty z ekstraktem ze skórek winogron przyczyniają się do inhibicji aktywności enzymów proteolitycznych, takich jak kolagenaza i elastaza, związanych ze starzeniem się skóry. Najlepsze wyniki dla inaktywacji enzymu uzyskano hydrofilowymi polifenolami, takimi jak niskocząsteczkowe kwasy fenolowe, zwłaszcza kwas galusowy [19]. Skórki z winogron są bogate w związek polifenolowy resweratrol. Dana substancja jest praktycznie nierozpuszczalna w wodzie a także często wykazuje niestabilność w formulacjach kosmetycznych. W badaniu została oceniana nanoemulsja wykorzystująca olej z pestek winogron a także ekstrakt ze skórek winogron jako surowce wydłużające trwałość i stabilność resweratrolu w formulacji. W toku potwierdzono iż dana mieszanka umożliwia uzyskanie stabilnej formulacji a także chroni resweratrol przed degradacją i izomeryzacją pod wpływem promieni UV [20].

Podsumowanie

Inicjatywa „zero waste” przede wszystkim ma na celu stworzeniezrównoważonego wykorzystywania źródeł surowców odnawialnych i nieodnawialnych w gospodarce, a także ochronę środowiska przed rosnącym zanieczyszczeniem. Liczne badania naukowe wskazują na wysoki potencjał biologiczny związków aktywnych, pozyskanych z tak zwanych „produktów ubocznych” produkcji przemysłowej, a także ich różnorodny charakter w kontekście przeznaczenia. Dane rozwiązanie nie tylko umożliwi pozyskanie jakościowego źródła substancji aktywnych, ale dodatkowo przyczyni się do intensyfikacji technologii promującej zrównoważone wykorzystanie surowców. Dodatkowo stanowi interesujący i postępowy koncept marketingowy, mający wysoki potencjał społeczny.

Bibliografia

1. Romani, A et al. „An Industrial and Sustainable Platform for the Production of Bioactive Micronized Powders and Extracts Enriched in Polyphenols From Olea europaea L. and Vitis vinifera L. Wastes.” Frontiers in nutrition, 2020, 7.

2. Dusoruth, V. et al. „Food waste tendencies: Behavioral response to cosmetic deterioration of food.” PloS one, 2020, 15, e0233287.

3. Rhein L. D. et al. „Starzenie skóry. Aktualne strategie terapeutyczne.” MedPharm Polska , 2013, 387-388.

4. Kacperska, A. et al. „Fizjologia roślin” Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2002, 612-678.

5. Gorzynik-Debicka, M. et al. „Potential Health Benefits of Olive Oil and Plant Polyphenols.” International Journal of Molecular Sciences 2018, 3, 686.

6. Kucukgul, A. et al. „Antioxidant Effects of Oleuropein on Hydrogen Peroxide-Induced Neuronal Stress- An In Vitro Study” Anti-Inflammatory & Anti-Allergy Agents in Medicinal Chemistry, 2020, 74-84.

7. Ahamad, J. et al. „Oleuropein: A natural antioxidant molekule in the treatment of metabolic syndrome.” Phytotherapy Research, 2019, 33, 3112–3128.

8. Yang, X. et al. „Isolation and identification of an antioxidant flavonoid compound from citrus-processing by-product.” Journal of the sciences of food and agriculture, 2011, 91, 1925-1927.

9. Barbulova A. et al. „New trends in cosmetics: by products of plant origin and their potential use as cosmetic active ingredients”, Cosmetics, 2015, 2, 82-92.

10. Zielonka-Brzezicka, J. et al. „Actinidia chinensis as a source of health-promoting antioxidants.” Problemy Higieny i Epidemiologii, 2018, 3, 238-244.

11. Vella, F.M. „Characterization of Polyphenolic Compounds in Cantaloupe Melon By-Products.” Foods, 2019, 6, 196.

12. Suleria, H.A.R. et al. „Screening and Characterization of Phenolic Compounds and Their Antioxidant Capacity in Different Fruit Peels.” Foods, 2020, 9, 1206.

13. Poljšak, N. et al. „Vegetable butters and oils in skin wound healing: Scientific evidence for new opportunities in dermatology.” Phytotherapy Research, 2019, 1–16.

14. Bartkiene, E. et al. „Improvement of the antimicrobial activity of lactic acid bacteria in combination with berries/fruits and dairy industry by-products.” Journal of the Science of Food and Agriculture, 2019, 99, 3992-4002.

15. Sagar, N.A. et al. „Fruit and Vegetable Waste: Bioactive Compounds, Their Extraction, and Possible Utilization.” Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 2018, 3, 512-531.

16. Radenkovs, V. et al. „Valorization of Wild Apple (Malus spp.) By-Products as a Source of Essential Fatty Acids, Tocopherols and Phytosterols with Antimicrobial Activity.” Plants, 2018, 7, 90.

17. Henning, S.M. et al. „Pomegranate Juice and Extract Consumption Increases the Resistance to UVB-induced Erythema and Changes the Skin Microbiome in Healthy Women: a Randomized Controlled Trial.” Scientific reports, 2019, 9, 14528.

18. Maruki-Uchida, H. et al. “Effect of Passion Fruit Seed Extract Rich in Piceatannol on the Skin of Women: A Randomized, Placebo-Controlled, Double-Blind Trial. „Journal of Nutritional Science and Vitaminology, 2018, 64, 75-80.

19. Beres, C. et al. „Towards integral utilization of grape pomace from winemaking process: A review.” Waste Management, 2017, 68, 581-594.

20. Davidov-Pardo, G. „Nutraceutical delivery systems: Resveratrol encapsulation in grape seed oil nanoemulsions formed by spontaneous emulsification.” Food Chemistry, 2015, 167, 205–212.

Artykuł został opublikowany w kwartalniku "Świat Przemysłu Kosmetycznego" 2/2021