Składniki aktywne kosmetyków wytwarzane metodami biotechnologicznymi

Początki sprzedaży kosmetyków pielęgnacyjnych to czas, gdy konsumentom zależało przede wszystkim na preparatach służących do utrzymania właściwej higieny, a receptury większości dostępnych na rynku kosmetycznym preparatów opierały się o składniki pochodzenia syntetycznego, dostarczane głównie przez przemysł petrochemiczny. Pod koniec XX wieku, kiedy dzięki działalności dr Alberta Klingmana rozpowszechnione zostało pojęcie „kosmeceutyku” od preparatów stosowanych w codziennej pielęgnacji zaczęto oczekiwać znacznie więcej niż tylko skutecznego usuwania zabrudzeń z powierzchni skóry i przyjemnego zapachu.

Konsumenci zaczęli zwracać coraz większą uwagę na składniki aktywne kosmetyków oraz ich ukierunkowane działanie, takie jak opóźnianie procesu starzenia się skóry, niwelowanie przebarwień, łagodzenie podrażnień czy też działanie antybakteryjne[1, 2]. W wyniku tego trendu coraz bardziej popularne stały się kosmetyki naturalne, bogate w wyciągi i substancje roślinne o wielokierunkowym działaniu poprawiającym kondycję skóry. Korzystny wpływ naturalnych specyfików na skórę znany jest od wieków, a intensywny postęp badań naukowych nad wpływem ekstraktów i zawartych w nich związków czynnych na skórę dostarcza niepodważalnych dowodów, potwierdzających skuteczność substancji roślinnych w poprawie kondycji skóry[3].

Stosowanie substancji naturalnych w recepturach kosmetyków ma jednak swoje ograniczenia. Substancje czynne, odpowiedzialne za określone działanie biologiczne ekstraktów roślinnych są w nich zawarte zwykle w niewielkich ilościach, często w połączeniu z substancjami, które mogą działać alergizująco lub drażniąco. Proces oczyszczania związków aktywnych ze źródeł naturalnych może być wieloetapowy i kosztowny, co wpływa na wysoką cenę składnika aktywnego oraz finalnego wyrobu kosmetycznego. Postępujące zanieczyszczenie środowiska, obniżanie poziomu wód gruntowych oraz ocieplenie klimatu sprawiają, że stanowiska naturalnego występowania wielu gatunków roślin stanowiących cenne surowce kosmetyczne zmniejszają się, limitując tym samym dostępność zawartych w nich substancji czynnych. W obliczu wymienionych trudności oraz w odpowiedzi na rosnące zapotrzebowanie rynku kosmetycznego można zaobserwować coraz większy udział metod biotechnologicznych w wytwarzaniu składników aktywnych kosmetyków[1, 2].

Biotechnologia definiowana jest jako interdyscyplinarna dziedzina nauki, która łącząc wiedzę z zakresu biochemii, mikrobiologii i nauk inżynieryjnych umożliwia wykorzystanie materiałów i procesów biologicznych w celach przemysłowych. Metody biotechnologiczne obejmują przede wszystkim biosyntezę i biotransformację substancji przebiegającą z udziałem drobnoustrojów, kultur tkankowych in vitro oraz enzymów, a także izolacje otrzymanych tymi metodami bioproduktów[4]. Biotechnologia jest obecnie wykorzystywana w procesie produkcji m. in. związków polifenolowych, kwasów organicznych, aminokwasów, witamin i ich pochodnych, polisacharydów,
peptydów, białek, kwasów tłuszczowych i steroli będących powszechnymi składnikami receptur kosmetyków przeciwstarzeniowych,
rozjaśniających skórę i fotoprotekcyjnych, a także preparatów pielęgnacyjnych do włosów[1].

Wykorzystanie mikroorganizmów w produkcji aktywnych składników kosmetyków

Jednym z głównych rodzajów składników aktywnych kosmetyków pozyskiwanych z wykorzystaniem metod biotechnologicznych są związki polifenolowe, które w kosmetykach pełnią funkcję naturalnych antyoksydantów. W recepturach współczesnych kosmetyków coraz częściej stosuje się oczyszczone polifenole ze względu na ich wyższą aktywność biologiczną i mniejsze ryzyko wystąpienia skutków ubocznych w porównaniu z ekstraktami roślinnymi. Wykorzystanie mikroorganizmów fermentujących lub izolowanych enzymów hydrolitycznych jest popularną metodą oczyszczania związków polifenolowych z materiału roślinnego[1]. Przykładem takiego składnika jest kwas elagowy – skuteczny antyoksydant i substancja redukująca przebarwienia skórne, a także składnik szamponów przeciwłupieżowych. Kwas elagowy występuje powszechnie w materiale roślinnym w postaci wolnej, ale częściej związanej estrowo z glukozą, tworząc garbniki hydrolizujące, tzw. elagotaniny[5] (Rys.1).

W procesie otrzymywania czystego kwasu elagowego do celów kosmetycznych stosuje się hydrolizę chemiczną lub enzymatyczną. Wadami metody chemicznej jest niska wydajność procesu i obecność dodatkowych zanieczyszczeń. W hydrolizie enzymatycznej kwas elagowy powstaje na skutek synergistycznego działania dwóch enzymów – tannazy i oksydazy polifenolowej. Enzymy te wytwarzane są np. przez mikroorganizmy Aspergillus niger i Candida utilis, dlatego znalazły one zastosowanie w pozyskiwaniu kwasu elagowego na większą skalę[6]. Innym przykładem składnika aktywnego z grupy polifenoli, w którego oczyszczaniu wykorzystuje się hydrolizę enzymatyczną przeprowadzaną przez mikroorganizmu (głównie grzyby strzępkowe z rodzajów Aspergillus i Penicillum) jest kwas galusowy - związek o działaniu antyoksydacyjnym, antybakteryjnym i niwelującym zmiany barwnikowe. Z kolei kwas kojowy, popularny składnik kosmetyków redukujących przebarwienia, pozyskiwany jest na drodze fermentacji w stanie stałym substratu skrobiowego za pomocą grzybów strzępkowych z rodzaju Aspergillus. Do jego wytwarzania mogą być wykorzystywane także podłoża zawierające glukozę, fruktozę lub sacharozę[1].

Wykorzystanie mikroorganizmów w wytwarzaniu substancji czynnych na potrzeby przemysłu kosmetycznego nie dotyczy tylko związków fenolowych. Kwas hialuronowy, polisacharyd zbudowany z powtarzających się jednostek dwucukrowych złożonych z kwasu D-glukuronowego oraz N-acetylo-D-glukozoaminy połączonych wiązaniami β-1,3 i β-1,4-glikozydowymi, to humektant powszechnie spotykany w recepturach kosmetyków pielęgnacyjnych do twarzy (kremy, maski, toniki) i ciała (preparaty ujędrniające i nawilżające)[7]. Ze względu na powszechne występowanie kwasu hialuronowego w tkankach zwierzęcych jedną z głównych metod jego pozyskiwania jest izolacja z grzebieni kurzych – wydajność takiego procesu wynosi ok. 7500 μg kwasu hialuronowego z 1 g tkanki. Proces ten wymaga stosowania kwasów i rozpuszczalników organicznych, a otrzymany produkt może być zanieczyszczony substancjami biologicznymi takimi jak hialuronidaza, białka wirusowe czy priony. Z tych względów synteza kwasu hialuronowego metodami biotechnologicznymi jest obecnie preferowana metoda otrzymywania tego surowca. W metodzie tej wykorzystuje się szczepy paciorkowców Streptococcus equi czy Streptococcus zooepidemicus, które naturalnie wytwarzają kwas hialuronowy jako element otoczek komórkowych ułatwiających im infekowanie komórek gospodarza. Pozyskiwanie kwasu hialuronowego z hodowli paciorkowców wymaga jednak ścisłej kontroli czystości pozyskiwanego preparatu ze względu na ryzyko zanieczyszczenia toksynami
wytwarzanymi przez te patogenne mikroorganizmy. Poznanie genów zaangażowanych w proces biosyntezy kwasu hialuronowego zapoczątkowało również prace nad optymalizacją produkcji tego polisacharydu w modyfi kowanych genetycznie szczepach innych bakterii: Bacillus, Agrobacterium, Escherichia coli czy Lactococcus[8].

Wykorzystanie mikroorganizmów w procesie syntezy substancji czynnych naturalnego pochodzenia może także wyjść naprzeciw zwiększonemu zapotrzebowaniu na dany składnik aktywny, które trudno jest zaspokoić metodami syntezy chemicznej czy też izolacji ze źródeł naturalnych. Przykładem takiego związku jest astaksantyna (Rys.2) – rozpuszczalny w tłuszczach, organiczny barwnik z grupy ksantofi li, charakteryzujący się silniejszym działaniem antyoksydacyjnym niż likopen, witamina A czy witamina E. Ze względu na szerokie zastosowanie nie tylko w przemyśle kosmetycznym, ale przede wszystkim jako antyoksydant i barwnik w przemyśle spożywczym rynkowe zapotrzebowanie na astaksantynę jest duże, a jej wartość rynkowa wysoka – w 2017 roku szacowano ją na ok. 550 milionów dolarów[9].

Astaksantyna występuje w dużych ilościach w organizmach morskich, takich jak kryl antarktyczny, kryl morski czy krewetka północna. Pozyskiwanie astaksantyny z tych źródeł jest jednak kosztowne i niekorzystne z ekologicznego punktu widzenia. Na skalę masową astaksantynę wytwarza się na drodze syntezy chemicznej lub też w bioreaktorach wykorzystując mikroalgi Haematococcus pluvialis – wydajność takiej produkcji to ok. 13 g astaksantyny/m2/dzień. Na dzień dzisiejszy bardziej korzystniejsza z ekonomicznego punktu widzenia jest synteza chemiczna astaksantyny. Proces biosyntezy astaksantyny na większą skalę, nie tylko z udziałem mikroalg ale również z wykorzystaniem modyfi kowanych szczepów drożdży Saccharomyces cerevisiae jest stale optymalizowany. Można więc sądzić, że dzięki metodom biotechnologicznym dostępność tego wartościowego składnika aktywnego będzie sukcesywnie wzrastać, a jego cena spadać[1, 9].

Jedną z dostępnych metod biotechnologicznych, przydatną również w produkcji składników aktywnych kosmetyków jest wykorzystanie hodowli mikroorganizmów rekombinowanych, które dzięki ekspresji dodatkowych genów mają zdolność wytwarzania na dużą skalę cennych substancji. Przykładem składnika kosmetycznego otrzymywanego ta metoda jest resweratrol (Rys.3) – polifenolowa pochodna stilbenu.

Resweratrol uważany jest za jeden z najsilniej działających naturalnych antyoksydantów, dlatego związek ten spotkać można w recepturach wielu kosmetyków przeciwstarzeniowych[10]. Ze względu na niską zawartość w roślinach, wieloetapowy procesy izolacji i oczyszczania, także zagrożenia środowiskowe i chemiczne, ekstrakcja resweratrolu z roślin jest trudna, czasochłonna i nieopłacalna na większą skalę. Z tych przyczyn w produkcji resweratrolu na potrzeby przemysłowe wykorzystuje się rekombinowane szczepy mikroorganizmów, takie jak Escherichia coli, Lactococcus lactis, Streptomyces venezuelae, Corynebacterium

Anna Lichtarska1, Monika Szczepanik1, Katarzyna Gaweł-Bęben[1,2]
[1]Katedra Kosmetologii, Wyższa Szkoła informatyki i Zarządzania z siedzibą w Rzeszowie, ul. Sucharskiego 2, 35-225 Rzeszów
[2]Centrum Wdrożeniowo-Usługowe Wyższej Szkoła Informatyki i Zarządzania z siedzibą w Rzeszowie, Kielnarowa 386A, 36-020 Tyczyn

Artykuł został opublikowany w kwartalniku "Świat Przemysłu Kosmetycznego" 1/2021

Udostępnij materiał w

Nowości kosmetyczne

  • 3630

    Iść w stronę słońca!

    To, że skóra potrzebuje ochrony przed promieniowaniem jest… jasne jak słońce! Nie ma bowiem czegoś takiego jak „bezpieczne opalanie”. Każda styczność ze słońcem bowiem nie tylko dostarcza komórkom ciała energii do działania, ale jednocześnie powoduje uszkodzenie skóry. Dlatego tak ważna jest prawidłowa ochrona przeciwsłoneczna i stosowanie preparatów, które niwelują skutki niebezpiecznego promieniowania UV. Czytaj dalej

  • 3597

    Z SPF czekasz na letni sezon? To błąd!

    Mimo wzrostu świadomości konsumenckiej, z produktów z ochroną UV nadal korzystamy głównie w okresie wiosenno-letnim. Aby zmienić te nawyki i podejście, Pure by Clochee wypuściło na rynek nowy kosmetyk – BB SPF 30 Krem mineralny. Z pewnością będzie to całoroczny sprzymierzeniec dla dobrej kondycji skóry. Jego formuła została opracowana tak, aby spełniał swoje zadania w codziennej pielęgnacji, niezależnie od pory roku. Czego możemy się po nim spodziewać? Czytaj dalej

  • 3551

    Świat u stóp!

    26 kości, 107 mięśni oraz żyły, tętnice i nerwy o całkowitej długości 1,6 km, a także setki tysięcy gruczołów potowych – ludzkie stopy to ewolucyjny majstersztyk. Ale tylko w pełni zdrowe i sprawne stanowią stabilną podporę ciała! Tymczasem coraz więcej Polaków boryka się z dolegliwościami takimi jak nadmierne pocenie czy, w efekcie, z grzybicą. Dlatego o stopy należy dbać w każdym wieku i właściwie pielęgnować je przez cały rok, a bezpiecznych, skutecznych i sprawdzonych dermokosmetyków i wyrobów medycznych szukać w aptekach. Czytaj dalej

  • 3549

    Idea zdrowej pielęgnacji włosów

    Linia Jantar Medica to intensywna kuracja do włosów zniszczonych i wymagających regeneracji z wyciągiem z bursztynu dostępna wyłącznie w aptekach. Wysokie stężenie składników aktywnych oraz rezultaty działania potwierdzone w badaniach konsumenckich to gwarancja skuteczności od pierwszego zastosowania. Czytaj dalej

  • 3546

    Poczuj ZEW zdrowych i lśniących włosów – odkryj nowy szampon do włosów 2w1 z odżywką ZEW for men

    Nowy produkt z węglem drzewnym z Bieszczad w ofercie polskiej marki kosmetyków dla mężczyzn. Czytaj dalej

  • 3540

    Nowość od polskiej marki Olivia Plum – Tonik DASH - nawilżająca esencja tonizująca

    Polska marka kosmetyków naturalnych Olivia Plum wkracza w nowy obszar i poszerza swoje portfolio o kolejny produkt. Debiutancka seria naturalnych toników do twarzy to kosmetyki, nad którymi pracowaliśmy bardzo długo – mówi założycielka marki Ania Śliwińska. Udało nam się, zachowując krótki skład i dobierając wyjątkowe składniki aktywne, nadać im pożądane właściwości. 23 lutego odbył się launch pierwszego z nich – toniku nawilżającego DASH. Czytaj dalej

  • 3503

    tołpa dermo men max efekt. W odpowiedzi na męskie potrzeby.

    Czasy się zmieniają. Współcześni mężczyźni poszukują w kosmetykach już nie tylko skuteczności, ale także innowacji i przyjemności z używania. Dlatego połączyliśmy trendowe składniki z najważniejszymi potrzebami pielęgnacyjnymi mężczyzn, nie rezygnując ze skutecznego działania. Poznajcie nowoczesną i energetyzującą linię tołpa dermo men max efekt. Czytaj dalej

  • 3502

    Naturalnie czyste i świeże pranie z ZIELKO

    Pachnące, świeże oraz czyste pranie, bez zbędnej chemii jest możliwe. Spośród dużego wyboru środków piorących zarówno tych tradycyjnych, jak i naturalnych, można odnaleźć perełki z nienagannym składem, o skutecznym działaniu. Czytaj dalej

  • 3471

    Świąteczne zestawy Roomcays

    Już ostatni dzwonek, by wybrać prezent dla najbliższych. Dla brodaczy świetne będą zestawy marki Roomcays, w których znajdziemy dobre kosmetyki do pielęgnacji wąsów i brody. Czytaj dalej

  • 3468

    ROZBŁYŚNIJ SPOJRZENIEM Z LUMI

    Kto nie marzy o utrzymaniu pięknej i zdrowej skóry wokół oczu? Z myślą o tym, Pure by Clochee stworzyło kolejny fantastyczny produkt, w którym 98 % to składniki pochodzenia naturalnego. Przedstawiamy LUMI krem pod oczy! Czytaj dalej

  • 3455

    Rozgrzej jesień swoim uśmiechem. Moc kurkumy dla zdrowych, białych zębów

    W ajurwedzie, starohinduskiej sztuce leczenia, kurkuma jest doceniana ze względu na swoje właściwości rozgrzewające, oczyszczające i antybakteryjne. Stanowić może nie tylko naturalny suplement zdrowej diety, ale także cenny sekret kosmetycznych receptur. Jako składnik pasty do zębów zapobiega stanom zapalnym jamy ustnej, dba o dziąsła, a także… świetnie smakuje. Eksperci Białej Perły dodatkowo sprzymierzyli ją z koenzymem Q10 dla jeszcze większej skuteczności w walce o zdrowy, biały uśmiech. Czytaj dalej

  • 3447

    Kolejne to(ł)powe nowości w bestsellerowej linii sebio

    Peeling 3 enzymy to absolutny bestseller wśród kosmetyków face care. Wasz ulubieniec, z którym zdążyłyście zaprzyjaźnić się na dobre. Czytaj dalej

  • 3442

    Naturalna pielęgnacja dłoni i paznokci Iwoniczanki

    Mycie rąk jest jednym z najskuteczniejszych sposobów ochrony przed rozprzestrzenianiem się wirusów. Niestety, częste mycie wodą z detergentem może powodować nadmierne wysuszenie naskórka, zaczerwienie, a nawet bolesne pęknięcia. Jak zatem dbać o wrażliwą skórę dłoni? Czytaj dalej

  • 3439

    Naturalna sól do kąpieli. Uzdrowisko we własnym domu

    Kąpiele solankowe od stuleci polecane są w celu uzupełnienia terapii uzdrowiskowych. Nie tylko relaksują, ale także upiększają skórę i kojąco wpływają na bolące mięśnie i stawy. Stosowane są w fizjoterapii, a także dla wszystkich, poszukujących regeneracji i odprężenia podczas pobytu w uzdrowisku. Dziś uzdrowisko możesz stworzyć we własnym domu, dzięki Iwonickiej Soli Jodobromowej, produkowanej na bazie naturalnych wód mineralnych przez Uzdrowisko Iwonicz. Czytaj dalej

  • 3434

    Pielęgnacja twarzy pełna natury - nowości od Hagi

    Miłośniczki naturalnej pielęgnacji twarzy mają powody do świętowania. Hagi, rodzinna manufaktura kosmetyczna, wprowadziła na rynek kolejne nowości pełne dobroczynnych surowców. Ofertę firmy wzbogaciły dwa zestawy produktów do różnych typów skóry. Dla osób, które chciałyby spowolnić czas firma przygotowała naturalny regenerujący krem i eliksir anti-aging zawierające polisacharydy z alg, ekstrakt z drzewa Tara oraz beta-glukan. Natomiast dla osób z cerą mieszaną Hagi proponuje krem do twarzy i odżywcze serum olejowe z ekstraktami z jaśminu, frangipani, zielonej herbaty, brzoskwini, cyprysu, bergamotki i róży. Czytaj dalej

Czytaj inne

Ciekawostki ze świata

Partner serwisu

Partner serwisu
Partner
serwisu

Współpracujemy z

  •  http://www.kosmetyczni.pl/
  •  http://www.kosmetyka.edu.pl/
  •  http://swiat-przemyslu-farmaceutycznego.pl/
  •  http://swiat-przemyslu-kosmetycznego.pl/
  •  http://www.kosmetyki-detergenty.pl/