Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Obecne i potencjalne zastosowanie związków pochodzenia mikrobiologicznego w przemyśle kosmetycznym
Obecne i potencjalne zastosowanie związków pochodzenia mikrobiologicznego w przemyśle kosme

Obecnie obserwuje się wśród konsumentów stale rosnące zainteresowanie kosmetykami pochodzenia naturalnego. Powyższe skłania przemysł i producentów do poszukiwania nowych, aktywnych składników lub alternatyw dla znanych i stosowanych syntetycznych substancji. Okazuje się, że mikroorganizmy takie jak bakterie czy mikroalgi mogą być wykorzystywane w procesach biotechnologicznych do otrzymywania surowców kosmetycznych. Niniejszy artykuł przedstawia obecne i potencjalne zastosowanie związków pochodzenia mikrobiologicznego w przemyśle kosmetycznym takich jak: biosurfaktanty, polisacharydy, karotenoidy, kwasy organiczne, aminokwasy, peptydy i bakteriocyny.

Biosurfaktanty

Surfaktanty pochodzenia naturalnego wykazują szereg właściwości skłaniających producentów kosmetyków do ich stosowania. Biosurfaktanty, w przeciwieństwie do ich syntetycznych odpowiedników, są biodegradowalne, wykazują niską toksyczność, a także są stabilne w warunkach wysokiej temperatury czy pH [1,2]. Wśród biosurfaktantów o niskiej masie cząsteczkowej wyróżnić można glikolipidy i lipopeptydy. Do pierwszej grupy zalicza się między innymi soforolipidy produkowane przez Candida sp. oraz ramnolipidy wytwarzane przez Pseudomonas sp. Z kolei przykładem lipopeptydu jest surfaktyna, otrzymywana dzięki bakteriom z rodzaju Bacillus [1,2,3]. Ponadto, istnieją biosurfaktanty polimerowe.

Surfaktanty pochodzenia naturalnego w preparatach kosmetycznych stosowane są jako: solubilizatory, środki zwilżające, spieniające, dyspergenty oraz emulgatory [1,3]. Właściwości emulgujące biosurfaktantów wydają się być najbardziej istotne i zależą od ich rodzaju. Środki powierzchniowo-czynne o niskiej masie cząsteczkowej powodują zmniejszenie napięcia powierzchniowego i międzyfazowego w emulsjach typu O/W, natomiast te, o wysokiej masie cząsteczkowej powodują jej stabilizację [3]. Z wielu badań wynika, że naturalne surfaktanty, takie jak: surfaktyna, ramnolipidy i soforolipidy. wykazują działanie przeciwdrobnoustrojowe oraz przeciwutleniające. W związku z tym mogłyby być stosowane jako substancje wspomagające działanie konserwantów czy antyoksydantów [1].

 

Polisacharydy

Wytwarzane przez mikroorganizmy charakteryzują się różnorodnością struktur i właściwości fizykochemicznych, co pozwala na zastosowanie ich nie tylko w przemyśle spożywczym, ale także kosmetycznym. Jednym z przykładów egzopolisacharydów są dekstrany, syntetyzowane przez bakterie należące do rodzaju: Lactobacillus, Leuconostoc czy Streptococcus. W produktach kosmetycznych są stosowane jako środki nawilżające i modyfikatory reologii. Celuloza także może być pochodzenia bakteryjnego. Najczęściej i najbardziej efektywnie jest produkowana przez gatunki Gluconacetobacter. Warto zauważyć, że ma taki sam skład chemiczny jak celuloza roślinna. Posiada istotne właściwości, do których należą: zatrzymywanie wody, wytrzymałość na rozciąganie, a także wysoka czystość [4]. Badania sugerują, że ten biopolimer ma potencjalne zastosowanie jako stabilizator emulsji typu O/W. Sprawdzono także jego wykorzystanie w preparatach kosmetycznych takich jak peelingi i maski do twarzy [5]. Guma ksantanowa stosowana w przemyśle kosmetycznym, jako środek zagęszczający, to naturalny polisacharyd, uzyskiwany dzięki Xanthomonas campestris [4]. Odpowiada za stabilizację emulsji, zapobiegając przed wystąpieniem zjawiska koalescencji. Guma ksantanowa jest stabilna zarówno w szerokim zakresie temperatur, jak i pH. Należy jednak zwrócić uwagę na ograniczenie, jakim jest długotrwały proces uwodnienia gumy [6]. Kolejnym egzopolisacharydem jest guma gellan produkowana przez Sphingomonas sp. [4]. Charakteryzuje się termostabilnością. Stosowana jest jako stabilizator emulsji. W porównaniu z innymi gumami stosowanymi w kosmetykach, guma gellan nie jest skuteczna jako zagęstnik. Natomiast, posiada właściwości żelujące, co jest wykorzystywane przy produkcji szamponów, płynów do mycia ciała, a także żeli do układania włosów [6]. Kwas hialuronowy, pierwotnie pozyskiwany z grzebieni koguta, może być także otrzymywany dzięki różnym gatunkom bakterii z rodzaju Streptococcus. Najnowsze badania pokazują, że jest możliwość uzyskania tego polimeru na skalę laboratoryjną dzięki rekombinowanemu szczepowi Bacillus subtilis [4]. Wspomniany polisacharyd jest stosowany w kosmetykach ze względu na swoje właściwości nawilżające i higroskopijne. Na rynku usług kosmetycznych istnieją także wypełniacze zawierające kwas hialuronowy [6]. Lewan, choć nie tak popularny jak wcześniej przedstawione przykłady polisacharydów, jest także składnikiem kosmetyków. Jego struktura opiera się na powtarzających się jednostkach fruktozy, zatem jest homopolimerem. Ten biopolimer wytwarzany jest przez rośliny oraz mikroorganizmy należące do rodzaju Bacillus, Lactobacillus czy Zymomonas [4]. Jego zaletą jest zdolność do zmniejszenia utraty wody ze skóry, a tym samym utrzymanie jej nawilżenia. Zastosowanie lewanu w kosmetykach ma jednak ograniczenia. Nie jest wystarczająco stabilny w preparatach opartych na wodzie, a w warunkach kwasowych ulega hydrolizie [7].

 

Karotenoidy

Mikroorganizmy morskie wytwarzają szereg substancji, które mogą mieć potencjalne zastosowanie w przemyśle kosmetycznym. Mikroalgi i cyjanobakterie produkują pigmenty fotosyntetyczne, które mogą być wykorzystane jako przeciwutleniacze i naturalne barwniki w preparatach kosmetycznych. Są to głównie karotenoidy, takie jak ß-karoteny pochodzące z Dunaliella salina, fikocyjanobiliny i fikoerytrobiliny ze Spiruliny i Porphyridium. Ciekawym przykładem jest astaksantyna – czerwony barwnik, wytwarzany przez Haematococcus pluvialis. Związek ten jest uznawany za jeden z najsilniejszych, naturalnych antyutleniaczy. Ponadto, pełni rolę w ochronie skóry człowieka przed reakcjami fotoutleniania spowodowanymi działaniem promieni UV. Kolejna grupa barwników, fikocyjaniny, ekstrahowane są z niebiesko-zielonych alg i mogą być używane do produkcji cieni do oczu.

Z kolei barwę różową lub fioletową można uzyskać z czerwonych mikroalg. Interesujący z punktu widzenia przemysłu kosmetycznego jest także likopen, który cechuje się silnymi właściwościami antyoksydacynymi. Obecnie stosowany w kosmetykach jest likopen pochodzenia roślinnego, jednakże cyjanobakterie i mikroalgi także mogą potencjalnie stanowić jego źródło [8].

 

Kwasy organiczne

Do grupy kwasów organicznych zaliczane są hydroksykwasy, które są powszechnie stosowane w kosmetykach dzięki właściwościom złuszczającym. Preparaty zawierające hydroksykwasy powodują poprawę kolorytu skóry i przyczyniają się do zredukowania blizn oraz innych defektów. Zwykle pozyskiwane są poprzez ekstrakcję z roślin lub w procesach syntezy, jednakże kilka z nich może być wytwarzane także przez mikroorganizmy. Przykładem jest kwas salicylowy produkowany przez bakterie z rodzaju Pseudomonas i Serratia oraz kwas mlekowy pochodzący od bakterii kwasu mlekowego [6].

 

Aminokwasy

Aminokwasy są stosowane w przemyśle kosmetycznym zwłaszcza w preparatach anty-aging, ponieważ wykazują działanie złuszczające, antyoksydacyjne i nawilżające. Produkcja tych związków może się odbywać na drodze fermentacji przy udziale bakterii z rodzaju Corynebacterium. Wśród aminokwasów otrzymywanych tą metodą znajdują się między innymi: tyrozyna, arginina, lizyna czy kwas glutaminowy [6].

 

Peptydy

Toksyna botulinowa jest dipeptydem, który wpłynął na rozwój w dziedzinie kosmetyki przeciwstarzeniowej. Wyróżnia się siedem typów toksyny botulinowej produkowanych przez różne szczepy Clostridium botulinum. Są one oznaczane jako typ: A, B, C, D, E, F oraz G. Najczęściej stosowana jest terapia botulinowa typu A przy użyciu preparatu o nazwie Botox. Zastosowanie tej naturalnej toksyny powoduje zahamowanie wydzielania acetylocholiny, uniemożliwiając tym samym prawidłowy przepływ sygnału od nerwów do mięśni, co w konsekwencji prowadzi do rozluźnienia mięśni i wygładzenia zmarszczek. Interesującym przykładem polipeptydu jest kwas γ -poliglutaminowy (PGA), wytwarzany przez bakterie z rodzaju Bacillus. Ten anionowy biopolimer cechuje się biokompatybilnością, biodegradowalnością oraz zdolnością do absorpcji wody. W związku z tym może być stosowany w kosmetykach o właściwościach nawilżających. Doniesienia naukowe sugerują, że podobnie jak kwas hialuronowy, może być substancją stosowaną w celu wypełnienia zmarszczek. Stwierdzono także, że produkty kosmetyczne zawierające PGA mają mniejszy potencjał alergizujący, w porównaniu z kosmetykami opartymi na kwasie hialuronowym lub kolagenie [6]. W jedynym z badań sprawdzono aktywność przeciwdrobnoustrojową kwasu γ-poliglutaminowego produkowanego przez Bacillus subtilis D7. Zauważono, że PGA hamował rozwój bakterii Gram-ujemnych i Gram-dodatnich, jednakże nie blokował wzrostu patogennych drożdży. Powyższe wyniki sugerują, że stosowanie tego biopolimeru przyczyniłoby się do wzmocnienia skuteczności układów konserwujących w preparatach kosmetycznych [9]. Chętnie stosowana w kosmetykach keratyna jest bardzo wytrzymałym polimerem występującym w skórze, włosach i paznokciach. Hydrolizaty keratyny mogą powstawać w procesie hydrolizy enzymatycznej z wykorzystaniem keratynaz. Enzymy keratynolityczne wytwarzane są przez niektóre mikroorganizmy, przykładowo bakterie z rodzaju Bacillus. Hydrolizaty keratyny zalecane są do stosowania w szamponach i odżywkach do włosów, które wymagają spłukania. Powodują wypełnienie ubytków w strukturze włosów, co wpływa na poprawę ich wyglądu. Wspomniane hydrolizaty mogą być użyte jako składniki produktów do makijażu rzęs, ponieważ przyczyniają się do ich wydłużenia i wzmocnienia [6].

 

Bakteriocyny

Nizyna jest bakteriocyną wytwarzaną przez bakterie mlekowe Lactococcus lactis. W związku z tym, że jest konserwantem stosowanym w żywności, zbadano jej potencjalne zastosowanie jako naturalny środek konserwujący w preparatach kosmetycznych. Wyniki badań pokazują, że wspomniana bakteriocyna hamuje rozwój bakterii Gram-dodatnich, natomiast nie jest wystarczająco skuteczna przeciwko bakteriom Gram-ujemnym, drożdżom oraz pleśniom. Okazuje się jednak, że użycie nizyny w połączeniu z solą tetrasodową kwasu etylenodiaminotetraoctowego (EDTA) oraz syntetycznymi konserwantami, między innymi fenoksyetanolem, wykazuje odpowiednie działanie przeciwdrobnoustrojowe. Sugeruje to, że nizyna może być użyta wraz z innymi konserwantami, przyczyniając się do zmniejszenia stosowanych dawek syntetycznych konserwantów w kosmetykach [10].

 

Autor: Aleksandra Pałka, Studentka III roku studiów inżynierskich na kierunku chemia kosmetyczna w Wyższej Szkole Inżynierii i Zdrowia w Warszawie

Źródła

[1] Bezerra, K. G. O., Rufino, R. D., Luna, J. M.,  Sarubbo, L. A. 2018. Saponins and microbial biosurfactants: potential raw materials for the formulation of cosmetics. Biotechnology progress, 34(6), 1482-1493.

[2] Varvaresou, A., Iakovou, K. 2015. Biosurfactants in cosmetics and biopharmaceuticals. Letters in Applied Microbiology, 61(3), 214-223.

[3] Vecino, X., Cruz, J. M., Moldes, A. B., Rodrigues, L. R. 2017. Biosurfactants in cosmetic formulations: trends and challenges. Critical Reviews in Biotechnology, 37(7), 911-923.

[4] Yildiz, H., Karatas, N. 2018. Microbial exopolysaccharides: Resources and bioactive properties. Process Biochemistry, 72, 41–46.

[5] Ullah, H., Santos, H. A., Khan, T. 2016. Applications of bacterial cellulose in food, cosmetics and drug delivery. Cellulose, 23(4), 2291-2314.

[6] Sajna, K. V., Gottumukkala, L. D., Sukumaran, R. K., Pandey, A. 2015. White biotechnology in cosmetics. Industrial Biorefineries & White Biotechnology, 607-652.

[7] Balkrishna, A., Agarwal, V., Kumar, G.,  Gupta, A. K. 2018. Applications of Bacterial Polysaccharides with Special Reference to the Cosmetic Industry. Microbial Bioprospecting for Sustainable Development, 189-202. 

[8] Mourelle, M., Gómez, C.,  Legido, J. 2017. The potential use of marine microalgae and cyanobacteria in cosmetics and thalassotherapy. Cosmetics, 4(4), 46.

[9] Lee, N. R., Go, T. H., Lee, S. M., Jeong, S. Y., Park, G. T., Hong, C. O.,  Son, H. J. 2014. In vitro evaluation of new functional properties of poly-γ-glutamic acid produced by Bacillus subtilis D7. Saudi Journal of Biological Sciences, 21(2), 153-158.

[10] Maurício, E., Rosado, C., Duarte, M., Verissimo, J., Bom, S.,  Vasconcelos, L. 2017. Efficiency of nisin as preservative in cosmetics and topical products. Cosmetics, 4(4), 41.

 

KOMENTARZE
news

<Wrzesień 2019>

pnwtśrczptsbnd
26
27
28
29
30
31
1
2
3
4
5
6
7
8
9
12
13
14
15
17
Biznes w Genach
2019-09-17 do 2019-09-17
18
Cancer Prevention 2020
2019-09-18 do 2019-09-18
21
22
27
28
29
2
Business Insider Trends Festival
2019-10-02 do 2019-10-03
4
BioNinja Challenge 2019
2019-10-04 do 2019-10-06
5
6
Newsletter