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BIOTENSIOATTIVI MICROBICI IN COSMETICA: VANTAGGI E LIMITI DI APPLICABILITÀ

by info@teknoscienze.com
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Nuove formulazioni – Beauty Horizons 1/2022

 

CHIARA CERESA
Laboratorio di Microbiologia del Dipartimento di Scienze del Farmaco di Novara
Università del Piemonte Orientale | Italia

 

COSMESI E TENSIOATTIVI

La cosmesi ricopre un ruolo essenziale nella vita quotidiana di tutti noi. Ogni giorno, infatti, in tutto il mondo viene impiegato un vasto assortimento di prodotti cosmetici e per la cura della persona che genera un giro di affari di miliardi di euro. Studiosi e produttori sono alla continua ricerca di nuovi e promettenti ingredienti per la creazione di formulazioni innovative che oltre a pulire ed idratare la pelle, forniscano nutrienti e protezione aggiuntiva, migliorando le funzioni di barriera e inibendo la crescita di agenti patogeni (Ref 1,2).

I tensioattivi sono molecole anfifiliche la cui struttura chimica presenta una coda idrofobica, insolubile in acqua, ed una testa idrofilica, solubile in acqua (Ref 3,4).

In base alla loro origine, i tensioattivi vengono suddivisi in: tensioattivi chimici e tensioattivi di origine naturale. All’interno di questa seconda categoria sono presenti due gruppi distinti: i tensioattivi bio-based e i tensioattivi di origine microbica.

 

TENSIOATTIVI CHIMICI

I tensioattivi chimici sono i più diffusi ed economici (ad es. sodio dodecil solfato, il sodio lauril solfato, cocamidopropil betaina e cocoamido dietanolamide) e sono l’ingrediente principale di un gran numero di formulazioni cosmetiche. Vengono classificati in base alla carica presente sulle loro teste idrofile dopo dissociazione in acqua e sono ben noti sia per la loro abilità nell’abbassare la tensione superficiale ed interfacciale alle interfasi rispettivamente liquido/gas e liquido/liquido, o liquido/solido, sia per le loro proprietà emulsionanti, detergenti, solubilizzanti, bagnanti, schiumogene e disperdenti (Ref 5). Tuttavia, seppur la loro utilità sia indubbia, circa il 50% dei tensioattivi derivano da fonti petrolchimiche e devono essere utilizzati con oculatezza perché possono essere dannosi, da un lato per l’ambiente e dall’altro per la pelle umana: se applicati per periodi prolungati possono infatti alterarne il microbiota, determinare l’insorgenza di reazioni allergiche ed irritazioni ma anche influenzarne negativamente l’integrità strutturale e le funzioni di barriera protettiva (Ref 6, 7, 8).

Biodegradabilità e biocompatibilità sono aspetti importanti quanto l’efficacia funzionale e, per questo motivo, sia le industrie cosmetiche che i consumatori hanno sempre più favorito prodotti cosmetici contenenti ingredienti di origine naturale aventi caratteristiche funzionali uguali o addirittura migliori piuttosto che formulazioni prettamente a base chimica (Ref 8, 9, 10).

 

L’ALTERNATIVA “VERDE”: TENSIOATTIVI BIO-BASED E BIOTENSIOATTIVI

Negli ultimi decenni è stata condotta un’ampia ricerca per l’ottenimento di tensioattivi “verdi” da materie prime rinnovabili sia per via chimica sia attraverso biosintesi microbica (Ref 8,10,11).

I tensioattivi bio-based sono ottenuti per via chimica a partire da materie prime di origine animale o vegetale, e vengono già utilizzati nell’industria cosmetica come un’alternativa “verde” ai surfattanti chimici, aventi migliori prestazioni detergenti ed emulsionanti, buona biodegradabilità e minore tossicità (Ref 8,11). Tuttavia, sebbene con la loro sintesi si eviti l’uso di fonti petrolchimiche, ci sono alcuni svantaggi soprattutto connessi al consumo di oli vegetali. I più utilizzati per la produzione di tensioattivi sono l’olio di palma, l’olio di palmisti e l’olio di cocco: la conversione delle foreste in piantagioni di palma ha un importante impatto ambientale dovuto alla perdita di biodiversità (Ref 12) e all’aumento delle emissioni di CO2 (Ref 13).

I biotensioattivi sono una classe di molecole strutturalmente eterogenee, prodotte da vari microorganismi (funghi e batteri) come metaboliti secondari generalmente escreti a livello extracellulare o localizzati sulla superficie cellulare (Ref 14,15). Vengono classificati in base alla loro composizione chimica ed al peso molecolare e sono generalmente suddivisi in due classi principali: i “biosurfattanti”, composti a basso peso molecolare (lipopeptidi, glicolipidi) che riducono efficacemente la tensione superficiale ed interfacciale tra gas, liquido e solido, ed i “bioemulsionanti”, polimeri ad alto peso molecolare (polisaccaridi, lipopolisaccaridi o lipoproteine) che permettono la formazione di emulsioni stabili (Ref 10,16). I biosurfattanti presentano un’elevata attività di superficie e capacità emulsionante, umettante, schiumante e detergente (Ref 17,18), ma posseggono anche altre interessanti proprietà biologiche quali l’azione antimicrobica (Ref 19), antivirale (Ref 20), antiadesiva ed anti-biofilm (Ref 21). Inoltre, diversi studi scientifici affermano che essi presentano una bassa o nulla tossicità, un’alta biodegradabilità e biocompatibilità, così come un’elevata efficacia in condizioni di temperatura, pH e salinità estreme (Ref 10,15,16,18).

 

BIOTENSIOATTIVI NELL’INDUSTRIA COSMETICA: BREVETTI E PRODOTTI IN COMMERCIO

Le componenti strutturali dei biosurfattanti (proteine, lipidi, zuccheri) sono simili alle molecole che compongono le membrane cellulari: caratteristica che conferisce loro una bassa o nulla tossicità, compatibilità cutanea, proprietà antimicrobiche ed anti-ossidanti, capacità protettive ed effetti di idratazione superficiale e li rende ingredienti ideali per la realizzazione di prodotti cosmetici e per la cura della pelle (Ref 22,23,24,25). I glicolipidi, come soforolipidi (SL) e mannosileritritolo-lipidi (MEL) da Candida spp. e ramnolipidi da Pseudomonas spp., costituiscono il gruppo di biosurfattanti più studiato e il più promettente nell’industria cosmetica (Ref 22,23,24,25). Negli ultimi vent’anni, numerosi brevetti incentrati sul loro potenziale utilizzo in cosmesi sono stati depositati e sono facilmente reperibili sul web Ref (Ref 26,27,28,29,30,31). Società giapponesi come Toyobo e Saraya Co. (Ref 37), Kanebo Cosmetics Inc. (Ref 38), Kao Co. Ltd. (Ref 39) sfruttano le proprietà umettanti ed idratanti di MEL e SL per la preparazione di rossetti, prodotti per la pelle e per i capelli, ombretti, cosmetici in polvere e soluzioni acquose. Negli USA, Logos Technologies produce una linea di prodotti (NatSurFact) contenenti ramnolipidi, che sembra possano essere utilizzati per supportare e migliorare il processo di guarigione delle ferite (Ref 40). In Europa, la società Soliance (Francia) ha creato Sopholiance S, una formulazione contenente soforolipidi, con azione antimicrobica e sebo-regolatrice per la realizzazione di deodoranti, detergenti per il viso, gel doccia, struccanti e prodotti per il trattamento dell’acne (Ref 41).

 

LIMITI DI APPLICABILITÀ DEI BIOTENSIOATTIVI

I biotensioattivi rappresentano meno del 5% dei tensioattivi utilizzati nell’industria cosmetica. La loro produzione su larga scala è infatti piuttosto svantaggiosa e prevede in particolare processi di separazione e purificazione lunghi e difficoltosi, che rappresentano oltre il 60-80% del costo totale di produzione (Ref 32). Pertanto, il loro impiego è limitato a quei biotensioattivi ottenuti direttamente dalla filiera agroindustriale, ad esempio dai residui derivanti dal processo di estrazione dell’amido dal mais, i cui costi di produzione sono competitivi a quelli sostenuti per i tensioattivi chimici (Ref 33,34). Tuttavia si ritiene che la messa in atto di alcune strategie alternative quali la selezione di nuovi microorganismi produttori da substrati rinnovabili, come gli scarti delle lavorazioni agro-alimentari e dell’industria lattiero-casearia, dagli oli vegetali e dal grasso animale insieme al miglioramento delle tecniche fermentative, estrattive e di purificazione possano aumentarne le potenzialità commerciali (Ref 32,35,36).

 

CONCLUSIONI

L’impiego di tensioattivi verdi rappresenta una chiave di volta nello sviluppo di formulazioni cosmetiche più ecocompatibili che portino ad una riduzione degli effetti nocivi dei tensioattivi chimici sull’ambiente e sulla pelle umana. I tensioattivi bio-based vengono ottenuti a partire da oli di origine vegetale e animale per via chimica. Hanno alta efficienza, sono economici e maggiormente biodegradabili ma la loro produzione, seppur escluda il consumo di risorse petrolchimiche, non è ancora ad impatto zero. I biosurfattanti, invece, sono il risultato della macchina biosintetica di diversi tipi di microorganismi. Numerosi studi scientifici hanno dimostrato che i biosurfattanti presentano un’elevata efficacia, una maggiore biodegradabilità e biocompatibilità e una serie di proprietà biologiche potenzialmente vantaggiose in ambito cosmetico. Tuttavia, prima che questi possano essere impiegati largamente devono essere superati i problemi legati alla loro produzione, proponendo processi fermentativi e fasi di purificazione ottimizzate che possano migliorarne la resa ed abbattere sensibilmente i costi.

 

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Biografia

Chiara Ceresa, dopo un Dottorato di Ricerca in Biotecnologie Farmaceutiche ed Alimentari, è attualmente Assegnista di Ricerca presso il Laboratorio di Microbiologia del Dipartimento di Scienze del Farmaco di Novara, Università del Piemonte Orientale. Si occupa principalmente dello studio e dell’applicazione di molecole naturali per la prevenzione delle infezioni microbiche associate a dispositivi medici.

 

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