Konserwacja produktów kosmetycznych z wykorzystaniem kwasów organicznych
17-01-2023 |
KosmetykiCzy istnieje jeden „złoty” środek konserwujący, który byłby zarówno uniwersalny, prosty w użyciu, tani i w dodatku naturalny? Niestety nie. Do tematu konserwantów należy podejść w sposób złożony. Należy łączyć różne rozwiązania tak, by działały one przeciwko różnym rodzajom mikrobów i w różnych środowiskach (formulacje kosmetyczne). Zestaw narzędzi wypełniony wieloma skutecznymi środkami przeciwdrobnoustrojowymi jest niezbędny do zaspokojenia potrzeb każdej receptury. Potrzebni będą również eksperci ds. konserwacji. To oni mogą doradzić technologowi, jak poprawić ochronę produktu kosmetycznego. Takimi ekspertami niewątpliwie są założyciele firmy Evident Ingredients GmbH wraz z całym zespołem, którzy we współpracy z firmą C.H.Erbslöh Polska zabiorą każdego w niesamowitą podróż w głąb świata konserwantów.
Mikroorganizmy są wokół nas i zamieszkały świat na długo przed nami. Szybko się adaptują i – w skali globalnej – są ważne w każdym systemie ekologicznym. Jednak w mniejszej skali chcemy trzymać je z dala od pewnych obszarów, ponieważ nie chcielibyśmy zamienić kremu do twarzy w farmę bakterii.
Niniejszy artykuł ma na celu przedstawienie wskazówek dotyczących ochrony kosmetyków przy wykorzystaniu kwasów organicznych. Tak naturalne, jak to możliwe, ale i bezpieczne, jak to konieczne. Ta delikatna równowaga może być zachowana tylko dzięki znajomości organizmów docelowych i wiedzy jak najlepiej je wyeliminować, zwykle przy zastosowaniu kombinacji różnych substancji czynnych. Istnieje szeroka gama kwasów organicznych, które mogą wykazywać aktywność przeciwdrobnoustrojową, ale nie wszystkie z nich są skuteczne.
Zrozumienie podstaw prawnych dotyczących środków konserwujących w UE jest ważne dla prawidłowego stosowania konserwantów, jak również składników wielofunkcyjnych. Wiele surowców wymienionych w tym artykule nie znajduje się na liście zarejestrowanych środków konserwujących (załącznik V) zgodnie z Rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) nr 1223/2009 dotyczącego produktów kosmetycznych. Surowce te nie są częścią załącznika V, ponieważ efekt konserwujący, który mogą wnieść do układu nie jest ich wyłączną lub główną funkcją, jak w przypadku surowców, które zostałyby zdefiniowane jako konserwant. Istnieje wiele składników, które oprócz swoich głównych funkcji mają również dodatkowe działanie przeciwdrobnoustrojowe. Nazywamy je składnikami wielofunkcyjnymi. Takie wielofunkcyjne kwasy organiczne są stosowane ze względu na ich wielorakie korzyści: środki nawilżające, modulatory pH, składniki aromatów i wiele innych. Wyjaśnia to jedną z głównych różnic pomiędzy konserwantami a składnikami wielofunkcyjnymi – w przeciwieństwie do konserwantów, wielofunkcyjne kwasy zawsze wnoszą do receptury dodatkowe wartości, które należy uwzględnić w celu zapewnienia stabilności i wydajności produktu.
Kwasy organiczne – dobrze znane, ale nie do końca rozumiane
Kwasy organiczne to duża rodzina konserwantów, która jest dobrze znana w przemyśle spożywczym. Działają one również dobrze w wielu produktach kosmetycznych, choć nadal nie są wszędzie akceptowane. Głównym tego powodem jest brak zrozumienia ich sposobu działania oraz błędne przekonanie, że działają tylko w bardzo niskim pH (<5).
To przekonanie oparte jest na dawnych publikacjach i podręcznikach, w których naukowcy zbytnio skupiali się na wartościach pKA, pomijając wpływ preparatów i zawartych w nich składników. Dziś w środowisku ekspertów wiadomo, że przy zapewnieniu odpowiednich warunków wiele kwasów organicznych nadal działa dobrze przy pH 6,0, a czasem nawet powyżej. Nie jest to może idealne lub zalecane środowisko, ale może być zastosowane, jeśli kwasy i inne składniki są starannie dobrane.
Aby dać czytelnikom pojęcie o różnorodności kwasów organicznych, które znajdują się w produktach kosmetycznych, można podać typowe ich przykłady. Są to kwasy: benzoesowy, sorbowy, salicylowy, dehydrooctowy, undecylenowy, propionowy, mrówkowy, kaprylowy, kaprynowy, laurynowy, mlekowy, cytrynowy, p-hydroksybenzoesowy, cytrynowy, lewulinowy, p-anyżowy, kaprylhydroksamowy, cynamonowy, usninowy, ferulowy, kumarowy, kawowy.
Należy zauważyć, że obok kwasów, również ich sole mają ten sam efekt, ponieważ przy odpowiednim pH preparatu sole zamieniają się w odpowiedni kwas. Na przykład: nie ma znaczenia, czy w recepturze użyjemy kwas p-anyżowy czy jego sól – anizat sodu – o ile końcowe pH jest w odpowiednim zakresie.
Niektóre z wymienionych wyżej substancji udowodniły swoją konkurencyjność w preparatach kosmetycznych i są obecnie szeroko rozpowszechnione w produktach rynkowych. Inne można znaleźć sporadycznie. Ponieważ nie ma jednej substancji czynnej o wystarczającej skuteczności przeciwko wszystkim rodzajom mikroorganizmów, istnieją zazwyczaj różne kombinacje kwasów z właściwościami konserwującymi i szerokim spektrum działania.
Połączenie Sodium Benzoate/Potassium Sorbate może nadal dominować, ale inne składniki, takie jak kwas p-anyżowy, kwas lewulinowy oraz ich kombinacje stały się również bardzo popularne w ostatnich latach. Obecnie badania i rozwój koncentrują się na znalezieniu naturalnych i zrównoważonych źródeł dla niektórych z tych surowców, ponieważ producenci kosmetyków szukają ekologicznych składników.
Portfolio firmy Evident Ingredients GmbH oferuje duży wybór naturalnych i zatwierdzonych przez COSMOS środków konserwujących, które są oparte na naturalnych kwasach organicznych (Tabela 1).
Sposób działania kwasów organicznych opiera się na ich zdolności wpływu na pH w roztworach wodnych. Wewnętrzny płyn mikroorganizmów – cytoplazma – zawiera wszystkie istotne biomolekuły, organelle i enzymy, które są osadzone w wodzie i są silnie uzależnione od pH. Jeśli kwasy organiczne dostaną się do tego środowiska o ściśle kontrolowanym pH, wówczas nastąpi przesunięcie w kierunku kwasowym, procesy życiowe ulegają zakończeniu, a mikroorganizm zostaje wyeliminowany. Jak już wspomniano powyżej, nie wszystkie kwasy organiczne są w stanie przeniknąć przez ścianę komórkową, niektóre mogą potrzebować środków wzmacniających penetrację (ang.boosting agents) lub mogą być osadzone w micelach.
Badania porównawcze trzech systemów
Do tego badania zostały wybrane dane z testów obciążeniowych trzech systemów konserwujących opartych na kwasach organicznych, aby skupić się i wykazać różne właściwości i możliwości ich zastosowania. Trzy mieszanki w oparciu o Evicide® levulinate B, Evicide® levulinate S i Evicide® levanise eco to wodne roztwory z kombinacją dwóch substancji aktywnych.
Wszystkie z nich zawierają kwas lewulinowy – dobrze znaną substancję zapachową o właściwościach nawilżających – oraz jeden dodatkowy środek przeciwbakteryjny lub konserwujący (skład INCI znajduje się w Tabeli 1).
Aby porównać skuteczność konserwującą tych różnych systemów zastosowano narzędzie metaanalizy, które opiera się nie tylko na pojedynczym teście obciążeniowym. Zamiast tego, statystycznie istotna liczba wyników testów obciążeniowych została zestawiona w jeden wykres, który przedstawia ogólne wyniki w sposób specyficzny dla mikroorganizmu z podziałem na trzy możliwe oceny: A, B (są to dwa stopnie zaliczenia testu konserwacji zgodnie z normami Ph.Eur.) lub nieudana (ang.failed). Narzędzie to jest również pomocne w określaniu potencjalnych słabych punktów systemu konserwacji wobec określonych mikroorganizmów. Oczywiście, należy zachować szczególną ostrożność przy wyborze danych, które są wprowadzane do wykresu. Przy prawidłowym zastosowaniu, ten rodzaj metaanalizy jest odpowiedni do wykrywania zalet, jak również wad systemu konserwacji. Jeśli istnieje wystarczająco duża pula danych, można zadać bardzo szczegółowe pytania, na przykład: "Jak konserwacja X zwykle działa w emulsjach przy pH 5,5 z i bez środków wspomagających (ang.boosting agents)?”, albo "Który mikroorganizm regularnie powoduje, że testy obciążeniowe kończą się niepowodzeniem w szamponach o pH 7,0?".
We współpracy z firmą Evident Ingredients GmbH pracujemy nad poszerzaniem wiedzy na temat konserwacji poprzez budowanie obszernej bazy danych testów obciążeniowych, by jak najlepiej pomóc naszym klientom odpowiedzieć na ich indywidualne pytania.
W przedstawionych badaniach wyniki testów obciążeniowych oparto na emulsjach, formułach opartych na bazie środków powierzchniowo czynnych, takich jak szampony oraz systemach wodnych. Wartości pH produktów mieszczą się w przedziale od 5,0 do 6,0, a stężenie aplikacyjne zostało odpowiednio dostosowane pomiędzy 1,5% a 2,5%.
Jak widać na Wykresie 1 zastosowanie Evicide® levulinate B zwykle daje bardzo dobre wyniki w testowanych preparatach, chociaż odnotowano również kilka prób "nieudanych". Organizm A.brasiliensis jest tym, który zwykle powoduje problemy, ponieważ jest on odpowiedzialny za największą liczbę nieudanych testów. W takich przypadkach konieczne jest dalsze wzmacnianie układu.
Na Wykresie 4 przedstawiono wyniki testów z wykorzystaniem Evicide® levulinate S. W porównaniu z danymi przedstawionymi powyżej, dobrze znana siła sorbinianu potasu przeciwko pleśni jest zauważalna, gdzie wydajność przeciwko bakteriom E.coli i S.aureus w niektórych przypadkach nie jest idealna.
Ponieważ udało się zidentyfikować tę słabość, nauczyliśmy się, jak jej zaradzić: kiedy Evicide® levulinate S jest używany w połączeniu z dodatkiem wspomagającym (ang. boosting agent), takim jak Caprylyl Glycol (Evicide® G 8), wydajność może być znacznie poprawiona, jak pokazano na Wykresie 3.
Wykres 2 przedstawia przegląd testów obciążeniowych wykonanych z Evicide® levanise eco. Można wyraźnie zauważyć, że ta mieszanina wykazuje bardzo silną ochronę szerokiego spektrum produktów kosmetycznych, która jest na równi z bardziej tradycyjnymi mieszaninami.
Podsumowanie
Na przełomie ostatnich dziesięcioleci konserwacja produktów kosmetycznych uległa ogromnym zmianom. Pojawiło się wiele środków konserwujących i substancji czynnych, a niektóre z nich zniknęły. Szczególnie ostatnie 10-20 lat przyniosło dużą różnorodność nowych środków przeciwdrobnoustrojowych, które mają istotne korzyści dla receptury kosmetyku. Ponadto mogą zaoferować efekt antybakteryjny, który chroni produkt końcowy. Niniejszy artykuł przedstawia porównanie działania trzech mieszanin opartych na kwasach organicznych, które są powszechnie stosowane w produktach kosmetycznych. Przedstawiono rozstrzygające dane oparte na ponad 100 testach, które wykazały, że wszystkie trzy mieszaniny mogą skutecznie chronić produkty kosmetyczne. Dlatego też surowce te stanowią bardzo ważne rozszerzenie istniejących strategii konserwacyjnych dla produktów kosmetycznych.
autor: Magdalena Wielgosz
Sales Manager Cosmetics
C.H. Erbslöh Polska Sp. z o.o.
Artykuł powstał we współpracy z firmą Evident Ingredients GmbH na podstawie udostępnionych publikacji.
Od ponad 20 lat współpracujemy zarówno z małymi, jak i dużymi firmami przemysłu kosmetycznego - jako dystrybutor i dostawca zapewniając im potrzebne ilości różnego typu surowców kosmetycznych.