Naturalne polimery stosowane w kosmetyce

Ewa Głuszek | 2015-04-29

Tagi: polisacharydy, białka, polimery

W przemyśle kosmetycznym często stosuje się polisacharydy i białka – naturalne polimery pełniące wiele ważnych funkcji w tworzeniu nowych formulacji kosmetyków. Używane są do produkcji wszelkiego rodzaju produktów przeznaczonych do pielęgnacji ciała oraz włosów, a także kosmetyków kolorowych: fluidów, mascar, błyszczyków i cieni do powiek.

Najważniejszym zadaniem, które spełniają polimery w recepturze kosmetycznej, niewątpliwie jest modyfikacja reologii, która decyduje o łatwości użytkowania kosmetyku.  Zagęszczanie masy może zachodzić na trzy różne sposoby: poprzez splątanie łańcucha polimerowego, krzyżowe wiązania kowalencyjne oraz w oparciu o mechanizm asocjacyjny. W roztworze wodnym lub alkoholowym cząsteczki związku wielkocząsteczkowego zaczynają się wzajemnie przenikać i splątywać, w rezultacie powodując wzrost lepkości roztworu. Kolejny sposób polega  na łączeniu dwóch łańcuchów polimerowych poprzez wstawienie dwufunkcyjnego monomeru, który jednocześnie reaguje z dwoma łańcuchami. Ostatni mechanizm zwiększający lepkość opierający się na asocjacji polega na wstawianiu hydrofobowych związków wielocząsteczkowych do łańcuchów polimerowych, które przyczyniają się do wzajemnej agregacji makrocząsteczek w roztworze wodnym.

Do innych równie ważnych funkcji polimerów w kosmetyku należy tworzenie stabilnego filmu, który zapobiega nadmiernej utracie wody z naskórka, wpływa na trwałość kosmetyku oraz na sensorykę aplikacji. Stosuje się je także w  tzw. procesie kapsułkowania „zamykając” bioaktywne substancje w polimerowej otoczce, co umożliwia ich transport w głębokie warstwy skóry. Związki kondycjonują oraz zmiękczają skórę i włosy.

 

Naturalne i ekologiczne  to określenia coraz częściej używane przez producentów kosmetyków. Popularnością cieszą się „eco” polimery należące do grupy polisacharydów, tj.:  znana wszystkim skrobia, celuloza i jej pochodne, agar, aragenina, gumy, śluzy, pektyny, alginiany, chitosan oraz kwas hialuronowy.

Polisacharydy

Rys.1 Wzór strukturalny amylozy

Rys. 2 Wzór strukturalny amylopektyny

 

Struktury krystaliczne ziarna skrobiowego stosowanego w kosmetyce składają się z amylopektyny  zbudowanej z 9 000 - 10 000 cząsteczek glukopiranozowych tworzących rozgałęziony łańcuch. Fazę amorficzną tworzy natomiast amyloza –  liniowy polimer polisacharydowy zbudowany z 300 – 4 000  cząsteczek glukopiranozowych. Najczęściej zawartość amylopektyny wynosi 75 - 85%, pozostałość  stanowi amyloza (15 - 25 % ). W praktyce nie rozpuszcza się w zimnej wodzie  natomiast  pęcznieje w niej tworząc hydrokoloidową strukturę. Surowiec pozyskuje się z ziemniaków, kukurydzy, ryżu, pszenicy oraz owsa. Skrobia jest nie tylko zagęszczaczem i koemulgatorem w masach kosmetycznych. Stosuje się ją także jako wypełniacz do  fluidów i pudrów, szczególnie matujących, ze względu na fakt silnego pochłaniania sebum oraz wilgoci ze skóry, która po aplikacji staje się dodatkowo gładka i miękka.  Te właściwości wykorzystali również producenci dezodorantów i antyperspirantów. Często spotykamy się także ze skrobią w produktach prasowanych: bronzerach, różach i cieniach, dla których właściwości adhezyjne i kryjące skórę wpływają na dobrą jakość po aplikacji, zapobiegając przed nadmiernym osypywaniem się kosmetyku.

 

Kolejnym naturalnym półproduktem jest  nierozpuszczalna w wodzie celuloza i jej pochodne. W kosmetyce stosuje się ją w postaci mikrokrystalicznej zawierającej kryształy  o wymiarach 20 - 150 nm, dzięki czemu w wodzie tworzy  strukturę żelu. Celuloza stosowana jest również ze względu na  właściwości stabilizujące emulsję, przeciwdziałając rozwarstwianiu się stałych i ciekłych surowców w  masie. Do pochodnych celulozy wykorzystywanych w produkcji kosmetyków należą:

- Metyloceluloza ( Tylose, Methocel, MC) – pochodna  rozpuszczalna w wodzie, wykazująca odczyn obojętny. W maseczkach i pastach do zębów tworzy strukturę żelu, natomiast w szamponach i kremach do golenia jest regulatorem lepkości.

- Etyloceluloza (Ethocel, AT – cellulose) – polisacharyd rozpuszczalny w acetonie oraz octanie butylu. Stosowany w kosmetykach „long lasting” dzięki właściwościom filmotwórczym;

-  Hydroksyetyloceluloza ( Tylose H, Visconar)  -  stosowana podobnie jak metyloceluloza;

- Karboksymetyloceluloza ( Tylose MGA lub Tylose C, Cetulose, CMC) – pochodna celulozy stosowana jako zagęstnik w  kremach i pastach do zębów. Jest bardzo kleista i nierozpuszczalna w rozpuszczalnikach organicznych.  W kremach ochronnych tworzy cienką warstwę, przepuszczalną dla gazów:

- Metylohydroksyetyloceluloza ( Tylose MH, MHEC) – rozpuszczalna w wodzie i rozpuszczalnikach organicznych. Używana jako zagęstnik roztworów wodnych oraz stabilizator emulsji O/W.

Do istotnych przedstawicieli polisacharydów należą także śluzy roślinne i kwas hialuronowy (HA) . Śluzy  to połączenie cukrów prostych i kwasu uronowego, które  w kontakcie z wodą pęcznieją i tworzą roztwory koloidalne, zapobiegające wysuszeniu skóry poprzez działanie filmotwórcze oraz dużą zdolność wiązania wody. Natomiast kwas hialuronowy to glikozoaminoglikan, który występuje we wszystkich żywych organizmach. Wiąże wodę w naskórku, zapobiegając powstawaniu zmarszczek oraz nadając skórze elastyczności i sprężystości. Ponadto utrzymuje wodę w organizmie oraz poziom płynu tkankowego zawartego w macierzy pozakomórkowej. Chroni skórę przed wysychaniem, a także wzmacnia jej właściwości ochronne. HA jest nie tylko humektantem pochłaniającym wilgoć, co  zapobiega wysychaniu kosmetyku, ale także nośnikiem ułatwiającym wprowadzenie składników kosmetyków w głębsze warstwy skóry. W przemyśle kosmetycznym stosuje się kwas hialuronowy otrzymywany metodami biotechnologicznymi. Kwas hialuronowy i śluzy stosowane są w roztworach o konsystencji żelowej tj.: kremach, mleczkach, o działaniu ochronnym, łagodzącym, wygładzającym, a także ujędrniającym.

 

Białka

Jednym z podstawowym warunków zdrowego wyglądu skóry jest zapewnienie jej elastyczności, gładkości oraz miękkości. W skórze syntetyzowane są odpowiednie białka, które ze względu na swoją włóknistą strukturę wiążą wodę i zapewniają jej jędrność w młodym wieku. Niewątpliwie do takich białek należą hydrokoloidy polipeptydowe - kolagen i elastyna.

Kolagen jest białkiem włóknistym syntetyzowanym  z prokolagenu przez komórki tkanki łącznej – fibroblasty. Skręcone śrubowo łańcuchy białkowe, utrzymujące się dzięki wiązaniom kowalencyjnym, zawierają około 1 000 aminokwasów 19 typów. Głównym aminokwasem jest stanowiąca około 30% glicyna, a następnie prolina, alanina i hydroksyprolina. W młodej tkance łącznej kolagen występuję w postaci  nieusieciowanego tropokolagenu, który ma zdolność wiązania wody. Niestety, z upływem lat organizm wytwarza coraz mniej kolagenu, natomiast ten wytworzony przekształca się w bardziej usieciowany,  przez co jest słabiej rozpuszczalny i mniej zdolny do wiązania wody.

W przemyśle kosmetycznym powszechnie stosowany jest tzw. kolagen morski lub rybi, pozyskiwany ze skóry ryb, a także kolagen otrzymywany z tkanek bydlęcych. Kolagen tego typu nie ma struktury potrójnej helisy charakterystycznej dla kolagenu syntetyzowanego w skórze, przez co jest nierozpuszczalny w wodzie. Warto wiedzieć również, że masa cząsteczkowa  tego białka  wynosi około 360 000 Da, natomiast do głębszych warstw skóry może przenikać kolagen o maksymalnej masie cząsteczkowej do 50 000 Da.

Dlaczego więc producenci kosmetyków stosują w swoich preparatach kolagen? Otóż w nowoczesnych formulacjach białko to odgrywa rolę bazy oraz  nośnika  substancji aktywnej. Bywa również umieszczany w liposomach wzbogaconych witaminą C, dzięki czemu ma szansę przedostać się do głębszych warstw naskórka. Dodatkowo hydrolizowany kolagen ma właściwości silnie nawilżające, liftingujące, regenerujące, spłycające zmarszczki oraz sprzyja wygładzaniu blizn i redukcji przebarwień. Jest dobrze tolerowany przez skórę, nie wykazuje działania alergizującego ani drażniącego, bywa pomocny w łagodzeniu zmian po opalaniu, do regeneracji zniszczonych włosów oraz do rewitalizujących kąpieli.

Elastyna, w przeciwieństwie do kolagenu, składa się z włókien elastycznych, bogatych w desmozynę i izodesmozynę. Jest syntetyzowana w komórkach tkanki łącznej. Podobnie jak w przypadku kolagenu, jej włókna degradują się z upływem lat, staje się więc mniej elastyczna i bardziej łamliwa. W kosmetyce elastynę stosuje się częściowo lub całkowicie zhydrolizowaną. Hydrolizaty tego białka w roztworze alkoholowym łatwo wprowadzają się do wodnych i wodno-alkoholowych preparatów do pielęgnacji skóry. Są doskonałym dodatkiem do toników, płynów i balsamów po goleniu nadając im własności wygładzające i kondycjonujące. Dzięki swojej kompatybilności z rozpuszczalnikami lipidowymi i wodnymi, łatwo przenikają do skóry wpływając na jej uelastycznienie i wygładzenie zmarszczek oraz przyczyniają się do poprawy witalności skóry. Hydrolizaty elastyny znajdują zastosowanie także w produkcji lakierów i odżywek do paznokci. Dodatek elastyny ochrania paznokieć przed negatywnym oddziaływaniem detergentów i powoduje nie tylko zmniejszenie łamliwości paznokci oraz uelastycznienie płytki paznokciowej, ale również ułatwia  aplikację oraz  lepiej utrzymuje lakier na płytce paznokciowej.

Korzystne i celowe jest stosowanie połączenia elastyny z kolagenem w kosmetykach przeznaczonych nie tylko do pielęgnacji cery dojrzałej, ale także suchej, zniszczonej oraz narażonej na promieniowanie UV . W takim połączeniu kolagen stanowi warstwę chroniącą przed niekorzystnym oddziaływaniem otoczenia, a elastyna zapewnia regenerację skóry, przywracając jej świeżość i sprężystość.  Dodatkowo synergizm działania białek zapewnienia skórze właściwej  nawilżenie i utrzymanie stałej równowagi wodno-tłuszczowej. 

 

Żródła - kliknij, aby zwinąć

K. Schrader, A, Domsch Cosmetology – Theory and Practice,Research, Test Methods, Analysis, Formulas, Volume I

D. Miller, M. Loffler, Rheological effects with a hydrophobically modified polymer; Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2006; 288; 165-169.
R. Y. Lochhead and L. R. Huisinga, Advances in Polymers for Hair Styling, Cosmetics and Toiletries, 2005; 120: 59-68.
A. Jabłońska – Trypuć, R. Czerpak, Surowce kosmetyczne i ich składniki; MedPharm Polska; Wrocław 2008; str. 163-168

Z. Sarbak, B. Jachymska- Sarbak, A.Sarbak, Chemia w kosmetyce i kosmetologii, MedPharm Polska, 2013