Valorizzazione di sottoprodotti
agroindustriali per applicazioni cosmetiche
Anna Bianchi – Università di Ferrara
Interesse per i sottoprodotti agroindustriali
9A livello Europeo gli scarti agricoli sono stimati nell’ordine
di 250 milioni di ton/anno.
9Diversi sottoprodotti dell’agroindustria contengono
importanti classi di molecole bioattive (polifenoli,
carotenoidi etc..) che possono essere utilizzate in diversi
settori, cosmetico, dietetico e salutistico.
9Negli ultimi anni si è sviluppato l’interesse in tali settori nei
confronti delle componenti vegetali, con rilevanti azioni di
marketing per la valorizzazione di tali prodotti a livello
globale.
„
„
„
„
Consorzio delle Buone Idee
Dipartimento di Chimica Industriale e dei
Materiali, Università di Bologna e Phenbiox sua
Spin off
Dipartimento di Scienze Farmaceutiche,
Università di Ferrara
Laboratori accreditati al Miur
Valorizzazione della patata al selenio
9La filiera di produzione della patata ha un
rilevante valore strategico in Emilia
Romagna.
9La patata al selenio “Selenella” rappresenta
un esempio di come un prodotto tipico,
come la patata di Bologna, sia stato
migliorato grazie alla ricerca scientifica e
capillarmente diffuso sul mercato.
9Sono presenti rilevanti scarti di produzione nell’ordine di
5.000 ton/anno, rappresentati da patate non rientranti nei
target di dimensione ma assolutamente integri e salubri.
9Questi sottoprodotti attualmente vengono avviati a processi
nei quali il valore aggiunto legato alla funzionalità conferita
dal selenio organicato va completamente perso.
Scopo del lavoro
9 R & D a partire dalla patata al selenio di nuovi
“estratti” altamente funzionalizzati da utilizzare in
campo cosmetico, dietetico e salutistico
9 Progettazione e formulazione di prodotti cosmetici
prototipo che, grazie a tale principio funzionale,
possano arricchirsi delle componenti presenti nella
matrice vegetale
9 Valutazione della sicurezza dei prodotti cosmetici
9 Individuazione e dimostrazione delle attività
cosmetiche al fine di costruire un solido pacchetto di
claims con i quali accompagnare la linea cosmetica
Bioliquefatto di patata al selenio
UniBO e Phenbiox
‰ "bioliquefatti“: prodotti derivanti dall'idrolisi completa della
matrice vegetale tramite processi di biocatalisi enzimatica.
‰ Rispetto ai più utilizzati "estratti vegetali“ consentono di
recuperare completamente tutta la chimica di interesse
contenuta nel vegetale in forma biodisponibile liberandoli dai
legami covalenti della trama vegetale che ne limitano
solitamente la disponibilità.
‰ Gli enzimi specifici consentono di spezzare selettivamente la
matrice e di ottenere un idrolizzato totale
Sviluppo di prodotti cosmetici
Team per la progettazione e lo sviluppo di
formulazioni cosmetiche prototipo
„ Utilizzo del bioliquefatto di patata al
selenio al 5%
„ Tre prodotti: Bagnoschiuma, Crema Mani,
Crema Corpo
„ Dossier cosmetico anche se non destinati
alla vendita
„
Bagnoschiuma alla Mora e The bianco
Il prodotto è caratterizzato da:
miscela di tensioattivi non aggressivi, anionici delicati,
non ionici, emollienti e anfoteri; bioliquefatto di patata;
due costituenti dell’ NMF cutaneo, e una coppia di
conservanti; contiene profumo e due allergeni.
Crema mani Fragranza di Borotalco
Emulsione O/A caratterizzata da:
emulsionante non ionico etossilato; sostanze emollienti
vegetali e attivi lipofili; fattori idratanti ed estratti idrofili
vegetali; sistema conservante con antimuffa e
antiossidante; il profumo contiene allergeni
Crema corpo alle Note di Mandorla
Emulsione O/A caratterizzata:
dal sistema emulsionante non ionico etossilato; da oli
naturali vegetali, semisintetici e sintetici; cera liquida,
ricchi di frazione insaponificabile e trigliceridi;
componenti costituenti NMF; sistema conservante
caratterizzato da parabeni, antimuffa e antiossiodante;
non contiene allergeni nella fragranza.
Sicurezza ed Efficacia
„Legge
dei prodotti cosmetici 11 ottobre 1986 n.
713 in accordo con la direttiva europea
76/768/CEE e successive modifiche
„Art 1 con la VI modifica (1997):
“Si intendono per prodotti cosmetici le sostanze e le preparazioni
diverse dai medicamenti destinate ad essere applicate sulle superfici
esterne del corpo umano (epidermide, sistema pilifero e capelli,
unghie, labbra, organi genitali esterni) oppure sui denti e sulle mucose
della bocca allo scopo esclusivo o prevalente di pulirli, profumarli,
modificarne l’aspetto e/o correggere gli odori corporei e/o proteggerli o
mantenerli in buono stato”
„Necessità
di tutelare la salute del consumatore
Sicurezza ed Efficacia
„ Art
10-ter comma 1 punto g (DOSSIER)
„ L’efficacia cosmetica deve essere dimostrata e
“le prove degli effetti attribuiti al prodotto
cosmetico” vengono richieste “qualora la natura
degli effetti o del prodotto lo giustifichi”
„ Attraverso dati di documentazione scientifica
„ Attraverso esecuzione di test in vitro e/o in vivo
„ Regolamento
Europeo sui cosmetici 1223/2009
in vigore da luglio 2013 concentra la sua
attenzione sulla Sicurezza
Stabilità
“La stabilità di un prodotto cosmetico è definita come
la proprietà del prodotto di mantenere quell’insieme di
caratteristiche chimico-fisiche, organolettiche,
microbiologiche e funzionali che lo hanno reso
rispondente alla sua finalità d’uso”
„ Artt 7 e 8 …il prodotto cosmetico se opportunamente
conservato deve continuare a soddisfare la sua
funzione iniziale e non deve causare danni alla salute
umana nelle ragionevoli e prevedibili condizioni d’uso
„ Un prodotto non stabile potrebbe subire fenomeni di
alterazione tali da pregiudicare l’utilizzo e la sicurezza.
„
Protocollo di lavoro
UniFe
Elaborazione statistica dei dati
Test di stabilità
„
„
stabilità formale: sono state valutate al T0, le
caratteristiche chimico fisiche ed organolettiche dei tre
cosmetici: aspetto, colore e odore, pH, viscosità,
centrifuga.
invecchiamento accelerato: i campioni sono stati posti
per tre mesi a diverse condizioni di conservazione: in
stufa a 40°C, in frigorifero a 4°C e a t ambiente in
assenza di luce. La valutazione delle caratteristiche
chimico fisiche ed organolettiche è stata effettuata dopo
30 giorni (T30), 60 giorni (T60), 90 giorni (T90).
Determinazione del pH
„
Piaccametro Crison Basic 20 con elettrodo specifico
per campioni cosmetici. A 20°C valore del pH al T0, T30,
T60, T90, media di tre misurazioni.
„
Risultati: il pH dei prodotti rimane costante nel tempo
Determinazione della viscosità
„
„
Viscosimetro rotazionale di Brookfield, giranti
RVT A-F e RV 1-7 a 20°C per 60sec. Misure al
T0, T30, T60, T90, variando gli rpm.
La viscosità è espressa in Centipoise Cp e
indica il comportamento reologico del prodotto
Bagnoschiuma
Le caratteristiche
reologiche del cosmetico
si mantengono entro le
normali oscillazioni di
viscosità, rispetto al T0.
Comportamento
Newtoniano
Determinazione della viscosità
Crema Mani
I valori di viscosità
rientrano nelle normali
variazioni rispetto al T0,
durante l’invecchiamento
accelerato dei prodotti,
con andamento reologico
pseudoplastico.
Crema Corpo
I valori di viscosità presentano le
oscillazioni rispetto al T0, tipiche
dei prodotti sottoposti ad
invecchiamento accelerato, e il
comportamento reologico del
prodotto è pseudoplastico.
Stabilità in centrifuga
„
„
Centrifuga ALC 4225, valutazioni al T0, T30, T60, T90,
del prodotto: 3g in provetta, per 30min a 6000 giri/min
Risultati: tutti i campioni sottoposti allo stress
meccanico non hanno manifestato separazione di fase
Caratteristiche Organolettiche
„
Bagnoschiuma: tensiolita fluido, di aspetto
lattescente perlato, di colore bianco, odore delicato.
Caratteri mantenuti nel tempo
„
Crema Mani: aspetto di crema consistente, ma di
facile spalmabilità, non unta, di colore bianco e odore
tipico del profumo utilizzato in formula, parametri non
modificati durante lo studio
„
Crema Corpo: aspetto di emulsione fluida, leggera,
bianca, lucida e dall’odore caratteristico del profumo
scelto, parametri inalterati nel tempo
Valutazione della sicurezza
Tossicologica: Patch test
Determina il grado di Tollerabilità cutanea
9
9
9
9
9
25 volontari sani e col consenso informato;
I campioni sono stati applicati sulla cute della schiena,
detersa con soluzione disinfettante, entro cellette Finn
Chambres, in quantità di 20µg per creme, 20µl di
soluzione diluita al 10% per il tensiolita.
I prodotti restano in occlusione per 24 ore.
Dopo rimozione della Finn Chamber, il dermatologo valuta
l’eventuale eritema e/o edema, dopo 15min, 1 ora, 24 ore.
L’indice di irritazione cutanea totale (IIM tot) si calcola
facendo la media tra gli indici di irritazione per gli eritemi
(IIM Er) e gli edemi (IIM Ed) a 24 ore, secondo
classificazione Draize modificata.
0.50 limite al di sotto del quale il prodotto è classificato
non irritante.
Se superato, il test consente di scrivere in etichetta
DERMATOLOGICAMENTE TESTATO
Valutazione della sicurezza
Microbiologica: Challenge test
Verifica l’efficacia di un sistema conservante in una formulazione
cosmetica e la stabilità microbiologica
„Si
riproduce in laboratorio l’aggressione microbica che può essere subita
da un prodotto durante la sua vita, inoculando batteri Gram negativi, Gram
positivi, lieviti e le muffe, che possono risultare anche potenziali patogeni
per l’utilizzatore finale.
„Si utilizzano ceppi di Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa,
Escherichia coli, Candida albicans e Aspergillus niger.
„Si controllano i campioni per 28 giorni, con cinque verifiche periodiche a
tempi prestabiliti e sono richiesti specifici parametri di riduzione
logaritmica della carica microbica inoculata che deve essere almeno
superiore a 1,0 x 106 UFC/ml per batteri Gram positivi e Gram negativi e
superiore a 1,0 x 105 UFC/ml per lieviti e miceti.
Risultati delle valutazioni della sicurezza
Tossicologica e Microbiologica
„
„
„
BAGNOSCHIUMA con Bioliquefatto di Patata al
Selenio alla Mora e The bianco: NON IRRITANTE e
prodotto soggetto a basso rischio microbiologico
SISTEMA CONSERVANTE ADEGUATO
CREMA MANI con Bioliquefatto di Patata al Selenio
Fragranza di Borotalco: NON IRRITANTE e prodotto
soggetto a basso rischio microbiologico SISTEMA
CONSERVANTE ADEGUATO
CREMA CORPO con Bioliquefatto di Patata al
Selenio alle Note di Mandorla: NON IRRITANTE e
prodotto soggetto a basso rischio microbiologico
SISTEMA CONSERVANTE ADEGUATO
Test di Efficacia Cosmetica
Marketing
Etichettatura,
pubblicità,
claims
PRINCIPI GENERALI
Studi non invasivi in vivo sull’uomo (soggetti volontari) che rispettano i
principi etici (consenso informato), valutazione oggettiva ed elaborazione
statistica dell’influenza di un prodotto cosmetico sulle proprietà della cute
Valutazione strumentale dell’azione
idratante: short-term test
PROTOCOLLO DELLO STUDIO
9 15 volontari di età compresa tra i 18-60 anni che hanno letto e firmato il
foglio di consenso informato.
9 Tre prodotti: bagnoschiuma, crema corpo, crema mani;
9 Strumento utilizzato: Soft Mini One, Callegari (Pr, Italia);
9 Tempi di valutazione: 120 minuti
9 Applicazione di quantità stabilite dei tre prodotti sulla superficie volare dei
due avambracci, sulla quale sono state individuate 4 aree quadrate di 3cm
Soft Mini ×3,
One, di cui una riservata al controllo.
Callegari
9 Misurazioni effettuate a diversi tempi: al T0 (prima dell’applicazione dei
prodotti), a T5, T15, T30, T60, T90, T120.
9 Elaborazione statistica dei dati ottenuti: t test con significatività ≤0,05
Idratazione short-term: risultati
pH cutaneo
Soft Mini One,
Callegari
9 le due emulsioni mostrano un
andamento simile tra loro, e
possiedono un attività idratante
statisticamente significativa
a tutti i tempi
9 la crema mani risulta essere
più idratante della crema corpo;
9 il bagnoschiuma non è un
prodotto idoneo alla valutazione
dell’idratazione dello strato
corneo nel tempo, ma ha
dimostrato comunque di avere
un comportamento simile alla
zona di controllo e quindi di
non alterare l’idratazione
della pelle e non indurre
secchezza
Misurazioni al T0 e alla fine del test
valori ottenuti come media di tre misurazioni per ciascun prodotto: i tre
prodotti cosmetici non alterano il pH fisiologico della pelle
Long-term test
Valutazione nel lungo tempo dell’IDRATAZIONE CUTANEA, del TONO
CUTANEO, dell’ELASTICITÀ CUTANEA, in seguito ad applicazione dei
prodotti cosmetici
PROTOCOLLO DELLO STUDIO
9 10 volontari di età compresa tra 18-40 anni che hanno letto e firmato il foglio di
consenso informato, istruiti su come usare il prodotto a casa
9 Due prodotti: crema corpo, crema mani.
9 Strumenti utilizzati: Soft Mini One, Soft Mini Three e Cutometer SEM 575
9 Tempi valutazione: 60 giorni
9 Applicazione delle due creme una volta al giorno e per due mesi su determinate zone
dell’avambraccio volare, oltre ad una zona neutra di controllo
9 È stata fornita inoltre una scheda descrittiva del test.
9 Misurazioni effettuate in laboratorio : al T0 (prima dell’applicazione del prdototto), T30, T60
perOne,
tutti e tre i parametri cutanei esaminati.
Soft Mini
Callegari
9 Elaborazione statistica dei dati ottenuti tramite: Wilcoxon test, t test (significatività ≤0,05)
Risultati idratazione long-term
I dati calcolati rappresentano la media dei dati di tutti i volontari, a loro volta media di tre
misurazioni, espressi in unità corneometriche.
secondo i dati di variazione %: la
crema corpo mostra un aumento del
10% al T30, e del 31,2% dopo 60
giorni rispetto al T0;
•la crema mani mostra un aumento
molto significativo dell’idratazione
cutanea: al T30 del 145% e al T60
del 167% rispetto al T0;
•secondo i dati statistici: la crema
mani mostra significatività per tutti i
tempi e per entrambi i test statistici;
la crema corpo non è significativa in
nessun tempo secondo il Wilcoxon
test, ma lo è solo per il t test tra T60 e
T0.
Risultati tono cutaneo long-term
La pressione negativa creata nella sonda aspira la cute all’interno, attraverso un’apertura.
Uno speciale sensore misura l’altezza della cute aspirata all’interno della sonda.
Lo strumento misura la deformazione a seguito di vuoto applicato, in un range di valori 0-20,
con precisione ±5%.
I dati calcolati rappresentano la media dei dati di tutti i volontari, a loro volta media di tre
misurazioni, espressi in unità strumentali e in percentuale
• secondo i dati di variazione % :
la crema corpo aumenta del
51,65% e la crema mani del
50,65% al T60;
•Secondo i dati statistici : le due
emulsioni mostrano significatività
in entrambi i test e in tutti i tempi
Misurazione dell’elasticità cutanea
9 Il principio di funzionamento dello strumento Cutometer® SEM 575 della ditta CourageKhazaka (Kohl Germany), si basa sul metodo della suzione
9 La resistenza della cute all’aspirazione, da parte della pressione negativa esercitata e la sua
capacità di ritornare nella posizione iniziale, sono visualizzate sotto forma di grafici al termine
di ogni misurazione
9 Per ogni zona, due trattate con i prodotti in studio e una di controllo, sono state eseguite 4
misurazioni, al T0, T30 e T60 e si sono mediati i risultati ottenuti
9 In seguito i dati dei 10 volontari sono stati elaborati statisticamente
9 I parametri r2 ed r5 meglio esprimono i valori relativi all’elasticità:
ƒ r2 rappresenta il rapporto Ua/Uf, dà quindi una misura dell’elasticità totale, e rappresenta
la velocità di recupero dello stato iniziale;
ƒ r5 rappresenta Ur/Ue, cioè il rapporto tra il recupero immediato e la deformazione immediata,
ed è quindi una stima dell’elastictà netta.
Soft Mini One,
Callegari
e
Risultati elasticità cutanea
ELASTICITA' NETTA =r5
ELASTICITA' TOTALE = r2
1.3
1.25
1.2
0.95
0.9
t0
0.85
t30
0.8
t60
0.75
0.7
CONTROLLO
Elasticità U strumentali
E la stic ità U stru m en ta li
1
1.15
1.1
1.05
t0
1
0.95
t30
0.9
t60
0.85
0.8
0.75
CREMA
CORPO
CREMA
MANI
0.7
CONTROLLO
CREMA
CORPO
CREMA
MANI
sia la crema corpo che la crema mani evidenziano un aumento significativo dell’elasticità cutanea, che espresso in percentuale
offre i seguenti dati:
• r2: crema corpo aumenta del 5,2% dopo un mese e del 13,9% dopo due mesi; crema mani 9.4% e 19%;
• r5: crema corpo 7,9% e 16,2%; crema mani 12% e 22%.
I dati statistici confermano significatività per entrambe le creme in tutti i tempi di valutazione.
Test in uso – Consumer test
Valutano la gradevolezza ed efficacia cosmetica in seguito ad applicazione a
casa di prodotti cosmetici
PROTOCOLLO DELLO STUDIO
9 25 volontari di età compresa tra 18-40 anni che hanno letto e firmato il foglio di
consenso informato, istruiti su come usare il prodotto a casa
9 Tre prodotti: crema corpo, crema mani, bagnoschiuma.
9 Strumenti utilizzati: scheda operativa che i volontari devono consegnare compilata al
termine della sperimentazione, con relativo questionario di gradevolezza cosmetica
9 Tempi valutazione: circa due settimane o fino ad esaurimento del prodotto
9 I volontari hanno giudicato gli effetti da valutare con i seguenti parametri: insufficiente,
scarso, sufficiente, buono, ottimo, ai quali viene assegnato un punteggio,
(insufficiente=0, scarso=5, sufficiente=6, buono=8, ottimo=10), che viene poi elaborato
in percentuale (IV%).
9 I risultati ottenuti vengono rappresentati graficamente, ponendo come valore minimo
IV%50, soglia per il superamento del test
Test in uso Bagnoschiuma
SENSAZIONE DI DELICATEZZA SULLA CUTE
QUALITA' DELLA SCHIUMA
QUANTITA' DELLA SCHIUMA
72.2
67.2
PROFUMAZIONE DURANTE L'USO
PROFUMAZIONE DOPO L'USO
PERCEZIONE DI PULIZIA
72.2
77.2
84.4
74.4
GRADEVOLEZZA
78.9
PIACEVOLEZZA D'USO
77.8
IDRATAZIONE DELLA CUTE
78.3
FACILITÀ DI RISCIAQUO
82.2
Il Bagnoschiuma
ha ottenuto ottimi
risultati 67-84%,
senza effetti
negativi
Test in uso Crema Mani
La Crema Mani ha
ottenuto i migliori
dati di
gradevolezza
cosmetica.
Test in uso Crema Corpo
La Crema Corpo
ha ottenuto buoni
risultati, alcuni
eccellenti.
Conclusioni
„
„
Questo lavoro scientifico ha consentito lo studio per la produzione industriale
di bioliquefatti ad alto valore aggiunto a partire da sottoprodotti della patata al
selenio
Tali prodotti altamente funzionalizzati sono stati utilizzati come materia prima
cosmetica
BAGNOSCHIUMA al Bioliquefato di Patata al Selenio Alla Mora e The Bianco
• non altera il pH cutaneo, anche se tenuto al lungo sulla cute e non risciacquato, e non provoca
secchezza della pelle;
• buona gradevolezza d’uso , assenza di problematiche legate all’uso
CREMA CORPO al Bioliquefatto di Patata al Selenio Alle note di Mandorla
•
•
•
•
ha mostrato una buona idratazione cutanea sia nel breve che nel lungo
periodo;
ha mostrato un buon aumento dell’ elasticità cutanea netta e totale;
Ottimo l’aumento del tono cutaneo;
buona gradevolezza d’uso
CREMA MANI al Bioliquefatto di Patata al Selenio Alla Fragranza di Borotalco
• ha mostrato un ottima attività idratante, sia nel breve che nel lungo
termine, con aumenti percentuali elevati;
• ha mostrato un ottimo aumento dell’ elasticità cutanea;
• buono l’aumento del tono cutaneo;
• ha mostrato un’ ottima gradevolezza d’uso