La bellezza degli avanzi: i nuovi cosmetici si producono dagli scarti

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chemistry
La bellezza degli avanzi:
i nuovi cosmetici si producono dai
residui di lavorazione alimentare
Dr.ssa Daniela Gaudiello
Professore a.c. di Chimica cosmetica presso Dipartimento Chimica Industriale di Torino
16 Maggio 2016
Ingredienti di un cosmetico
Lipidi
Tensioattivi-emulsionanti
Modificatori reologici
Umettanti
Opacizzanti
Coloranti
Perlanti
Filtri
Profumi
Conservanti
Emulsioni
Tensioliti
Geli
Unguenti
Saponi
I principi funzionali
 CARATTERIZZANO LA QUALITA’ DELLE DIVERSE FORME
COSMETICHE
 CARATTERIZZANO I CLAIMS (azione del prodotto)
Azioni dei principi funzionali
 Favorire l’abbronzatura
 Idratare
 Lenire
 Rassodare e tonificare
 Drenare
 Colorare e profumare la pelle
 Proteggere dagli agenti esterni
 Prevenire e ridurre le rughe e i segni del tempo
 Migliorare il microcircolo e gli inestetismi della cellulite
 Ridurre le smagliature
 Schiarire le macchie cutanee
 Regolare il sebo
 Eliminare la forfora
Fonti dei principi funzionali
 Chimica di sintesi
 Regno vegetale
 burri, oli, cere
 vitamine
 molecole funzionali
 Regno minerale
 oligoelementi e sali
 Regno animale
 derivati biologici collagene,
elastina, acido jaluronico
SCARTI AGROALIMENTARI
Bellezza e biodiversità
 Materie prime iniziano a scarseggiare
 L'ambiente «soffre»
 Le coltivazioni si fanno troppo intensive
 Il crescente aumento dei cosmetici eco-bio-sostenibili e
certificati
 Difficoltà ed il costo elevato per ottenere in laboratorio identici
principi funzionali di note piante officinali
Scarti alimentari ad alto impatto ambientale diventano
principi funzionali ad alto valore che rendono i cosmetici
ecocompatibili e di alta qualità
Cifre rifiuti in Italia
Frazione organica dei rifiuti urbani: 10 milioni di tonnellate
Residui colturali: 8,5 milioni di tonnellate
Scarti agro-industriali: 12 milioni di tonnellate
Fanghi di depurazione: 3,5 milioni di tonnellate
Scarti di macellazione: 1 milione di tonnellate
(fonte:Rielaborazione dati ecocerved)
Waste Framework Directive
Gli scarti di lavorazione del settore agro-alimentare per la produzione di nuovi
prodotti, si rivelano essere una vera miniera, sia dal punto di vista del mercato, che
dell’indotto creato.
Secondo una ricerca condotta dal centro studi di Intesa Sanpaolo, in Italia il giro
d’affari coperto dalla bioeconomia è pari a 241 miliardi di euro, occupando circa
1,6 milioni di persone.
Scarti alimentari
Quali sono i sottoprodotti dell’industria
alimentari?
LIQUIDI
S
O
L
I
D
I
Melassi (barbabietole, canna)
Borlande (melasso, cereali, patate)
Siero di latte
Acque di macerazione
FRESCHI
Pastazzo di frutta
Buccette di pomodoro
Vinacce
Trebbie di birra
INSILATI
Pastazzo di frutta
Vinacce
Trebbie di birra
SECCHI
Pastazzo di agrumi
Polpe di bietola
Buccette d’uva
Sanse di olive
Fondi di caffè
Guscio dei gamberetti
Siero del latte




Frazione proteica ad alto valore biologico (aminoacidi)
Minerali
Vitamine B2 (lattoflavina) vitamina C, A, E, niacina, biotina
Fermenti lattici
Frazione proteica:
lattoferrina, lattoperossidasi, lisozima, relassina, lattolina e Betamicroglobulina
 Proprietà antibatteriche e antimicrobiche
 proprietà rassodante (tessuto connettivo)
 proprietà idratante effetto anti-infiammatorio
 proprietà schiarenti
 effetto esfoliante (eliminazione cellule morte)
 effetto tensore
 azione antirughe
Acque di macerazione
Estratti acquosi ottenuti dagli scarti agroalimentari, senza l’uso
di solventi o acqua di rete, con metodiche a bassissimo
consumo energetico
ACQUE ESSENZIALI O IDROLATI
 antiossidante
 antiradicalica
 antiage
 nutriente
 ricche di vit. gruppo B
Residui della frutta
BUCCE DEGLI AGRUMI
 acqua (mediamente 75- 85% in peso)
 mono e disaccaridi, composti principalmente da glucosio, fruttosio e
saccarosio (6 -8%)
 polisaccaridi (pectina, proto pectina, cellulosa ed emicellulosa) pari a
circa 1,5 -3%
 acidi organici dallo 0,5-1,5% (citrico, malico, isocitrico)
 altre sostanze con spiccate proprietà biologiche quali vitamine,
flavonoidi, amminoacidi, pigmenti, enzimi ed elementi minerali
 olio essenziale: antimicrobico, antiossidante e antinfiammatorio
BUCCE DELLE MELE
 epicatechina: flavonolo idrogenato che aumenta la resistenza dei
capillari
 quercitina: antiossidante che ripristina il tocoferolo trasformatosi in
radicale libero
 vit E e D
 vit B2 procianidina con proprietà antiossidanti
BUCCE DI BANANA
 luteina, un antiossidante che protegge le cellule
dall’esposizione ai raggi UV
BUCCE DI PAPAIA
 ricca di Vitamina A, azione esfoliante e rigenerante
BUCCE DEI KIWI
 contengono antiossidanti 3 volte maggiori rispetto la polpa
BUCCIA E GAMBO DELL’ANANAS
 alto contenuto di bromelina
- controlla la produzione di citochine coinvolte nel danno
flogistico
- facilitare la ripresa da traumi sportivi
- espleta una preziosa attività antiedemigena
 8 differenti carotenoidi (precursori della vitamin A e
antiossidanti) e due vitamine (A e E) in concentrazioni molto
elevate, che rendono la pelle più elastica e giovane
.
Freitas, A. et al (Effect of UV-C radiation on bioactive compounds of pineapple (Ananas. comosus L. Merr.) by-products.
Sci. Food Agric. 2015, 95, 44–52)
Vinacce
Le bucce e i semi d’uva, dopo il processo di vinificazione, contengano ancora una
buona quantità acidi organici, acidi fenolici, flavonoli, tannini, procianidine,
antociani, lipidi, enzimi, vitamine, carotenoidi, terpeni e zuccheri riducenti o nonriducenti
.
Struttura dei principali polifenoli dell’uva. Fonte: Journal of Agricultural
Molecole che possiedono:
 elevato potere antiossidante
 elevato potere antiradicalico
 coloranti naturali
 attive nell’inibizione delle metalloproteinasi MMP2 responsabili
della degradazione del collagene e di altre proteine come
l’elastina.
I
Cosmetici antiage
Cosmetici per proteggere la pelle dai danni
indotti dall’esposizione al sole
Residui dalla verdura:
pomodoro
Bucce di pomodoro e i semi (7%) contengono elevati i livelli
di fenoli totali, licopene, acido ascorbico e attività
antiossidante a confronto con le frazioni di semi e polpa.
 53% dei fenoli totali
 52% dei flavonoidi totali
 48% del licopene totale
 43% dell’acido ascorbico totale
 51% dei minerali totali( Fe, Mn, Zn, Cu)
 52% dell’attività antiossidante
 Il licopene è il carotenoide responsabile della colorazione rossa
dei pomodori maturi ed è uno dei più potenti antiossidanti presenti
in natura
 Questo composto è in grado di contrastare efficacemente
l'azione dei radicali liberi ed il conseguente danno cellulare, e
sembra avere un ruolo importante nella prevenzione di alcune
malattie
 A livello nazionale il licopene viene totalmente importato, mentre
ci troviamo, paradossalmente, a dover smaltire ingenti quantitativi
di bucce derivanti dalla lavorazione industriale del pomodoro e
che,
per
il
loro
altissimo
contenuto
di
licopene,
rappresenterebbero la materia prima ideale per l'estrazione del
pigmento
 Contengono inoltre aminoacidi essenziali (lisina) e acidi grassi
insaturi, soprattutto acido oleico, l’acido linoleico e palmitico, che
hanno
effetto
inibitore
della
fosfolipasi
responsabili
dell’avanzamento dell’aterogenesi
Residui dalle olive
Sono note le proprietà terapeutiche e cosmetiche dell’olio
d’oliva, utilizzato su larga scala nella preparazione di saponi,
creme, lozioni, shampoo, per la sua ricchezza in:
 acidi grassi
 composti fenolici come l’oleuropeina
 biopolimeri come la gomma xantana
Durante l’estrazione dell’olio dal frutto, molti polifenoli, solubili in
acqua, rimangano nel liquido di vegetazione, materiale di scarto
del processo, che rappresenta oltre l’80% del frutto
Azione protettiva e lenitiva,
Protezione dai danni del sole
Antiossidante e antinfiammatoria
(Bitler, C.M. et al, Hydrolyzed olive vegetation water in mice has anti-inflammatory activity. J. Nutr. 2005, 135, 1475–1479. Richard, N. et al, Hydroxytyrosol is the
major anti-inflammatory compound in aqueous olive extracts and impairs cytokine and chemokine production in macrophages. Plant. Med. 2011, 77, 1890–
1897). i
Residuo del caffè
Composizione dei fondi di caffe’:
 polifenoli (36,9%)
 acido linoleico polinsaturo(40%)
 acidi grassi essenziali (omega-6)
 acidi grassi saturi(50%)
 caffeina e acido palmitico
 Vit.B3, B2, B5 e B6
 effetto sul microcircolo e attivatore della termogenesi
effetto antinfiammatorio che calma le irritazioni ed
arrossamenti della pelle
effetto astringente che elimina i cattivi odori e allo stesso
tempo induce una pulizia profonda
azione antiossidante e antiradicalica
azione sbiancante sulle macchie da melanina
(A Sustainable Natural Product from Decaffeinated Green Coffee Beans to Achieve a Smooth and Radiant Skin)
Guscio dei gamberetti
Ricchi di chitina, polimero formato da venti molecole di
glucosamina ed acetil glucosamina legate tra loro a formare un
cristallo aghiforme.
Mediante un procedimento eco-compatibile brevettato, i cristalli
di chitina vengono legati all'acido ialuronico per formare nanoparticelle in grado di intrappolare ingredienti attivi (vit C, vit E,
melatonina, collagene) ceduti alla pelle in tempi diversi ed
utilizzati dalle cellule per le loro funzioni vitali.
Sia la chitina che l'acido ialuronico legano una grande quantita'
di acqua, necessaria per idratare la cute in modo stabile e
continuativo.
Prodotti per capelli per la sua azione riparatrice e sostantivante.
Prodotti di nuova generazione
l’idratazione e rinnovo cellulare.
per
migliorare
l’elasticità,
Metodi estrattivi
La sceta del metodo estrattivo risulta essere importante e non
semplice
 dipende dalla composizione chimica del substrato:
 composti fenolici più semplici (acidi fenolici, antociani,
licopene), richiedono un metodo estrattivo diverso rispetto ai
composti fenolici polimerizzati, come i tannini;
 alcuni principi funzionali si trovano ancora associati a
macromolecole, come carboidrati e proteine, necessitano
quindi di essere anche purificati (Dai e Mumper, 2010).
 dipende dal costo
 deve prevedere bassissimo utilizzo di solventi
 deve essere, soprattutto, ecosostenibile ed innovativa
Non esiste un metodo universale per estrarre le molecole da
qualsiasi matrice alimentare (Dai eMumper, 2010),
Estrazione Ultrasuono-Assistita (UAE)
Processo che sfrutta il fenomeno della cavitazione, generato da
irradiazione di ultrasuoni che con frequenze maggiori di 20 kHz,
provocano la rottura delle membrane biologiche, facilitando così il
rilascio di composti estraibili. La formazione di queste cavità
permette al solvente di penetrare meglio nella matrice e migliorare
il trasferimento di massa (Dai e Mumper, 2010)
strumentazione semplice e costi non troppo elevati
particolarmente adatta per estrazione del licopene (80%)
riduzione del tempo di estrazione
Estrazione Microonde-Assistita (MAE)
Tecnica estrattiva che utilizza le microonde che producono
delle microfratture nelle matrici estratte, con rottura delle
pareti cellulari, ottenendo con facilità l’estrazione dei composti
bioattivi.
 riduzione del tempo di estrazione
 significativa riduzione di solvente
 possibilità di variare tempo d’estrazione, temperatura,
solvente e potenza delle microonde
Indicato per l’estrazione di fenoli come quercetina, trans
resveratrolo e altri acidi fenolici (es. acido gallico).
Fortemente sconsigliato, invece, per l’estrazione
di sostanze altamente polimerizzate (es. tannini)
o sostanze sensibili alle temperature elevate
(es. antociani).
(Dai e Mumper, 2010).Strati e Oreopoulou, 2014)
Estrazione Enzimatica-Assistita (EAE)
Bioliquefazione
Tecnica per diluizione e non per estrazione: una serie di
enzimi (cellulasi, pectinasi ed emicellulasi) idrolizzano i
componenti strutturali della parete cellulare del prodotto
di scarto raggiungendo così elevate rese di estrazione
La tecnologia si basa su usi razionali di biocatalizzatori
enzimatici al fine di effettuare trattamenti personalizzati
per idrolizzare la struttura del vegetale, liberando
completamente
fitocomplessi
con
basso
peso
molecolare (1-5 KDa), quindi altamente biodisponibili,
fornendo ingredienti attivi dalla rapida efficacia.
Estrazione mediante Fluido
Supercritico (SFE)
La tecnica mediante fluido supercritico utilizza temperature e pressioni al di sopra
del punto critico del solvente riducendo significativamente i fenomeni di
ossidazione rispetto ad altri metodi estrattivi (Dai e Mumper, 2010; Strati e Oreopoulou, 2014).
 metodologia che evita l’impiego di solventi organici
 viene condotta in assenza di luce e aria
 utile per estrarre sostanze apolari (CO2 supercritica)
 ottiene un elevato recupero di polifenoli
 tecnica costosa
Possono essere usati molti fluidi supercritici, tuttavia la CO2 viene ampiamente
impiegata in ambito alimentare. Grazie alla sua natura chimica, il punto
supercritico è raggiunto oltrepassando la temperatura di circa 31,1°C con una
pressione di 73,8 bar. A temperature così moderate non si perdono le sostanze
termolabili.
Il biossido di carbonio è reputato un’alternativa interessante ai solventi organici in
quanto non esplosiva, non tossica, e per tal motivo facente parte delle sostanze
così dette “GRAS” (generalmente riconosciute come sicure)
(Dai e Mumper, 2010Strati e Oreopoulou, 2014)
ALCUNI STUDI AVVIATI
La nuova frontiera della cosmesi:
AGRIBEAUTY
Grazie per l’attenzione
Dr.ssa Daniela Gaudiello