Valorizzazione di sottoprodotti agroindustriali per applicazioni cosmetiche. Anna Bianchi Università di Ferrara

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1 Valorizzazione di sottoprodotti agroindustriali per applicazioni cosmetiche Anna Bianchi Università di Ferrara

2 Interesse per i sottoprodotti agroindustriali A livello Europeo gli scarti agricoli sono stimati nell ordine di 250 milioni di ton/anno. Diversi sottoprodotti dell agroindustria contengono importanti classi di molecole bioattive (polifenoli, carotenoidi etc..) che possono essere utilizzate in diversi settori, cosmetico, dietetico e salutistico. Negli 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.

3 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

4 Valorizzazione della patata al selenio La filiera di produzione della patata ha un rilevante valore strategico in Emilia Romagna. La 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. Sono presenti rilevanti scarti di produzione nell ordine di ton/anno, rappresentati da patate non rientranti nei target di dimensione ma assolutamente integri e salubri. Questi sottoprodotti attualmente vengono avviati a processi nei quali il valore aggiunto legato alla funzionalità conferita dal selenio organicato va completamente perso.

5 Scopo del lavoro R & D a partire dalla patata al selenio di nuovi estratti altamente funzionalizzati da utilizzare in campo cosmetico, dietetico e salutistico Progettazione e formulazione di prodotti cosmetici prototipo che, grazie a tale principio funzionale, possano arricchirsi delle componenti presenti nella matrice vegetale Valutazione della sicurezza dei prodotti cosmetici Individuazione e dimostrazione delle attività cosmetiche al fine di costruire un solido pacchetto di claims con i quali accompagnare la linea cosmetica

6 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

7 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

8 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.

9 Sicurezza ed Efficacia Legge Legge dei prodotti cosmetici 11 ottobre 1986 n. 713 in accordo con la direttiva europea 76/768/CEE e successive modifiche Art 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 e mucose della bocca allo scopo esclusivo o prevalente di pulirli, profumarli, modificarne l aspetto l e/o correggere gli odori corporei e/o proteggerli o mantenerli in buono stato Necessità di tutelare la salute del consumatore

10 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

11 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 usod Un prodotto non stabile potrebbe subire fenomeni di alterazione tali da pregiudicare l utilizzo l e la sicurezza.

12 Protocollo di lavoro UniFe Elaborazione statistica dei dati

13 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).

14 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

15 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

16 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.

17 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

18 Valutazione della sicurezza Tossicologica: Patch test Determina il grado di Tollerabilità cutanea 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 limite al di sotto del quale il prodotto è classificato non irritante. Se superato, il test consente di scrivere in etichetta DERMATOLOGICAMENTE TESTATO

19 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 10 6 UFC/ml per batteri Gram positivi e Gram negativi e superiore a 1,0 x 10 5 UFC/ml per lieviti e miceti.

20 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

21 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

22 Valutazione strumentale dell azione idratante: short-term test PROTOCOLLO DELLO STUDIO 15 volontari di età compresa tra i anni che hanno letto e firmato il foglio di consenso informato. Tre prodotti: bagnoschiuma, crema corpo, crema mani; Strumento utilizzato: Soft Mini One, Callegari (Pr, Italia); Tempi di valutazione: 120 minuti Applicazione di quantità stabilite dei tre prodotti sulla superficie volare dei due avambracci, sulla quale sono state individuate 4 aree quadrate di 3cm 3, di cui una riservata al controllo. Soft Mini One, Callegari Misurazioni effettuate a diversi tempi: al T0 (prima dell applicazione dei prodotti), a T5, T15, T30, T60, T90, T120. Elaborazione statistica dei dati ottenuti: t test con significatività 0,05

23 ph cutaneo Soft Mini One, Callegari Idratazione short-term: risultati le due emulsioni mostrano un andamento simile tra loro, e possiedono un attività idratante statisticamente significativa a tutti i tempi la crema mani risulta essere più idratante della crema corpo; 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

24 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 10 volontari di età compresa tra anni che hanno letto e firmato il foglio di consenso informato, istruiti su come usare il prodotto a casa Due prodotti: crema corpo, crema mani. Strumenti utilizzati: Soft Mini One, Soft Mini Three e Cutometer SEM 575 Tempi valutazione: 60 giorni 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 È stata fornita inoltre una scheda descrittiva del test. Misurazioni effettuate in laboratorio : al T0 (prima dell applicazione del prdototto), T30, T60 Soft Mini per One, tutti e tre i parametri cutanei esaminati. Callegari Elaborazione statistica dei dati ottenuti tramite: Wilcoxon test, t test (significatività 0,05)

25 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.

26 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

27 Misurazione dell elasticità cutanea Il principio di funzionamento dello strumento Cutometer SEM 575 della ditta Courage- Khazaka (Kohl Germany), si basa sul metodo della suzione 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 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 In seguito i dati dei 10 volontari sono stati elaborati statisticamente I parametri r2 ed r5 meglio esprimono i valori relativi all elasticità: r2 rappresenta il rapporto Ua/Uf, dà quindi una misura dell elasticità totale, e rappresenta la velocità di recupero dello stato iniziale; 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

28 e Risultati elasticità cutanea ELASTICITA' TOTALE = r2 1.3 ELASTICITA' NETTA =r5 E la sticità U strum enta li t0 t30 t60 Elasticità U strumentali t0 t30 t CONTROLLO CREMA CORPO CREMA MANI 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.

29 Test in uso Consumer test Valutano la gradevolezza ed efficacia cosmetica in seguito ad applicazione a casa di prodotti cosmetici PROTOCOLLO DELLO STUDIO 25 volontari di età compresa tra anni che hanno letto e firmato il foglio di consenso informato, istruiti su come usare il prodotto a casa Tre prodotti: crema corpo, crema mani, bagnoschiuma. Strumenti utilizzati: scheda operativa che i volontari devono consegnare compilata al termine della sperimentazione, con relativo questionario di gradevolezza cosmetica Tempi valutazione: circa due settimane o fino ad esaurimento del prodotto 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%). I risultati ottenuti vengono rappresentati graficamente, ponendo come valore minimo IV%50, soglia per il superamento del test

30 Test in uso Bagnoschiuma QUALITA' DELLA SCHIUMA 72.2 PROFUMAZIONE DURANTE L'USO 84.4 QUANTITA' DELLA SCHIUMA PROFUMAZIONE DOPO L'USO SENSAZIONE DI DELICATEZZA SULLA CUTE PERCEZIONE DI PULIZIA GRADEVOLEZZA 78.9 PIACEVOLEZZA D'USO 77.8 IDRATAZIONE DELLA CUTE FACILITÀ DI RISCIAQUO Il Bagnoschiuma ha ottenuto ottimi risultati 67-84%, senza effetti negativi

31 La Crema Mani ha ottenuto i migliori dati di gradevolezza cosmetica. Test in uso Crema Mani

32 La Crema Corpo ha ottenuto buoni risultati, alcuni eccellenti. Test in uso Crema Corpo

33 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