Publication

Metodyka i praktyka szkolna
Moda na mody i atrakcyjny wygld osiga w ostatnich latach swe apogeum.
Wglowodany
w kosmetologii
Aneta Kołaczek
W
glowodany stanowi obszern i rónorodn grup zwizków organicznych, majcych charakter
wielowodorotlenowych aldehydów i ketonów
oraz ich pochodnych. Z punktu widzenia biologii stanowi
podstawowy materia energetyczny komórki, materia zapasowy, s skadnikami budulcowymi, nadajcymi ksztat
i waciwoci mechaniczne komórkom rolinnym i zwierzcym. Wglowodany s równie czynnikami rozpoznawania komórkowego, przykadem s antygeny grup krwi.
Roliny potrafi syntetyzowa cukry proste w procesie fotosyntezy, wykorzystujc dwutlenek wgla i wod, natomiast
pozostae organizmy czerpi wglowodany z poywienia
[1]. Znalazy zastosowanie w przemyle spoywczym, cukiernictwie, przemyle wókienniczym, opakowaniowym,
do produkcji biodegradowalnych opakowa i folii, w farmacji, i medycynie. Przemys kosmetyczny wykorzystuje
sacharydy jako surowce, zarówno aktywne, przyczyniajce
si do poprawy stanu skóry, jak i funkcjonalne, warunkujce
odpowiedni lepko, stabilno, konsystencj produktów.
Klasyfikacja i właściwości chemiczne
Monosacharydy, czyli cukry proste dzieli si na dwie grupy: aldozy, czyli wielowodorotlenowe aldehydy oraz ketozy
– wielowodorotlenowe ketony. Aldozy o 3, 4, 5 lub 6 atomach
wgla w czsteczce to: trioza, tetroza, pentoza, heksoza. Nazwy podstawowe dla ketoz o 4, 5, 6 lub 7 atomach to: tetruloza, pentuloza, heksuloza, heptuloza. Monosacharydy jako
zwizki optycznie czynne sklasykowa mona w dwa szeregi D i L, które bior pocztek od odpowiednich enancjomerów aldehydu glicerynowego. Cukry zoone zbudowane s
z dwóch (disacharydy) lub wicej jednostek cukrów prostych
poczonych ze sob wizaniami glikozydowymi (oligosacharydy i polisacharydy). Poza wspomnianymi zwizkami
istnieje bardzo liczna grupa zwizków bdcych pochodnymi
wglowodanów. Nale do nich deoksycukry – wglowodany, w czsteczkach których brakuje jednego atomu tlenu,
poniewa jedna grupa –OH jest zastpiona atomem wodoru
-H. Z kolei w czsteczkach aminocukrów jedna z grup –OH
jest zastpiona grup –NH2.
Przed rozpatrzeniem moliwoci zastosowa cukrów
w przemyle kosmetycznym warto usystematyzowa
kilka charakterystycznych dla nich poj. Projekcja Fischera to metoda opisu, która umoliwia przedstawienie
stereochemii wglowodanów. W projekcji Fischera wgiel
tetraedryczny przedstawiony jest za pomoc dwóch skrzyowanych linii, z których pozioma odpowiada wizaniom
wychodzcym przed paszczyzn, a linia pionowa wskazuje wizania wchodzce za paszczyzn. D-cukry, skrcajce paszczyzn polaryzacji wiata w prawo, w projekcji Fischera maj w czsteczkach grup hydroksylow
pooon przy centrum stereogenicznym najbardziej oddalonym od grupy karbonylowej, skierowan w prawo, a w przypadku L-cukrów jest odwrotnie – w lewo.
Cukry D i L s enancjomerami i róni si konguracj
na wszystkich centrach stereogenicznych. W czsteczkach
cukrowców wystpuj zarówno grupy karbonylowe, jak
i hydroksylowe, moliwa jest wic wewntrzczsteczkowa addycja nukleolowa i utworzenie cyklicznego hemiacetalu – mówi si wówczas o formie furanozowaej
i piranozowej. Projekcja Hawortha powstaje w wyniku obrócenia wzoru Fischera w prawo o 90o, przy czym
grupy –OH, znajdujce si poniej szkieletu wglowego
umiejscowione zostaj poniej powierzchni piercienia
we wzorze Hawortha, a grupy –OH, które znajdoway si
nad szkieletem wglowym we wzorze Fischera, zajm
we wzorze Hawortha pozycje nad paszczyzn piercienia.
Jeeli grupa –OH przy anomerycznym atomie C znajduje
si pod paszczyzn piercienia, mówimy o anomerze ,
a jeeli nad paszczyzn – o anomerze . Cyklizacji monosacharydów towarzyszy powstanie nowego centrum
Chemia w Szkole | 6/2015
| 47
Metodyka i praktyka szkolna
stereogenicznego na atomie wgla, który by wczeniej
atomem karbonylowym, okrelanego jako centrum anomeryczne. Cukry redukujce to te, które bd redukoway
odczynnik Fehlinga, Benedicta i Tollensa i nale do nich
wszystkie monosacharydy, a take wikszo disacharydów, przy czym sacharoza stanowi wyjtek jako dwucukier nieredukujcy.
Ryc. 2. Struktura amylozy (źródło: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/45/Amylose.svg)
Węglowodany
jako składniki funkcjonalne kosmetyków
Celuloza (Rys. 1.) zbudowana jest z jednostek D-glukozy poczonych za pomoc wizania 1,4’--glikozydowego
i stanowi materia budulcowy u rolin. W przemyle
kosmetycznym stosuje si celuloz mikrokrystaliczn
(wg. Midzynarodowego Nazewnictwa Skadników Kosmetycznych INCI: Microcrystalline Cellulose) oraz jej
pochodne: metylow, etylow, karboksymetylow [2].
Celuloza mikrokrystaliczna wykorzystywana jest jako
zagstnik w emulsjach, kosmetykach myjcych, pastach
do zbów, a zdyspergowana w wodzie tworzy przestrzenn trójwymiarow struktur, która nadaje kosmetykom
wraenie gadkoci, zapewnia efekt matujcy, nie pozostawiajc przy tym odczucia lepkoci. Octan celulozy, tradycyjnie wykorzystywany do produkcji sztucznego jedwabiu, sprawdza si jako materia peelingujcy w peelingach
do twarzy i ciaa, polecany jest take jako „zielona” alternatywa dla polietylenu.
Ryc. 1. Fragment łańcucha celulozy (źródło: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/
commons/0/07/Cellulose_Sessel.svg)
Skrobia zbudowana jest z frakcji nierozpuszczalnej
w zimnej wodzie (ale rozpuszczalnej w wodzie gorcej) –
amylozy (Rys. 2) i frakcji rozpuszczalnej w zimnej wodzie
po zdyspergowaniu – amylopektyny (Rys. 3). W skad
amylozy wchodzi 250-300 czsteczek glukopiranozy,
amylopektyna natomiast skada si z 9000 do 10000 czsteczek glukopiranozy [3]. Skrobi izoluje si z ziemniaków, ryu czy kukurydzy poprzez mechaniczne wypukanie z miazgi, dekantacje i osuszenie [3]. Ze wzgldu
na waciwoci kryjce, adhezyjne, zdolno pochaniania
wilgoci znalaza zastosowanie w produkcji pudrów i zasypek dla dzieci, cieni do powiek, róy, podkadów oraz popularnych ostatnio suchych szamponów, gdzie jej zadanie
polega na wchanianiu nadmiaru sebum ze skóry gowy.
Surfaktanty lub inaczej – zwizki powierzchniowo
czynne, zbudowane s z dwóch elementów strukturalnych:
czci hydrofobowej oraz hydrolowej. Cz hydrofobowa, niepolarna wykazuje powinowactwo do olejów
48 |
Ryc. 3. Struktura amylopektyny (źródło: https://pl.wikipedia.org/wiki/Skrobia#/media/
File:Amylopektin_Sessel.svg)
i jest to najczciej alifatyczny acuch wglowodorowy
zawierajcy od 8 do 18 atomów wgla. Cz hydrolowa jest rozpuszczalna w wodzie i najczciej jest ni
reszta kwasowa –COOH, grupa siarczanowa –O-SO3H,
lub fosforanowa –O-PO-(OH2) [4]. Surfaktanty mona
podzieli dwojako – ze wzgldu na funkcj, jak peni
w kosmetykach i produktach chemii gospodarczej (jako
emulgatory, solubilizatory, detergenty, rodki zwilajce,
rodki pianotwórcze) oraz ze wzgldu na zdolno polarnej czci zwizku do dysocjacji w roztworach wodnych
[4]. Uwzgldniajc drugie kryterium wyrónia si zwizki jonowe i niejonowe, przy czym zwizki jonowe dziel
si dalej na kationowe (gdy aktywno powierzchniow
wykazuje kation), anionowe (gdy czci aktywn jest
anion) i amfoteryczne [4]. W zwizku z rosncym zapotrzebowaniem na produkty przyjazne rodowisku i biodegradowalne, przemys kosmetyczny poszukuje coraz
to nowszych surowców, które speniayby zasady zielonej
chemii. Do takich zwizków nale surfaktanty cukrowe, sporód których najczciej stosowane s alkilopoliglukozydy. W przypadku surfaktantów cukrowych polarn
czci czsteczki jest fragment cukrowy, bdcy cukrem
prostym, dwucukrem lub wielocukrem, natomiast cz
niepolarn stanowi acuch alkilowy. Oba fragmenty poczone s wizaniami aminowymi, estrowymi, eterowymi
lub amidowymi [4]. Alkilopoliglukozydy, do których zaliczaj si m.in. Lauryl Glucoside, Coco Glucoside i Decyl
Glucoside s biodegradowalne i nisko toksyczne, agodne
Chemia w Szkole | 6/2015
Metodyka i praktyka szkolna
dla skóry i wosów, dobrze si pieni i mog by czone
w recepturze kosmetyku z innymi detergentami [5].
Węglowodany jako składniki aktywne
Glukoza, zwana take cukrem gronowym, otrzymywana jest w wyniku hydrolizy skrobi. Wchodzi w skad naturalnego czynnika nawilajcego skóry (Natural Moisturising Factor, NMF), majcego kluczowe znaczenie dla
prawidowego jej nawilenia. Zwizek ten znalaz zastosowanie w kosmetykach do wosów, poniewa zapobiega
ich przesuszaniu i rozdwajaniu kocówek.
Glikozaminoglikany to heteropolisacharydy zbudowane z powtarzajcych si jednostek dwucukrowych, skadajcych si z reszt N-acetylowanej heksozoaminy oraz reszt
kwasu heksuronowego [6]. Wyrónia si siedem typów
glikozaminoglikanów: siarczan chondroityny-4 i siarczan
chondroityny-6, siarczan dermatanu, siarczan keratanu,
siarczan heparanu, heparyn i najbardziej popularny w kosmetologii – kwas hialuronowy [7].
Kwas hialuronowy (Rys. 4) zbudowany z czsteczek
kwasu glukuronowego i acetylowanej amino glukozy,
poczonych naprzemiennie wizaniami: -1,4 i -1,3glikozydowym. W organizmie czowieka 56% cakowitej zawartoci kwasu hialuronowego przypada na skór,
a poza tym jest on skadnikiem pynu zowego, pynu maziowego stawów oraz chrzstki szklistej [8]. Od dobrych
kilku lat, w postaci soli sodowej (hialuronianu sodu) stanowi on nieodzowny skadnik kremów, w których odpowiada za prawidowe nawilenie naskórka. Dawniej kwas
hialuronowy otrzymywany by z grzebieni kogucich,
obecnie wytwarza si go gównie biotechnologicznie.
Rys. 4. Struktura kwasu hialuronowego (źródło: https://pl.wikipedia.org/wiki/Kwas_hialuronowy#/media/File:Hyaluronan.png)
Dihydroksyaceton to trójwglowy cukier redukujcy,
zaliczany do grupy ketotrioz, majcy posta biaego proszku i wykazujcy sodki smak [9]. Dla potrzeb przemysu
kosmetycznego i farmaceutycznego otrzymywany jest
biotechnologicznie na drodze utleniania glicerolu z zastosowaniem odpowiednich szczepów bakterii, w wyniku
kondensacji glicerolu z wglanem wapnia, bd te katalitycznego utleniania glicerolu [9]. Wykorzystywany jest
w kremach i balsamach brzujcych skór i stanowi sposób
na opalenizn bez koniecznoci wychodzenia na soce.
Sekret dziaania DHA na skór jest oparty na reakcji Maillarda. Reakcja pomidzy woln grup aminow amino-
Rys. 5. Owies Avena sativa jest jednym ze źródeł -glukanu (źródło: http://czuwaj.eu/
wp-content/uploads/2013/04/%C5%82an-owsa.jpeg)
kwasu a grup karbonylow cukru redukujcego prowadzi
do zasady Schiffa, z której w nastpnym etapie otrzymuje
si produkty Heynsa, a te ulegaj dalszym przeksztaceniom, w wyniku których powstaj melanoidyny, odpowiedzialne za brzowy odcie skóry [9]. Warto w tym miejscu
wspomnie, e zasady Schiffa, czyli produkty kondensacji
zwizków karbonylowych i amin pierwszorzdowych wykazuj rónorodn aktywno biologiczn: dziaanie antybakteryjne, przeciwgrzybicze, antywirusowe, przeciwmalaryczne, a niektóre pochodne badano take pod ktem
waciwoci antynowotworowych [10]. Mankamentem
stosowania DHA jest charakterystyczny zapach, jaki pozostaje na skórze, a take – jak podaj niektóre róda, przeksztacanie, pod wpywem soca, DHA obecnego w skórze w bardzo reaktywne wolne rodniki. Dla rozwizania
tych problemów do produktów kosmetycznych dodaje si
antyoksydanty, a sam DHA zamyka si w liposomach [9].
Polisacharyd wystpujcy w dbach zbó, owsa,
pszenicy, jczmienia, w grzybach i drodach to –glukan,
zbudowany z reszt D-glukopiranozowych, poczonych
za pomoc dwóch wiza -(1,3-) i -(1,4-) lub -(1,3-)
i -(1,6-) i stanowicy rozpuszczaln frakcj bonnika pokarmowego [11]. Zwizek ten jest ceniony przez dietetyków i lekarzy ze wzgldu na zdolno obniania poziomu
cholesterolu, wspomaganie leczenia wrzodów i stanów
zapalnych bony luzowej odka, a take otyoci [12].
Jest take skadnikiem preparatów farmaceutycznych pobudzajcych system odpornociowy. W kosmetyce stosuje
si go ze wzgldu na efekt agodzenia podranie skóry,
zaczerwienie, dziaanie nawilajce i wygadzajce. Ponadto –glukan nabyszcza, wzmacnia i zmniejsza amliwo wosów [13].
Inulina (Ryc. 6.) zaliczana jest do fruktanów i tworzy nierozgaziony acuch czsteczek -D-fruktozy
poczonych wizaniem -2,1-glikozydowym. Jedna terminalna czsteczka glukozy przyczona jest wizaniem
-1,2-glikozydowym [14]. W skad acucha wchodzi
Chemia w Szkole | 6/2015
| 49
Metodyka i praktyka szkolna
Ryc. 6. Struktura inuliny (źródło: https://pl.wikipedia.org/wiki/Inulina#/media/File:Inulin_strukturformel.png)
od 2 do 50 czsteczek. Pozyskuje si j z materiau rolinnego poprzez ekstrakcj wodn, wspomagan mikrofalami lub ultradwikami [14]. U rolin jest materiaem
zapasowym, a take chroni rolin przed przesuszeniem
i przechodzeniem. Wykazuje dziaanie hipoglikemiczne,
prebiotyczne, obnia poziom cholesterolu. Znalaza zastosowanie w przemyle spoywczym jako rodek elujcy
i stabilizujcy, stosuje si j te jako substytut cukrów
i tuszczy, np. przy produkcji lodów i deserów. Przemys
kosmetyczny wykorzystuje inulin do stabilizacji emulsji
oraz jako skadnik pudrów i zasypek. Inulina, podobnie
jak inne fruktany, moe by stosowana w szamponach
do wosów jako przyjazny rodowisku, biogedradowalny
rodek powierzchniowo czynny [15]. Wykorzystuje si j
w kremach do cery wraliwej, kremach odywczych i nawilajcych, kosmetykach przeciwtrdzikowych i agodzcych podranienia.
Czsto spotykana w skadzie kremów nawilajcych
do twarzy trehaloza jest dwucukrem zoonym z dwóch
czsteczek poczonych wizaniem -1,1-glikozydowym.
Trehaloza zapewnia integralno bon biologicznych, hamuje degradacje nienasyconych kwasów tuszczowych,
akumulacja trehalozy to mechanizm obronny bakterii,
grzybów i bezkrgowców przed szkodliwym wpywem
rodowiska zewntrznego [16].
Niekorzystna glikacja
Moda na mody i atrakcyjny wygld osiga w ostatnich
latach swe apogeum, a dermatolodzy, biotechnolodzy i kosmetolodzy badaj coraz to nowsze rozwizania prowadzce do zachowania modego i zdrowego wygldu skóry.
Mówi si ostatnio duo na temat glikacji, prowadzcej
do nasilenia oznak starzenia. Glikacja jest procesem polegajcym na nieenzymatycznym przyczaniu si glukozy
do pierwszorzdowej wolnej grupy aminowej terminalne-
50 |
go aminokwasu w biaku [17]. Reakcja midzy glukoz
a wanym biakiem skóry – kolagenem prowadzi do powstawania wiza krzyowych midzy wóknami kolagenu, przyczyniajcych si do zesztywnienia biaka [17, 10].
Kolagen staje si mniej rozcigliwy, a przez to skóra traci
sw jdrno i elastyczno [10]. Pocztkowy etap glikacji
to odwracalna reakcja pomidzy grup karbonylow cukru a pierwszorzdow grup aminow biaka, w wyniku
reakcji powstaje zasada Schiffa (aldimina) i nastpuje eliminacja czsteczki wody [18]. Reakcj t mona odwróci
poprzez obnienie stenia glukozy [17]. W cigu nastpnych kilku tygodni, w nastpstwie wewntrzczsteczkowego przegrupowania, z zasady Schiffa powstaje produkt
reakcji Amadoriego – ketoamina [18]. Sacharoza, któr
spoywamy codziennie, w organizmie przeksztacana jest
do glukozy i fruktozy, które obie mog uczestniczy w reakcjach glikacji, przy czym fruktoza wchodzi w reakcje
szybciej ni glukoza. Warto zatem pamita, e dieta bogata w cukry prowadzi nie tylko do otyoci i cukrzycy, ale
te wpywa niekorzystnie na zdrowie i urod skóry.
Podsumowujc, wglowodany znalazy szerokie zastosowanie w przemyle kosmetycznym jako surowce funkcjonalne, warunkujce lepko, stabilno i waciwoci
aplikacyjne kosmetyków.
mgr Aneta Kołaczek
Technolog kosmetyków
Jean Vidal Polska
Literatura:
[1] Balcerczyk A.: Biologia. Repetytorium dla maturzystów i kandydatów na wysze uczelnie,
WSiP, Warszawa 2005
[2] Sikora M.: Modyfikatory reologii – istotnego parametru wyrobów kosmetycznych http://chemical.pl/artykuly/chemical-review/6723/modyfikatory-reologii-8211-istotnego-parametruwyrobow-kosmetycznych.html
[3] Molski M.: Chemia pikna, Pozna 2013
[4] Michocka K.: Otrzymywanie i waciwoci uytkowe nowych surfaktantów z ugrupowaniem
cukrowym, Praca doktorska, Uniwersytet Ekonomiczny w Poznaniu, Pozna, 2012
[5] Sikora M.: Zwizki powierzchniowo czynne w kosmetykach bezpieczestwo i funkcjonalno
http://chemical.pl/artykuly/chemical-review/6371/zwiazki-powierzchniowo-czynne-wkosmetykach-8211-bezpieczenstwo-i-funkcjonaln.html
[6] Sufleta A., Mazur–Zieliska H.: Glikozaminoglikany, budowa, waciwoci biochemiczne
i znaczenie kliniczne, Ann.Acad.Med.Siles. 2010, 64, 5-6, 64-68
[7] Praca zbiorowa pod red. G. Schroeder: Nanotechnologia, kosmetyki, chemia supramolekularna, Cursivia 2014 http://www.supra.amu.edu.pl/files/monographs/nanotechnologia_kosmetyki_chemia_supramolekularna.pdf
[8] Przylipiak A.: Podstawy medycyny estetycznej, Uniwersytet Medyczny w Biaymstoku,
Biaystok 2014
[9] Ratz-yko A., Dihydroksyaceton jako alternatywa dla tradycyjnego opalania aesthetica.
com.pl/clients/25/files/files/AE_04_44-48.pdf
[10] Astié S.: Skadniki hamujce starzenie si wókien skóry cz.3, Cabines, nr 71, 2015
[11] Krupiska P., Zegan M.: -glukan wybrane korzyci zdrowotne ze szczególnym uwzgldnieniem jego wpywu na gospodark lipidow, BROMAT. CHEM. TOKSYKOL. – XLVI,
2013, 2, str. 162 – 170
[12] Gibiski M.: -glukany owsa jako skadnik ywnoci funkcjonalnej, YWNO. Nauka.
Technologia. Jako, 2008, 2 (57), 15 – 29
[13] http://www.avenacare.com/Documents/Avenacare%20Brochure_Tate%20Lyle_Nov13_
LowRes.pdf
[14] Inulina, róda, metabolizm i znaczenie uytkowe: http://www.researchgate.net/publication/264039705_Inulina_jako_produkt_spoywczy_paszowy_farmaceutyczny_kosmetyczny_i_energetyczny
[15] Chyc M., Ogonowski J.: Sonecznik bulwiasty ródem cennych surowców dla przemysu,
szczególnie spoywczego, kosmetycznego i farmaceutycznego, Wiadomoci Chemiczne,
2014, 68, 7-8
[16] Wolska-Mitaszko B., Molestak E.: Metabolizm trehalozy u rolin, Postpy Biologii Komórki,
Tom 32, 2005, nr 2 (181-194)
[17] Jaboska-Trypu A., Czerpak R.: Rola nieenzymatycznej glikozylacji biaek w procesach
starzenia organizmu i patogenezie chorób wieku podeszego, Postpy Biologii komórki, tom
34, 2007, nr. 4, (683-693)
[18] Warwas M, Piwowar A., Kopiec G.: Zaawansowane produkty glikacji (AGE) w organizmie –
powstawanie, losy, interakcja z recepturami i jej nastpstwa, Farm Pol, 2010, 66(8): 585-590
Chemia w Szkole | 6/2015