martedì 16 luglio 2019

Cosmetici, agenti microbici e sistema conservante.


Conservanti nei cosmetici
Cosmetici, agenti microbici e sistema conservante.

Accenni di microbiologia generale

La  qualità di un prodotto cosmetico può essere interpretata come sintesi di caratteristiche oggettive,  legate cioè alla percezione del consumatore, quali per esempio le caratteristiche sensoriali, lo skin feeling, la profumazione, e di caratteristiche oggettive del prodotto, tra le quali -oltre alla necessità di non risultare dannoso per l'utilizzatore - anche quella di mantenere nel tempo le performance attese e/o vantate del prodotto, in sintesi che il prodotto cosmetico risulti stabile nel tempo sia in termini prestazionali, sia  chimico-fisici e microbiologici.
Dal punto di vista tecnico queste ultime
caratteristiche sono correlate tra loro, in quanto difficilmente è possibile ottenere le performance attese/vantate da un prodotto instabile, anzi una disomogenea distribuzione degli ingredienti di una formulazione potrebbe anche risultare dannosa.
Stabilità chimico-fisica e microbiologica di un prodotto cosmetico vanno di pari passo, un prodotto cosmetico instabile dal punto di vista chimico-fisico può risultare a maggior rischio di contaminazione microbica, in quanto una parte rilevante della massa potrebbe non contenere sostanze antimicrobiche (sia conservanti, sia elementi formulativi ad azione antimicrobica  indiretta) in concentrazioni biologicamente attive, e viceversa la presenza di un quantitativo rilevante di microrganismi in un prodotto cosmetico microbiologicamente instabile può alterare le caratteristiche organolettiche e chimico-fisiche del prodotto, causando anche fenomeni degradativi di rilievo (cambiamento di colore e/o odore, perdita di viscosità, rottura dell'emulsione).

Per il consumatore, l’applicazione di un prodotto contaminato da microrganismi può costituire
un fattore  di rischio potendo causare in particolari condizioni, effetti avversi sia attraverso
un intervento diretto del microrganismi in funzione della loro capacità infettante, sia in
maniera indiretta attraverso l'alterazione delle caratteristiche chimico-fisiche del prodotto
è da tenere  presente comunque che un effetto avverso causato dall'uso d prodotti cosmetici
 rappresenta un evento relativamente raro se si considera il rapporto tra il numero di casi
avversi riportati alle autorità competenti, e quindi documentato, rispetto al numero di prodotti
 cosmetici immessi sul mercato.
 Nel caso specifico di eventi indesiderati causati dall’uso di un prodotta cosmetico contaminato da microrganismi è da tenere presente che sulla nostra epidermide è presente una microflora endogena, il cui numero varia in funzione delle diverse parti del corpo, e che è già adattata alle condizioni ambientali della pelle, quindi capace di contrastare efficacemente la colonizzazione o lo sviluppo del limitato numero di microrganismi esogeni che potrebbero essere apportati dal prodotto contaminato, La virulenza dei microrganismi, ovvero la capacità di indurre un'alterazione di rilievo di carattere sanitario  è funzione non solo del loro numero, ma soprattutto delle condizioni organiche generali
 del soggetto ricevente.
 Il rischio di contrarre un effetto avverso aumenta se il prodotto contaminato è applicato su zone particolari come la zona perioculare o la mucosa, soprattutto se già danneggiate o su bambini.
Per quanto non siano disponibili dati sufficienti a giustificare una connessione diretta tra frammenti proteici di origine microbica presenti nei cosmetici e lo scatenarsi di fenomeni irritativi, non è tuttavia possibile escludere che un effetto avverso per il consumatore possa anche essere causato dall'esposizione a tossine e/o metaboliti prodotti dal microrganismo, e che possono essere presenti nel prodotto cosmetico anche in assenza di microrganismi vitali o in grado di riprodursi.
E’ quindi un obiettivo fondamentale per il cosmetologo realizzare un prodotto le cui caratteristiche
microbiologiche risultino stabili nel tempo, soprattutto in relazione alle modalità d'uso. Tale obiettivo viene perseguito mediante l'adozione di procedure atte a limitare la presenza o lo sviluppo dei microrganismi degradativi - o più in generale di tutti i microrganismi- e all’eliminazione di microrganismi patogeni in tutte le fasi di realizzazione del prodotto cosmetico: nella fase di progettazione, mediante lo studio di un efficace sistema conservante e/o l'adozione di una strategia auto preservante (materie prime e/o confezionamento).

       

                                 I microrganismi

Per microrganismi si intendono entità viventi di dimensioni microscopiche, quali i batteri e i
miceti, e submicroscopiche, quali i virus. I batteri, denominati procarioti, sono organismi
unicellulari caratterizzati da una struttura semplice con assenza di un nucleo definito, racchiuso  cioè da una membrana nucleare, e di altri organelli legati alle membrane; i miceti, suddivisi, a loro volta in lieviti, unicellulari, e muffe, pluricellulari, sono invece organismi eucarioti, che presentano una struttura cellulare più complessa, paragonabile a quella degli organismi superiori vegetali e animali.
Batteri, lievi e muffe sono i microrganismi di interesse cosmetico in grado di causare alterazioni sostanziali della struttura formulativa a seguito della loro proliferazione.

 I batteri

La cellula batterica è un organismo completo, indipendente e autosufficiente, in grado di
svolgere tutte le funzioni necessarie alla perpetuazione della specie.
I batteri possono essere differenziati in base a caratteristiche morfologiche, quali le dimensioni, la forma, la disposizione e la struttura.
Batteri studiati più frequentemente in laboratorio misurano circa 0,5-1,0 micron 2,0-5,0 micron, ma un esempio più significativo delle dimensioni di un batterio è il quantitativo di circa 500
miliardi di bacilli di medie dimensioni che possono essere presenti in un volume di 1 cm3.
La forma della cellula microbica può presentarsi sferica nei cocchi, a bastoncino nei bacili
oppure corta e tozza nei coccobacilli, e comunque per lo stesso microrganismo è possibile
rilevare differenziazioni morfologiche notevoli sia nell'ambito del ciclo vitale e/o in risposta a
vari stimoli ambientali (temperatura, pH, ossigeno ecc.).

I miceti: lieviti e muffe.

I miceti  si differenziano dai batteri per le superiori dimensioni (una cellula di lievito misura 20-50 micron, le muffe superano i 100 per alcune sono rilevabili a occhio nudo) e per una maggiore complessità strutturale. Salvo rare eccezioni non possiedono capsula, la parete cellulare e costituita per l'80% da polisaccaridi, con prevalenza di chitina, proteine e lipidi. A livello citoplasmatico sono caratterizzati dalla presenza di un nucleo delimitato da una membrana nucleare e contenente più cromosomi, di mitocondri (ove avvengono le reazioni di produzione di energia che nel batterio sono localizzate a livello della membrana cellulare), di ribosomi per la sintesi proteica, di granuli e di vacuoli a funzione diversificata. A questo alto grado di differenzazione sub cellulare corrispondono meccanismi metabolici estremamente sofisticati e flessibili che consentono  ai miceti di poter adattare la crescita in situazioni ambientali estreme, o ostili per la maggior parte dei batteri, quali le basse temperature, la scarsa disponibilità di acqua libera, pH estremi.
 I miceti sono eterotrofi, capaci cioè di utilizzare substrati differenti per soddisfare e proprie esigenze metaboliche, e posseggono enzimi ad attività lipolitica, proteolitica e saccarolitica Con qualche eccezione, la riproduzione dall'unione di 2 cellule parentali, e in modo asessuato, per divisione di una singola cellula o, più tecnicamente, per differenziamento del tallo in accrescimento. Le esospore fungine non costituiscono, se non in rari casi, una forma di resistenza del microrganismo quanto una forma di diffusione che, in virtù di date caratteristiche (leggerezza, idrofobia ecc.) possono essere agevolmente disseminate dall'aria, dalla polvere, dagli animali e dall'uomo. Infatti, le situazioni di rischio di inquinamento da miceti che si  riscontrano a livello produttivo sono riconducibili a fenomeni di ricontaminazione da spore fungine che diffondono con facilità da zone di stoccaggio delle materie prime a quelle di produzione e confezionamento del prodotto finito.
I leviti si differenziano dalle muffe in quanto la loro forma comune e dominante è unicellulare e questo consente un più veloce accrescimento e una maggiore velocità di riproduzione rispetto alle muffe filamentose, nei confronti  delle quali sono anche più efficienti, a parità di peso, nel compiere le trasformazioni chimiche, grazie al maggiore rapporto superficie peso/volume. La loro riproduzione vegetativa di solito avviene per gemmazione.


Fisiologia dei microrganismi.

Un'importante caratteristica dei microrganismi è la loro velocità di proliferazione: vi sono batteri come il Bacillus cereus che, in un terreno di coltura e in condizioni ottimali, raddoppiano il proprio numero in 10-12 minuti; i batteri coliformi, a temperature comprese tra 32 °C e 37 °C, hanno un tempo di generazione, ovvero il tempo che intercorre tra due successive divisioni cellulari, pari a 15-30 minuti, mentre i micrococchi hanno uno sviluppo molto più lento, con tempi di generazione compresi tra 90 e 180 minuti. I lieviti hanno un tempo di generazione più breve rispetto alle muffe, circa 60-90 minuti dei primi rispetto a 3-4 ore delle seconde.
Il ciclo vitale dei batteri è caratterizzato essenzialmente da una fase di intensa sintesi nel corso della quale si registra la duplicazione del cromosoma e l’aumento della massa cellulare fino al raggiungimento di dimensioni critiche, cui fa seguito  la divisione cellulare con formazione di 2 cellule figlie identiche alla cellula madre, dalle quali originano, sempre per scissione binaria, 4 cellule figlie che continueranno a dividersi seguendo una progressione geometrica.

Capacità di crescita e adattamento dei microrgamismi. 

Tutti gli organismi viventi hanno degli intervalli caratteristici di temperatura, pH, potenziale di
ossido-riduzione e attività dell'acqua che consentono loro di crescere. I microrganismi di
interesse cosmetico generalmente sono aerobi e hanno un pH ottimale di crescita intorno alla
neutralità (pH 5-8).Tuttavia è importante considerare che la sopravvivenza dei microrganismi
è assicurata dalla loro capacità di risposta alle variazioni ambientali, così come dalla capacità di risposta alle variazioni ambientali, in particolari condizioni, virtualmente tutti composti organici presenti, in una parola capacità di adattamento, una strategia di sopravvivenza che consiste nella modulazione delle caratteristiche genetiche e metaboliche in risposta a variazioni fisiche e chimiche dell’ambiente.

Il sistema conservante.

 La maggior parte dei cosmetici su base acquosa costituisce un substrato ottimale per la crescita dei microrganismi in quanto contenenti gli elementi essenziali per la loro riproduzione. La fase formulativa implica la valutazione delle possibili interazioni chimico-fisiche che possono che possono instaurarsi tra i diversi ingredienti e che possono incidere sulla stabilità sia chimico-fisica, sia microbiologica del prodotto.  Infatti un instabilità chimico-fisica della formulazione puó risultare non omogenea della concentrazione delle sostanze conservanti e rendere il prodotto vulnerabile all’ attacco microbico, al contempo, un inquinamento microbico può causare modifiche significative delle caratteristiche organolettiche e reologiche del prodotto.
Una modalità per impedire la proliferazione dei microrganismi del prodotto cosmetico consiste
nel renderlo auto conservante attraverso inserimento nella formulazione di un sistema definito come l’insieme di sostanze capaci di esplicare una diretta attività antimicrobica e di componenti formulativi che possono contribuire in maniera diretta o indiretta alla preservazione del prodotto. E importante sottolineare che, in generale, sono le caratteristiche chimico-fisiche di una formulazione a rendere la matrice cosmetica ostile ai microrganismi attraverso l’interferenza con i requisiti di crescita microbica  quali disponibilità di acqua pH e temperatura ottimali, ossigeno ecc.,e a  determinare se è necessario aggiungere
o meno specifiche sostanze conservanti.
 I conservanti sono sostanze chimiche ad attività antimicrobica il cui utilizzo, nei prodotti cosmetici è regolamentato in termini qualitativi e quantitativi (vedi allegato V del regolamento 1223/2009), una  limitazione basata sul compromesso tra sicurezza ed efficacia del conservate il quale, proprio in virtù della sua azione sulle cellule microbiche, può avere un effetto anche sulle cellule umane. La funzione principale del conservante è esplicare un'attività antimicrobica soprattutto nei confronti dei microrganismi che possono contaminare il prodotto durante le fasi di stoccaggio e di utilizzo da parte del consumatore, anche se é doveroso riconoscerne una anche nella fase produttiva, nel prevenire la proliferazione dei microrganismi eventualmente presenti nelle materie prime o nelle aree produttive (non sterili). Sulla base delle considerazioni finora esposte è possibile definire le caratteristiche del conservante ideale:

  • largo spettro di azione ed efficace a basse concentrazioni, capace cioè di esplicare la propria attività su tutti i microrganismi a una concentrazione tale da minimizzare le probabilità di causare irritazioni o in generale effetti indesiderati al consumatore;
  • stabile alle temperature e ai livelli di pH cui è sottoposto durante la fase di produzione del cosmetico e, una volta incorporato nella matrice cosmetica, per tutta la durata di vita del prodotto,
  • solubile in acqua e insolubile in olio, possedere cioè un alto coefficiente di ripartizione acqua/olio affinché sia essenzialmente presente nella fase acquosa e all'interfaccia acqua- olio ove proliferano i microrganismi;
  • compatibile con tutti gli ingredienti della formula cosmetica e con il packaging;
  • privo di odore e colore e, nello stesso tempo, non capace di indurre cambiamenti di odore e colore al cosmetico; facilmente analizzabile dal punto di vista chimico e microbiologico sia come entità chimica, sia quando presente nel prodotto cosmetico facilmente inattivabile, per consentire la corretta determinazione del contenuto microbico di un prodotto cosmetico;
  • facile e sicuro da usare, nei termini di maneggevolezza e rischio di esposizione per gli operatori: un conservante liquido è più facile da usare rispetto a un conservante solido, e in questa evenienza sarebbe preferibile un conservante in fiocchi o in polvere non igroscopica e non pulverulenta.

E opinione comune che non esista un singolo conservante che riassuma queste caratteristiche
e che le mantenga nelle diverse tipologie di formulazioni cosmetiche. Nella pratica tali requisiti vengono soddisfatti mediante l'utilizzo di una miscela di più conservanti selezionati secondo un criterio che è funzione delle caratteristiche chimico-fisiche della matrice nella quale dovrà esplicare la propria attività e, in particolare, dei diversi ingredienti costituenti il prodotto cosmetico: un'insufficiente efficacia conservante di una formulazione cosmetica è sostanzialmente attribuibile all'incompatibilità tra le varie sostanze piuttosto che a una carenza nell'attività antimicrobica del sistema conservante in sé.
La scelta di un conservante da inserire in un prodotto cosmetico non può essere effettuala esclusivamente sulla base di considerazioni teoriche estrapolate dai dati riportati nella documentazione tecnica delle sostanze. In genere il dato di riferimento è la MIC (Minimal Inhibtory Concentration), la concentrazione minima capace di inibire la proliferazione di un determinato microrganismo, quindi un'espressione della efficacia e specificità della sostanza.
 Il valore della MIC è l'elaborazione dei risultati ottenuti in una cospicua serie di sperimentazioni condotte in un numero elevato di laboratori, utilizzando un sistema biologico relativamente semplice costituito da un brodo colturale nel quale viene inoculato il microrganismo bersaglio. La presenza di una concentrazione efficace della sostanza da saggiare impedirà la crescita del microrganismo nel terreno colturale.Nel 2012 è stata pubblicata la norma EN ISO 11930, tradotta in italiano come UNI EN ISO 11930, (che peraltro recepisce molti aspetti della NF 75 611) che definisce una serie di step che devono essere intrapresi per poter valutare in maniera globale la protezione antimicrobica di un prodotto cosmetico. La norma descrive un metodo di riferimento per il test di valutazione dell'efficacia del sistema conservante (il challenge test) con i relativi criteri di valuta-zione e una procedura per valutare in maniera globale la protezione   antimicrobica di un prodotto cosmetico che non è considerato a basso rischio secondo quanto descritto nella norma ISO 29621 basata sull'analisi del rischio. I risultati ottenuti dall'applicazione dell'analisi del rischio, o dal Challenge test, o da entrambi, sono usati per stabilire il livello di protezione antimicrobica richiesto per minimizzare i rischi per l'utilizzatore.
Il Challenge test è la simulazione in laboratorio di un eventuale attacco microbico a carico del cosmetico, un attacco che potrebbe avvenire in qualsiasi momento della vita di un prodotto cosmetico: dalla produzione al confezionamento, allo stoccaggio, alla distribuzione, all'utilizzo del prodotto. 
In sintesi, il Challenge test consiste nel contaminare il prodotto con una serie di microrganismi standard o selezionati dall'ambiente produttivo, nel conservare il prodotto inoculato alla temperatura prescritta e nel valutare l'efficacia antimicrobica del preparato mediante la conta microbica eseguita su aliquote di prodotto prelevate a intervalli definiti. 

Francesca Esposito Amendola  

Bibliografia
 Il manuale del cosmetologo 
Microbiologia Zanichelli 
Regolamento (CE) 1223/2009
  UNI EN ISO 11930,



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