Conservantes Naturales

La conservación natural es uno de los temas más populares en la industria y atrae la atención de incluso el más tradicional de los químicos formuladores. Este artículo analiza el desarrollo teórico de un producto natural con sistema conservante. Se resumen los tradicionales métodos de conservación, muchos provenientes la industria alimentaria,  y se evalúan materias primas que se ofrecen dentro de la industria.

Hubo un momento en que la mención de conservante natural habría sido recibida con escepticismo. Sin embargo, hoy la opinión de muchos científicos ha cambiado y el uso de materiales provenientes de plantas y moléculas naturales es visto como una clara posibilidad en sus formulaciones.

Los costos de estos nuevos materiales son altos, pero promoción del marketing "libre de conservantes" o "sin conservantes sintéticos" compensa el costo.

Existen métodos de conservación comúnmente utilizados en los alimentos y bebidas que están disponibles para el formulador.

La situación legal de estos compuestos es ambigua, ya que no están contenidos en ningún listado de conservantes, por lo cual no pueden aducir dicha propiedad.

La frase “sin conservantes” puede usarse cuando éste no aparece los listados de sustancias conservantes y depende de cada país.

Estos materiales naturales no están legislados como conservantes, pueden utilizarse por sus efectos beneficiosos para la piel, y presentar coincidentemente un efecto positivo sobre la conservación del producto.

La industria alimentaria utiliza a menudo una técnica de conservación conocida como el "método barrera" (hurdle approach), donde una serie de diferentes materiales y factores, que podrían eliminar organismos por su cuenta si se utilizan en un nivel alto, se utilizan en combinación pero a niveles significativamente más bajos. Esto da lugar a una serie de barreras que la mayoría de los microorganismos no pueden cruzar. La idea es utilizar una gran variedad de estos "obstáculos" para debilitar a cada microorganismo, pero que a niveles individuales serían ineficaces, es un concepto casi ajeno a la cosmética.

Azúcar

Los altos niveles de azúcar pueden conservar contra la descomposición por microorganismos. Esta es una técnica utilizada en mermeladas caseras, conservas, encurtidos y confituras. También es un factor importante en la conservación de golosinas y chocolates, etc.

Se observan cada vez más productos que requieren mantenerse refrigerados o congelados una vez abierto, porque el azúcar ha sido sustituido por un edulcorante artificial que puede ser más barato y más saludable para comer, pero no tiene la cualidad de conservación.

Miel

La miel en su forma no diluida es también un conservante natural y, de hecho, hay muchos trabajos citando a la miel como una viscosa barrera contra las bacterias y las infecciones.

Alcohol

No todos los organismos son perjudiciales. La producción de alcohol a partir de azúcar por la levadura es en sí misma una industria. Un vino que se produce cuidadosamente usando equipos estériles y fermentado a 13% en volumen resiste más la infección a partir de organismos externos, una vez que la fermentación ha finalizado. El tiempo durante la fermentación del mosto es cuando es más vulnerable a una infección. El alcohol producido naturalmente por fermentación puede ser concentrado por destilación y se utiliza como un conservante natural en tónicos, productos para después de afeitar y en colonias. El alcohol a un nivel de 15% es eficaz, pero el 20% es más seguro.

Calor

El calor, la cocción, el vapor y la pasteurización son otras formas naturales de conservación que esteriliza productos, especialmente cuando ese producto está diseñado para un uso ‘’one-shot’’ (una toma), por ejemplo, un frasco ampolla o un sobre. Alternativamente, una vez abierto, el producto puede ser almacenado en la nevera o en el congelador para evitar degradación microbiológica.

Frío

Depositar un producto en el frío simplemente para "detener el reloj" del crecimiento microbiológico está perfectamente bien, siempre que el producto se encuentre lo bastante "limpio" microbiológicamente cuando se lo colocó en el frío. El descubrimiento de animales prehistóricos y personas momificadas en varias heladas muestra que este método de conservación es eficaz.

Desecación

La extracción de agua de un producto o la deshidratación total reduce en gran medida la posibilidad de deterioro. Sin embargo, hay que considerar la presencia de organismos que podrían convertirse en activos una vez que se vuelve a introducir esa agua.

Materiales anhidros

En una línea similar, se podrían hacer productos con materiales que no contienen ninguna traza de agua, diseñar de manera deliberada y formular un producto totalmente anhidro.

Sin embargo, ciertas cremas o productos que deben ser terminadas de elaborar por el consumidor, mediante la introducción de agua son propensas a las mismas restricciones que el producto desecado.

Sal

El uso de niveles extremos de sal como los usados por los antiguos navegantes para conservar su carne, es eficaz y es muy probable que la conservación de las momias egipcias fuera en parte lograda con 40 días de tratamiento en natrón (una sal local que osmóticamente drena los tejidos del agua)

pH ácido

La actividad conservante se puede lograr usando un valor pH tan bajo como sea posible.

La acidez natural podría ser obtenida de uno de los muchos alfahidroxiácidos (AHA) provenientes de algunas especies de cítricos, donde los componentes principales son el ácido cítrico y el ácido málico.

 

pH alcalino

Los valores altos de pH también inhiben el crecimiento de los organismos, por ejemplo no es necesario conservar los jabones de barra, aunque podría ser necesario poner un fungicida en la caja de cartón que rodea al jabón, ya que la humedad residual del producto puede ser la causa de moho y hongos crecidos en la caja.

Agentes quelantes

Además de la formulación a un pH bajo, agentes quelantes tales como el ácido fítico extraídos del salvado de arroz podrían añadirse para mejorar la actividad del conservante natural.

Otra opción es utilizar un material producido naturalmente como el gluconato de sodio. El gluconato de sodio es el sodio sal de ácido glucónico, producido por la fermentación de la glucosa. Es un blanco polvo cristalino, muy soluble en agua.

No corrosivo, no tóxico y fácilmente biodegradable (98% después de dos días), el gluconato de sodio es un quelante eficaz en medios alcalinos y  especialmente en soluciones alcalinas concentradas.

Se forman quelatos estables con calcio, hierro, cobre, aluminio y otros metales pesados. Es tan eficaz como otros agentes quelantes, tales como EDTA y sus sales relacionadas.

Las soluciones acuosas de gluconato de sodio son resistentes a la oxidación y la reducción, incluso a altas temperaturas. Sin embargo, es fácilmente degradado biológicamente, y por lo tanto no presenta problema de aguas residuales. Se utiliza en la industria de alimentos.

Los agentes quelantes interfieren con las membranas celulares que rodean a los microorganismos y los debilita privándoles de los oligoelementos que necesitan para la función celular. Niveles extremadamente altos de agentes quelantes se han utilizado como conservantes.

Antioxidantes

Los antioxidantes como  el tocoferol natural y el ácido ascórbico ayudan a la conservación, así como la reducción de la rancidez potencial. Se debe recordar que el ácido ascórbico es extremadamente inestable en agua y es particularmente sensible al cobre, hierro o níquel y se vuelve marrón con bastante rapidez en sistemas acuosos.

Glicerol

Los altos niveles de glicerina vegetal, hasta un 15-20%, también tendrán un efecto conservante, similar al efecto obtenido por el uso de altos niveles de azúcar. Sólo hay una desventaja de estos altos niveles, aumentan la pegajosidad.

Forma de la emulsión

Se ha argumentado que en la fórmula compuesta de una emulsión de agua en aceite, donde el aceite es la fase continua, hay muchas menos probabilidades de ser atacado por microorganismos. Esto puede ser cierto, pero no excluye el uso de un sistema conservante. Lo hace, sin embargo, como un “método barrera” más para llegar a la conservación natural.

Tipo de emulsionante

Un material que se comercializa desde hace muchos años llamado Lauricidin, es un gliceril laurato y que se dice que imita la esterilidad y la acción protectora encontrada en la leche materna. Se ha encontrado que las propiedades que determinan la acción antiinfecciosa de los lípidos están relacionados con su estructura: por ejemplo ácidos grasos libres y monoglicéridos. Los monoglicéridos son activos; diglicéridos y los triglicéridos son inactivos. De los ácidos grasos saturados, el ácido láurico tiene mayor actividad antiviral que cualquier ácido caprílico (C8), ácido cáprico (C10), o ácido mirístico (C14).

El ácido láurico es uno de los mejores ácidos grasos “inactivadores”, y su monoglicérido es aún más eficaz que el ácido graso solo.

El sistema se ha demostrado que funciona, pero la formulación es difícil y no siempre predecible. Podría ser una buena solución tal vez para aquellos con un gran departamento de investigación y grandes recursos humanos.

Plantas que se autoconservan

Las plantas mientras están viviendo conectadas a sus sistemas de raíces siguen siendo dinámicas y resistentes al ataque por levaduras, mohos y bacterias. Esto se debe a que todas las plantas contienen su propio sistema conservante,  que las mantiene frescas y animadas.

Oler una rosa, luego cortarla y oler la misma rosa después de un tiempo corto como una hora, cambia el olor de la rosa drásticamente a medida que la composición química de las partes fragantes se degradan con gran rapidez.

En los frutos, las semillas se desarrollan hasta la madurez y luego la fruta cae de la planta. Inmediatamente, el sistema que tenía protegida la pulpa carnosa que rodea la fruta del ataque de levaduras, mohos y organismos deja de funcionar y ahora se desintegra. Este es el desglose de la fruta que proporciona nutrientes para que la semilla germine y prospere.

Si no fuera por el hecho de que el sistema de conservación natural falla al cortar la planta estaríamos rodeados de material vegetal que no se pudre. Las plantas que contienen altos niveles de aceite esencial, como las hojas de pino y abetos son un ejemplo clásico, donde se necesita mucho tiempo para que las ramas cortadas se pudran, de ahí el consejo de que no deben ser utilizados para compostaje.

Las sustancias químicas presentes en todas las partes de la planta lo protegen del ambiente. Por otra parte, puede haber ciertas especies químicas o grupo de sustancias químicas presentes en la planta que sean capaces de matar microorganismos. Esta composición química varía de acuerdo a si la planta está viva o muerta, y en la mayoría de las plantas variará según la temporada.

En muchos casos, cuando estas plantas son extraídas, los extractos no son capaces de resistir ciertos organismos de descomposición, pero en algunos casos puede actuar de forma activa para destruirlos. El tiempo y velocidad de extracción de la planta fresca es a menudo crítico si se desea mantener la actividad conservante.

Productos comerciales

Hay un número de conservantes naturales disponible en el mercado que no son en sentido estricto legales, ya que no se encuentran inscriptas como conservantes. Sin embargo, el uso de una planta por su alegato de marketing, o para otros beneficios funcionales confunde el tema.

Uno puede utilizar cierto número de derivados de plantas como fragancias y coincidentemente lograr una acción conservante mínima en el producto en que se utiliza.

El debate sobre la seguridad de los parabenos (incluido el informe que causa cáncer de mama) muestra la ignorancia de fitoquímica, ya que los parabenos abundan en la naturaleza. Hay muchos casos donde las plantas pueden contener compuestos de tipo parabeno además de otros activos funcionales y la dificultad radica en decidir si el compuesto está siendo utilizado como un conservante o para otros beneficios.

Un repaso de las soluciones presentes en el mercado

Tiempo atrás, el vino y el agua se almacenaban en recipientes de plata, ya que se había observado que la conservación era mejor en comparación con jarras y ollas. Esto es algo sorprendente, porque uno podría haber esperado que el esmaltado (a menudo ricos en plomo) de las ollas pudiera haber ayudado más en la conservación.

Cloruro de plata

Existe un conservante moderno que se compone de cloruro de plata (20%) depositado sobre un sustrato de dióxido de titanio. Pero está prohibido utilizarlo en productos para niños menores de tres años de edad. No está permitido en productos de forma oral ni en los productos destinados a la aplicación alrededor de los ojos y los labios. Es limitado a 0,004% cuando se calcula como cloruro de plata.

Es una suspensión de partículas de cloruro plata/dióxido de titanio compuesto en un gel de agua / sulfosuccinato que mejora su actividad contra levaduras y mohos (JM Anticare®). Son particularmente útiles para conservar productos que contienen partículas finamente dispersas como protectores solares, preparaciones a base de óxidos inorgánicos micronizados y fórmulas de maquillaje.

Cuando se incorpora el JM ActiCare a la formulación es importante no añadirlo a la fase oleosa ya que su actividad se ve afectada si las partículas son recubiertas con aceite. Es estable en todo el rango de pH 3 a 10, pero se ve afectada por la goma xántica que une a la plata, y algunos AHA pero no ácidos láctico y glicólico. Materiales tales como ácido ascórbico y sodio metabisulfito pueden reducir la plata cloruro por lo cual necesitan una evaluación cuidadosa, cationes fuertes pueden ser también perjudiciales.

Idénticos naturales

Hay una serie de materiales que se han permitido y que se producen en la naturaleza. Estas incluyen ácido benzoico (limite 0,5% como ácido) y alcohol bencílico (límite de 1%).

Se pueden obtener de fuentes naturales tales como resinas balsámicas, pero la extracción es cara. El ácido benzoico es moderadamente bueno contra bacterias Gram+, levaduras y mohos, pero es moderadamente pobre contra las bacterias Gram-, mientras que el alcohol bencílico es muy bueno contra las bacterias Gram + , moderadamente pobre contra Gram -, pobre contra los hongos y moderadamente pobre contra levaduras.

El ácido sórbico (y se podría incluir su sal potásica, sorbato de potasio) se encuentra en la naturaleza (originalmente de Sorbus aucuparia o Sorba) pero se compra sintéticamente y se puede utilizar hasta 0,6%. Es moderadamente eficaz contra todas las bacterias y bien contra los hongos y levaduras.

Un sistema de dos componentes que consiste en lactoperoxidasa, glucosa oxidasa y glucosa ha tenido un buen seguimiento entre los formuladores “verdes”. Es muy incómoda para trabajar y tiene que ser mezclado justo antes de terminar el lote. Su mecanismo dice imitar las condiciones que mantienen a la ubre de una vaca libre de infección mientras está amamantando a su cría. Este material fue llamado Myavert C pero ahora ha cambiado de nombre a Biovert, disponible por Arch Chemicals.

                   Los conservantes “ilegales”

Extractos de semillas de cítricos:

Hay otras maniobras utilizadas por los formuladores "verdes" en su afán de evitar
los conservantes tradicionales que no se producen en la naturaleza. Los cítricos siempre han sido una útil fuente de alfa hidroxiácidos, de aceites esenciales fragantes y astringentes.

Todo en el fruto es útil, el jugo por su vitamina C, la cáscara da una aceite esencial fragante, las flores producen un exquisito y muy caro aceite esencial llamado neroli, y las semillas producen un antibacteriano, que es o bien naringenina, hesperidina, o hesperitina dependiendo de la especie de Citrus elegido.

Esto puede ser deslizado con otros componentes cítricos y estar convenientemente perdido entre la multitud de ingredientes exóticos. No es fácil de formular con estos tipos de materiales y deben hacerse muchos experimentos, ya que no todos los sistemas son compatibles, pero el éxito se puede lograr.

La presentación de un producto natural conservante con el nombre INCI Citrus
Grandis (Grapefruit) fruit extract (extracto de pomelo) llamado Citricidal que estaba disponible dio una gran esperanza para el futuro de la conservación natural. Sin embargo, empezaron a circular reportes de que el material había sido contaminado con materiales cuaternarios, y que era este material el que estaba dando al extracto sus cualidades conservantes.

Extractos de líquenes de Árbol:

El liquen de árbol (Usnea barbata) contiene ácido úsnico que es un agente bastante potente contra levaduras y mohos. No es de extrañar, que cuando este extracto se utiliza en una razonable concentración, estos organismos de deterioro no son capaces de crecer. Los usos tradicionales de este material para infecciones de los pies están bien justificados.

El ácido úsnico y sus sales están disponibles a en el mercado. Como precaución, hay algunas personas que son susceptibles de desarrollar irritación por este material y esto es porque tiene alguna similitud con los alérgenos potenciales encontrados en el musgo de roble y en el musgo de árbol que están enumerados en los 26 alérgenos potenciales.

Extractos de madreselva japonesa

Un conservante que se basa en la Madreselva japonesa (Lonicera japonica) está disponible, se describe como una mezcla compleja de ésteres de lonicerin y ácido p-hidroxibenzoico natural.

El material comercial de Campo es llamado Plantservative WSr, Wmr (INCI: Lonicera Caprifolium Extracto).

Es evidente que es un parabeno de origen natural, y esperaríamos que este material tenga propiedades antimicrobianas.

Lonicerin es luteolina-7-O-galactósido (Chen et al). Se ha informado que Lonicera japonica tiene actividad anti-inflamatoria y, aunque no tan potente como el punto de referencia normal de prednisolona, ​​sería eficaz en el tratamiento de trastornos inflamatorios.

Este factor hace que el conservante sea muy atractivo, ya que tiene beneficios por sus propiedades calmantes y también tiene actividad antimicrobiana. No hay muchos conservantes que tengan este doble beneficio. Los flavonoides son ciertamente muy respetados por sus propiedades anti-inflamatorias.

Árbol Formosa Hinoki

Hinokitiol es un sustancia ácida cristalina blanca, aislada del aceite esencial de Formosa Hinoki (Chamaecyparis taiwanensis Masamune et Suzuki) por Nozoe en 1936. Esta sustancia fue también encontrada en el aceite esencial del árbol Aomori Hiba (Thujopsis dolabrata SIEB et Zucc).

Aunque la forma natural de hinoquitiol no está disponible, la forma idéntica a la natural aún se fabrica. Este material está como un agente acondicionador del cabello en el diccionario de ingredientes de CTFA (Cosmetic, Toiletry and Fragance Association).

Sucede otra vez, que un efecto de acondicionador también tiene un aporte como conservante.

También es inusual, ya que tiene un anillo de 7 miembros y es muy diferente a cualquier otro conservante ya que normalmente sólo se encuentra uno. Está disponible de las empresas de S. Black, A & E Connock y Nikko con los nombres Hinokitiol o Chamaecyparis obtusa polvo o aceite (Ichimaru Pharcos), aunque no se sabe si los últimos materiales (presumiblemente todos naturales) tienen acción conservante.

Fragancias

Otra idea inteligente es mirar aceites esenciales y luego aislar uno o dos de los componentes que casualmente tienen actividad antimicrobiana. Dado que estos componentes provenían de un aceite esencial, deben ser materiales base para perfumería y se pueden enumerar como perfume o fragancia.

Un material aislado dentro de la gama de tales conservantes fue el ácido anísico que tiene claramente una estructura similar a un parabeno. Otro material es el ácido levulínico [CH3COCH2CH2COOH] o Ácido 4-oxopentanoico.

El ácido anísico fue encontrado en la semilla de Anís (Pimpinella anisum) entre muchos compuestos, y el ácido levulínico como un subproducto en la producción de diosgenina de Wild Yam (Dioscorea villosa).

Hay una gama de opciones de la empresa Dr. Straetmans llamadas Dermosoft 688, Dermosoft 690, 700 y Dermosoft 710 todos se usan del 0,5% al 1,5% (INCI name: parfum).

Otro producto de la empresa Sinerga llamado Naticide, también se ha demostrado que tiene excelentes resultados en torno al 1% (INCI name: parfum).

Bio-Botanica tiene dos conservantes naturales que también se extraen de activos de plantas, uno llamado Neopein y la otra Biopein que se componen de Extracto de hoja de Origanum (orégano), Thymus vulgaris (Tomillo), extracto de corteza de Cinnamomum zeylanicum (canela), Rosmarinus Officinalis Extracto de hoja (Romero), flores de Lavandula angustifolia (lavanda) y extracto de raiz de Hydrastis Canadensis (Golden Seal).

Todos estos materiales son bien conocidos para su actividad antimicrobiana y dan lugar a una gran cantidad de moléculas activas: carvacrol, timol, cinamaldehído, eugenol, cineol, alcanfor, α-pineno, ácido rosmarínico, berberina, hidrastina, acetato de linalilo y linalol. Esta área podría ser más explotada, porque hay muchos otros componentes de aceites esenciales que tienen propiedades antibacterianas.

Ácido perílico

Un material que fue presuntamente encontrado primero en Perilla frutescens o el aceite de shiso japones es el ácido perílico. El perilaldehído presente se ha encontrado eficaz contra Propionibacterium acnes y Staphylococcus aureus (Balacs).

Este material se hace comercialmente por la conversión de limoneno utilizando un proceso de la biotecnología. Se ha encontrado que tiene buena actividad contra bacterias Gram + y Gram-. El ácido perílico está disponible en empresas como Dr. André Rieks y Paroxite.

Melaleucol

Un refinamiento del aceite de Melaleuca alternifolia (Árbol de té), que contiene 1,8-cineol, α-terpineol, α- y γ-terpineno, terpinen-4-ol y sesquiterpenos se ha encontrado que ofrece un buen rendimiento frente a una amplia gama de organismos de descomposición. El olor antiséptico es muy característico del árbol del té, y también ha demostrado que tiene efecto de repelente de mosquitos.

Wasabi (Wasabia japonica)

Active Concepts tiene un material llamado Extracto de wasabi ACB que es rica en alilo isotiocianato. Se utiliza en el 1-3% se dice que contribuye significativamente a la actividad antimicrobiana y, al mismo tiempo tiene actividad antioxidante.

                         Consideraciones de embalaje

Se han considerado las bases y también los aditivos que se podrían introducir con el fin de reducir o eliminar el deterioro por organismos en los productos.

La última pieza del rompecabezas es el embalaje. Frascos de cuello ancho con los discos de plástico que cubren el cuello son probablemente la peor noticia para la integridad microbiológica de un producto.

Esas cubiertas permiten que el agua se condense en la superficie y favorece el desarrollo de microorganismos.

El cierre de cartón en la tapa es otra esponja microbiana a la espera de actuar como un medio de crecimiento.

Los tubos son mucho mejores (por esto están más ampliamente utilizados en la industria farmacéutica). La boquilla ofrece una más pequeña y más discreta superficie de contaminación.

En la actualidad hay tubos que tienen válvulas que impiden el retorno, por lo que una vez pulsado el tubo no se puede relajar para permitir la entrada de aire.

Noten como los tubos de productos para los ojos tienen larga y fina boquilla con un pequeño orificio para dispensar el producto. Esto tiene un buen sentido microbiológico.

La nueva generación de potes no permite que el consumidor pueda insertar sus dedos lo cual puede ser altamente contaminante. Hay frascos con boquillas y superficies planas selladas que tienen pistones sin aire que siguen el producto hasta su finalización. El producto se ofrece al consumidor en pulsos o dosis.

Se podría argumentar que, en estos medios sellados e higiénicos, la necesidad de una prueba de exposición microbiana no es necesaria, ya que el consumidor y el aire, no entrarán en contacto con el producto durante su vida activa.

Los requerimientos de conservantes serán menores que los necesarios para una crema de cuello ancho.

El empaque más seguro es el de una sola aplicación, el sobre, el blister y ampolla de un solo uso. Estas son tecnologías que nos llegan desde la comida rápida y la industria farmacéutica. Se utiliza todo o se tira el resto, es la forma sin conservantes perfecta y el peor ejemplo de despilfarro.

            

Traducido y adaptado por HSA del artículo “An updated on  natural preservatives” Anthony C. Dweck BSc CSci CChem FRSC FLS FRSH – Technical Editor.