La lipofilizzazione degli ingredienti bioattivi è una strategia di crescente interesse per la cosmetica sostenibile. La maggior parte dei composti bioattivi impiegati in ambito cosmetico è costituita da metaboliti secondari di origine vegetale o microbica con diverse attività biologiche. In questo contesto, negli ultimi anni la ricerca si è concentrata sullo sviluppo di strategie per migliorare l’attività, la stabilità e la biodisponibilità dei composti bioattivi naturali nelle formulazioni cosmetiche.
Qualsiasi modifica finalizzata a migliorarne la funzionalità deve, tuttavia, tenere conto della relazione struttura-attività e preservare la stabilità delle unità chimiche principali. Tali strategie di funzionalizzazione devono essere progettate in un’ottica di sostenibilità, garantendo al contempo la sicurezza del consumatore.
Lipofilizzazione di antiossidanti naturali
La sintesi di derivati lipofili, comunemente ottenuta mediante reazioni di (trans)esterificazione enzimatica o chimica con gruppi alifatici, è una strategia largamente adottata in cosmetica. Gli antiossidanti lipofilizzati sono, pertanto, ampiamente utilizzati.
Rispetto agli antiossidanti sintetici, l’origine naturale e la biodegradabilità di questi derivati rappresentano un potenziale vantaggio per prevenire la generazione di sottoprodotti tossici durante l’idrolisi.
La lipofilizzazione fornisce, inoltre, una preziosa protezione dei gruppi funzionali, aumentandone così la stabilità durante la formulazione, la conservazione e l’uso. Una volta raggiunto il sito d’azione, questi derivati esterei possono essere idrolizzati in situ dalle esterasi endogene, rilasciando il composto bioattivo e consentendone l’attività antiossidante.
In aggiunta, la capacità antiossidante può essere sfruttata direttamente all’interno della formulazione cosmetica, contribuendo a prevenire l’ossidazione di altri componenti lipidici e, di conseguenza, l’irrancidimento del prodotto, oltre a contribuire a prolungarne la durata di conservazione.
Lipofilizzazione chimica ed enzimatica
Per le reazioni di (trans)esterificazione si possono impiegare due strategie principali, entrambe soggette all’equilibrio termodinamico.
La lipofilizzazione chimica si basa tipicamente su catalizzatori acidi o basici di Brønsted o Lewis e procede attraverso l’attivazione diretta del gruppo carbonilico per facilitare l’attacco nucleofilo di un alcol. Al contrario, la (trans)esterificazione enzimatica è mediata principalmente da serina idrolasi, come lipasi ed esterasi, che operano tramite una triade catalitica Ser-His-Asp (o Glu) e un intermedio acil-enzima.
Il percorso enzimatico consente un’elevata chemio- e regioselettività in condizioni più blande, con formazione del prodotto attraverso fasi sequenziali di acilazione e deacilazione che portano alla rigenerazione dell’enzima attivo. Queste modifiche avvengono in condizioni non acquose, comunemente in solventi organici volatili (VOS) o alternative più sostenibili, come i sistemi con liquidi ionici (IL) e Deep Eutectic Solvents (DES), o reazioni senza solventi.
Valutazione quantitativa della sostenibilità della lipofilizzazione
Il presente lavoro, pubblicato sul Journal of Cleaner Production, valuta criticamente la sostenibilità delle recenti strategie di lipofilizzazione biocatalitica per il miglioramento funzionale dei composti bioattivi per applicazioni cosmetiche, con particolare attenzione alla progettazione dei mezzi di reazione e all’efficienza dei materiali.
L’analisi copre i processi condotti in solventi organici volatili (VOS), liquidi ionici (IL), Deep Eutectic Solvents (DES) e mezzi privi di solventi, inclusi i sistemi self-DES e 2-in-1. Nello specifico, sono stati confrontati casi di studio rappresentativi utilizzando una valutazione della sostenibilità gate-to-gate (che comprende la sintesi e la purificazione del prodotto) o un’indagine limitata alle fasi a monte quando la fase di lavorazione non è stata presa in considerazione. L’analisi quantitativa è stata resa possibile grazie a metriche di chimica verde selezionate, alla guida CHEM21 per la selezione dei solventi e all’Area Green Star modificata.
I risultati ottenuti hanno rivelato il seguente ordine decrescente dei valori mediani dell’Environmental factor: solventi organici (72,6) > liquidi ionici (IL) (32,7) > Deep Eutectic Solvents (DES) (7,0) > senza solventi (4,6).
Tali dati sottolineano che i solventi non riutilizzabili sono la principale fonte di rifiuti ed emissioni di carbonio e che la fase di lavorazione del prodotto rappresenta un collo di bottiglia critico. Sebbene la purezza del prodotto sia fondamentale per l’industria cosmetica, questa fase viene spesso trascurata, creando un ostacolo significativo alla scalabilità industriale. Per ovviare al problema, i sistemi senza solventi sono cruciali, in quanto facilitano l’impiego ottimizzato dei prodotti con un impatto minimo sull’ambiente e sulla salute.
Fonte: Ruiz FJ, et al. Quantitative sustainability assessment of bioactive ingredients lipophilization. Journal of Cleaner Production, Volume 576, 2026,149313, ISSN 0959-6526, https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2026.149313.
