7.2.7. Enzimas en cosmética La aplicación de enzimas en cosmética no ha alcanzado todavía un gran desarrollo debido en parte a los problemas técnicos no resueltos aún relacionados con la consecución o mantenimiento de la estabilidad y actividad enzimática. Por otro lado, la imagen positiva que tienen las enzimas entre los consumidores ha impulsado nuevos esfuerzos para encontrar nuevas áreas de aplicación de estos componentes en productos cosméticos. Los avances logrados en los últimos tiempos en la creación de sistemas enzimáticos estables en las formulaciones cosméticas han ayudado en este sentido y han permitido ampliar el catálogo de enzimas utilizados. En la tabla 6 se muestran algunas de las enzimas que ya se emplean en la actualidad como ingredientes en formulaciones cosméticas.
Enzima Tipo Función Amilasa Polisacarasa Acondicionamiento de la piel Glucoamilasa Polisacarasa Acondicionamiento de la piel Desoxirribonucleasa Nucleasa Acondicionamiento de la piel Glucosa oxidasa Oxidasa Estabilizante Lactoperoxidasa Peroxidasa Estabilizante Oxidorreductasas Oxidorreductasas Acondicionamiento de la piel Enzimas placentales Varios tipos Acondicionamiento de la piel Proteasas Proteasas Acondicionamiento de la piel Superóxido dismutasa Superóxido dismutasa Antioxidante Subtilisina Proteasa Queratinolítica Sutilaínas Proteasa Queratinolítica Ureasa Hidrolasa Control de la viscosidad Tabla 6. Ejemplos de enzimas utilizadas en productos cosméticos.
Una de las áreas de aplicación más extendidas es el uso de enzimas, particularmente proteasas, en formulaciones para limpiar y suavizar la piel. Los productos se aplican en forma de cremas cuyo propósito es desescamar la capa superficial de piel muerta o dañada. Este tipo de aplicación no está exenta, sin embargo, de algunos problemas que deben ser todavía resueltos, ya que la reacción es difícil de parar y las enzimas continúan su acción penetrando incluso dentro de la piel, causando irritación. Uno de los ejemplos que mayores expectativas está creando en este campo es la aplicación de enzimas en la protección de la piel. Concretamente se están comenzando a utilizar enzimas que presentan la capacidad de capturar o eliminar radicales libres, con la finalidad de evitar los daños en la piel causados por la contaminación ambiental, bacterias, humo, luz solar u otros factores nocivos. En este caso, el tipo de enzima que presenta un efecto más protector es la superóxido dismutasa. Se ha propuesto la utilización de una combinación de superóxido dismutasa y peroxidasa como agentes neutralizadores ( scavengers) scavengers ) de radicales libres en productos cosméticos por su capacidad de reducir el eritrema causado por la luz ultravioleta cuando se aplican por vía tópica. Otra aplicación en estudio es el uso de una peroxidasa, concretamente la lactoperoxidasa, para evitar la contaminación microbiana de las formulaciones cosméticas. La lactoperoxidasa es una enzima que cataliza la oxidación, a partir de peróxido de hidrógeno, de diversos compuestos, tales como yodo y tiocianato, resultando en la formación de derivados que presentan actividad antimicrobiana contra un amplio rango de microorganismos, entre los que se incluyen bacterias, hongos y
Tendencias en el Uso de la Biotecnología en el Sector Químico 44/80 levaduras. Este sistema debe incluir, además de la lactoperoxidasa, otros elementos, como yodo, tiocianato y peróxido de hidrógeno. Los mejores resultados se obtienen
cuando el peróxido de hidrógeno es generado enzimáticamente por una segunda enzima, la glucosa oxidasa, que lo produce como resultado de la oxidación de la glucosa (a ácido glucónico) por el oxígeno. El campo de los productos para desteñir y teñir el cabello también ha encontrado la alternativa de la utilización de enzimas. La tinción del cabello utiliza habitualmente productos químicos severos que pueden dañar el pelo. Una alternativa es el empleo de precursores de tintes que pueden ser oxidados a los compuestos químicos colorantes activos, tales como melaninas, mediante la acción de la enzima lacasa. Por otro lado, esta misma enzima puede ser también empleada, en conjunción o no con otros productos químicos, en el proceso contrario, es decir, en el blanqueamiento del cabello y de la piel. Referencias: 62, 63, 64.
7.2.8. Cosmética: dihidroxiacetona como bronceador La dihidroxiacetona es un compuesto natural no tóxico que, aparte de otras utilidades como intermedio químico, fabricación de biopolímeros, emulsificante, humectante, plastificante y síntesis de ciertos fungicidas, se utiliza principalmente en cosmética como agente autobronceador, es decir, como bronceador en ausencia de sol. Las preparaciones autobronceadoras se han venido utilizando durante más de 50 años y son todavía muy populares a causa de que proporcionan una pigmentación temporal a la piel que es muy similar al bronceado inducido por la radiación ultravioleta. Además, la cada vez mayor preocupación y concienciación en torno a los daños que la radiación ultravioleta puede causar sobre la piel ha hecho que la aceptación de las formulaciones autobronceadoras que contienen dihidroxiacetona se haya incrementado en los últimos años y, consecuencia de ello, haya aumentado su demanda. En este sentido, es muy importante el hecho de que tanto la dihidroxiacetona como el efecto bronceador que causa no presentan problemas de toxicidad. El mecanismo por el cual la dihidroxiacetona origina el bronceado es en realidad un tipo de reacción muy conocida en química: la reacción de Maillard. Esta reacción tiene lugar entre azúcares y proteínas, más concretamente entre los grupos carbonilo de los azúcares y los grupos amino libres de las proteínas. La dihidroxiacetona se considera a todos los efectos como un azúcar de tres átomos de carbono o triosa. En el caso concreto de su efecto bronceador, la dihidroxiacetona reacciona con los grupos amino libres de la proteína queratina presente en el stratum corneum de la piel o capa más superficial de la epidermis, dando como resultado la formación de diversos derivados coloreados o pigmentos, denominados melanoidinas, que presentan una coloración similar a la melanina, la sustancia natural responsable del bronceado en respuesta a la exposición a la radiación ultravioleta.
Producción biotecnológica de dihidroxiacetona.
Desde el punto de vista biotecnológico, la dihidroxiacetona se puede producir a partir del glicerol mediante fermentación llevada a cabo principalmente por las bacteria del ácido acético Gluconobacter oxydans (anteriormente denominada Acetobacter suboxydans) y G. melanogenus. La bacteria G. oxydans, además del glicerol, es capaz de oxidar otros polioles a cetonas, oxidaciones que son catalizadas por deshidrogenasas unidas a la membrana plasmática y la cadena respiratoria, y cuyos productos de oxidación se acumulan en el medio de cultivo. La enzima responsable de la oxidación del glicerol a dihidroxiacetona parece ser una deshidrogenasa
Tendencias en el Uso de la Biotecnología en el Sector Químico 45/80 dependiente del cofactor pirroloquinolina quinona, cuyo gen ha sido clonado. La sobreexpresión de este gen en el mismo microorganismo ha resultado en incrementos
significativos en la producción de dihidroxiacetona, desde 200-280 mM en la cepa original hasta 350 mM en la cepa modificada, a partir de 550 mM de glicerol. Los procesos de producción de dihidroxiacetona mediante fermentación de glicerol empleando la bacteria G. oxydans presentan dificultades derivadas de fenómenos de inhibición por sustrato y producto. Gran parte de estos problemas han podido ser resueltos mediante la optimización de las condiciones de cultivo, empleando un proceso semicontinuo repetido en dos fases. La puesta en práctica de este proceso ha conseguido rendir concentraciones finales de dihidroxiacetona en el caldo de fermentación de hasta 220 g/L. Aparte de estas bacterias, también han sido aislada una levadura, Pichia membranifaciens , capaz de producir dihidroxiacetona a partir de glicerol, si bien en unos niveles considerablemente inferiores a los logrados por G. oxydans, del orden de 13,5 g/L en las condiciones óptimas de cultivo. Referencias: 65, 66, 67, 68, 69.
7.2.9. Cosmética: ácido hialurónico El ácido hialurónico, o también llamado hialuronano, es un mucopolisacárido natural, de estructura linear y gran viscosidad, compuesto por unidades de N-acetilDglucosamina y ácido D-glucurónico ligadas por enlaces alternantes β (1→4) y β (1→3) (figura 7). Las cadenas de ácido hialurónico presentan tamaños que pueden variar entre 5.000 y 20.000.000 Da. En la naturaleza se encuentra presente en humanos y otros vertebrados en el cordón umbilical, piel, humor vítreo, líquido sinovial, crestas de gallo, y formando la cápsula mucoidea de ciertas bacterias gram positivas (Estreptococos). Figura 7. Estructura química de la unidad básica del ácido hialurónico. Desde que se descubrió en el tejido humano y gracias a su alto grado de biocompatibilidad, tanto el ácido hialurónico como sus derivados se han venido empleando extensamente. En el área biomédica se utiliza como agente viscoquirúrgico, como sustancia de relleno en implantes y permitiendo crear espacios y lubricación entre tejidos. También es utilizado como lubricante en el tratamiento de articulaciones artríticas y, en forma de microcápsulas, como soporte para sistemas de liberación prolongada. En el campo de la cosmética, el sector de mayor demanda, por su alta capacidad de retener agua, se emplea como agente humectante o hidratante en cremas y
Tendencias en el Uso de la Biotecnología en el Sector Químico 46/80 preparaciones para el tratamiento y cuidado de la piel. El ácido hialurónico posee la capacidad de retener el agua en un porcentaje equivalente a miles de veces su peso. Uno de sus usos más extendidos, conocidos y populares queda a medio camino entre la medicina y la cosmética. Se trata de las inyecciones de ácido hialurónico bajo la piel, de la cara principalmente, para añadir volumen a la misma y corregir y eliminar defectos tales como arrugas, pliegues y cicatrices. Del mismo modo se emplea también para el aumento del volumen de labios.
Producción biotecnológica de ácido hialurónico. Hasta tiempos relativamente cercanos se ha venido empleando ácido hialurónico mayoritariamente de origen animal, proveniente principalmente de las crestas de gallo y del líquido sinovial bovino, lo que presenta varios inconvenientes. Económicamente es poco rentable por su dificultad de purificación a causa de los complejos que forma con proteoglicanos. Además, no es posible el control del peso molecular mientras es sintetizado en los tejidos animales. Y, de forma importante en los últimos años, existe un creciente rechazo social hacia el empleo de derivados de origen animal, por el riesgo de contaminación viral y, en el caso de productos de origen bovino, por el riesgo
de transmisión del agente de la encefalopatía espongiforme bovina (BSE), vulgarmente conocido como “mal de las vacas locas”. Como alternativa a su purificación a partir de tejidos animales, en los últimos años se ha extendido su producción mediante el empleo de tecnologías biotecnológicas de fermentación microbiana. A los inconvenientes arriba indicados del origen animal se contraponen las grandes ventajas del ácido hialurónico obtenido por biotecnología. Es relativamente fácil de desarrollar, ya que aparece naturalmente en la capa mucoidea de ciertas bacterias, y es indistinguible del de origen humano. Es posible controlar el proceso de producción, la cantidad obtenida y las características del polímero, fundamentalmente su peso molecular, del que dependen las propiedades viscoelásticas del producto. Y, por último, comercialmente es más rentable; y tiene mayor seguridad desde el punto de vista sanitario. El ácido hialurónico es sintetizado por unas enzimas denominadas hialuronano sintasas, que actúan extendiendo la longitud de las cadenas mediante la adición repetida y alterna de N-acetil-D-glucosamina y ácido D-glucurónico al polisacárido naciente. En la naturaleza existen una serie de microorganismos que producen de un modo natural ácido hialurónico. Se trata de ciertas especies patógenas de bacterias del género Streptococci (Estreptococos) pertenecientes a los grupos A y C de Lancefield, que producen una cápsula mucoidea de ácido hialurónico. Esta cápsula les sirve como factor de biocompatibilidad, permitiendo a estas bacterias gram positivas escapar del sistema inmunitario del huésped. Dentro de las especies de Estreptococos reportadas como productoras de ácido hialurónico, las hay que son patógenas para humanos (Streptococcus pyogenes) y patógenas para otros mamíferos ( S. zooepidemicus, S. equisimilis, S. equi ). En la bibliografía se encuentran numerosos trabajos que describen la producción de ácido hialurónico mediante fermentación microbiana de diversas especies de Estreptococos, de las que un porcentaje significativo de ellos se encuentra en forma de patentes, lo que da una clara idea del interés económico del producto. Las especies preferidas en dichos procesos son las que no son patógenas en humanos ( S. zooepidemicus, S. equisimilis, S. equi ) y, además, utilizadas en forma de variantes atenuadas, por evidentes motivos de bioseguridad tanto durante su manipulación como en el producto final. Además, se ha buscado también que esas cepas no sean productoras de hialuronidasa, la enzima responsable de la degradación del ácido hialurónico, de modo que durante el cultivo no se produzca degradación de las
Tendencias en el Uso de la Biotecnología en el Sector Químico 47/80 cadenas del polímero sintetizado, permitiendo la obtención de un producto de elevado peso molecular. A pesar de que el empleo de esas cepas de Estreptococos es el método más extendido actualmente de producción de ácido hialurónico, no deja de presentar algunos problemas relacionados con su pureza y la posible presencia de endotoxinas en el producto final, habida cuenta de que se trata de especies patógenas, lo que obliga a realizar costosas tareas de purificación. Como consecuencia de ello se ha planteado la creación, mediante tecnologías de ingeniería genética, de nuevas cepas recombinantes basadas en especies no patógenas. Entre estas nuevas cepas destacan especies como Lactococcus lactis y Bacillus subtilis, que poseen la calificación de GRAS ( g enerally r ecognized a s s afe) y se consideran absolutamente seguras desde el punto de vista sanitario. Estas bacterias, que no son productoras naturales de ácido hialurónico, han sido convertidas en productoras mediante la inclusión y expresión en ellas del gen que codifica la enzima responsable de su síntesis, la hialuronano sintasa.
Referencias: 70, 71, 72, 73, 74.
7.2.10. Cosmética: α-hidroxiácidos Los α-hidroxiácidos (AHAs) se han venido utilizando durante miles de años para mejorar el aspecto de la cara y de la piel en general. El término α-hidroxiácido se aplica a un grupo de ácidos orgánicos que presentan un grupo hidroxilo en el átomo de carbono adyacente al grupo carboxilo. En cosmética se utilizan varios α-hidroxiácidos de origen natural, entre los que se incluyen los ácidos glicólico, láctico, cítrico, tartárico y málico. De todos ellos, los más utilizados con diferencia son los dos primeros, especialmente el ácido glicólico. En el campo de la cosmética, los α-hidroxiácidos se utilizan sobretodo en tratamientos para el cuidado de la piel, como exfoliantes, ya que promueven la desescamación y adelgazamiento del stratum corneum o capa externa de la piel. Como consecuencia de este efecto, los α-hidroxiácidos suavizan la superficie de la piel, aceleran su velocidad de recambio, disminuyen las pequeñas arrugas y estimulan la producción de colágeno y elastina. También presentan un efecto humectante para hidratar la piel y revierten el daño de la radiación solar sobre la misma. Se utilizan así mismo en tratamientos para combatir el acné y la seborrea. De los dos α-hidroxiácidos de mayor uso, el ácido láctico ya fue extensamente tratado en el informe de Observatorio del año 2008 referido a los productos químicos básicos, por lo que no será tratado nuevamente en este informe y nos centraremos específicamente en el ácido glicólico.
Producción biotecnológica de ácido glicólico. El ácido glicólico (ácido hidroxiacético) es el α-hidroxiácido más sencillo y se encuentra presente en pequeñas cantidades en ciertos cultivos de azúcar y otras plantas, de los que puede extraerse. Industrialmente, se produce mayoritariamente a partir de materias primas petroquímicas, mediante reacción del ácido cloroacético con NaOH, seguido de reacidificación. Desde el punto de vista biotecnológico se conocen al menos dos rutas de producción de ácido glicólico, mediante biocatálisis y mediante fermentación, la primera de las cuales se utiliza incluso a nivel industrial. La ruta biocatalítica más empleada se basa en la conversión de glicolonitrilo en glicolamida catalizada por la enzima nitrilasa producida por ciertas especies bacterianas, tales como Acidovorax facilis y Alcaligenes sp.. La glicolamida es posteriormente hidrolizada a glicolato amónico. El proceso es muy eficiente, con
Tendencias en el Uso de la Biotecnología en el Sector Químico 48/80 rendimientos superiores al 90%. Mediante procedimientos de ingeniería de proteínas y sobreexpresión se ha conseguido incrementar la actividad específica de la enzima hasta 125 veces, lo que ha permitido mejorar aún más el proceso y aumentar la productividad del mismo. Una segunda ruta biocatalítica en desarrollo consiste en la oxidación de etilenglicol a ácido glicólico catalizada por células en reposo de la bacteria Gluconobacter oxydans. Esta bacteria se caracteriza por ser capaz de realizar la oxidación incompleta de una amplia gama de sustratos, entre los que se encuentra el etilenglicol, reacciones catalizadas por diversas enzimas deshidrogenasas y oxidasas presentes en su membrana. A efectos de su aplicación industrial presenta el inconveniente de que muestra un bajo rendimiento en cuanto a la formación de biomasa. Debido a ello se han desarrollado diversos procedimientos de mejora de su cultivo, consiguiéndose cultivos de alta densidad en modo fed-batch, con los que se han obtenido rendimientos en la conversión cercanos al 90% tras 48 horas de reacción. Además, se ha observado que el producto de la reacción, el ácido glicólico, causa inhibición por
producto, lo cual ha podido ser evitado mediante la inclusión en el medio de una resina de adsorción que retira el producto formado. De este modo se ha conseguido incrementar el rendimiento de la reacción y alcanzar niveles de ácido glicólico de hasta 93 g/L. Por último, se ha desarrollado un procedimiento de producción de ácido glicólico mediante fermentación de azúcares, empleando una cepa recombinante de la bacteria Escherichia coli . Esta cepa ha sido modificada genéticamente para dirigir el metabolismo de la glucosa hacia la síntesis de ácido glicólico, para lo cual se han realizado las siguientes modificaciones: i) incrementar el flujo metabólico de la ruta del glioxilato para incrementar la formación de éste, ii) introducir una NADPH glioxilato reductasa para convertir el glioxilato en glicolato, iii) atenuar las rutas de consumo del glioxilato a otros productos distintos del glicolato, y iv) atenuar el nivel de todas las enzimas que metabolizan el glicolato. Aunque esta vía de síntesis de ácido glicólico puede suponer una alternativa más sostenible a las realizadas mediante biocatálisis, ya que es la única que emplea materias primas renovables, de momento no se conocen sus posibilidades reales puesto que en la patente que describe el procedimiento no se proporcionan detalles sobre rendimientos ni productividades, por lo que es de esperar que todavía no serán muy importantes. Referencias: 75, 76, 77, 78, 79.
7.2.11. Cosmética: otros ingredientes de origen biotecnológico Hoy en día la industria cosmética ha alcanzado un gran desarrollo en respuesta a las demandas de los consumidores. El éxito de los productos cosméticos se debe no sólo al grado de bienestar que proporcionan, sino sobretodo a su efectividad, que depende de la actividad biológica de algunos de los ingredientes que forman parte de su composición. Los avances en los campos de la bioquímica y de la biotecnología han permitido que se puedan descubrir nuevos principios activos con utilidad en el campo de la cosmética y, a la vez, proporcionar nuevas vías más sostenibles para la producción de estos ingredientes que constituyan alternativas a la extracción a partir de materias primas naturales y a la síntesis química. En este apartado se hará un recorrido por algunos de los ingredientes cosméticos en los que la biotecnología puede jugar un importante papel en su producción y que no han sido tratados en los anteriores apartados.
Coenzima Q10. Los radicales libres están implicados en gran número de reacciones biológicas adversas que causan procesos degenerativos en la piel. Entre ellos, son los radicales
Tendencias en el Uso de la Biotecnología en el Sector Químico 49/80 libres del oxígeno, también denominados especies reactivas del oxígeno (ROS), los que se encuentran en el inicio de la cascada de reacciones que son responsables de los procesos de envejecimiento de la piel. Aparte de los procedentes de la actividad metabólica endógena de las células de la piel, la principal fuente exógena de radicales libres es la radiación ultravioleta. Los radicales libres generados por acción de la luz ultravioleta sobre la piel son responsables del fotoenvejecimiento, formación de arrugas, pigmentaciones y, en los peores casos, melanomas. Los productos cosméticos diseñados para evitar estos efectos siguen dos estrategias diferentes: impedir la formación de los radicales libres mediante el uso de filtros ultravioleta, y neutralizarlos mediante el empleo de agentes antioxidantes. Uno de los antioxidantes que está encontrando un uso cada vez mayor en formulaciones cosméticas es la coenzima Q 10. La coenzima Q 10 o ubiquinona es una coenzima de origen biológico formada por la unión de un anillo de 1,4-benzoquinona y una cadena isoprenoide constituida por diez unidades de isoprenilo (figura 8). Figura 8. Estructura química de la coenzima Q 10.
A causa de sus valiosos usos, no sólo en cosmética, sino también en medicina para el tratamiento de ciertas enfermedades, y de la creciente demanda por parte de los consumidores, se han intentado desarrollar diversos bioprocesos para su producción comercial. Estos bioprocesos, que son preferibles a su síntesis química por la complicada estructura de la molécula, se basan en la utilización de bacterias. Han sido así desarrollados procesos de fermentación empleando bacterias que sintetizan la coenzima Q10 de un modo natural, entre las que se incluyen Agrobacterium tumefaciens, Paracoccus denitrificans, Cryptococcus laurentii , Tricosporon sp., Sporobolomyces salmonicolor , y Rhodobacter sphaeroides. Los procesos han sido desarrollados mediante la optimización del medio y las condiciones de cultivo, así como mediante estrategias de mejora de cepas por mutagénesis química para conseguir mutantes con productividades mejoradas. La coenzima Q 10, por su naturaleza hidrófoba, se encuentra incluida principalmente en el interior de las membranas celulares, lo que implica que su contenido es bastante reducido y en las fermentaciones se alcanzan unas producciones de unas decenas de miligramos por litro en los casos más favorables. Como alternativa a los productores naturales se han intentado también desarrollar cepas productoras recombinantes mediante técnicas de ingeniería genética. Por ejemplo, a la bacteria Escherichia coli , que sólo puede producir la coenzima Q 8, le ha sido introducido el gen que codifica la enzima decaprenil difosfato sintasa de A. tumefaciens o P. denitrificans para convertir la coenzima Q8 en coenzima Q 10, si bien de momento su capacidad de producción es inferior a la de los productores naturales.
Ceramidas.
Las ceramidas son uno de los principales constituyentes de la piel, en concreto del denominado stratum corneum. Se trata de lípidos complejos constituidos por un ácido graso de cadena larga y esfingosina, un aminoalcohol insaturado de 18 átomos de
Tendencias en el Uso de la Biotecnología en el Sector Químico 50/80 carbono, unidos por un enlace amida (figura 9). Las ceramidas juegan un importante papel en el mantenimiento de la función de barrera de la piel y en el mantenimiento de su contenido de agua. El envejecimiento de la piel trae consigo, entre otros efectos, una disminución de su contenido en ceramidas, ya que los queratinocitos, las células que las producen, van perdiendo su capacidad de sintetizarlas y, además, los jabones y otros productos con actividad superficial van reduciendo la cantidad en ella presente. Por ello, con la finalidad de ayudar a restaurar los niveles originales de lípidos en la barrera lipídica de la piel, se han desarrollado complejos enriquecidos en ceramidas que reproducen el contenido lipídico de la piel. La aplicación tópica de estos complejos permite mantener la función de barrera de la piel, evitando las agresiones externas y la pérdida de agua transepidérmica. Figura 9. Estructura química de las ceramidas. La síntesis química de ceramidas es un proceso costoso, por lo que el desarrollo de métodos de producción alternativos y económicamente eficientes es de gran interés. Una de estas alternativas la proporciona la biotecnología, mediante el uso de enzimas. Las ceramidas pueden obtenerse a partir de la esfingomielina, que es uno de los lípidos mayoritarios del tejido nervioso y es un derivado fosforilado de las ceramidas. La hidrólisis enzimática de la esfingomielina, catalizada por una fosfolipasa C, origina como uno de sus productos la ceramida correspondiente. Entre las enzimas ensayadas, la que mostró una mayor capacidad de hidrólisis fue una enzima proveniente de la bacteria Clostridium perfringens, empleando un proceso constituido por un sistema de dos fases agua:disolvente orgánico.
Ésteres emolientes.
Los emolientes se consideran en general como sustancias que imparten suavidad
y sensación general de bienestar a la piel. Existen un gran número de compuestos que presentan estas propiedades y que por ello se utilizan abundantemente en cosmética. Los emolientes se suelen clasificar habitualmente en dos grupos principales: hidrosolubles y liposolubles. Entre estos últimos se encuentran los denominados ésteres emolientes, que son ésteres de ácidos grasos de cadena larga, tales como el miristato de miristilo, el ricinoleato de cetilo, el cocoato de decilo, el palmitato de isocetilo y otros. El procedimiento convencional de síntesis de estos ésteres emolientes se basa en una reacción de esterificación catalizada por un catalizador de oxalato de estaño (II) y realizada a 240 °C, reacción que conlleva graves problemas derivados de sus elevados consumos energéticos y gran producción de residuos y subproductos. Frente a este procedimiento, ha sido establecida una alternativa biotecnológica basada en una reacción biocatalítica que consigue aliviar en gran medida estos inconvenientes. Así, la empresa Degussa produce industrialmente estos ésteres emolientes mediante un proceso enzimático de esterificación o transesterificación en disolventes noacuosos que utiliza como catalizador la enzima Novozyme 435, nombre comercial de una preparación enzimática que contiene la lipasa B de Candida antarctica. De la comparación de ambos procesos, el químico convencional y el enzimático, mediante la
Tendencias en el Uso de la Biotecnología en el Sector Químico 51/80 evaluación de sus respectivos Análisis del Ciclo de Vida, se ha podido determinar que el nuevo proceso biotecnológico supone una reducción del consumo energético superior al 60% y de la formación de residuos de hasta el 90%, lo que demuestra su mayor sostenibilidad.
Ácido kójico.
El ácido kójico (5-hidroxi-2-hidroximetil-4H-piran-4-ona) es un metabolito microbiano descubierto originalmente en diversos alimentos y bebidas fermentados por el hongo Aspergillus oryzae, comúnmente preparados en China y Japón. Además de esta especie, se han encontrado otros microorganismos que producen ácido kójico, entre los que se incluyen otras especies de los hongos Aspergillus y Penicillium, y ciertas bacterias. Desde el punto de vista de su utilización en cosmética, su interés proviene de que se trata de un inhibidor de la enzima tirosinasa, probablemente mediante su acción quelante sobre el átomo de cobre presente en su centro activo. La tirosinasa es una enzima que cataliza dos reacciones, la hidroxilación de L-tirosina a Ldopa y la oxidación de ésta a dopaquinona. El producto final, la dopaquinona, es de especial interés, ya que es el precursor de las melaninas, los pigmentos presentes en la piel. A causa de estas propiedades, el ácido kójico ha sido utilizado con éxito en cosmética como agente blanqueador de la piel. Si bien este uso cosmético fue aprobado por las autoridades sanitarias japonesas en 1988, existen en la actualidad ciertos informes y datos contradictorios sobre su seguridad y los riesgos potenciales que su uso puede entrañar. La ruta de biosíntesis del ácido kójico se inicia probablemente a partir de la glucosa y transcurre a través de la oxidación de ésta a 3-cetoglucosa catalizada presumiblemente por alguna glucosa-3-deshidrogenasa. La producción se realiza generalmente mediante fermentación, empleando cepas de A. oryzae o A. flavus, con las que se han alcanzado producciones de hasta 40 g/L y rendimientos superiores al 70%. También se ha descrito la conversión de azúcares, preferiblemente glucosa, en ácido kójico mediante el empleo de micelio de A. flavus como biocatalizador celular, procedimiento que ha permitido obtener del orden de 45 g/L del ácido a partir de 100 g/L de glucosa. Referencias: 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86.
