La nanocelulosa bacteriana (BNC, celulosa microbiana, celulosa bacteriana o biocelulosa), se considera actualmente como una forma de celulosa prometedora para una amplia gama de aplicaciones.
Algunos biopolímeros han ganado una gran popularidad no solo por su naturaleza biodegradable y respetuosa con el medio ambiente, sino también por su biocompatibilidad. Los biopolímeros, como proteínas (Colágeno y proteínas de trigo) y polisacáridos (Celulosa, ácido algínico y ácido hialurónico) se utilizan ampliamente como ingredientes en formulaciones cosméticas. Su aplicación es para mejorar las propiedades de los productos (Textura y consistencia) o potenciar su acción sobre el cuerpo (hidratación y reducción de arrugas). Además también se reconocen como una alternativa viable y sostenible a los polímeros a base de petróleo que se utilizan en los envases de cosméticos.
Nanocelulosa bacteriana
La celulosa es el biopolímero más abundante en todo el mundo, que junto con sus propiedades notables lo convierten en una fuente atractiva de nuevos materiales sostenibles para muchas aplicaciones industriales. La celulosa se obtiene principalmente de plantas, pero también la producen bacterias, hongos, algas y animales marinos.
BNC es una forma de celulosa a nanoescala que se produce biotecnológicamente como un exopolisacárido por algunas bacterias aeróbicas no patógenas; que combina las propiedades de la celulosa con las características de los nanomateriales.
La aplicabilidad de BNC en cosméticos se ha explorado y demostrado a lo largo de los años. Especialmente como material de soporte de máscaras faciales en láminas para la liberación de sustancias activas por la piel. Sin embargo, el BNC también se ha empleado en cosméticos exfoliantes naturales o como agente estructurante en formulaciones para el cuidado personal.
Algunos productos cosméticos basados en BNC ya están disponibles en el mercado y se anuncian como biocelulosa . Se asocian con ingredientes que frecuentemente colocan a estos productos en el grupo de cosméticos de “lujo”.
Métodos de biosíntesis y producción de nanocelulosa bacteriana
Entre las bacterias productoras de BNC, las del género Komagataeibacter se reconocen como las más eficaces. Estas pertenecen al grupo de las bacterias del ácido acético. La biosíntesis de BNC es un proceso altamente regulado que involucra múltiples enzimas y complejos de proteínas catalíticas y reguladoras .
El BNC es el resultado de un proceso de fermentación oxidativa, con la oxidación de azúcares y ácidos orgánicos que pueden producirse en azúcares sintéticos o no sintéticos y medios ricos en nitrógeno a temperaturas que oscilan entre 25 y 30 ° C y pH de 4,5 a 7,5 . Hay dos métodos generales para la producción de BNC: cultivo estático (en matraces o bandejas) y cultivo agitado (en fermentadores de tarro). El método más utilizado a escala de laboratorio es el cultivo estático, en el que el BNC se acumula como una membrana gelatinosa (tipo hidrogel) en la interfase aire-medio, que se espesa con el tiempo de cultivo. También se puede utilizar una metodología estática de lotes alimentados mediante la adición periódica de medio de cultivo con la formación de una nueva membrana BNC cada vez, aumentando así la producción esperada.
Con el creciente interés en la explotación comercial de BNC, ha habido una inversión significativa en investigación para superar las limitaciones de los cultivos. Todo con el fin de lograr altas tasas de producción, costos de producción reducidos y / o tiempos de cultivo más cortos. El diseño y desarrollo de biorreactores eficientes ha sido una de las estrategias exploradas para la ampliación.
Propiedades y aplicaciones de la nanocelulosa bacteriana
BNC se produce como una red 3D bien organizada de nano y microfibrillas en forma de cinta con un diámetro extremadamente reducido. Una imagen de sección transversal de microscopía electrónica de una membrana BNC muestra que sus fibras están organizadas como capas estratificadas. Se agrupan una tras otra a medida que las bacterias crecen en la interfase medio de cultivo-aire. Otra propiedad del BNC es su alta pureza química, al estar libre de lignina, hemicelulosas y pectina, típicamente presentes en las fibras vegetales. Esto elimina la necesidad de procedimientos de purificación complejos con rendimientos reducidos que pueden afectar la estructura y las propiedades fisicoquímicas de la celulosa.
Aplicación de nanocelulosa bacteriana en cosméticos
El BNC encuentra varias aplicaciones potenciales en cosmética, debido a sus propiedades excepcionales; principalmente como soporte de sustancias activas para la piel o como agente estructurante en formulaciones cosméticas.
Beneficiándose de su estructura nanoporosa ultrafina, el BNC fue ampliamente explorado como portador de sustancias activas para la piel. Varios estudios demuestran su potencial y efectividad para la carga y liberación de estas sustancias.
En cosmética y en la administración de fármacos, es deseable tener un sistema de administración preciso adaptado a la aplicación pretendida. Así es posible reducir la dosis de carga del compuesto activo y, al mismo tiempo, garantizar la eficacia del tratamiento. El diseño de hidrogeles inteligentes como sistemas de administración con liberación controlada basados en el estímulo de la temperatura corporal está ganando interés.
El BNC también se ha explorado con éxito como una alternativa sostenible a los tensioactivos sintéticos utilizados para estabilizar las emulsiones de Pickering, considerando que éstas son una opción emergente en formulaciones tópicas como vehículo de sustancias activas.
BNC también demostró ser una alternativa viable a otras aplicaciones cosméticas relevantes, como la matriz de soporte para la inmovilización de enzimas o como alternativa a los microplásticos.
Una patente reciente reivindica un método para producir polvo de BNC destinado usarse como microperlas en formulaciones cosméticas. En este campo, uno de los principales desafíos será desarrollar procesos simples, escalables y rentables capaces de producir microperlas con diámetros constantes y uniformes. Así se tendrá un estrecho control del tamaño, forma y dureza de las microperlas para cumplir con los requisitos. propiedades deseadas del producto final.
Tecnología ecológica con Nanocelulosa Bacteriana
La inversión en soluciones de tecnología ecológica se ha extendido a todo el ciclo de vida del producto, incluido el embalaje. En este contexto, BNC también puede llamar la atención en el futuro como un material respetuoso con el medio ambiente para los envases de cosméticos. En este caso, el desarrollo de compuestos de BNC con propiedades como las actividades de eliminación de O2, antimicrobianas o antioxidantes, será particularmente atractivo.
Aunque los productos BNC ya son comercializados por un pequeño número de empresas, todavía existen algunas limitaciones económicas que obstaculizan su amplia aplicación. Los avances en los sistemas de fermentación mediante biorreactores y en la ingeniería genética de bacterias productoras de BNC también deberían ser cruciales para lograr altos rendimientos de producción y BNC rentables; lo que lo hará más competitivo en el mercado cosmético y con ello extenderá su uso.
