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Algenextrakte und -inhaltsstoffe in kosmetischen Produkten

Die Besonderheit von Algenextrakten und ihrer Anwendung in der kosmetischen Industrie lässt sich auf verschiedene Inhaltsstoffe zurückführen, für die sehr unterschiedliche Wirkungen gerade auf bestimmte Parameter der Haut angeführt werden:

  • ein UV-Schutz durch bestimmte Phenole (Phlorotannine), Carotenoide, das Enzym Photolyase und sogenannte mycosporin-ähnliche Aminosäuren (MAA),

  • grundsätzlicher Hautschutz durch Radikalfänger wie Tocopherole, Polyphenole, ß-Carotin (Vitamin A) und andere Carotinoide, die die hauteigene Abwehr stimulieren,

  • Hydratisierung und Befeuchtung zum Hautschutz durch (sulfatierte) Polysaccharide und Mucopolysaccharide (Glykosaminoglycane),

  • Hautglättung und -regeneration durch essentielle und nicht-proteinogene Aminosäuren sowie hochgradig ungesättigte Fettsäuren,

  • Hautaufhellung und Hautweißung durch Phlorotannine, Phloroglucinol und dessen Oligomere,

  • Stimulierung der Kollagensynthese durch niedermolekulare Fucane.

Obwohl das Vorkommen zahlreicher dieser Substanzen nicht auf Algen beschränkt ist, so sind doch einige Verbindungen einzigartig in bestimmten Algenklassen, -ordnungen, -gattungen und -arten oder aber die Mischung bestimmter Wirkstoffe ist ungewöhnlich und verstärkt synergistisch deren Wirksamkeit in der Gesamtwirkung.

Vitamine und Mineralstoffe

Algen sind vergleichsweise reich an Mineralstoffen, Spurenelementen und Vitaminen. Die Spurenelemente des Meerwassers werden von der Vielzahl an unterschiedlichen Polysacchariden der Algen akkumuliert und stehen damit in Produkten (in bioverfügbarer Form) zur Verfügung. Neben Calcium, Magnesium, Eisen und Kalium enthalten sie die Spurenelemente Jod, Kupfer, Zink und Selen, daneben Mangan, Strontium, Molybdän oder Germanium. Das breite Spektrum an Vitaminen umfasst neben den Vitaminen A, C und E, Niacin und Folsäure den Vitamin B-Komplex einschließlich des sonst nur in tierischen Produkten vorkommenden Vitamins B12. Diese Komponenten sind sowohl für die Immunabwehr aber auch für Haut, Haare, Nägel und Bindegewebe von besonderer Bedeutung.

Hochgradig ungesättigte Fettsäuren

Algen sind die einzige Quelle der Eicosapentaensäure (EPA) und Docosahexaensäure (DHA). Diese kommen in Fischöl vor, weil sie über die Nahrungskette durch die Fische akkumuliert werden. Diese seltenen omega-Fettsäuren sind u.a. sehr bedeutend für die Membranstabilität, insbesondere der Haut.

Mycosporin-ähnliche Aminosäuren (MAA)

Von verschiedenen Algen, aber auch anderen Organismen, werden sog. Mycosporin-ähnliche Aminosäuren (MAA), UV-absorbierende Substanzen, gebildet, die als „natürliches Sonnenschutzmittel“ wirken. Sie absorbieren kurzwellige Sonnenstrahlen und wandeln diese in unschädliche Wärme um.

Polysaccharide

Von besonderer Bedeutung für die Kosmetikindustrie sind die einzigartigen Polysaccharide, die in verschiedenen Algenarten, besonders Rot- und Braunalgen, vorkommen. Hierzu zählen die Alginsäure und ihre Salze, die Alginate, Carrageen und Carrageenane sowie die Fucoidane, Glucane, Fucosen und weitere noch zum Teil unbekannte Algenzucker.

a) Alginsäure und Alginate

Braunalgen enthalten als charakteristische Bestandteile der Zellwand hauptsächlich die Phycokolloide Fucoidan und Alginate, die Salze der Alginsäure. Der Alginatgehalt ist abhängig von der Art und Jahreszeit. Er beträgt zwischen 15-40 % des Trockengewichts. Zur weiteren Aufbereitung werden Alginate aus wenigen Arten der Ordnungen Laminariales (Gattung Saccharina) und Fucales (Gattung Fucus). Die weltweite Jahresproduktion an Alginat beträgt etwa 40.000 Tonnen; zu den größten Produzenten gehören die USA, Frankreich, Norwegen, Großbritannien, Kanada, Japan und China.

Alginsäure (Algin; INCI-Bezeichnung: Algin) ist ein Gemisch von Polyuronsäuren mit wechselnden Anteilen von 1,4-ß-D-Mannuronsäure und 1,4-α-L-Guluronsäure. Berechnet auf das Trockengewicht enthält Alginsäure mindestens 19 %, höchstens aber 25 % Carboxylgruppen, wobei ein kleiner Anteil neutralisiert sein kann. In der Zellwand liegen die Alginatmoleküle als dicht gepackte Stränge vor. Dabei sind die Carboxylatgruppen der Uronsäuren über zweiwertige Kationen wie Ca2+ und Mg2+ + und andere Spurenelemente miteinander verknüpft. Die Molekülmasse nativer Alginsäuren beträgt zwischen 150.000 und 250.000 Da. Währen der Isolierung findet ein teilweiser Abbau statt; der zu Produkten mit einer Molekülmasse von 30.000 bis 60.000 Da führt. Diese unterschiedliche Kettenlänge wirkt sich vor allem auf die Viskositätseigenschaften aus.

Nicht nur in der Kosmetikindustrie, auch in vielen anderen Bereichen (Lebensmittel- und pharmazeutische Industrie, Medizin) finden Alginsäure bzw. ihre Salze wegen ihrer charakteristischen Sol- und Geleigenschaften, der emulsions- und suspensionsstabilisierenden Wirkung sowie ihrer Fähigkeit zur Filmbildung und zum Kationenaustausch Verwendung. So werden Dentalabdruckmassen aus Natriumalginat-Calciumsalz-Mischungen hergestellt. Calciumalginat wird als saugfähiges Material in interaktiven Wundauflagen eingesetzt; Natriumalginatlösungen in Sprühpflastern und -verbänden. Diese wirken hämostyptisch, also blutstillend, indem unmittelbar beim Kontakt mit dem Ca2+ des Blutes eine Membran aus unlöslichem Calciumalginat entsteht, das die Wunde verschließt und somit als Schutzkolloid wirkt.

b) Carrageen und Carrageenane

Carrageen (INCI: Carrageenan) ist eine Sammelbezeichnung für verschiedenartige langkettige Polysaccharide, die von bestimmten Rotalgenarten gebildet werden. Die einzelnen Verbindungen werden durch ihren Anteil an Galactose und 3-Anhydrogalactose sowie ihre Anzahl an Sulfatgruppen unterschieden. Industriell genutzt werden vor allem κ-, І- und λ-Carrageen, die sich in ihrer Struktur und in ihren physikochemischen Eigenschaften unterscheiden. Unter der Bezeichnung Carrageenane werden aber auch Handelsprodukte angeboten, die verschiedene Verbindungen mit unterschiedlichen Lösungs- und Gelbildungseigenschaften beinhalten. Bei diesen Produkten handelt es sich um alkalibehandeltes Carrageen oder Extrakte bzw. Extraktfraktionen.

Carrageene finden in der Lebensmittelindustrie Anwendung als Gelier- und Verdickungsmittel vielfache Anwendung, in der Kosmetikindustrie werden sie für die Herstellung von Zahnpasta eingesetzt.

Zwischenzeitlich werden verschiedene Rotalgenarten zur Carrageen-Gewinnung in Aquakultur auf den Philippinen gezüchtet; durch diese Kultivierung werden vergleichsweise einheitliche, kommerziell interessante Carrageene erhalten.

c) ß-1,3-Glucane

Für diese Polysaccharide aus Algen zeigen in zahlreichen Versuchen immunaktivierende Eigenschaften (Makrophagen) und werden daher in der Behandlung von Krebs eingesetzt.

Insbesondere Phycarin stimuliert die humorale und zelluläre Immunantwort über Interaktion mit den CD11b/CD18-Rezeptoren. Die entzündungshemmende Wirkung von Phycarin wird auf eine P-Selectin-Hemmung zurückgeführt, wobei Molekülgröße und Sulfatierungsgrad offensichtlich von erheblicher Bedeutung sind. Laminaran, der Speicherstoff der Braunalgen, gehört ebenfalls zu den β-1,3-Glucanen und zeigt heparin-ähnliche Eigenschaften und stimuliert ebenfalls das Immunsystem.

d) Fucoidane

Als Fucoidane bezeichnet man die Fucane, die typisch für Braunalgen sind und die ausschließlich von diesen produziert werden. Die Phycokolloide wurden bislang weder in anderen Algen noch in Landpflanzen nachgewiesen. Nach der IUPAC-Definition sind sulfatierte Fucane Polysaccharide, die hauptsächlich aus sulfatierter L-Fucose (6-Deoxy-L-Galactose) bestehen und weniger als 10 % andere Monosaccharide enthalten. Untersuchungen zur Struktur zeigen, dass die Fucoidane keine einheitliche Substanzklasse darstellen. Vielmehr bestehen beträchtliche Unterschiede hinsichtlich ihrer Molekülmasse, des Grades an Sulfatierungen und auch dessen Muster. Ebenso findet man zahlreiche Variationen bei den glykosidischen Bindungen und der Zuckerzusammensetzung. Charakteristisches Strukturmerkmal sind α-1,4-gebundene L-Fucose-4-O-sulfat-Einheiten, die in Position 2 verzweigt, acetyliert oder mit einer zweiten Sulfatgruppe substituiert sein können. Daneben kommen auch α-1,4- und α-1,2-gebundene Fucoseeinheiten mit und ohne Sulfatgruppen oder Verzweigungen vor.

Fucoidane sind in den letzten Jahren zunehmend in das wissenschaftliche Interesse gerückt, nachdem eine Vielzahl unterschiedlicher pharmakologischer Wirkungen für diese Verbindungen nachgewiesen wurde. Diese umfassen eine gerinnungshemmende und antithrombotische Aktivität, cancerostatische und immunmodulatorische Eigenschaften, antioxidative Wirkung, Reduktion der Blutfette, Antikomplementaktivität und eine entzündungshemmende Wirkung. Interessant ist in diesem Zusammenhang auch eine ausgeprägte antivirale Wirkung, u.a. gegen Herpes-Viren. Die zunehmende Verwendung von Fucoidanen in Kosmetika beruht auf Untersuchungen zur Wirkung dieser Verbindungen auf verschiedene Hauptparameter. So wurde für niedermolekulare Fucoidane eine Stimulierung der Kollagensynthese nachgewiesen. Ein „anti-aging“-Effekt wird damit erklärt, dass auf die Haut aufgetragene wässrige fucoidanhaltige Extrakte die Hautdicke reduzieren und die Hautelastizität erhöhen.

e) Fucosereiche Oligo- und Polysaccharide (FROP)

Fucosereiche Oligo- und Polysaccharide spielen eine Rolle bei Zell-Zell-Verbindungen und Zell-Matrix-Verbindungen. Sie stimulieren zudem die Zellproliferation. Durch Inhibierung von Matrix-Metalloproteinen (MMP) und Stimulierung der Kollagen- und Elastinsynthese in Fibroblasten wird die Spannkraft von Haut und Bindegewebe positiv beeinflusst und verhindert so Alterungsprozesse.

Algenkultur

Während Mikroalgen in Bioreaktoren gewonnen werden können, lebt die überwiegende Zahl der für kosmetische Anwendungen eingesetzten Makroalgen im Meer. Die biologische Wirksamkeit der kosmetischen Präparate auf Algenbasis und ihre Qualität ist allerdings stark abhängig von der Herkunft, Erntezeit, Gewinnung und Verarbeitung der Algen. So erfolgt die Gewinnung der Braunalgen z. T. durch spezielle Trawler, die den Meeresboden „abernten“. Es ist allerdings auch immer noch gebräuchlich, dass die Algen nach Stürmen am Strand gesammelt werden. Aufgrund des zunehmenden Bedarfs gibt es weltweit Bemühungen für eine nachhaltige Produktion auch von Makroalgen in Aquakultur. In Deutschland hat sich oceanBASIS GmbH auf die Kultivierung des zu den Braunalgen gehörenden Zuckertangs (Saccharina latissima syn. Laminaria saccharina) spezialisiert und liefert mit ihren Oceanwell Produkten weltweit die einzige zertifizierte Naturkosmetik, für die nachhaltig kultivierte Algen verwendet werden. Die Algen werden in einem besonders schonenden Verfahren weiterverarbeitet und sind Ausgangsbasis für qualitativ hochwertige Produkte.

 

Verfasser:

Dr. Hans-Peter Hanssen
Dipl.-Biologe, Scientific Consultant

Email: hans-peter.hanssen@hamburg.de

Mittwoch, 12. Dezember 2018

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