Bio‐based Algae Oil: an oxidation and structural analysis. (6th March 2020)

• Record Type: Journal Article
• Authors: Birjandi Nejad, H.; Blasco, L.; Moran, B.; Cebrian, J.; Woodger, J.; Gonzalez, E.; Pritts, C.; Milligan, J.
• Is Part Of: International journal of cosmetic science. Volume 42:Number 3(2020)
• Page Start: 237
• Page End: 247
• Publication Date: 2020-03-06
• Subjects: Algae -- triglyceride -- biotechnology/fermentation -- chemical analysis -- moisturization; Cosmetics -- Periodicals; 668.5505
• DOI: 10.1111/ics.12606
• Languages: English
• ISSNs: 0142-5463

Abstract

Abstract: Objective: In search of natural components, vegetal oils are increasingly becoming more popular in cosmetics. However, high oxidation instability, presence of potential allergens and synthetic anti‐oxidants have limited their applications so far. Therefore, a need exists for a natural emollient with high oxidation stability. In this work, we report on a novel sustainably produced triglyceride containing primarily three monounsaturated oleic acid chains, dubbed 'Bio‐Based Algae Oil' hereafter, as a natural emollient for cosmetic formulations. To produce Bio‐Based Algae Oil, simple sugars are converted into triglyceride oils using microalgae fermentation with minimal environmental impact. Methods: Bio‐Based Algae Oil was compared to other commonly used triglyceride‐based emollients in the skincare industry in terms of thermal/oxidation stability, composition and moisturizing properties. Oxidation stability of emollients was compared using Rancimat and pressurized differential scanning calorimetry (PDSC) techniques. Fatty acid composition of each oil was analysed using proton nuclear magnetic resonance ( 1 H‐NMR) and gas chromatography (GC) techniques to correlate unsaturation level of each oil to its oxidation stability. We also conducted an in vivo moisturizing study in which skin hydration level of human subjects was compared before and after application of emollient up to 24 h. Results: Results showed that Bio‐Based Algae Oil was the most stable emollient in thermal and oxidation stability studies given its low unsaturation and high anti‐oxidant content determined by 1 H‐NMR and GC techniques. It also provided the highest skin hydration level when applied on skin demonstrating its efficacy as a moisturizing emollient in cosmetic formulations. Conclusions: Compositional analysis of Bio‐Based Algae revealed that it is a triglyceride containing primarily three monounsaturated oleic acid chains with very low polyunsaturated fatty acid content resulting in high oxidation stability and consequently prolonged shelf‐life. Given its sustainability, high oxidation stability and skin health benefits such as moisturization demonstrated during an in vivo study, we envision to utilize Bio‐Based Algae Oil in many cosmetic formulations across skincare, suncare and bath and shower markets. Abstract : A novel sustainable Triolein, dubbed 'Bio‐Based Algae Oil', is reported. Bio‐Based Algae Oil was found to feature several skincare benefits such as miniaturization making it an ideal natural candidate for cosmetic formulations. Résumé : Objectif: Dans la quête de composants naturels, les huiles végétales deviennent de plus en plus prisées en cosmétique. Toutefois, la forte instabilité à l'oxydation, la présence d'allergènes potentiels et d'antioxydants synthétiques ont contribué à la réduction de leurs demandes jusqu'ici. Par conséquent, il existe un besoin en émollient naturel doté d'une stabilité à l'oxydation élevée. Dans le cadre de ces travaux, nous présentons un nouveau triglycéride produit de manière durable contenant principalement trois chaînes d'acide oléique mono‐insaturées, appelé « Huile d'algues d'origine biologique » comme étant un émollient naturel pour les produits cosmétiques. Pour obtenir de l'Huile d'algues d'origine biologique, des sucres rapides sont transformés en huiles triglycérides par fermentation de microalgues avec un impact environnemental minimal. Méthodes: L'huile d'algues d'origine biologique a été comparée à d'autres émollients à base de triglycérides fréquemment utilisés dans l'industrie des soins de la peau en matière de stabilité thermique ou d'oxydation, de composition et de propriétés hydratantes. Stabilité thermique ou oxydation, composition et propriétés hydratantes. La stabilité à l'oxydation des émollients a été comparée grâce au Rancimat et à des techniques de calorimétrie différentielle à balayage haute pression (PDSC). La composition des acides gras de chaque huile a été analysée grâce aux techniques de résonance magnétique nucléaire du proton ( 1 H‐NMR) et de chromatographie en phase gazeuse (CPG) afin de créer une corrélation entre le taux d'insaturation de chaque huile et sa stabilité à l'oxydation. Nous avons également procédé à une étude in vivo de l'hydratation au cours de laquelle le niveau d'hydratation de la peau des patients humains a été comparé avant et après l'utilisation de l'émollient sur une période allant jusqu'à 24 h. Résultats: Les résultats ont démontré que l'huile d'algues d'origine biologique était l'émollient le plus stable lors des études sur la stabilité thermique et la stabilité à l'oxydation, en raison de sa faible insaturation et de sa teneur élevée en antioxydants déterminés par les techniques 1 H‐NMR et GC. Elle a également produit le taux d'hydratation de la peau le plus élévé, lorsqu'appliqué à la peau, ce qui démontre son efficacité comme émollient hydratant dans les produits cosmétiques. Conclusions: L'analyse de la composition de l'huile d'algues d'origine biologique a révélé qu'il s'agit d'un triglycéride contenant principalement trois chaînes d'acide oléique mono‐insaturées avec une très faible teneur en acides gras polyinsaturés, ce qui entraîne une stabilité à l'oxydation élevée et par conséquent une durée de vie prolongée. Compte tenu de sa durabilité, sa stabilité à l'oxydation élevée et ses bienfaits pour la santé de la peau, notamment l'hydratation démontrée au cours d'une étude in vivo, nous envisageons d'utiliser l'huile d'algues d'origine biologique dans de nombreuses formulations cosmétiques présentes sur le marché des soins de la peau, des produits solaires et des bains et douches.