Naturalne barwniki w kosmetykach – rodzaje, właściwości i zastosowanie w formulacjach

Rosnące zapotrzebowanie na produkty naturalne oraz środowiskowe i zdrowotne obawy związane z barwnikami syntetycznymi sprawiają, że naturalne barwniki cieszą się coraz większym zainteresowaniem w przemyśle kosmetycznym, spożywczym i farmaceutycznym [1,2]. W ostatnich latach konsumenci coraz częściej wybierają produkty zawierające naturalne barwniki, postrzegane jako bezpieczniejsza i bardziej przyjazna dla środowiska alternatywa dla ich syntetycznych odpowiedników [3]. Dla producentów stanowią jednak wyzwanie formulacyjne ze względu na mniejszą stabilność i konieczność odrębnej oceny bezpieczeństwa poszczególnych surowców.

Podział barwników naturalnych

Barwniki mineralne to pigmenty nierozpuszczalne w wodzie i rozpuszczalnikach niepolarnych, pozyskiwane z surowców mineralnych lub otrzymywane syntetycznie. Do naturalnych pigmentów mineralnych należą m.in. ochra, będąca mieszaniną minerałów zawierających tlenki i wodorotlenki żelaza, oraz malachit, którego głównym składnikiem jest hydroksowęglan miedzi. Kolejny barwnik ultramaryna jest pozyskiwana z lapis lazuli zawierającego lazuryt; jednak współcześnie najczęściej otrzymuje się ją syntetycznie [1,2].

Barwniki roślinne dzieli się na klasy na podstawie budowy chemicznej związku barwiącego:

• Antocyjany – flawonoidy rozpuszczalne w wodzie, o barwie zależnej od pH (czerwonej, fioletowej lub niebieskiej), występujące m.in. w owocach jagodowych, winogronach i hibiskusie [1].
• Betalainy – rozpuszczalne w wodzie pigmenty azotowe, dzielące się na czerwono-fioletowe betacyjaniny i żółto-pomarańczowe betaksantyny, pozyskiwane głównie z buraka ćwikłowego [1,4].
• Karotenoidy – lipofilne izoprenoidy o barwie od żółtej do czerwonej, występujące m.in. w marchwi i pomidorach [1]. Do tej grupy należy również annato, pozyskiwane z nasion Bixa orellana i zawierające przede wszystkim biksynę (apokarotenoid rozpuszczalny w tłuszczach) oraz norbiksynę, powstającą z biksyny w wyniku hydrolizy i rozpuszczalną w wodzie [5].
• Chlorofile – zielone pigmenty porfirynowe rozpuszczalne w tłuszczach; w kosmetyce stosowane głównie w formie rozpuszczalnego w wodzie kompleksu miedziowego (chlorofilina) [6].
• Kurkuminoidy – żółte związki polifenolowe słabo rozpuszczalne w wodzie, lepiej w tłuszczach i alkoholu, pozyskiwane z kłącza kurkumy [7].
• Naftochinony – barwniki chinonowe o barwie pomarańczowo-czerwonej; głównym źródłem kosmetycznym jest henna (Lawsonia inermis), w której występują rozpuszczalne w wodzie prekursory lawsonu, z których podczas hydrolizy powstaje lawson [8].
• Indigoidy – barwniki niebiesko-czarne, pochodne indolu, praktycznie nierozpuszczalne w wodzie; głównym źródłem kosmetycznym są liście indygowca, zawierające prekursor indykan, z którego w wyniku hydrolizy powstaje indoksyl, a następnie w wyniku utleniania – indygo (indygotyna) [9].

Karmin (CI 75470) – czerwony barwnik z wysuszonych ciał samic Dactylopius coccus (koszenili), pluskwiaka żerującego na kaktusach Opuntia [10]. Handlowa forma stosowana w kosmetyce to nierozpuszczalny w wodzie lak glinowy kwasu karminowego [11]. Karmin jest również szeroko stosowany w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym i tekstylnym [10].

Barwniki kosmetyczne

Hurtowy dystrybutor barwników kosmetycznych

Barwniki kosmetyczne to substancje barwiące stosowane w produktach kosmetycznych w celu nadania im określonej barwy. Znajdują zastosowanie w szerokiej gamie produktów, takich jak makijaż, pielęgnacja skóry, kosmetyki do włosów, lakiery do paznokci oraz kosmetyki do higieny osobistej.

Dzięki różnym właściwościom barwniki mogą być stosowane zarówno w produktach płynnych, jak i w formułach prasowanych, emulsyjnych czy żelowych. Ich wybór zależy od formuły kosmetyku, trwałości barwnika oraz efektu, jaki ma zostać osiągnięty.

Kup teraz

Barwniki mikrobiologiczne – pigmenty pozyskiwane z bakterii, grzybów, drożdży i mikroalg (karotenoidy, melaniny, flawiny, chinony, wiolaceina) [3]. Barwniki bakteryjne, grzybowe i drożdżowe otrzymuje się metodą fermentacji na podłożu stałym (hodowla na powierzchni nośnika) lub fermentacji wgłębnej (hodowla w płynnej pożywce, z napowietrzaniem i mieszaniem), coraz częściej z wykorzystaniem odpadów przemysłowych (serwatka, wytłoki jabłkowe), co obniża koszty produkcji i jednocześnie zagospodarowuje odpady [3]. Produkcja ta jest bardziej przewidywalna, wydajna i łatwiejsza do prowadzenia na dużą skalę niż uprawa roślin [1,3]. Barwniki z mikroalg pozyskuje się w odmiennym procesie hodowlanym i mimo postępu w tej dziedzinie są one nadal znacznie droższe niż odpowiedniki syntetyczne [12].

Stabilność – kluczowe wyzwanie formulacyjne

Kluczowym wyzwaniem formulacyjnym dla większości barwników naturalnych jest ich wrażliwość na warunki środowiskowe – pH, temperaturę, światło, tlen oraz obecność jonów metali – przy czym poszczególne grupy chemiczne reagują na te czynniki w różnym stopniu i przez różne mechanizmy.

Antocyjany należą do najmniej stabilnych barwników naturalnych. Ich barwa i stabilność zależą od pH: w środowisku kwaśnym dominują czerwone formy kationu flawyliowego, przy wyższym pH pojawiają się formy bezbarwne, a w lekko zasadowym – niebieskie formy chinonowe [1,13]. Degradację przyspieszają temperatura, światło, tlen oraz kwas askorbinowy, którego autoutlenianie prowadzi do powstawania nadtlenku wodoru, odpowiedzialnego za otwarcie pierścienia i przejście w formę chalkonu [1,13,14].

Antocyjany chelatują też jony metali, co może powodować zmiany odcienia i intensywności barwy oraz wpływać na jej stabilność [1]. Betacyjaniny wykazują większą stabilność w środowisku kwaśnym, natomiast betaksantyny – w pobliżu pH obojętnego; betacyjaniny tracą stabilność powyżej 60°C, betaksantyny powyżej 40°C. Jony metali katalizują ich utlenianie [4]. Degradacja karotenoidów zachodzi głównie w wyniku utleniania łańcucha polienowego, które jest przyspieszane przez ciepło i światło, a izomeryzacja trans/cis wpływa na barwę i biodostępność [1]. Podobne wyzwanie dotyczy indygo stosowanego do barwienia włosów – obok szybko powstającej niebieskiej formy indygo, w ciągu kolejnych dni stopniowo tworzy się indyrubina (barwa czerwona); jej większa ilość powoduje zauważalną zmianę odcienia włosów [9].

Do najważniejszych strategii stabilizacji barwników należą modyfikacja strukturalna cząsteczki antocyjanu (np. acylacja), prowadząca do powstania bardziej stabilnych pochodnych; kopigmentacja z bezbarwnymi związkami organicznymi poprzez oddziaływania między pierścieniami aromatycznymi i wiązania wodorowe; kompleksowanie z jonami metali; a także enkapsulacja barwnika w matrycach białkowych lub polisacharydowych oraz zamykanie go w układach liposomalnych, ograniczające kontakt z tlenem i światłem [13,14].

Zastosowanie w formulacjach

Poza funkcją barwiącą niektóre barwniki naturalne wykazują dodatkowe działanie. Badanie kliniczne z żelem zawierającym chlorofilinę sodowo-miedziową (0,066%) wykazało istotną poprawę parametrów skóry fotostarzejącej (zmarszczki, przebarwienia) po 8 tygodniach stosowania [6]. Astaksantyna może ograniczać powstawanie przebarwień i syntezę melaniny, a fukoksantyna hamuje tyrozynazę i melanogenezę indukowaną UVB [12].

Betalainy wykazują natomiast potencjał przeciwdrobnoustrojowy [4]. Kurkumina wykazuje działanie antyoksydacyjne i ogranicza fotouszkodzenia skóry [7], natomiast annato i wiele barwników mikrobiologicznych wykazują aktywność antyoksydacyjną [3,5]. Zastosowanie barwnika zależy przede wszystkim od typu produktu:

• Kosmetyki kolorowe – wykorzystuje się w nich m.in. tlenki żelaza, powszechnie stosowane w cieniach do powiek i różach [15], oraz karmin w produktach do ust [10]. Antocyjany mogą być natomiast stosowane jako naturalne barwniki w prasowanych cieniach do powiek; w jednym z badań ekstrakt z Clitoria ternatea w stężeniu 16% zapewnił stabilną barwę i uzyskał najlepsze oceny w testach konsumenckich [16].

• Produkty pielęgnacyjne (kremy, serum, żele, balsamy) – naturalne barwniki mogą pełnić funkcję kolorystyczną lub wykazywać właściwości biologiczne. W tej grupie produktów znajdują zastosowanie m.in. chlorofilina, astaksantyna, fukoksantyna, kurkumina i biksyna [5-7,12,17].

• Produkty do włosów – do naturalnego barwienia włosów stosuje się m.in. hennę, której głównym barwnikiem jest lawson, oraz indygo. Henna nadaje włosom odcień rudo-pomarańczowy, natomiast indygo stosowane samodzielnie lub w połączeniu z henną pozwala uzyskać ciemniejsze odcienie, od brązu do czerni [9].

Bezpieczeństwo

Bezpieczeństwo barwników naturalnych wymaga odrębnej oceny dla każdej kategorii surowca. Naturalne pochodzenie barwnika nie oznacza automatycznie, że jest on dopuszczony do stosowania w kosmetykach. Przed zastosowaniem należy sprawdzić status prawny barwnika oraz ewentualne ograniczenia wynikające z przepisów obowiązujących w Unii Europejskiej.

Pigmenty stosowane w szminkach, cieniach i pudrach mogą być zanieczyszczone chromem, kadmem i ołowiem, a niektóre dodatki mogą zawierać również arsen, ołów i rtęć [18]. Pigmenty mineralne stanowią istotne źródło zanieczyszczeń metalami ciężkimi, przy czym cienie do powiek wykazują ich wyższą zawartość niż inne kategorie [18]. Problem dotyczy też henny: tylko ok. 60% badanych produktów na polskim rynku spełniało kryteria dobrej jakości naturalnej henny (lawson min. 0,5%), a w 36% wykryto niedozwolony dodatek p-fenylenodiaminy [8].

Kurkumina, mimo dobrego profilu bezpieczeństwa, również może wywoływać reakcje alergiczne, co udokumentowano w opisach przypadków kontaktowego zapalenia skóry [19]. Karmin może wywoływać reakcje alergiczne – komitet WHO/JECFA uznał zgromadzone dowody (pokrzywka, nieżyt nosa, biegunka, anafilaksja po ekspozycji na kosmetyki i żywność z karminem) za wystarczające do potwierdzenia immunologicznego mechanizmu tych reakcji; wskazuje się przy tym, że prawdopodobnymi alergenami są białka obecne w preparatach barwnika [20]. Dotychczasowe badania toksykologiczne wskazują na korzystny profil bezpieczeństwa stosowania betalain – u szczurów nie wykazano toksyczności nawet przy wysokich dawkach (do 5 g/kg m.c.), a betanina nie stymulowała odpowiedzi IgE/IgG [4].

Z tego względu przed zastosowaniem naturalnych barwników w formulacji istotna jest ocena jakości i czystości surowca, obejmująca weryfikację jego składu, obecności potencjalnych zanieczyszczeń oraz zgodności z wymaganiami dotyczącymi bezpieczeństwa [15,18,20].

Bibliografia

1. Negi A. Natural Dyes and Pigments: Sustainable Applications and Future Scope. Sustainable Chemistry. 2025;6(3):23.
2. Raslamol K, Jobi S, Joy S, et al. Natural Colorants: Eco Friendly Alternatives to Synthetic Colorants. IJPSI. 2024;13(3).
3. Tuli HS, Chaudhary P, Beniwal V, et al. Microbial pigments as natural color sources: current trends and future perspectives. J Food Sci Technol. 2015;52(8):4669-4678.
4. Martinez RM, Melo CPB, Pinto IC, et al. Betalains: A Narrative Review on Pharmacological Mechanisms Supporting the Nutraceutical Potential Towards Health Benefits. Foods. 2024;13(23):3909.
5. Chambaud M, Fournier A, De Saint Jores C. Oil/Water Biphasic Solvent System for the Eco-Extraction and Cosmetic Formulation of Bixa orellana L. Plants. 2024;13(14):1940.
6. Sigler ML, Stephens TJ. Assessment of the Safety and Efficacy of Topical Copper Chlorophyllin in Women With Photodamaged Facial Skin. J Drugs Dermatol. 2015;14(4):401-404.
7. Kryst J. Cosmetics containing turmeric in the light of the results of scientific research. Aesthetic Cosmetology. 2023;12(5):169-174.
8. Sienkiewicz-Szłapka E, Janysz A, Wróbel MH. Quantification of Lawsone and p-Phenylenediamine in Natural Henna Products for Hair Colouring Available in Poland. Contact Dermatitis. 2025;92(4):261-272.
9. Klaas S, Vill V, Straske F. Indirubin as a red hair Colourant from Indigofera tinctoria L. Int J Cosmet Sci. 2025;47(5):877-886.
10. Bustamante-Brito R, Vera-Ponce de Leon A, Rosenblueth M, et al. Metatranscriptomic Analysis of the Bacterial Symbiont Dactylopiibacterium carminicum from the Carmine Cochineal Dactylopius coccus. Life. 2019; 9(1): 4.
11. FAO/JECFA. Cochineal extract. FAO Food and Nutrition Paper. 2000;52(Add 8).
12. Sathasivam R, Ki J-S. A Review of the Biological Activities of Microalgal Carotenoids. Mar Drugs. 2018;16(1):26.
13. Xue H, Zhao J, Wang Y, et al. Factors affecting the stability of anthocyanins and strategies for improving their stability: A review. Food Chemistry. 2024: X, 24: 101883.
14. Li Q, Zhang F, Wang Z, et al. Advances in the Preparation, Stability, Metabolism, and Physiological Roles of Anthocyanins. Foods. 2023;12(21):3969.
15. Abed MS, Moosa AA, Alzuhairi MA. Heavy metals in cosmetics and tattoos. J Hazard Mater Adv. 2024;13:100390.
16. Kwartiningsih E, Ramadhani AN, Shafa TF, et al. Utilization of Anthocyanin Extract from Clitoria ternatea as a Natural Colorant in Eyeshadow Formulation. E3S Web Conf. 2024;576:06002.
17. Grollier JF, Cotteret J, Rosenbaum G. Light-stable screening cosmetic composition containing bixin combined with a lipid-soluble UV filter. U.S. Patent No 5,032,382, 1991.
18. Jităreanu A, Trifan A, Caba IC, et al. An Overview of Heavy Metals in Cosmetic Products and Their Toxicological Impact. Appl Sci. 2025;15(24):12883.
19. Palaniappan V, Karthikeyan K. Turmeric: The Yellow Allergen. Indian Dermatol Online J. 2023;14(4):459-464.
20. WHO/JECFA. Cochineal Extract, Carmine, and Carminic Acid. WHO Food Additives Series 46. 2001.