Jedną z podstawowych formulacji kosmetycznych jest emulsja. Technologiczny proces wytwarzania emulsji obejmuje kilka etapów, od opracowania receptury, aż po kontrolę jakości produktu gotowego.

Główną zasadą, będącą podstawą powstawania emulsji, jest powiększenie powierzchni międzyfazowej, dzięki dostarczeniu energii termicznej i mechanicznej. Pierwsza z nich polega na podgrzewaniu układu, druga natomiast to intensywne mieszanie surowców. Aby ułatwić zachodzenie tego procesu, dodawany jest odpowiednio dobrany emulgator. Homogenizacja jest zatem ważnym procesem warunkującym otrzymanie wysokiej jakości stabilnej emulsji. Rozwój szeroko pojętej praktyki laboratoryjnej oraz coraz bardziej nowoczesna aparatura wprowadzana na rynek pozwala na ułatwienie przeprowadzenia wielu procesów. Innowacyjną techniką produkcji wysoko zdyspergowanych emulsji jest homogenizacja wysokociśnieniowa.

Dlaczego właśnie homogenizator wysokociśnieniowy?
Głównym celem homogenizatorów jest dokładne wymieszanie dwóch faz, dzięki czemu powstaje stabilny układ emulsyjny. Jak się okazuje, skutecznym sposobem na osiągnięcie tego celu jest połączenie mikronizacji i dyspersji. Ponadto nie bez znaczenia jest ciśnienie homogenizacji. Podwyższenie ciśnienia powoduje wzrost skali mikronizacji, a to z kolei zwiększa powierzchnię międzyfazową. Pod warunkiem obecności odpowiedniej ilości dobrze dobranego emulgatora, wzrost ciśnienia homogenizacji powoduje otrzymanie emulsji, której czas przechowywania będzie dłuższy, a cechy organoleptyczne będą ulepszone. Podczas mieszania dwóch faz zachodzą między nimi reakcje fizykochemiczne. Przyspieszenie tych oddziaływań powoduje bardziej efektywne emulgowanie faz. Jednym ze sposobów zwiększenia szybkości zachodzenia reakcji jest powiększenie powierzchni międzyfazowej na granicy faz, a to może zostać zrealizowane dzięki homogenizacji wysokociśnieniowej.

Zasada działania
Głównym zadaniem homogenizatorów jest dokładne wymieszanie oraz znaczne zmniejszenie rozmiarów cząstek kropel fazy zdyspergowanej. Podstawowymi składowymi homogenizatora wysokociśnieniowego jest zawór homogenizujący i pompa tłokowa. Na zawór homogenizacyjny składają się głowica górna i dolna, które nigdy nie są zamknięte, aby powstała szczelina, przez którą może być transportowany produkt. Dzięki temu, że zawór jest w stanie wytworzyć wysokie ciśnienie, poprzez przyłożenie odpowiedniej siły, elementy głowicy domykają się, a mieszanina jest przetłaczana
przez szczelinę w nim obecną. Im wyższe ma być ciśnienie pracy homogenizatora, tym węższa jest szczelina. Przed wylotem produktu z homogenizatora, produkt przechodzi przez szczelinę I i II stopnia, w celu dokładnego zmikronizowania cząstek fazy zdyspergowanej emulsji.

W przypadku otrzymywania zawiesin, wystarczające jest przejście produktu przez szczelinę mikronizującą I stopnia. Wykorzystywana jest tu wysoka energia turbulencji cząstek, kawitacji hydraulicznej, efektu działania sił ścinających podczas przechodzenia płynu oraz wysoka energia uderzeń. Dzięki wysokiej energii kawitacji następuje eksplozja cząstek w trakcie rozprężania produktu. Energia sił ścinających wywołana jest przeciskaniem się płynu w szczelinie. Transportowaniu produktu przez szczelinę towarzyszą wibracje o wysokiej częstotliwości. Wszystko to prowadzi do maksymalnego rozdrobnienia cząstek fazy rozproszonej, aż do rozmiarów submikronowych. Istnieje zależność między zastosowanym ciśnieniem homogenizacji a wielkością redukcji rozmiarów cząstek.

Na efektywność homogenizacji składa się wiele czynników, w tym: ustalone ciśnienie homogenizacji, liczba stopni homogenizacji, wielkość przepływu mieszaniny, temperatura, konstrukcja elementów głowicy, liczbę powtórzeń procesu, a także wstępne przygotowanie składników produktu do homogenizacji. Dostępne homogenizatory wysokociśnieniowe posiadają opcję regulacji ciśnienia, zazwyczaj proces ten zachodzi pod ciśnieniem od 70 do 2000 barów.

Efektywność homogenizacji wysokociśnieniowej w produkcji kosmetyków
Zastosowanie homogenizacji wysokich ciśnień pozwala na uzyskanie jednorodnego produktu, dzięki równomiernie rozproszonym cząstkom, które są zmikronizowane w wielkości od 0,1 do 2 μm. Zapobiega to procesom koalescencji, które stanowią czynnik destabilizujący emulsję. Powstała dzięki temu procesowi emulsja wykazuje wysoką stabilność, nawet gdy zawiera różnorodną fazę tłuszczową. Wysoka stabilność osiągnięta jest poprzez zwiększenie lepkości. Otrzymany produkt ma zatem jednorodną, gładką konsystencję oraz wykazuje wysoką trwałość. Poza tymi własnościami, na finalną jakość produktu kosmetycznego wpływa w dużej mierze zdolność wchłaniania przez skórę składników obecnych w preparacie kosmetycznym. Dzięki wysokiej redukcji rozmiarów cząstek fazy rozproszonej, znacznie polepsza się efektywność wchłaniania. Można zatem stwierdzić, iż zastosowanie homogenizacji wysokociśnieniowej powoduje bardziej efektywne wykorzystanie surowców. Ponadto zastosowanie procesu wysoce intensyfikuje barwę produktu finalnego, gdy receptura zawiera określoną ilość barwnika.

Homogenizacja wysokociśnieniowa daje zatem szereg możliwości dla przemysłu kosmetycznego. Ponieważ wymagania konsumenckie są coraz wyższe, a ilość odkrywanych na nowo składników aktywnych w kosmetykach stale rośnie, często powstają problemy technologiczne przy wprowadzaniu określonej substancji do układu emulsyjnego kosmetyku. Z pomocą idzie nauka oraz stale rozwijająca się technika, która oferuje nowoczesne rozwiązania w produkcji wyrobów kosmetycznych. Poza spełnianiem wysokich wymagań potencjalnego klienta, dla przemysłu ważna jest efektywność oraz ekonomiczność przeprowadzanego procesu.

Homogenizacja wysokociśnieniowa pozwala na maksymalne wykorzystanie i zużycie surowców w efektywnej produkcji stabilnego produktu przy minimalizacji kosztów.