Duża ilość składników bioaktywnych jest niestabilna w formulacjach kosmetycznych i często dochodzi do ulatniania lub do nieprzewidzianych reakcji z innymi składowymi kosmetyku. Ponadto ważne jest odpowiednie uwalnianie i docieranie do miejsca docelowego składnika. Doskonałym rozwiązaniem jest zastosowanie techniki mikrokapsułkowania, za pomocą której zwiększona zostaje stabilność cennych substancji, a uwalnianie ich jest odpowiednio regulowane.

Czym jest mikrokapsułkowanie?
Mikrokapsułkowanie definiowane jest jako metoda powlekania lub zamykania danego materiału lub mieszaniny materiałów wewnątrz otoczki, którą stanowią określony materiał lub układ. Dzięki temu procesowi substancja biologicznie aktywna bądź mieszanina takich substancji, stanowiąca rdzeń, jest umieszczona w niewielkich kapsułkach, które stanowią nośnik.

Technologia ta odnalazła zastosowanie w przemyśle kosmetycznym, a także farmaceutycznym oraz spożywczym. Prawidłowe wykorzystanie procesu kapsułkowania wymaga wiedzy, odpowiedniego doboru materiału (stanowiącego otoczkę), oraz zrozumienia mechanizmów warunkujących kapsułkowanie i uwalnianie rdzenia.

Kapsułki
Kapsułki dzieli się – ze względu na ich rozmiar – na: makrokapsułki o wielkości większej niż 5000 µm, mikrokapsułki, których średnica jest większa niż 0,2 µm i mniejsza niż 5000 µm oraz nanokapsułki o wielkości mniejszej niż 0,2 µm. Pod względem struktury i budowy, kapsułki można podzielić na mikrokapsułki oraz mikrosfery.

Mikrokapsułki to nic innego jak wewnętrzny centralny rdzeń zawierający substancję aktywną, otoczony polimerową warstwą stanowiącą otoczkę. Mikrosfery natomiast są to układy matrycowe, w których część rdzenna jest jednolicie rozproszona w sieci molekularnej. Cząstki części centralnej mogą być rozpuszczone lub zawieszone w układzie.

Materiał powłokowy
Ważnym czynnikiem, który odpowiada za stabilność mikrokapsułki oraz efektywność całego procesu, jest dobór odpowiedniego nośnika. Cechy charakteryzujące idealny materiał powłokowy to: brak wchodzenia w reakcje z materiałem rdzennym, zdolność do szczelnego zatrzymania rdzenia wewnątrz kapsułki, zdolność utworzenia maksymalnej ochrony rdzenia przed niekorzystnymi czynnikami.

Niestety większość materiałów stosowanych jako otoczki nie posiada wszystkich tych cech, dlatego łączy się je. Do tych substancji zalicza się głównie naturalne i syntetyczne polimery, takie jak: skrobia, dekstryny, sacharoza, celuloza, chitozan, guma arabska, alginian, karagenina. Mogą nimi być także substancje tłuszczowe, takie jak: parafina, woski, monoglicerydy i diglicerydy, uwodornione oleje i tłuszcze, a także materiały nieorganiczne: siarczan wapnia i krzemiany oraz białka, takie jak: gluten, kazeina, żelatyna i albumina.

Mechanizmy mikrokapsułkowania
Kapsułkowanie i uwalnianie cennych substancji może odbywać się za pomocą różnych technik, które najogólniej można sklasyfikować na chemiczne i fizyczne. Do tych pierwszych zalicza się: koacerwację, kondensację, polimeryzację międzyfazową, polimeryzację in situ oraz procesy, w trakcie których zachodzi dyspersja. Popularnym procesem chemicznym, pozwalającym na kapsułkowanie, jest koacerwacja. Polega na oddzieleniu cząstek koloidalnych z roztworu, które tworzą osobną fazę ciekłą – koacerwat. Rdzeń powinien być kompatybilny z nośnikiem oraz nierozpuszalny w środowisku koacerwacji. Jest to najczęściej stosowana technika mikrokapsułkowania.

Innym mechanizmem jest polimeryzacja międzyfazowa. W trakcie tego procesu na powierzchni międzyfazowej dochodzi do bardzo szybkiego procesu polimeryzacji, dzięki czemu utworzona zostaje powłoka polimeryczna, z której tworzy się kapsułka.

Kolejną techniką jest polimeryzacja in situ. W tym przypadku powłoka kapsułki tworzy się dzięki polimeryzacji, która zachodzi w sposób ciągły. Polimeryzację in situ przeprowadza się za pomocą reaktora kapsułkowania. Dzięki zastosowaniu reaktora, następuje korekta wartości pH, szybkości procesu i doprowadzanie określonej ilości ciepła.

W przypadku procesów, podczas których zachodzi dyspersja, ważne jest, aby substancja aktywna – będąca rdzeniem centralnym – dyspergowała w bezrozpuszczalnikowej fazie rozpraszającej, która nie może być rozpuszczalnikiem dla fazy rozproszonej.

Podstawową techniką, należącą do grupy mechanizmów fizycznych kapsułkowania, jest suszenie rozpyłowe. Technika polega na dyspersji materiału rdzeniowego w roztworze stężonym materiału powłokowego. Tak powstała emulsja rozpylana jest dzięki zastosowaniu pompy zawiesinowej do rozgrzanej komory suszarki rozpyłowej. Dochodzi do odparowania wody, dzięki czemu powstają wysuszone kapsułki zawierające krople materiału rdzennego, który początkowo stanowił fazę rozproszoną emulsji.

Dzięki zastosowaniu tej metody powstają kapsułki niewielkich rozmiarów i w różnych kształtach, które charakteryzują się wysoką jakością i szybką rozpuszczalnością. Metoda ta nie wymaga wysokich nakładów finansowych i cechuje się dużą wydajnością.

Mikrokapsułkowanie w kosmetyce
Najczęściej stosowanymi substancjami biologicznie aktywnymi, które zamykane są w otoczce mikrokapsułki, są: proteiny (kolagen, elastyna), witaminy, olejki eteryczne, ekstrakty roślinne, substancje stosowane w preparatach samoopalających czy też składniki silnie nawilżające skórę.

Zamknięcie aktywnych form witamin, takich jak witamina A, E, B, C czy koenzym Q10, pozwala na ich stabilizację w kosmetyku i uwolnienie w formie aktywnej w głębszych warstwach skóry. Witaminy te wprowadzone do preparatu bez techniki mikrokapsułkowania zazwyczaj są nietrwałe i rozkładają się do nieaktywnych form przed dotarciem do odpowiednich partii skóry, przez co nie wykazują odpowiedniego działania.

Istnieją także cenne substancje, które nie mają zdolności do przenikania w odpowiedniej formie przez warstwę rogową naskórka, zatem zamknięcie ich w mikrokapsułkach stanowi odpowiednie rozwiązanie. Poprawę mikrokrążenia i przemiany materii w skórze może zapewnić transport cząsteczek tlenu w kapsułkach, który w takiej postaci dotrze do głębokich partii skóry.

Proces mikrokapsułkowania daje wachlarz możliwości wprowadzania substancji biologicznie aktywnych w głąb skóry, dzięki czemu uzyskiwane są preparaty selektywnie i efektywnie działające w określonych przypadkach problemów skórnych oraz w celu odpowiedniej pielęgnacji wszystkich rodzajów cery.