Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Procesy starzenia się w emulsjach

Warto zdawać sobie sprawę, że kosmetyki używane przez nas na co dzień, pomimo swojego dobroczynnego działania, mogą także zaburzyć gospodarkę wodno-lipidową naszego organizmu poprzez procesy jełczenia. I tutaj należy wspomnieć o poruszanej już we wcześniejszych artykułach kwestii antyoksydantów, czyli związków, które dzięki swojemu działaniu wpływają na utleniacze przyczyniające się bezpośrednio do starzenia się naszej skóry i nie tylko. Pełnią one także inną bardzo istotną funkcję, gdyż zapobiegają procesowi jełczenia, a więc właśnie utleniania, czy też starzenia się kosmetyków, co jest szczególnie istotne w warunkach sklepowych, gdy produkt znajduje się na półce w pełnym świetle dodatkowych reflektorów.

W kontekście produktów kosmetycznych należy wspomnieć o konkretnych parametrach fizykochemicznych, takich jak trwałość czy stabilność. Trwałość rozumiana jest jako zdolność produktu do zachowania swoich właściwości w określonych warunkach, a tym samym możliwość jego użytkowania w sposób bezpieczny zgodnie z zaleceniami i co najważniejsze – bez uszczerbku dla zdrowia. W tym kontekście warto także powiedzieć o okresie przydatności czy też okresie trwałości, w którym produkt nie traci swoich właściwości fizykochemicznych i jak w przypadku kosmetyków – dobroczynnych dla skóry, a jego użytkowanie jest w pełni bezpieczne. W przypadku kosmetyków najczęściej można spotkać się z tzw. PAO (z ang. period after opening) lub też „symbolu otwartego słoiczka”, co oznacza czas przydatności danego produktu kosmetycznego po otwarciu opakowania, jednak często zdarza się, że kosmetyki mogą być także stosowane dłużej, po upływie określonego czasu.

Antyoksydanty w emulsjach

Główną rolą antyoksydantów w kosmetykach jest zapobieganie ich utlenianiu, a tym samym – pojawieniu się w nich drobnoustrojów. Do najczęstszych czynników wpływających na procesy starzenia się produktów, które mogą mieć jednocześnie negatywny wpływ na zdrowie, należą: związki chemiczne, takie jak tlenki, nadtlenki, metale, a także światło i temperatura. Wchodzące w skład kosmetyków triglicerydy roślinne oraz zwierzęce reagują z tlenem w temperaturze pokojowej, a reakcję tę inicjuje światło bądź metale ciężkie. Początkowo następuje homolityczne rozerwanie wiązań, co powoduje powstanie dwóch rodników o niesparowanych elektronach. W efekcie następuje dalszy proces powstawania wodoronadtlenku alkilowego, inicjując tym samym odtworzenie produktów wyjściowych. Opisane rodniki alkoksylowe oraz alkiloperoksylowe zapoczątkowują reakcje łańcuchowe, doprowadzając tym samym do degradacji tłuszczów zawartych w kosmetykach. Aby uniknąć tych niepożądanych, następujących po sobie reakcji, do produktów wprowadza się substancje zapobiegające utlenianiu, czyli antyoksydanty. Pozwalają one na uniknięcie procesów jełczenia, a także wydłużają trwałość kosmetyków i przydatność do użycia, zapobiegają powstawaniu nieprzyjemnego zapachu, zmianie barwy czy konsystencji. Dodatkowym atutem w recepturze kosmetycznej są związki, takie jak hydroksykwasy askorbowy czy winowy, które podbijają działanie niektórych antyoksydantów poprzez kompleksowanie kationów metali, przez co zahamowany zostaje ich proces autooksydacji. Związki te są nazywane antyutleniaczami synergetycznymi. Ich zadaniem w produkcie kosmetycznym jest m.in. stabilizacja emulsji bądź też regulacja lepkości. Szczególną rolę odgrywają jednak w emulsjach ze względu na ich niestabilną formę oraz tak ważne właściwości nawilżające i anti-aging.

Emulsje

Emulsje to formuły bardzo często atrakcyjne dla kobiet ze względu na łatwą aplikowalność i różnorodny skład. Są one niezwykle istotne w odbudowie naskórka i jego nawilżeniu, zwłaszcza po użyciu środków SPC (surfaktantów lub inaczej detergentów), czyli po prostu środków myjących. Stopień nawilżenia skóry można określić na podstawie tzw. czynnika NMF (z ang. natural moistuirizing factor). Emulsja to rodzaj koloidu, a inaczej po prostu ciecz rozproszona w cieczy. Jest to układ termodynamicznie nietrwały, co oznacza, że może on ulec rozwarstwieniu na dwie niemieszające się ze sobą ciecze, np. olej i wodę z utworzeniem granicy faz. Do tego typu preparatów można zaliczyć: mleczka, śmietanki, kremy, sera, maści, balsamy, maseczki, ale także szampony i odżywki, żele i płyny micelarne. Wartość pH emulsji zawiera się w przedziale 5,5-6,5, a na zapewnienie jej trwałości wpływa najczęściej dodanie trzeciego składnika, jakim jest odpowiednio dobrany emulgator. Dobry emulgator powinien cechować się przede wszystkim: obniżaniem napięcia, rozdrabnianiem fazy rozproszonej, działaniem w małych ilościach (nie więcej niż 5% masy emulsji), brakiem reaktywności, zapobieganiem inwersji faz, a przede wszystkim – zapewnieniem stabilności podczas użytkowania i przechowywania w różnych warunkach. Ma za zadanie także równomierne rozprowadzanie składników aktywnych na skórze. Z emulgatorami związana jest reguła Bancrofta mówiąca o tym, że typ emulsji uzależniony jest od rodzaju użytego emulgatora, a nie proporcji czy też metod otrzymywania. Przykładem emulgatorów są substancje naturalne: steroidy, woski, lanolina oraz syntetyczne, takie jak: związki oksyetylenowane, estry, związki anionowe i kationowe.

Główny podział emulsji to O/W (olej w wodzie) oraz W/O (woda w oleju). Istnieją także inne rodzaje: niewodne, wielokrotne, np. (O/W/O – olej w wodzie w oleju, W/O/W – woda w oleju w wodzie), żelowe oraz układy ciekłokrystaliczne. Typ emulsji można określić na podstawie pomiarów: przewodnictwa elektrycznego (emulsja O/W wykazuje się wysokim przewodnictwem), rozcieńczania (woda rozpuszcza się, natomiast olej tworzy osobną fazę), wskaźnikowych (emulsja typu O/W jest zabarwiana ze względu na rozpuszczalność wskaźnika w wodzie, zaś W/O nie barwi się), bibułowych (kropla emulsji O/W rozpływa się na bibule, a W/O tworzy kroplę).

Cechy charakterystyczne opisujące emulsje to:

* rodzaj układu – układ niejednorodny,

* lepkość,

* napięcie powierzchniowe,

* powierzchnia graniczna (granica faz – granica niemieszających się układów, w której następują szybkie zmiany właściwości),

* adsorpcja (wiązanie cząsteczek na granicy faz, w wyniku czego następują lokalne zmiany stężeń).

Większość emulsji jest także optycznie nieprzezroczysta, mimo iż obie fazy mogą wykazywać charakter przezroczysty. Co ciekawe, na powierzchni emulsji znajdują się ładunki elektryczne, które również warunkują jej stabilność. Otrzymywanie emulsji wiąże się natomiast z utworzeniem granicy międzyfazowej oraz wykonaniem pracy do tego potrzebnej. Ważną kwestią przy produkcji emulsji jest obniżanie napięcia dla stabilności emulsji, która występuje w określonej temperaturze i ciśnieniu. Preparaty te ulegają destabilizacji w wyniku kilku procesów: śmietanowania, kłaczkowania, sedymentacji, flokulacji, inwersji faz, koalescencji, dojrzewania oraz dyfuzji cząsteczkowej.

Procesy starzenia się w emulsjach i metody badań

Jak wynika z badań przeprowadzonych na emulsjach, kryterium oceny starzenia się produktu kosmetycznego, charakteryzującym się tym samym największą dynamiką zmian podczas zachodzącego procesu utleniania i jednocześnie pozwalającym na łatwą ocenę organoleptyczną, jest konsystencja (rozumiana także jako lepkość substancji). Można zatem określić ich stabilność na podstawie badań zmian lepkości jako wskaźników niekorzystnych zmian zachodzących w warunkach przechowywania preparatu kosmetycznego. Jak wspomniano wyżej, można mówić o kilku procesach starzenia się emulsji. Kłaczkowanie to powstawanie tzw. kłaczków, czyli cząstek fazy rozproszonej, które oddzielają się od reszty fazy ciągłej, wypływając na jej powierzchnię lub opadając na dno – także sedymentacja lub śmietanowanie. Koalescencja to rozdział faz, natomiast koagulacją nazywa się proces agregacji, czyli zbijania się cząsteczek w większe skupiska. Metody badań, które mogą znacznie ułatwić określeniu przebiegu starzenia się preparatów kosmetycznych, a jednocześnie zapobieganie im poprzez wychwycenie charakterystycznego punktu zmiany, mogą opierać się o takie narzędzia, jak: spektroskopia w podczerwieni FTIR wraz z pomiarem temperaturowym w celu przyspieszenia procesów starzenia się i oceny stabilności produktów, pomiary lepkości czy też metody elektroanalityczne. Oczywiście szczególną rolę odgrywa także odpowiedni dobór emulgatora czy też środka powierzchniowo-czynnego, który zapewni stabilność emulsji na poziomie cząsteczkowym.

Ciekawy przykład destabilizacji ekologicznej emulsji został opisany w jednym z artykułów naukowych. W ekologicznych emulsjach może zachodzić proces flokulacji, czyli tworzenia się osadu z koloidów, który może prowadzić do zjawiska koalescencji wraz ze starzeniem się produktu. W badaniu dostosowywano temperatury przygotowania ekologicznych emulsji w celu zmniejszenia flokulacji i obserwowano ich wpływ na wymieniony proces. Jak zbadano, emulsje o wysokim stopniu flokulacji wykazywały wzrost wielkości kropel wraz z czasem starzenia się, co jest związane z koalescencją. Ponadto analiza lepkości wraz z pomiarami średnicy objętościowej i rozpraszania w miarę czasu starzenia się wykazała, że ​​najbardziej stabilną emulsję przygotowano w temperaturze 5°C, ponieważ podczas przygotowywania nastąpiła redukcja zarówno częstotliwości kolizji cząsteczek, jak i flokulacji.

Źródła

1. J. Szakiel, Modelowanie zachodzących w procesach starzenia zmian wybranych parametrów emulsji kosmetycznych, Zeszyty Naukowe Uniwersytetu Ekonomicznego w Krakowie nr 831, 2010 r., s. 70-78.

2. K. Majewska, Procesy redoks w kontekście roli i funkcji antyoksydantów preparatów kosmetycznych na przykładzie emulsji, Wyższa Szkoła Inżynierii i Zdrowia w Warszawie, praca wykonana pod promotorstwem dr. n. chem. Sebastiana Grzyba, Warszawa, 2020 r.

3. H. Masmoudi, Y. Le Dréau, P. Piccerelle, J. Kister, The evaluation of cosmetic and pharmaceutical emulsions aging process using classical techniques and a new method: FTIR, International Journal of Pharmaceutics, Volume 289, Issues 1-2, 2005 r., s. 117-131, https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2004.10.020.

4. J. Santos, N. Calero, L. A. Trujillo-Cayado, M. C. Alfaro, J. Muñoz, The Role of Processing Temperature in Flocculated Emulsions, Industrial & Engineering Chemistry Research, Vol 57/Issue 3, 2017 r.

Fot. https://www.pexels.com/pl-pl/zdjecie/kobieta-dorosly-krem-smietana-9774872/

KOMENTARZE
Newsletter