Jak zapewnić trwałość produktów łączących wodę i tłuszcz?

W kosmetykach łączących fazę wodną i tłuszczową stabilność ma bezpośredni wpływ na jakość gotowego produktu. Krem, balsam czy mleczko, które zmienia konsystencję albo zaczyna się rozwarstwiać, nie spełnia oczekiwań niezależnie od jakości zastosowanych składników aktywnych.

Woda i tłuszcz naturalnie dążą do rozdzielenia, dlatego trwałość emulsji zależy od odpowiednio dobranego układu emulgującego oraz właściwie prowadzonego procesu produkcyjnego. Znaczenie mają zarówno zastosowane surowce, jak i temperatura, homogenizacja, kolejność dozowania czy proporcje poszczególnych faz.

Dlaczego produkty wodno-tłuszczowe tracą stabilność?

W emulsjach kosmetycznych jedna faza jest rozproszona w drugiej w postaci niewielkich kropli. Taki układ może z czasem tracić jednorodność, szczególnie pod wpływem temperatury, niewłaściwego procesu produkcji albo źle dobranych składników stabilizujących.

Do najczęstszych mechanizmów destabilizacji należą:

• koalescencja kropli – mniejsze krople łączą się w większe, co może prowadzić do stopniowego rozwarstwiania produktu;
• kremowanie lub sedymentacja – faza rozproszona przemieszcza się ku górze albo opada, przez co emulsja traci jednorodność;
• zmiana lepkości – produkt może z czasem stawać się zbyt płynny albo nadmiernie gęsty;
• nieodpowiednie warunki procesu – temperatura, intensywność mieszania czy kolejność dodawania składników wpływają na strukturę powstającej emulsji;
• oddziaływanie innych składników – elektrolity, substancje aktywne, kompozycje zapachowe czy konserwanty mogą zmieniać właściwości układu emulgującego.

Problemy ze stabilnością mogą oznaczać większe różnice pomiędzy seriami produkcyjnymi, konieczność korygowania receptury oraz straty wynikające z odrzucenia partii niespełniającej założonych parametrów.

Czym są surfaktanty i jak działają na granicy faz?

Surfaktanty, czyli substancje powierzchniowo czynne, mają w swojej strukturze część hydrofilową, wykazującą powinowactwo do wody, oraz hydrofobową, związaną z fazą tłuszczową. Dzięki takiej budowie mogą gromadzić się na granicy obu faz i obniżać napięcie międzyfazowe.

Ułatwia to rozproszenie jednej cieczy w drugiej oraz utworzenie emulsji o odpowiedniej strukturze.

W formulacjach kosmetycznych surfaktanty mogą pełnić różne funkcje. W zależności od rodzaju związku służą między innymi do emulgowania, zwilżania, solubilizacji czy wytwarzania piany. Mogą również wpływać na konsystencję oraz sposób rozprowadzania produktu na skórze.

Szczególne znaczenie ma emulgator, którego zadaniem jest ułatwienie utworzenia emulsji i zwiększenie jej stabilności.

Dobrze dobrany układ emulgujący pomaga:

• ograniczyć ryzyko rozwarstwiania produktu,
• uzyskać odpowiednią lepkość i teksturę,
• zachować jednorodność emulsji podczas przechowywania,
• poprawić sposób rozprowadzania kosmetyku,
• zwiększyć odporność produktu na zmiany warunków transportu i magazynowania.

O trwałości nie decyduje jednak sam fakt zastosowania emulgatora. Znaczenie mają również wielkość i rozkład kropli, udział poszczególnych faz, temperatura procesu oraz zgodność emulgatora z pozostałymi składnikami receptury.

Surfaktanty gemini w bardziej wymagających formulacjach

Jedną z grup substancji powierzchniowo czynnych są surfaktanty gemini. Ich charakterystyczną cechą jest obecność dwóch części hydrofilowych i dwóch hydrofobowych połączonych łącznikiem. Taka budowa odróżnia je od klasycznych surfaktantów zawierających pojedynczy układ hydrofilowo-hydrofobowy.

Surfaktanty gemini mogą wykazywać wysoką aktywność powierzchniową przy stosunkowo niewielkich stężeniach. Ich właściwości zależą jednak od konkretnej struktury związku, składu formulacji oraz warunków, w których mają być stosowane.

W określonych recepturach mogą wspomagać:

• obniżanie napięcia powierzchniowego i międzyfazowego,
• tworzenie drobnego rozproszenia,
• zwilżanie powierzchni,
• stabilizację układów wieloskładnikowych,
• działanie innych składników powierzchniowo czynnych.

Możliwości zastosowania tego rodzaju rozwiązań zależą od wymagań konkretnej formulacji. Informacje dotyczące specjalistycznych surfaktantów i innych surowców chemicznych można znaleźć również na https://gemsur.com/.

Jak dobrać układ emulgujący do procesu produkcyjnego?

Nawet odpowiednio dobrany emulgator nie zapewni trwałości produktu, jeśli sam proces technologiczny będzie prowadzony nieprawidłowo. Dobór układu emulgującego powinien więc uwzględniać nie tylko skład receptury, lecz także warunki produkcji.

Znaczenie mają przede wszystkim:

• rodzaj emulsji – inne rozwiązania stosuje się w emulsjach typu olej w wodzie, a inne w układach woda w oleju;
• udział poszczególnych faz – wraz ze zmianą ilości fazy tłuszczowej mogą zmieniać się wymagania wobec układu emulgującego;
• oczekiwana lepkość – inne właściwości powinien mieć kosmetyk przeznaczony do pompki, a inne produkt aplikowany ze słoika;
• zakres pH – nie każdy emulgator zachowuje takie same właściwości w środowisku kwaśnym, obojętnym i zasadowym;
• obecność elektrolitów i substancji aktywnych – sole, kwasy, ekstrakty czy inne dodatki mogą wpływać na stabilność emulsji;
• temperatura procesu – zarówno zbyt wysoka, jak i niewłaściwie dobrana temperatura łączenia faz może wpływać na strukturę produktu;
• homogenizacja i mieszanie – czas, prędkość oraz intensywność ścinania wpływają między innymi na wielkość powstających kropli.

Znaczenie ma również kolejność dodawania surowców. Ten sam skład jakościowy i ilościowy może zachowywać się inaczej w zależności od przebiegu procesu technologicznego.

Jak sprawdzić trwałość emulsji?

Ocena bezpośrednio po przygotowaniu próbki nie wystarcza. Produkt powinien zachować założone parametry również podczas przechowywania, transportu i użytkowania.

W zależności od rodzaju kosmetyku oraz przyjętej metodyki można kontrolować między innymi:

• wygląd i jednorodność emulsji,
• lepkość,
• pH,
• zapach i barwę,
• oznaki kremowania lub rozwarstwienia,
• zachowanie produktu w różnych temperaturach.

W procesie opracowywania receptury wykorzystuje się również testy przyspieszone, cykle temperaturowe czy próby wirowania. Pozwalają one wcześniej wychwycić tendencję do destabilizacji i porównać różne warianty receptury.

Takie badania nie zastępują oceny stabilności prowadzonej przez wymagany okres przechowywania, ale pomagają już na etapie rozwoju produktu wskazać rozwiązania wymagające dalszej optymalizacji.

Co daje dobrze zaprojektowana stabilność produktu?

Powtarzalna emulsja ułatwia prowadzenie produkcji i ogranicza konieczność korygowania parametrów kolejnych partii. Ma to znaczenie szczególnie wtedy, gdy produkt jest wytwarzany na większą skalę lub receptura zawiera wiele składników mogących wpływać na siebie nawzajem.

Dobrze opracowany układ emulgujący pozwala również łatwiej rozwijać kolejne warianty produktu. Zmiana oleju, kompozycji zapachowej czy substancji aktywnej nadal wymaga przeprowadzenia prób, ale dobrze poznana baza recepturowa daje znacznie lepszy punkt wyjścia do dalszych prac.

Stabilność wpływa także na sposób, w jaki kosmetyk jest odbierany podczas użytkowania. Konsument nie analizuje wielkości kropli ani napięcia międzyfazowego, ale zauważa konsystencję, łatwość rozprowadzania oraz to, czy produkt po kilku tygodniach wygląda i zachowuje się tak samo jak po otwarciu.

Dlatego trwałość emulsji nie zależy od jednego składnika. Jest wynikiem połączenia właściwie dobranego układu emulgującego, odpowiednich proporcji faz i prawidłowo prowadzonego procesu technologicznego. Dopiero uwzględnienie wszystkich tych elementów pozwala uzyskać produkt, który zachowuje oczekiwane właściwości przez cały zakładany okres przechowywania.