Формулиране на продукти за чиста козметика с ултразвук

Натуралните, органични съставки (INCIs), съчетани с висока ефективност и бионаличност, са характеристиките на иновативните продукти за чиста козметика. Ултразвуковата обработка се използва като високоефективна и надеждна техника за смесване, разбъркване, диспергиране, наноемулгиране и нанокапсулиране на козметични съставки.

Защо да използвате ултразвукова обработка за вашите продукти за чиста козметика?

Смесването, разбъркването, диспергирането и емулгирането на съставки и капсулирането на биоактивни молекули са основни процеси при производството на козметични продукти, продукти за грижа за кожата, продукти за красота и козмецевтични продукти. Надеждното, ефективно и хомогенно изпълнение на тези основни процеси е от съществено значение за получаването на висококачествени козметични продукти с по-силно изразени ефекти, действие и ефективност на крайния продукт. Съвременните високотехнологични съставки са вещества с висока степен на технологично развитие, които изискват усъвършенствани методи за включване в крайния продукт, за да се постигнат желаните ефекти.

Ултразвукова обработка – широк спектър от приложения

Ултразвуковата обработка е високоефективна и надеждна техника за хомогенизиране на суспензии течност–течност и твърдо вещество–течност. Капсулирането на молекули в липидни носители с наноразмери (напр. липозоми, ниозоми, твърди липидни наночастици, наноструктурирани липидни носители, мицели и др.) е друго важно приложение на високопроизводителния ултразвук.
Ултразвуковата обработка може да се прилага на много етапи от производството на чисти, изцяло натурални, органични козметични продукти, продукти за красота и грижа за кожата и да подобри ефективността на приложенията за смесване и капсулиране. Тъй като ултразвуковите смесители осигуряват интензивно разбъркване и хомогенизиране, използването на химични добавки, които обичайно се добавят за постигане на продължителна стабилност и срок на годност, може да бъде сведено до минимум или напълно избегнато.
Ултразвуковата обработка ви дава конкурентно предимство чрез постигането на превъзходни резултати в бърз и ефективен процес, който води до равномерни, хомогенни суспензии. Това влияе положително върху стабилността, срока на годност и биосъвместимостта на продукта.

Ултразвукова обработка – изцяло механична обработка

Ултразвуковата обработка е щадяща, нетермична обработка, която не разгражда суровините чрез топлина. Много съставки, като липиди, биоактивни молекули или етерични масла, са чувствителни към топлина и затова се повлияват особено благоприятно от контролирана обработка при ниска температура. Устройствата на Hielscher Ultrasonics позволяват прецизно управление, лесно се настройват и могат да се наблюдават и управляват дистанционно чрез браузър. Интелигентният софтуер автоматично регистрира параметрите на обработката върху вградена SD карта. Тези функции улесняват стандартизацията на процеса и качеството, както и внедряването на добри производствени практики (GMP).

Принцип на действие на ултразвуковата обработка

Тъй като ултразвуковата обработка е изцяло механична обработка, не се добавят химични добавки, които биха противоречали на философията на чистата козметика. Ултразвуковите приложения, като смесване, разбъркване, емулгиране, капсулиране и екстракция, се основават на принципа на действие на акустичната кавитация.
Ултразвукови вълни с висока мощност се предават в суспензията чрез ултразвуков процесор със сонда. Високоенергийните ултразвукови вълни преминават през течността, като създават редуващи се цикли на високо / ниско налягане, което води до явлението акустична кавитация. Акустичната или ултразвуковата кавитация води локално до екстремни температури, налягания, скорости на нагряване/охлаждане, разлики в налягането и големи сили на срязване в средата. Когато кавитационните мехурчета имплодират върху повърхността на частици или капчици, микроструите и сблъсъците между частиците пораждат ефекти като отлющване на повърхността, ерозия, раздробяване на частиците, сонопорация, както и разрушаване на капчиците и клетките. Освен това имплозията на кавитационните мехурчета в течни среди създава макротурбулентност и микросмесване. Ултразвуковото облъчване представлява ефективен начин за подобряване на процесите на масопренос, тъй като ултразвуковата обработка води до кавитация и свързаните с нея механизми, като микродвижения, предизвикани от течни струи, компресия и декомпресия в материала с последващо разрушаване на капчиците, както и високи скорости на нагряване и охлаждане.
Ултразвуковите устройства със сонда могат да генерират много високи амплитуди, което е необходимо за създаването на силно въздействаща кавитация. Hielscher Ultrasonic произвежда високопроизводителни ултразвукови процесори, които лесно могат да създават амплитуди от 200µm при непрекъсната работа 24/7. За още по-високи амплитуди Hielscher предлага специални сонотроди (сонди) с висока амплитуда.
За усилване на кавитацията се използват ултразвукови реактори и проточни клетки, които могат да работят под налягане. С увеличаване на налягането кавитацията и кавитационните сили на срязване стават по-разрушителни и така подобряват ултразвуковите ефекти.

Предимства на ултразвуковото разбъркване и емулгиране

Производството на хомогенни смеси, дисперсии, емулсии и наноемулсии чрез ултразвукова обработка привлича интереса на разработчиците на козметични формули благодарение на изключителната си енергийна ефективност, необходимостта от смесителни уреди от нисък клас, лесното управление на системата и най-вече ниските производствени разходи. Ултразвуковото смесване, разбъркване и емулгиране увеличават гъвкавостта при избора на повърхностноактивно вещество и вътрешни структури на емулсиите. (вж. Marzuki et al. 2019)

Размерът на молекулите има значение

Молекулите със субмикронни и наноразмери показват значително повишена скорост на трансдермално проникване. Докато големите молекули остават върху повърхността на кожата и не могат да проникнат в нея поради размера си, по-малките молекули могат да преминат през епидермиса.
Това означава, че биоактивните съединения се транспортират до по-дълбоките дермални слоеве, където могат да изпълнят своята „работа“, като подхранват или възстановяват кожата.
Ярък пример за значението на молекулния размер е хиалуроновата киселина, която е молекула с дълга верига. Ако хиалуроновата киселина има висока молекулна маса, тя не може да премине през кожната бариера и остава като филм върху външния ѝ слой. Нискомолекулната хиалуронова киселина, от друга страна, се транспортира до по-дълбоките слоеве на кожата, където проявява овлажняващото си действие.
Друг пример за значението на размера на частиците са титановият диоксид и цинковият оксид. И двата се използват като активни съставки в натурални слънцезащитни продукти (напр. лосиони, овлажняващи продукти, спрейове). Равномерният малък размер на частиците е важен за избягване на запушването на кожните пори и по този начин за предотвратяване на появата на пъпки. Освен това при по-малки частици избелващият ефект и блясъкът, предизвиквани от слънцезащитните продукти, се намаляват или избягват.

Ултразвуковото наноемулгиране се използва за производство на наноемулсии, липозоми и твърди липидни наночастици, заредени с вещества. Ултразвуковата обработка осигурява тясно разпределение на капчиците по размер и наноструктурирани частици.

Подобрено проникване в кожата

Химичните подобрители на проникването в кожата включват вещества като l-α-лецитин, урея, мастни киселини, етанол и гликоли.

• Везикуларните подобрители на проникването в кожата включват везикуларни носители, като липозоми и ниозоми. Везикуларните носители са мощни системи за доставяне на активни молекули. Благодарение на състава си те предлагат предимството да пренасят както хидрофилни, така и липофилни молекули. Хидрофилните молекули се капсулират във водното ядро, а липофилните молекули се включват в липидната мембрана, която обгражда водното ядро. Тъй като стените на везикулите са изградени съответно от фосфолипидни бислоеве при липозомите и синтетични повърхностноактивни вещества при ниозомите, везикулите са водоразтворими и следователно силно биосъвместими.
  Прочетете повече за липозомите, произведени с ултразвук!
• Ензимните подобрители на проникването в кожата включват ензими като HMGCoA редуктаза и ацетил CoA карбоксилаза, които инхибират ключови ензими на синтеза на епидермални липиди и променят критичното моларно съотношение на основните липиди на роговия слой.
• Уреята, известна също като карбамид, се използва за подобряване на абсорбцията на други активни козметични съставки, тъй като увеличава пропускливостта на кожата.

Бионаличност на активните вещества в грижата за кожата, подобрена чрез ултразвук

Бионаличността се определя като скоростта на проникване, с която активно съединение достига мястото си на действие. Така наречената плътност на потока, или количеството активно вещество, проникващо с течение на времето, се определя в микрограми/cm²/час. При активните съставки в козметичните продукти целевото място на действие на дадена съставка обикновено е долната част на епидермиса. Изключения са активни вещества като цинков оксид или титанов диоксид, често използвани съставки в слънцезащитни лосиони и спрейове, тъй като тези вещества действат върху повърхността на кожата, където частиците могат да проявят максималния си капацитет за абсорбция на UV лъчение.
Бионаличността на активните съставки се влияе силно от видовете използвани козметични формули. Често използваните формули в продуктите за красота и лична хигиена са емулсии масло във вода (O/W), вода в масло (W/O), вода в масло във вода (W/O/W), полиол в масло, както и хидрогелове. (Полиолите, използвани в натуралните козметични формули, са сорбитол, манитол и др.).

Ултразвуково приготвяне на емулсия (червена вода / жълто масло). Няколко секунди ултразвукова обработка превръщат отделните водна/маслена фази във фина емулсия.

Ултразвукова обработка за повишена пропускливост на кожата

Пропускливостта на кожата, а оттам и бионаличността на козметичните активни вещества и козмецевтиците, могат да бъдат увеличени чрез въздействие върху кожната бариера или чрез увеличаване на разтворимостта на активните молекули.
За намаляване на бариерната функция на кожата и улесняване на транспорта на активните молекули до долната част на епидермиса множество вещества, като разтворители, фосфолипиди и везикули от повърхностноактивни вещества, изградени от фосфолипиди, както и ексфолианти, могат да подобрят проникването на активните вещества в по-дълбоките слоеве на кожата.

• Използваните разтворители включват диметил изосорбид, етоксидигликол, етанол и олеинова киселина. Тези разтворители са силно съвместими с процесите на ултразвуково смесване, разбъркване и емулгиране.
• Фосфолипидите са добре известни с това, че подобряват проникването в кожата както на масленоразтворими, така и на водоразтворими молекули. Често използвани фосфолипиди са лецитин, хидрогениран лецитин, лизолецитин и токоферил фосфат. Те се повлияват благоприятно от ултразвуковата обработка, тъй като тя разпределя фосфолипидите равномерно в суспензията.
• Везикули от повърхностноактивни вещества: Повърхностноактивните вещества могат да образуват многослойни и еднослойни везикули с активни вещества. Липозомите и твърдите липидни наночастици са ярки примери за проникващи в кожата везикули, които транспортират биоактивни съединения до целевите места. Ултразвуковата обработка е най-ефикасният и най-ефективният метод за производство на липозоми, нанолипозоми и твърди липидни наночастици (SLNs) с високо съдържание на активни вещества, висока ефективност на капсулиране (%EE), стабилност и бионаличност.
• Химичните ексфолианти включват млечна, гликолова и салицилова киселина и N-ацетилглюкозамин. Механичните пилинги включват миниатюрни абразивни частици от въглен, кокосови стърготини или скраб с кафе. Всички тези вещества могат да бъдат ефективно диспергирани чрез ултразвукова обработка.

Разтворимостта на активните съставки в козметиката може да бъде увеличена чрез комплекси на включване, капсулиране, субмикронни/наноемулсии, както и чрез ефективна солюбилизация във формулата.

• Образуването на комплекси на включване с помощта на циклодекстрини (като алфа-, гама-, хидроксипропил бета-циклодекстрин) се постига чрез ултразвукова обработка. Циклодекстриновите комплекси имат кухина, в която се капсулират биоактивни съставки. Капсулирането / комплексообразуването прави активните съединения водоразтворими и следователно бионалични. Прочетете повече за ултразвуковото комплексообразуване чрез инфузия!
• Фитогликогенът е въглехидратна (полизахаридна) наночастица от растителен произход с висока плътност и кухина, която може да капсулира много различни видове активни вещества. Фитогликоген октенилсукцинатът (PG-OS) е амфифилна въглехидратна наночастица, чието добавяне придава на емулсиите висока устойчивост на липидно окисление. Ултразвуковото емулгиране подобрява получаването на хомогенни, стабилни фитогликогенови емулсии.
• Субмикронните и наноемулсиите се използват като миниатюрни системи за доставяне, които правят съединенията водоразтворими и позволяват транспортирането на активните съставки до целевото място. Малкият наномащабен размер на капчиците увеличава проникването през кожната бариера в по-дълбоките слоеве на кожата.
• Силно полярните емолиенти често се използват във формулите за солюбилизиране на хидрофобни / неразтворими във вода съставки, тъй като само малко активни вещества са неполярни. Често се използват следните силно полярни емолиенти: изопропил лауроил саркозинат, лаурил лактат, фенилетил бензоат, диоктил малеат и диоктил изосорбид. Известно е, че различни видове слънцезащитни продукти също подобряват проникването. Ултразвуковото смесване и диспергиране осигуряват хомогенна смес от полярни емолиенти и активни съставки.

Високопроизводителни ултразвукови смесители за продукти за чиста козметика

Като изцяло механична обработка за смесване, ултразвуковата обработка може да се използва за производството на всички видове сертифицирани натурални козметични продукти. Системите на Hielscher Ultrasonics са надеждни машини, използвани при производството на висококачествени козметични и терапевтични продукти за формулиране на наноемулгирани и капсулирани в липозоми биоактивни съединения с превъзходна скорост на абсорбция и биосъвместимост. За да отговори на изискванията на своите клиенти, Hielscher доставя ултразвукови устройства, от компактния ръчен лабораторен хомогенизатор и настолните ултразвукови устройства до изцяло промишлени ултразвукови системи за производство на големи обеми козметични формули. Ултразвуковите процеси за формулиране на козметични и козмецевтични продукти могат да се извършват като периодични процеси или като непрекъснати процеси в поточна линия с помощта на ултразвуков проточен реактор. Предлага се широка гама от ултразвукови сонотроди (сонди) и реакторни съдове, за да се осигури оптимална конфигурация за вашето производство на липозоми. Здравината на ултразвуковото оборудване на Hielscher позволява работа 24/7 при голямо натоварване в тежки условия и осигурява дълъг експлоатационен живот на машините.
Прецизният контрол на всички важни параметри на процеса, като амплитуда, налягане, температура и време на ултразвукова обработка, прави ултразвуковия процес надежден и възпроизводим. Hielscher Ultrasonics осъзнава значението на постоянно високото качество на продукта и подпомага производителите на козметика при внедряването на стандартизация на процеса и GMP (добри производствени практики) чрез интелигентен софтуер и автоматично записване на данни. Нашите цифрови ултразвукови хомогенизатори автоматично записват всички параметри на ултразвуковия процес върху вградена SD карта. Цифровите сензорни дисплеи и дистанционното управление чрез браузър позволяват непрекъснато наблюдение на процеса и прецизно настройване на параметрите му винаги когато е необходимо. Това значително улеснява наблюдението на процеса и контрола на качеството.
Таблицата по-долу дава представа за приблизителния капацитет за обработка на нашите ултразвукови устройства: