Mit Ultraschall emulgierte Cremes und Kosmetikprodukte
Hautpflegeprodukte wie Cremes, Lotionen, Feuchtigkeitscremes, Balsame und Salben basieren im Allgemeinen auf stabilen Emulsionen mit Tröpfchengrößen im Submikron- und Nanobereich. Die Ultraschallemulgierung erzeugt hohe Scherkräfte und ist als leistungsfähige und zuverlässige Mischtechnik für Hautpflege- und Kosmetikprodukte etabliert.
Homogene Emulgierung bei der Herstellung von Hautpflegeprodukten
Die Ultraschallemulgierung ist eine etablierte Technik zur Herstellung von Submikron- und Nanoemulsionen für Hautpflege- und Kosmetikprodukte. Die niederfrequente Ultraschallbehandlung mit hoher Amplitude ist ein überlegenes Verarbeitungsverfahren, das den herkömmlichen Hochdruckhomogenisator oder Hochschermischer problemlos ersetzen kann. Werden Flüssigkeiten oder Suspensionen mit Hochleistungsultraschall behandelt, entstehen intensive Scherkräfte, die die erforderliche Energie zur Herstellung stabiler, transluzenter oder transparenter Submikron- oder Nanoemulsionen liefern. Akustische Kavitation durch Ultraschall erzeugt Vakuumblasen, die heftig und asymmetrisch implodieren. Dadurch entstehen lokal begrenzte extreme Bedingungen wie sehr hohe Druck- und Temperaturunterschiede sowie Flüssigkeitsstrahlen. Diese extremen Bedingungen zerkleinern Tröpfchen und dispergieren und zerkleinern feste Partikel bis in den Submikron- bzw. Nanometerbereich. Emulsionen mit Tröpfchengrößen im Submikron- und Nanobereich haben den Vorteil, dass die winzigen Tröpfchen eine sehr große Oberfläche bieten, was die Hautpenetration und den Transport bioaktiver Substanzen in die Hautschichten verbessert. Darüber hinaus sind Nanoemulsionen im Vergleich zu Makroemulsionen stabil und zeigen kein Aufrahmen, keine Sedimentation, keine Flockung und keine Koaleszenz, wie sie bei Makroemulsionen beobachtet werden.
Mit Ultraschallgeräten lassen sich Emulgierprozesse einfach im kleinen Maßstab testen und anschließend linear auf den Produktionsmaßstab übertragen. Dies erleichtert die Entwicklung neuer Formulierungen oder die Optimierung bestehender Produkte.
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Herstellung einer Emulsion mit Ultraschall (rotes Wasser / gelbes Öl). Wenige Sekunden Ultraschallbehandlung verwandeln die getrennten Wasser- und Ölphasen in eine feine Emulsion.
UIP1000hdT mit Glasdurchflussreaktor zur Herstellung von Hautpflegeprodukten wie Cremes, Lotionen und Balsamen
- Erhöhte Absorptionsrate
- Geringere Absorptionsschwankungen
- Verbesserte Bioverfügbarkeit lipophiler Moleküle
- Langzeitstabilität
- Schutz vor Oxidation und Hydrolyse
Dispergierung bioaktiver Moleküle mit Ultraschall
Anspruchsvolle Hautpflegeprodukte sind im Allgemeinen mit Wirkstoffen wie Antioxidantien, Vitaminen und anderen bioaktiven Molekülen angereichert, die die Haut pflegen oder bestimmte dermatologische Aufgaben erfüllen. Zu den typischerweise verwendeten bioaktiven Substanzen gehören Vitamine wie Vitamin C und Vitamin E, CoQ10, Reveratrol, Ferulasäure, Hyaluronsäure sowie verschiedene Peptide und Lipide. Um ein gleichmäßiges Auftragen und die kontrollierte Abgabe kosmetischer Inhaltsstoffe zu gewährleisten, müssen die bioaktiven Substanzen homogen dispergiert und im gesamten Hautpflegeprodukt gleichmäßig verteilt sein. Ultraschallhomogenisatoren dispergieren feste Partikel gleichmäßig und mit einheitlicher Partikelgröße in der Hautpflegeformulierung. Das Mischen und Dispergieren mit Ultraschall führt dadurch nicht nur zu einer gleichmäßigen, geschmeidigen Cremetextur, sondern schützt die bioaktiven Moleküle auch vor Oxidation und Hydrolyse, da die bioaktiven Substanzen in der Ölphase der O/W-Nanoemulsion verkapselt sind und weder Wasser noch Luft ausgesetzt sind.
Je nach Formulierung (Wasser-in-Öl- oder Öl-in-Wasser-Emulsion) profitieren lipophile bzw. hydrophile bioaktive Moleküle von der Formulierung als Nanoemulsionen bzw. Liposomen.
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Hochleistungs-Ultraschallmischer für kosmetische Formulierungen
Die Formulierung von Hautpflegeprodukten wie Cremes, Lotionen, Feuchtigkeitscremes, Balsamen, Salben und dermatologischen Produkten für topische / transdermale Anwendungen erfordert eine zuverlässige und leistungsfähige Mischtechnologie, um Phasentrennung, Aufrahmen und Flockung der Inhaltsstoffe im Hautpflegeprodukt zu verhindern. Ultraschallhomogenisatoren erzeugen beim Mischen hohe Scherkräfte, die Tröpfchen bis in den Submikron- und Nanobereich zerkleinern sowie Partikel dispergieren und deagglomerieren, sodass eine homogene Mischung entsteht. Das gleichmäßige Mischen mit Tröpfchen- und Partikelgrößen im Submikron- und Nanobereich ergibt eine langzeitstabile Formulierung mit tiefer Hautpenetration, hoher Absorptionsrate und Abgabe bioaktiver Moleküle.
Hielscher Ultrasonics liefert Ultraschallhomogenisatoren an Hersteller von Hautpflege- und Kosmetikprodukten weltweit. Die präzise Steuerung aller wichtigen Prozessparameter wie Amplitude, Druck, Temperatur und Beschallungsdauer macht den Ultraschallprozess zuverlässig und reproduzierbar. Hielscher Ultrasonics weiß um die Bedeutung einer gleichbleibend hohen Produktqualität und unterstützt Kosmetikhersteller bei der Umsetzung von Prozessstandardisierung und GMP (Gute Herstellungspraxis), da alle unsere digitalen Ultraschallhomogenisatoren sämtliche Ultraschallprozessparameter automatisch auf einer integrierten SD-Karte aufzeichnen. Dies erleichtert die Prozessüberwachung und Qualitätskontrolle erheblich.
Alle Ultraschallgeräte von Hielscher sind für den 24/7-Betrieb unter Volllast ausgelegt und bewähren sich als zuverlässige Produktionsmaschinen.
Ultraschallgeräte für den industriellen Maßstab
Das Produktsortiment von Hielscher Ultrasonics deckt das gesamte Spektrum von kompakten Laborultraschallgeräten über leistungsstarke Tischgeräte bis hin zu Ultraschallsystemen für den industriellen Einsatz ab. Beschallungsprozesse können sowohl im Chargen- als auch im Inline-Betrieb durchgeführt werden. Für größere Volumina im industriellen Maßstab wird aufgrund der außergewöhnlich gleichmäßigen Beschallung und Prozesssteuerung die kontinuierliche Ultraschallbehandlung in einer Durchflussanordnung empfohlen. Eine breite Auswahl an Zubehör wie Sonotroden (auch als Sonden, Hörner oder Spitzen bezeichnet), Booster-Hörnern (die als Amplitudenverstärker oder -reduzierer dienen), Durchflusszellenreaktoren und weiteren Ergänzungen ermöglicht die Zusammenstellung der idealen Konfiguration für Ihren Prozess.
Robustheit, Zuverlässigkeit und geringer Wartungsaufwand sind weitere Vorteile der Ultraschallgeräte von Hielscher. Alle industriellen Ultraschallsysteme von Hielscher sind für den 24/7-Betrieb unter hoher Belastung und in anspruchsvollen Umgebungen ausgelegt.
Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen Anhaltspunkt für die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallgeräte:
| Chargenvolumen | Volumenstrom | Empfohlene Geräte |
|---|---|---|
| 1 bis 500 mL | 10 bis 200 mL/min | UP100H |
| 10 bis 2000 mL | 20 bis 400 mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 bis 20 L | 0,2 bis 4 L/min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100 L | 2 bis 10 L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 bis 100 L/min | UIP16000 |
| n.a. | höher | Verbund aus UIP16000 |
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Hochleistungs-Ultraschallhomogenisatoren vom Labormaßstab bis zum Pilotmaßstab und industriellen Maßstab.
Literatur / Referenzen
- Bordes, C.; Bolzinger, M.-A.; El Achak, M.; Pirot, F.; Arquier, D.; Agusti, G.; Chevalier, Y. (2021): Formulation of Pickering emulsions for the development of surfactant-free sunscreen creams. International Journal of Cosmetic Science 43, 2021. 432-445.
- Han N.S., Basri M., Abd Rahman M.B. Abd Rahman R.N., Salleh A.B., Ismail Z. (2012): Preparation of emulsions by rotor-stator homogenizer and ultrasonic cavitation for the cosmeceutical industry. Journal of Cosmetic Science Sep-Oct; 63(5), 2012. 333-44.
- Seyed Mohammad Mohsen Modarres-Gheisari, Roghayeh Gavagsaz-Ghoachani, Massoud Malaki, Pedram Safarpour, Majid Zandi (2019): Ultrasonic nano-emulsification – A review. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 88-105.
Wissenswertes
Über Emulsionen in Kosmetikprodukten
Eine Emulsion ist ein Zweiphasensystem. Die Hauptbestandteile sind eine Ölphase und eine wässrige Phase. Die wässrige Phase besteht aus Wasser und einer beliebigen Kombination von Stoffen, die polar sind und sich zumindest teilweise in Wasser lösen. Die Ölphase umfasst einen oder mehrere ölige Stoffe oder andere Inhaltsstoffe, die unpolar sind und zumindest eine gewisse Löslichkeit in öligen Stoffen aufweisen. Öl-in-Wasser (o/w): Öltröpfchen sind in Wasser dispergiert; das Öl wird als innere oder disperse Phase bezeichnet, das Wasser als äußere oder kontinuierliche Phase. Wasser-in-Öl-Emulsion (w/o): Wassertröpfchen sind in Öl dispergiert; das Wasser ist die innere oder disperse Phase und das Öl die äußere oder kontinuierliche Phase. w/o/w oder o/w/o sind sogenannte komplexe oder multiple Emulsionen.