Clean Beauty toodete koostamine ultraheli abil

Looduslikud, mahepõhised koostisained (INCI) koos kõrge efektiivsuse ja biosaadavusega iseloomustavad uuenduslikke clean beauty tooteid. Ultraheli töötlust (sonikeerimist) kasutatakse väga tõhusa ja usaldusväärse meetodina kosmeetikakoostisainete segamiseks, ühtlustamiseks, dispergeerimiseks, nanoemulgeerimiseks ja nanokapseldamiseks.

Miks peaksite oma Clean Beauty toodete puhul kasutama ultraheli töötlust?

Koostisainete segamine, ühtlustamine, dispergeerimine ja emulgeerimine ning bioaktiivsete molekulide kapseldamine on kosmeetika-, nahahooldus-, ilu- ja kosmetseutiliste toodete tootmise põhiprotsessid. Nende põhiprotsesside usaldusväärne, tõhus ja homogeenne teostus on hädavajalik, et saada kõrgekvaliteedilisi kosmeetikatooteid, mille lõpptoote toime, potentsiaal ja efektiivsus on suurenenud. Tänapäevased kõrgtehnoloogilised koostisained on kõrgelt arenenud ained, mis nõuavad lõpptootesse keerukat lisamist, et saavutada soovitud toime.

Ultraheli töötlus – lai rakendusvaldkondade spekter

Ultraheli töötlus (sonikeerimine) on väga tõhus ja usaldusväärne meetod vedelik-vedelik- ja tahke aine–vedelik-suspensioonide homogeniseerimiseks. Molekulide kapseldamine nanosuuruses lipiidsetesse kandjatesse (nt liposoomid, niosoomid, tahked lipiidsed nanoosakesed, nanostruktuursed lipiidikandjad, mitsellid jne) on veel üks oluline suure jõudlusega ultraheli rakendus.
Ultraheli töötlust saab rakendada paljudes puhaste, täiesti looduslike, mahepõhiste kosmeetika-, ilu- ja nahahooldustoodete tootmise etappides ning see parandab segamis- ja kapseldamisrakenduste tõhusust. Kuna ultraheli segistid tagavad intensiivse segamise ja homogeniseerimise, saab keemiliste lisaainete kasutamist, mida tavaliselt lisatakse pikema stabiilsuse ja säilivusaja saavutamiseks, vähendada miinimumini või need täielikult vältida.
Ultraheli töötlus annab teile konkurentsieelise, andes kiires ja tõhusas protsessis parema tulemuse, mille tulemuseks on ühtlased, homogeensed suspensioonid. See mõjutab positiivselt toote stabiilsust, säilivusaega ja biosobivust.

Ultraheli töötlus – puhtalt mehaaniline töötlus

Ultraheli töötlus on õrn, mittetermiline töötlus, mis ei lagunda toorainet kuumuse toimel. Paljud koostisained, nagu lipiidid, bioaktiivsed molekulid või eeterlikud õlid, on kuumustundlikud ja saavad seetõttu suurt kasu kontrollitud madalatemperatuurilisest töötlemisest. Hielscher Ultrasonics seadmeid saab täpselt juhtida, need on hõlpsasti reguleeritavad ning neid saab jälgida ja käitada brauseri kaudu kaugjuhtimisega. Nutikas tarkvara salvestab töötlusparameetrid automaatselt sisseehitatud SD-kaardile. Need omadused hõlbustavad protsessi ja kvaliteedi standardimist ning hea tootmistava (GMP) rakendamist.

Ultraheli töötluse tööpõhimõte

Kuna ultraheli töötlus on puhtalt mehaaniline töötlus, ei lisata ühtegi lisakemikaali, mis oleks vastuolus puhta kosmeetika filosoofiaga. Ultraheli rakendused, nagu segamine, homogeniseerimine, emulgeerimine, kapseldamine ja ekstraheerimine, põhinevad akustilise kavitatsiooni toimeprintsiibil.
Suure võimsusega ultraheli lained juhitakse sondtüüpi ultraheliprotsessori kaudu suspensiooni. Suure energiaga ultrahelilained liiguvad läbi vedeliku ja tekitavad vahelduvaid kõrgrõhu- ja madalrõhutsükleid, mille tulemusena tekib akustilise kavitatsiooni nähtus. Akustiline ehk ultraheli kavitatsioon põhjustab söötmes lokaalselt äärmuslikke temperatuure, rõhke, kuumutamis- ja jahutamiskiirusi, rõhuvahesid ning suuri nihkejõude. Kui kavitatsioonimullid implodeeruvad osakeste või tilkade pinnal, tekitavad mikrojoad ja osakestevaheline põrkumine selliseid efekte nagu pinna koorumine, erosioon, osakeste purunemine, sonoporatsioon ning tilkade ja rakkude lõhkumine (desintegreerimine). Lisaks tekitab kavitatsioonimullide implosioon vedelates keskkondades makroturbulentsi ja mikrosegunemist. Ultraheli kiiritamine on tõhus viis massiülekandeprotsesside tugevdamiseks, sest ultraheli töötlus põhjustab kavitatsiooni ja sellega seotud mehhanisme, nagu vedelikujoadest tingitud mikroliikumine, materjali kokkusurumine ja lahtisurumine koos sellele järgneva tilkade lõhkumisega, samuti suured kuumutamis- ja jahutamiskiirused.
Sondtüüpi ultrahelitöötlejad suudavad tekitada väga suuri amplituude, mis on vajalik tugeva kavitatsiooni tekitamiseks. Hielscher Ultrasonic toodab suure jõudlusega ultraheliprotsessoreid, mis suudavad pidevas 24/7 töörežiimis hõlpsasti tekitada 200µm amplituude. Veelgi suuremate amplituudide jaoks pakub Hielscher spetsiaalseid suure amplituudiga sonotroode (sonde).
Kavitatsiooni tugevdamiseks kasutatakse survestatavaid ultraheli reaktoreid ja läbivoolukambreid. Rõhu suurenedes muutuvad kavitatsioon ja kavitatsioonist tulenevad nihkejõud hävitavamaks ning tõhustavad seeläbi ultraheli mõju.

Ultraheli segamise ja emulgeerimise eelised

Homogeensete segude, dispersioonide, emulsioonide ja nanoemulsioonide tootmine sonikeerimise abil on pälvinud kosmeetikavalmistajate huvi tänu selle erakordsele energiatõhususele, lihtsama segamisseadmestiku vajadusele, süsteemi lihtsale käsitsemisele ja eelkõige madalatele tootmiskuludele. Ultraheli segamine, homogeniseerimine ja emulgeerimine suurendavad paindlikkust pindaktiivse aine ja emulsioonide sisestruktuuride valikul. (vrd Marzuki et al. 2019)

Molekuli suurus on oluline

Submikroni- ja nanosuuruses molekulidel on oluliselt suurem transdermaalne läbitungimiskiirus. Kui suured molekulid jäävad naha pinnale ega suuda oma suuruse tõttu nahka läbida, siis väiksemad molekulid pääsevad läbi epidermise.
See tähendab, et bioaktiivsed ühendid transporditakse sügavamatesse dermaalsetesse kihtidesse, kus nad saavad täita oma „tööd“, toites või taastades nahka.
Silmapaistev näide molekulaarse suuruse tähtsusest on hüaluroonhape, pikaahelaline molekul. Kui hüaluroonhappel on suur molekulmass, ei pääse see läbi nahabarjääri ning jääb kilena naha välimisele kihile. Väikese molekulmassiga hüaluroonhapet seevastu transporditakse sügavamatesse nahakihtidesse, kus see avaldab oma niisutavat toimet.
Teine näide osakeste suuruse tähtsusest on titaandioksiid ja tsinkoksiid. Mõlemat kasutatakse toimeainetena looduslikes päikesekaitsetoodetes (nt losjoonid, niisutajad, pihustid). Ühtlaselt väike osakeste suurus on oluline, et vältida nahapooride ummistumist ja seeläbi vistrike tekkimist. Lisaks vähendab või väldib väiksemate osakeste kasutamine päikesekaitsevahendite valgendavat ja läikivat efekti.

Ultraheli nanoemulgeerimist kasutatakse laetud nanoemulsioonide, liposoomide ja tahkete lipiidsete nanoosakeste valmistamiseks. Ultraheli töötlus (sonikeerimine) annab kitsa tilkade jaotuse ja nanostruktuursed osakesed.

Parem naha läbitavus

Keemilised naha läbitavuse suurendajad hõlmavad selliseid materjale nagu l-α-letsitiin, uurea, rasvhapped, etanool ja glükoolid.

• Vesikulaarsed naha läbitavuse suurendajad hõlmavad vesikulaarseid kandjaid, nagu liposoomid ja niosoomid. Vesikulaarsed kandjad on tõhusad toimeainete kohaletoimetamise süsteemid. Oma koostise tõttu on nende eeliseks, et nad suudavad kanda nii hüdrofiilseid kui ka lipofiilseid molekule. Hüdrofiilsed molekulid kapseldatakse vesisesse tuuma ning lipofiilsed molekulid kinnituvad vesist tuuma ümbritsevasse lipiidmembraani. Kuna vesiikulite seinad koosnevad liposoomide puhul fosfolipiidide kaksikkihtidest ja niosoomide puhul vastavalt sünteetilistest pindaktiivsetest ainetest, on vesiikulid vees lahustuvad ja seetõttu väga biosobivad.
  Loe lähemalt ultrahelitöötlusega toodetud liposoomide kohta!
• Ensümaatilised naha läbitavuse suurendajad hõlmavad ensüüme, nagu HMGCoA reduktaas ja atsetüül-CoA karboksülaas, mis inhibeerivad epidermise lipiidide sünteesi võtmeensüüme ja muudavad sarvkihi peamiste lipiidide kriitilist molaarset suhet.
• Uurea, tuntud ka kui karbamiid, aitab parandada teiste kosmeetiliste toimeainete imendumist, kuna see suurendab naha läbilaskvust.

Ultraheli abil parandatud toimeainete biosaadavus nahahooldustoodetes

Biosaadavus defineeritakse kui toimeaine läbitungimiskiirus oma toimekohta jõudmiseks. Niinimetatud voo kiirus ehk ajas läbi tungiva toimeaine hulk määratakse mikrogrammides/cm²/tunnis. Kosmeetikatoodete toimeainete puhul on ainete toimekohaks tavaliselt alumine epidermis. Erandid on toimeained, nagu tsinkoksiid või titaandioksiid, päikesekaitsekreemide ja -pihustite tavalised koostisosad, kuna nende ainete toimekoht on naha pinnal, kus osakesed saavad avaldada oma maksimaalset UV-kiirguse neelamisvõimet.
Toimeainete biosaadavust mõjutavad tugevalt kasutatavad kosmeetilised koostisetüübid. Levinud koostised ilu- ja isikuhooldustoodetes on õli-vees emulsioonid (O/W), vesi-õlis emulsioonid (W/O), vesi-õlis-vees emulsioonid (W/O/W), polüool-õlis emulsioonid ning hüdrogeelid. (Looduslikes kosmeetikakoostistes kasutatavad polüoolid on sorbitool, mannitool jne).

Emulsiooni ultraheliga valmistamine (punane vesi / kollane õli). Mõnesekundiline ultraheli töötlus (sonikeerimine) muudab eraldiseisvad vee- ja õlifaasid peeneks emulsiooniks.

Ultraheli töötlus (sonikeerimine) naha läbilaskvuse suurendamiseks

Naha läbilaskvust ja seeläbi kosmeetiliste toimeainete ning kosmetsöötikumide biosaadavust saab suurendada kas naha barjääri mõjutades või toimeainemolekulide lahustuvust suurendades.
Naha barjääri vähendamiseks ja toimeainemolekulide transpordi hõlbustamiseks alumisse epidermisse võivad toimeainete tungimist sügavamatesse nahakihtidesse parandada mitmesugused ained, nagu lahustid, fosfolipiidid ja fosfolipiididest valmistatud pindaktiivsete ainete vesiikulid, samuti koorivad ained.

• Kasutatavate lahustite hulka kuuluvad dimetüülisosorbiid, etoksüdiglükool, etanool ja oleiinhape. Need lahustid sobivad väga hästi ultraheliga segamise, kombineerimise ja emulgeerimise protsessidega.
• Fosfolipiidide on teada parandavat nii õlis kui ka vees lahustuvate molekulide tungimist läbi naha. Tavaliselt kasutatavad fosfolipiidid on letsitiin, hüdrogeenitud letsitiin, lüsoletsitiin ja tokoferüülfosfaat. Nad saavad kasu ultraheli töötlusest, kuna ultraheli töötlus (sonikeerimine) jaotab fosfolipiidid suspensioonis ühtlaselt.
• Pindaktiivsete ainete vesiikulid: pindaktiivsed ained võivad aktiivsete ainetega moodustada multilamellaarseid ja unilamellaarseid vesiikuleid. Liposoomid ja tahkete lipiidide nanoosakesed on silmapaistvad näited nahka tungivatest vesiikulitest, mis transpordivad bioaktiivseid ühendeid sihtkohtadesse. Ultraheli töötlus (sonikeerimine) on kõige tõhusam ja efektiivsem meetod liposoomide, nanoliposoomide ja tahkete lipiidide nanoosakeste (SLN) valmistamiseks, mille aktiivaine sisaldus, kapseldamise efektiivsus (%EE), stabiilsus ja biosaadavus on kõrge.
• Keemiliste koorijate hulka kuuluvad piim-, glükool- ja salitsüülhape ning N-atsetüülglükoosamiin. Mehaanilised koorijad sisaldavad söest, kookoshelvestest või kohvikoorijast pärinevaid väikseid abrasiivseid osakesi. Kõiki neid aineid saab ultraheli töötluse abil tõhusalt dispergeerida.

Aktiivainete lahustuvust kosmeetikas saab suurendada kaasamiskompleksidega, kapseldamisega, submikroni- ja nanoemulsioonidega ning tõhusa solubiliseerimisega koostisesse.

• Kaasamiskompleksi moodustamine tsüklodekstriinide (nt alfa-, gamma-, hüdroksüpropüül-beeta-tsüklodekstriin) abil toimub ultraheli töötluse abil. Tsüklodekstriinikompleksidel on õõnsus, millesse bioaktiivsed koostisained kapseldatakse. Kapseldamine / kompleksi moodustamine muudab aktiivühendid vees lahustuvaks ja seeläbi biosaadavaks. Loe lähemalt ultraheli infusioonkompleksi moodustamise kohta!
• Fütoglükogeen on taimne suure tihedusega süsivesiku (polüsahhariidi) nanoosake, millel on õõnsus, mis suudab kapseldada paljusid erinevaid aktiivaineid. Fütoglükogeenoktenüülsuktsinaat (PG-OS) on amfifiilne süsivesiku nanoosake, mille lisamine annab emulsioonidele kõrge lipiidide oksüdatiivse stabiilsuse. Ultraheliemulgeerimine parandab homogeensete ja stabiilsete fütoglükogeeniemulsioonide tekkimist.
• Submikroni- ja nanoemulsioone kasutatakse pisikeste kohaletoimetamissüsteemidena, mis muudavad ühendid vees lahustuvaks ja võimaldavad toimeaineid transportida sihtkohta. Tilkade väike nanomõõtmeline suurus suurendab läbilaskvust läbi nahabarjääri nahasügavamatesse kihtidesse.
• Tugevalt polaarseid pehmendajaid kasutatakse koostistes tavaliselt hüdrofoobsete / vees lahustumatute koostisainete lahustamiseks, kuna ainult vähesed toimeained on mittepolaarsed. Sageli kasutatakse järgmisi tugevalt polaarseid pehmendajaid: isopropüüllauroüülsarkosinaat, lauüültaktaat, fenüületüülbenzoaat, dioktüülmaleaat ja dioktüülisosorbiid. Teatavate päikesekaitsevahendite tüüpide kohta on teada, et ka need on penetratsiooni võimendajad. Ultraheliga segamine ja dispergeerimine tagab polaarsete pehmendajate ja toimeainete homogeense segu.

Suure jõudlusega ultraheli segistid puhaste kosmeetikatoodete jaoks

Puhtalt mehaanilise segamismeetodina saab ultraheli töötlust (sonikeerimist) kasutada igat liiki sertifitseeritud looduslike kosmeetikatoodete valmistamiseks. Hielscher Ultrasonics’i süsteemid on töökindlad masinad, mida kasutatakse kvaliteetse kosmeetika ja terapeutiliste toodete valmistamisel, et formuleerida nanoemulgeeritud ja liposomaalselt kapseldatud bioaktiivseid ühendeid, millel on suurepärane imendumismäär ja biosobivus. Klientide nõudmiste täitmiseks pakub Hielscher sonikaatoreid alates kompaktsetest käeshoitavatest labori homogenisaatoritest ja lauaseadmetest kuni täielikult tööstuslike ultraheli süsteemideni kosmeetiliste koostiste suurte koguste tootmiseks. Kosmeetikatoodete ja kosmetseutikumide ultraheliga formuleerimise protsesse saab läbi viia partiiprotsessina või pideva in-line protsessina, kasutades ultraheli läbivoolureaktorit. Saadaval on lai valik ultraheli sonotroode (sondid) ja reaktorianumaid, et tagada teie liposoomide tootmiseks optimaalne seadistus. Hielscheri ultraheliseadmete töökindlus võimaldab 24/7 tööd raskes töörežiimis nõudlikes keskkondades ning tagab masina pika kasutusea.
Kõikide oluliste protsessiparameetrite, nagu amplituud, rõhk, temperatuur ja ultraheli töötluse aeg, täpne juhtimine muudab ultrahelitöötluse usaldusväärseks ja korratavaks. Hielscher Ultrasonics teab pideva kõrge tootekvaliteedi tähtsust ning toetab kosmeetikatootjaid protsesside standardimisel ja GMP (hea tootmistava) rakendamisel intelligentse tarkvara ja automaatse andmete salvestamise abil. Meie digitaalsed ultraheli homogenisaatorid salvestavad kõik ultraheliprotsessi parameetrid automaatselt sisseehitatud SD-kaardile. Digitaalsed puuteekraanid ja brauseri kaugjuhtimine võimaldavad protsessi pidevalt jälgida ning vajaduse korral protsessiparameetreid täpselt kohandada. See lihtsustab protsessi jälgimist ja kvaliteedikontrolli märkimisväärselt.
Alljärgnev tabel annab ülevaate meie sonikaatorite ligikaudsest töötlusvõimsusest: