Формулювання продуктів чистої краси за допомогою ультразвуку

Натуральні, органічні інгредієнти (INCI) у поєднанні з високою ефективністю та біодоступністю є особливістю інноваційних продуктів чистої краси. Ультразвукова обробка використовується як високоефективна та надійна техніка для змішування, гомогенізації, диспергування, наноемульгування та наноінкапсулювання косметичних інгредієнтів.

Чому варто використовувати ультразвукову обробку для ваших продуктів чистої краси?

Змішування, гомогенізація, диспергування, емульгування інгредієнтів та інкапсулювання біоактивних молекул є основними процесами у виробництві косметичних засобів, засобів для догляду за шкірою, продуктів краси та космецевтичних препаратів. Надійне, ефективне та однорідне виконання цих основних процесів є необхідним для отримання високоякісних косметичних продуктів із підвищеною ефективністю, потужністю та дієвістю кінцевого продукту. Сучасні високотехнологічні інгредієнти є високорозвиненими речовинами, які потребують складного впровадження у кінцевий продукт для досягнення бажаних ефектів.

Ультразвукова обробка – широкий спектр застосувань

Ультразвукова обробка – це високоефективна та надійна техніка гомогенізації рідко-рідких та твердо-рідких суспензій. Інкапсулювання молекул у нанорозмірні ліпідні носії (наприклад, ліпосоми, ніосоми, тверді ліпідні наночастинки, наноструктуровані ліпідні носії, міцели тощо) є ще одним важливим застосуванням високоефективного ультразвуку.
Ультразвукову обробку можна застосовувати на багатьох етапах виробництва чистих, повністю натуральних, органічних косметичних засобів, продуктів краси та засобів для догляду за шкірою, а також підвищувати ефективність процесів змішування та інкапсулювання. Оскільки ультразвукові змішувачі забезпечують інтенсивне змішування та гомогенізацію, використання хімічних добавок, які зазвичай додають для досягнення тривалої стабільності та терміну придатності, можна мінімізувати або повністю уникнути.
Ультразвукова обробка дає вам конкурентну перевагу, забезпечуючи кращі результати в швидкому та ефективному процесі, що призводить до однорідних, гомогенних суспензій. Це позитивно впливає на стабільність продукту, термін придатності та біосумісність.

Ультразвукова обробка – суто механічна обробка

Ультразвукова обробка – це м’яка, нетермічна обробка, яка не руйнує сировину під дією тепла. Багато інгредієнтів, таких як ліпіди, біоактивні молекули або ефірні олії, є термочутливими, тому значною мірою виграють від контрольованої обробки при низьких температурах. Пристрої Hielscher Ultrasonics є точно керованими, легко налаштовуються та можуть контролюватися та керуватися через браузер за допомогою дистанційного керування. Розумне програмне забезпечення автоматично протоколює параметри обробки на вбудованій SD-картці. Ці функції сприяють стандартизації процесу та якості, а також впровадженню належної виробничої практики (GMP).

Принцип дії ультразвукової обробки

Оскільки ультразвукова обробка є суто механічним методом, не додаються жодні хімічні добавки, які могли б заважати філософії чистої косметики. Застосування ультразвуку, такі як змішування, гомогенізація, емульгування, інкапсуляція та екстракція, базуються на робочому принципі акустичної кавітації.
Хвилі високої потужності передаються через зондовий ультразвуковий процесор у суспензію. Високоенергетичні ультразвукові хвилі поширюються через рідину, створюючи чергування циклів високого / низького тиску, що призводить до явища акустичної кавітації. Акустична або ультразвукова кавітація призводить локально до екстремальних температур, тисків, швидкостей нагрівання/охолодження, різниць тисків та високих зсувних сил у середовищі. Коли бульбашки кавітації імплодують на поверхні частинок або крапель, мікрострумені та міжчастинкові зіткнення генерують такі ефекти, як зняття поверхневого шару, ерозія, руйнування частинок, сонопорація, а також руйнування крапель і клітин. Додатково, імплозія бульбашок кавітації в рідких середовищах створює макротурбулентності та мікромікшування. Ультразвукове опромінення є ефективним способом інтенсифікації процесів масопереносу, оскільки ультразвукова обробка призводить до кавітації та пов’язаних із нею механізмів, таких як мікрорухи рідинними струменями, стиснення та розширення в матеріалі з подальшим руйнуванням крапель, а також високі швидкості нагрівання та охолодження.
Зондові ультразвукові обробники можуть генерувати дуже високі амплітуди, що необхідно для створення інтенсивної кавітації. Hielscher Ultrasonic виробляє високоефективні ультразвукові процесори, які можуть легко створювати амплітуди 200µm у режимі безперервної роботи 24/7. Для ще вищих амплітуд Hielscher пропонує спеціалізовані високоефективні сонотроди (зонди).
Герметичні ультразвукові реактори та проточні комірки використовуються для інтенсифікації кавітації. Зі збільшенням тиску кавітація та кавітаційні зсувні сили стають більш руйнівними, тим самим покращуючи ультразвукові ефекти.

Переваги ультразвукового змішування та емульгування

Виробництво гомогенних сумішей, дисперсій, емульсій та нано-емульсій за допомогою ультразвукової обробки викликало інтерес у косметичних формулювальників завдяки винятковій енергоефективності, вимозі використання простого обладнання для змішування, легкості керування системою та, що найголовніше, низькій вартості виробництва. Ультразвукове змішування, гомогенізація та емульгування підвищують гнучкість у виборі поверхнево-активних речовин та внутрішніх структур емульсій. (див. Marzuki et al. 2019)

Розмір молекул має значення

Субмікронні та нанорозмірні молекули демонструють значно підвищену швидкість трансдермальної проникності. Хоча великі молекули залишаються на поверхні шкіри та не можуть проникнути в шкіру через свій розмір, менші молекули здатні проходити через епідерміс.
Це означає, що біоактивні сполуки транспортуються у глибші шари дерми, де вони можуть виконувати свою «роботу», живлячи або відновлюючи шкіру.
Яскравим прикладом важливості розміру молекул є гіалуронова кислота, довголанцюгова молекула. Якщо гіалуронова кислота має високу молекулярну масу, вона не може пройти через шкірний бар’єр і залишається у вигляді плівки на її зовнішньому шарі. Низькомолекулярна гіалуронова кислота, навпаки, транспортується у глибші шари шкіри, де вона проявляє свої зволожуючі ефекти.
Іншим прикладом важливості розміру частинок є діоксид титану та оксид цинку. Обидва використовуються як активні інгредієнти в натуральних сонцезахисних продуктах (наприклад, лосьйонах, зволожувачах, спреях). Однорідний малий розмір частинок важливий для уникнення закупорки шкірних пор і, таким чином, запобігання висипанням. Крім того, з меншими частинками ефект відбілювання та блиску сонцезахисних засобів зменшується або уникається.

Ультразвукова наноемульсифікація використовується для отримання навантажених наноемульсій, ліпосом і твердо-ліпідних наночастинок. Ультразвукова обробка забезпечує вузький розподіл крапель і наноструктуровані частинки.

Покращена проникність шкіри

Хімічні посилувачі проникності шкіри включають такі матеріали, як l-α-лецитин, сечовина, жирні кислоти, етанол і гліколі.

• Везикулярні посилувачі проникності шкіри включають везикулярні носії, такі як ліпосоми і ніосоми. Везикулярні носії є потужними системами доставки активних молекул. Завдяки своєму складу вони мають перевагу перенесення як гідрофільних, так і ліпофільних молекул. Гідрофільні молекули інкапсулюються у водне ядро, а ліпофільні молекули вбудовуються у ліпідну мембрану, що оточує водне ядро. Оскільки стінки везикул складаються з фосфоліпідних бішарів для ліпосом і синтетичних поверхнево-активних речовин для ніосом відповідно, везикули є водорозчинними і, отже, високо біосумісними.
  Дізнайтеся більше про ліпосоми, отримані за допомогою ультразвуку!
• Ферментативні посилувачі проникності шкіри включають такі ферменти, як ГМГКоА-редуктаза та ацетил-КоА-карбоксилаза, які інгібують ключові ферменти синтезу епідермальних ліпідів і змінюють критичне мольне співвідношення ключових ліпідів рогового шару.
• Сечовина, також відома як карбамід, використовується для посилення абсорбції інших активних косметичних інгредієнтів, оскільки вона підвищує проникність шкіри.

Покращена за допомогою ультразвуку біодоступність активних речовин у засобах догляду за шкірою

Біодоступність визначається як швидкість проникнення активної сполуки до місця її дії. Так звана швидкість потоку або кількість активної речовини, що проникає протягом часу, визначається в мікрограмах/см²/год. Для активних інгредієнтів у косметичних продуктах цільовим місцем дії інгредієнта зазвичай є нижні шари епідермісу. Винятками є такі активні речовини, як оксид цинку або діоксид титану, поширені інгредієнти в сонцезахисних лосьйонах і спреях, оскільки ці речовини мають своє місце дії на поверхні шкіри, де частинки можуть розгорнути свою максимальну здатність поглинання УФ-випромінювання.
Біодоступність активних інгредієнтів значною мірою залежить від типів використовуваних косметичних формуляцій. Поширеними формуляціями в продуктах для краси та особистої гігієни є емульсії «олія у воді» (O/W), емульсії «вода в олії» (W/O), емульсії «вода в олії у воді» (W/O/W), емульсії «поліол в олії», а також гідрогелі. (Поліолами, що використовуються в натуральних косметичних формуляціях, є сорбітол, маннітол тощо).

Приготування емульсії за допомогою ультразвуку (червона вода / жовта олія). Кілька секунд ультразвукової обробки перетворюють окремі фази води/олії на дрібну емульсію.

Ультразвукова обробка для підвищення проникності шкіри

Проникність шкіри і, відповідно, біодоступність косметичних активних речовин і космецевтиків можна підвищити, або впливаючи на шкірний бар’єр, або збільшуючи розчинність активних молекул.
Щоб знизити шкірний бар’єр і полегшити транспорт активних молекул у нижні шари епідермісу, різноманітні речовини, такі як розчинники, фосфоліпіди та поверхнево-активні везикули з фосфоліпідів, а також ексфоліанти, можуть покращити проникнення активних речовин у глибші шари шкіри.

• Серед використовуваних розчинників є диметилізосорбід, етоксидигліколь, етанол та олеїнова кислота. Ці розчинники є високо сумісними з процесами ультразвукового змішування, гомогенізації та емульсифікації.
• Фосфоліпіди добре відомі як засоби, що посилюють проникність шкіри як для оліє-, так і для водорозчинних молекул. Поширеними фосфоліпідами є лецитин, гідрований лецитин, лізоліцитин та токоферилфосфат. Вони отримують переваги від ультразвукової обробки, оскільки ультразвукова обробка рівномірно розподіляє фосфоліпіди в суспензії.
• Поверхнево-активні везикули: поверхнево-активні речовини можуть утворювати багатошарові та одношарові везикули з активними речовинами. Ліпосоми та тверді ліпідні наночастинки є яскравими прикладами везикул, що проникають у шкіру, і транспортують біоактивні сполуки до цільових ділянок. Ультразвукова обробка є найефективнішим та найрезультативнішим методом виробництва ліпосом, наноліпосом і твердих ліпідних наночастинок (SLN) із високим навантаженням активних речовин, ефективністю інкапсуляції (%EE), стабільністю та біодоступністю.
• Хімічні ексфоліанти включають молочну, гліколеву, саліцилову кислоти та N-ацетилглюкозамін. Механічні пілінги включають крихітні абразивні частинки з вугілля, кокосової стружки або кавового скрабу. Усі ці речовини можна ефективно диспергувати за допомогою ультразвукової обробки.

Розчинність активних інгредієнтів у косметиці можна підвищити за допомогою комплексів включення, інкапсуляції, субмікронних/нано-емульсій, а також ефективного розчинення у формуляції.

• Комплексація включення з використанням циклодекстринів (таких як альфа-, гамма-, гідроксипропілбета-циклодекстрин) досягається за допомогою ультразвукової обробки. Комплекси циклодекстринів мають порожнину, в якій інкапсулюються біоактивні інгредієнти. Інкапсуляція / комплексація робить активні сполуки розчинними у воді та, таким чином, біодоступними. Докладніше про комплексацію за допомогою ультразвукового інфузування!
• Фітоглікоген – це рослинна високощільна вуглеводна (полісахаридна) наночастинка з порожниною, яка може інкапсулювати багато різних типів активних речовин. Фітоглікоген октенілсукцинат (PG-OS) – це амфіфільна вуглеводна наночастинка, додавання якої надає емульсіям високу окиснювальну стабільність ліпідів. Ультразвукова емульсифікація покращує створення гомогенних, стабільних емульсій фітоглікогену.
• Субмікронні та нано-емульсії використовуються як мікроскопічні системи доставки, які роблять сполуки розчинними у воді та дозволяють транспортувати активні інгредієнти до цільової ділянки. Малий нанорозмір крапель підвищує проникність через шкірний бар’єр у глибші шари шкіри.
• Високополярні емульгатори зазвичай використовуються у формуляціях для розчинення гідрофобних / нерозчинних у воді інгредієнтів, оскільки лише небагато активних речовин є неполярними. Часто використовуються такі високополярні емульгатори: ізопропіл лауроїл саркозинат, лаурил лактат, феніл етил бензоат, діоктил малеат і діоктил ізосорбід. Різні типи сонцезахисних засобів також відомі як підсилювачі проникнення. Ультразвукове змішування та диспергування забезпечує гомогенну суміш полярних емульгаторів та активних інгредієнтів.

Високоефективні ультразвукові змішувачі для продуктів чистої краси

Як суто механічна обробка змішуванням, ультразвукова обробка може використовуватися для виробництва всіх видів сертифікованих натуральних косметичних продуктів. Системи Hielscher Ultrasonics – це надійні машини, що використовуються у виробництві високоякісної косметики та терапевтичних засобів для формулювання наноемульгованих та ліпосомально інкапсульованих біоактивних сполук із вищою швидкістю абсорбції та біосумісністю. Щоб задовольнити вимоги своїх клієнтів, Hielscher постачає ультразвукові гомогенізатори від компактних ручних лабораторних гомогенізаторів і настільних ультразвукових гомогенізаторів до повністю промислових ультразвукових систем для виробництва великих об’ємів косметичних формуляцій. Процеси ультразвукового формулювання косметики та космецевтики можуть виконуватися як партійний або як безперервний потоковий процес із використанням ультразвукового реактора проточного типу. Широкий асортимент ультразвукових сонотродів (зондів) і реакторних ємностей доступний для забезпечення оптимальної конфігурації для вашого виробництва ліпосом. Надійність ультразвукового обладнання Hielscher дозволяє працювати цілодобово (24/7) у важких умовах у складних середовищах і забезпечує тривалий життєвий цикл машини.
Точне керування всіма важливими параметрами процесу, такими як амплітуда, тиск, температура та час ультразвукової обробки, робить ультразвуковий процес надійним і відтворюваним. Hielscher Ultrasonics усвідомлює важливість постійно високої якості продукції та підтримує виробників косметики у впровадженні стандартизації процесів і GMP (належних виробничих практик) за допомогою інтелектуального програмного забезпечення та автоматичного запису даних. Наші цифрові ультразвукові гомогенізатори автоматично записують усі параметри ультразвукового процесу на вбудовану SD-картку. Цифрові сенсорні дисплеї та дистанційне керування через браузер дозволяють здійснювати безперервний моніторинг процесу та точно коригувати параметри процесу, коли це необхідно. Це суттєво спрощує моніторинг процесу та контроль якості.
Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну продуктивність обробки наших ультразвукових апаратів: