Solubilizatorji: pregled in uporaba

Objavil Tončka Mavrič dne

Solubilizatorji: pregled in uporaba

Polyglyceryl-10 laurate

V prejšnji objavi smo si pogledali, katere so razlike med emulzijo in solubilizacijo, tokrat pa bomo več pozornosti namenili prav solubilizaciji in seolubilizatorjem – sestavinam, ki solubilizacijo omogočajo.

Kaj je solubilizacija?

Takole, čisto preprosto: solubilizacija je postopek, s katerim nekaj naredimo topno (iz lat. solvere > solubilis, raztopiti > ki se lahko raztopi). To je seveda splošna definicija, ki se bolj opira na jezikoslovno razlago in etimološki razvoj besede in ki v našem primeru ni najbolj ustrezna. V primeru solubilizacije namreč ne moremo pravzaprav govoriti o topnosti in raztopini, saj solubilizacija ne da raztopine, temveč – kot smo lahko videli v prejšnji objavi – koloid.

Razlika med raztopino in solubilizacijo je povsem preprosta: raztopina je zmes dveh snovi (topljenca in topila), kjer topilo samo po sebi topi topljenec oz. je topljenec sam po sebi topen v topilu. Za to, da se topljenec porazdeli v topilu ni potrebne nobene dodatne sestavine. Solubilizirana zmes pa je zmes dveh med seboj netopnih snovi, ki se lahko združita le s posredovanjem tretje snovi – solubilizatorja. Rezultat je v obeh primerih prozorna tekočina.

Solubilizacija je torej tisti postopek, pri katerem neko snov, ki je načeloma netopna v neki drugi snovi, homogeno porazdelimo v tej drugi snovi s pomočjo solubilizatorja. V našem primeru je solubilizacija tisti postopek, s pomočjo katerega lipidni del solubiliziramo (torej do prozornega pomešamo) v vodno fazo. Bistvena razlika med solubilizacijo in emulzijo tiči prav v končnem rezultatu: emulzija je vedno bela in neprosojna, solubilizirana zmes pa prozorna.

Pri vsem tem velja opomniti in poudariti: solubilizacija je mogoča in smiselna le za nekatere snovi kot npr. dišave ali eterična olja v manjših koncentracijah. Solubilizacija večjih količin et. olj ali zelo nepolarnih olj je nesmiselna in marsikdaj tudi nemogoča.

Kaj je solubilizator?

Solubilizatorji so tiste snovi, ki lahko učinkovito in do prozornega solubilizirajo (porazdelijo) maščobne delce znotraj vodne faze. Spadajo med emulgatorje oz. sestavine z emulgirnimi sposobnostmi, vendar tvorijo čisto poseben razred, saj imajo v nasprotju z “normalnimi” emulgatorji visoko HLB vrednost (navadno nad 15). Solubilizatorje se lahko v nekaterih primerih uporablja kot koemulgatorje za emulzije.

Po svoji naravi so solubilizatorji tenzidi (površinsko aktivne snovi), vendar pa jih ne moremo enačiti s “klasičnimi” površinsko aktivnimi snovmi, ki se jih uporablja za izdelavo šamponov in detergentov. Solubilizatorjev se tako načeloma ne uporablja kot tenzide v izdelkih kot so šamponi, tekoča mila ipd. Prav tako se “klasičnih” tenzidov (npr. decyl glucoside) ne more uporabljati kot solubilizatorje.

Razlog za takšno delitev tiči, po eni strani v solubilizacijski moči ter, po drugi, v agresivnosti posamezne sestavine. “Klasične” površinsko aktivne snovi imajo tako v primerjavi s solubilizatorji npr. nižjo solubilizacijsko moč (le poskusite npr. solubilizirati pol grama eteričnega olja z decyl glucosidom!) in so bolj nežni do kože, solubilizatorji pa so v primerjavi s “klasičnimi” površinsko aktivnimi snovmi navadno agresivnejši. Kljub temu jih lahko v minimalni količini uporabljamo tudi v izdelkih za čiščenje kože, vendar ne kot aktiven, “čistilni” tenzid, temveč kot dodatek, npr. za solubilizacijo lipidnih snovi ali za stabilizacijo pene.

Kako solubilizator deluje in kako solubilizacija pravzaprav poteka?

Tako kot ostali emulgatorji imajo tudi solubilizatorji lipofilen rep in hidrofilno glavo. Zaradi te dvojne narave se lahko povežejo tako z maščobno kot z vodno fazo. Lipofilen rep se poveže z maščobnimi delci in solubilizator (ali emulgator) maščobni delec povsem obkroži. Tako so vsi lipofilni repi obrnjeni navznoter, proti kapljici olja, hidrofilne glave pa navzven, v vodno fazo. Na ta način nastanejo miceli. Tako pri emulzijah kot pri solubilizaciji nastanejo miceli – razlika je le v velikosti delcev, ki so pri solubilizaciji bistveno manjši.

Kako vem, da je solubilizacija uspela?

Solubilizacija je uspešna takrat, ko lahko solubiliziran material redčimo z vodo v neskončnost. Primer: v 3 gramih solubilizatorja zmešam 1 gram eteričnega olja. Mešanica je homogena in prosojna. Ko mešanico dodam vodi, dobim prozorno zmes. Če to zmes še nadalje redčim z vodo, mora ostajati prozorna in delci se ne smejo ločevati. V kolikor pa čez dan ali dva ali ob dodatnem redčenju zmes postane motna ali mlečna, solubilizacija ni uspela.

Razlog za to lahko tiči v nepravilnem razmerju olja in solubilizatorja, izbiri neprimernega olja za solubilizacijo, uporabi neprimernega solubilizatorja za izbran lipid, nepravilno mešanje faz (potrebno je dodajati maščobno v vodno fazo in ne obratno) ali tudi uporaba snovi, ki niso solubilizatorji.

Katere snovi so solubilizatorji?

Solubilizatorjev je v primerjavi z navadnimi emulgatorji bistveno manj, vendar jih je kljub specifičnosti same sestavine kar nekaj. Opisala bom zgolj tiste, ki so lažje dobavljivi: tako naravne kot tiste, ki so v certificirani kozmetiki prepovedani. Smiselno je namreč spoznati ustreznike v konvencionalni kozmetični industriji, saj marsikdaj to olajša nadaljni študij.

Polyglyceryl-10 laurate
Na slovenskem tržišču je zagotovo najbolj dostopen Polyglceryl-10 laurate, ki je po večini dobavljiv kot 50% raztopina aktivne snovi in vode ter citronske kisline. Obstaja tudi čisti, 100% Polyglyceryl-10 laurate, ki pa je težje dobavljiv. Oba sta dovoljena v certificirani kozmetiki. Za razliko od 50% raztopine PGE-10 laurata, ki je navadno v obliki bolj ali manj goste tekočine, je 100% PGE-10 laurate pravzaprav gosta ali skoraj trdna pasta, kar nekoliko otežuje njegovo uporabo.

100% PGE-10 laurate se za solubilizacijo uporablja v razmerjih od 1:3 do 1:5 (olje:solubilizator), 50% raztopina pa prav zaradi razredčenosti v razmerjih 1:5 do 1:10 (olje:raztopina). Polyglyceryl-10 laurate je združljiv z alkoholom in stabilen v izdelkih s pH med 4 in 8.

Symbiosolv XC in Symbiosolv Clear
Symbiosolv XC in Symbiosolv Clear sta mešanici različnih sestavin, ki skupaj delujejo kot solubilizator. Dobavljiva sta predvsem v tujini pod različnimi imeni, npr. Biosolv. Njune INCI sestavine so Caprylyl/capryl wheat bran/straw glycosides, Aqua, Fusel wheat bran/straw glycosides, Polyglyceryl-5 oleate, Sodium cocoyl glutamate, Glyceryl caprylate (Symbiosolv XC) in Caprylyl/Capryl glycosides, Aqua, Sodium Cocoyl Glutamate, Polyglyceryl-5 oleate, Glyceryl caprylate, Citric Acid (Symbiosolv clear). Oba sta dovoljena v certificirani kozmetiki.

Symbiosolv XC in Symbiosolv Clear spadata med najmočnejše in najučinkovitejše naravne solubilizatorje. Symbiosolv XC je dobavljiv v obliki tekočine jantarjeve barve, Symbiosolv clear pa kot rahlo rumenkasta tekočina. Oba se uporabljata v razmerjih od 1:3 do 1:5 (olje:solubilizator) in sta primerna za uporabo v izdelkih s pH vrednostjo med 4,5 in 7,5. Kompatibilna sta tako z alkoholom (do 30%) kot tudi z elektroliti; prisotnost elektrolitov in alkohola v formuli pa pravzaprav lahko celo zmanjša potrebo po količini solubilizatorja.

Polysorbate 20 in PEG-40 hydrogenated castor oil
Tako polisorbat kot PEG-40 hydrogenated castor oil spadata med solubilizatorje, ki jih s pridom uporablja konvencionalna kozmetika. Oba sta pridobljena s postopkom etoksilacije, zaradi česar sta prepovedana v certificirani kozmetiki. Poleg teh dveh obstaja še veliko drugih nenaravnih solubilizatorjev, vendar pa sta ta dva med najbolj pogostimi.

Polysorbate 20 je dobavljiv v obliki tekočine, PEG-40 hydrogenated castor oil pa v obliki goste paste, pred uporabo pa ga je potrebno segreti. Oba sta zelo močna solubilizatorja, ki se v povprečju uporabljata v razmerju 1:4 (olje:solubilizator), čeprav poizkusi kažejo, da se nekatere snovi lahko solubilizirajo tudi v razmerju 1:1.

Katere snovi so primerne za solubilizacijo oz. kako vem, koliko solubilizatorja bom potreboval?

Kot ste lahko videli zgoraj, imajo solubilizatorji ob priporočeni količini uporabe napisano razmerje, ki pa je lahko zelo raznoliko, npr. pri Polyglyceryl-10 laurate je priporočena količina od 1:3 do 1:5 (olje:solubilizator). Samo razmerje nam pove, koliko delov solubilizatorja bomo potrebovali za solubilizacijo enega dela olja. Za solubilizacijo enega grama eteričnega olja bomo najbrž potrebovali od 3 do 5 gramov solubilizatorja.

Natančne količine potrebne solubilizatorja žal ni mogoče napovedati, saj je le-ta močno odvisna od polarnosti sestavin, ki jih želimo solubilizirati. Bolj polarna olja bo tako lažje solubilizirati in zanje bo potrebno manj solubilizatorja, nepolarna olja pa bodo zahtevala bistveno več solubilizatorja oz. bo solubilizacija postala skorajda nesmiselna. Za primerjavo: z 10 grami solubilizatorja lahko solubiliziramo do 3 g bolj polarne sestavine a le do največ 0,3 g nepolarne.

Solubilizatorji zato najbolje delujejo z (nekaterimi) dišavnimi in eteričnimi olji, pri rastlinskih oljih pa postane njihova uporaba praktično nesmiselna. Vendar pa tudi pri eteričnih ali dišavnih oljih natančna količina ni napovedljiva. Za solubilizacijo enega grama et. olja mete bomo tako potrebovali drugačno količino solubilizatorja kot za solubilizacijo et. olja ylang-ylanga in, kot da to že samo po sebi ne bi zadostovalo, za solubilizacijo enega grama eteričnega olja sivke enega proizvajalca bomo potrebovali drugačno količino kot za solubilizacijo enega grama eteričnega olja sivke drugega proizvajalca. Za določitev natančne količine potrebnega solubilizatorja za točno določeno eterično ali parfemsko olje, s katerim razpolagate, morate zato opraviti le serijo poskusov.

Kako se solubilizator uporablja?

Kljub temu, da lahko med solubilizatorji najdemo tako čiste snovi kot tudi mešanice ali raztopine, se vsi naravni solubilizatorji uporablajo na enak način.

V čaši odmerimo količino lipida, ki ga želimo solubilizirati (npr. pol grama parfemskega olja) in – za začetek – štirikratno količino solubilizatorja (torej npr. 2 grama Polyglyceryl-10 laurata). Zelo dobro premešamo, dokler ne dosežemo homogene zmesi. V kolikor so še vidne kapljice olja ali pa je naša zmes kremasto bela, bo potrebno dodati še nekaj solubilizatorja. Solubilizator dodajamo, dokler zmes ni povsem homogena. Nato zmes solubilizatorja in olja počasi in med stalnim mešanjem dodajamo vodni fazi. Pomembno je, da maščobno fazo dodajamo vodni in ne obratno, saj se v nasprotnem primeru lahko zgodi, da naša solubilizacija ne bo prinesla prozornega temveč mlečnega, motnega izdelka, ki se bo lahko čez čas tudi ločil.

V primeru, da je solubilizacija povsem uspela že v koncentraciji 1:4, lahko naslednjič poskusimo solubilizirati isti lipid v razmerju 1:3. Pri solubilizatorju namreč vedno upoštevajmo dejstvo, da ga uporabimo le toliko, kolikor je nujno potrebno.

 

Kategorije: emulgatorji

4 Komentarji

Sasa Bobic · 11. januar, 2018 ob 13:52

Kako je vse to enostavno in razumljivo…če pride izpod tvojega peresa 🙂
Hvala!

crasula · 13. januar, 2018 ob 10:04

Pozdravljeni!
Zanima me, če bi naredili obratno, torej da bi mešanici EO in solubilizatorja počasi dodajali vodno fazo, kaj bi se zgodilo? Namreč skrbi me, da bi se 0,5g EO in 2g solubilizatorja med dodajanjem v vodo preveč porazgubilo in ostalo na posodi. Obratno bi bilo izgube veliko veliko manj.
Naredila bi namreč sprej za utrujene noge. Tako bi destilirani vodi dodala mešanico et.olj oz obratno. �� Hvala in lep vikend.

Toncka Mavric · 15. januar, 2018 ob 08:27

Pozdravljena,

to je seveda največja problematika izdelovanja kozmetike doma, saj so pri minimalnih količinah (npr. pri izdelavi 100 gramov izdelka) izgube lahko znatne. Poleg tega, da emulzije navadno bolje uspejo, je to eden od poglavitnih razlogov, da – če je le možno – težimo k temu, da izdelujemo večje količine.

Pri postopku, v katerem želimo doseči o/v, vendar vlivamo vodno fazo v maščobno (razen, ko to ni zahtevano ali predvideno), pride do ti. inverzije faz (v angleščini je to znano kot phase inversion). Inverzija faz je pravzaprav poseben postopek emulgiranja, ki lahko privede do zelo stabilnih mikro ali nano emulzij. Uporablja se jo za specifične namene in pod kontroliranimi pogoji. Seveda za razliko od klasičnega postopka emulgiranja zahteva manj energije (je torej bolj "varčna" in "prijazna"), vendar pa v domačih pogojih ni nujno, da uspe.

Pri inverziji faz se pravzaprav zgodi to, da oljna faza "vsrka" delce oz. kapljice olja. Torej imamo olje kot zunanjo fazo in vodo kot notranjo fazo. S počasnim dodajanjem vodne faze se količina (notranje) vodne faze povečuje, dokler ne pride do tiste prelomne točke, kjer olje in emulgator zaradi svoje orientiranosti ne moreta več sprejeti dodatne vode in položaj se dobesedno zasuka. Fazi se obrneta – invertirata – voda postane zunanja faza, olje pa notranja. In dobimo lahko zelo stabilno mikro emilzijo. Poudarjam lahko, saj je to bolj stvar laboratorijev kot domače izdelave.

Problem pri inverziji faz je to, da pri domači izdelavi tega postopka ne moremo kontrolirati in ni nujno, da zagotovimo dovolj drobne delce, da bi zmes bila stabilna. Pri solubilizaciji lahko namesto prozorne, solubilizirane zmesi dobimo mlečno emulzijo (torej je uporaba solubilizatorja nesmiselna, saj je njegov cilj prozornost) ali pa celo izdelek, ki se bo ločeval. V najslabšem primeru lahko seveda dobimo prozoren izdelek, vendar pa zanj potrebujemo več solubilizatorja, kot bi ga potrebovali, če bi lipidno fazo postopoma dodajali vodni.

Za utrujene noge je morda bolje kakšen gel, v kolikor ne želite emulzije, ki se bo pustil dooolgoo masirati. Pri utrujenih nogah namreč večinski delež opravi masaža 🙂

Lp,
Tončka

Toncka Mavric · 15. januar, 2018 ob 08:30

Lapsus:
Pri inverziji faz se pravzaprav zgodi to, da oljna faza "vsrka" delce oz. kapljice VODE. Torej imamo olje kot zunanjo fazo in vodo kot notranjo fazo.

Dodaj odgovor

Vaš e-naslov ne bo objavljen. * označuje zahtevana polja