Emulzija, solubilizacija, disperzija: kdaj in kako se odločamo med njimi?

Objavil Tončka Mavrič dne 4. januarja, 2018

Emulzija, solubilizacija, disperzija: kdaj in kako se odločamo med njimi?

Prišel je januar in z njim, kot obljubljeno, prva objava v 2018.  Še preden globoko zajamete sapo in se posvetite branju objave, bi teh nekaj prvih vrstic namenila drobni, a iskreni želji: naj vam prihajajoče leto prinese čimveč priložnosti za izpolnitev tistih srčnih želja, ki tlijo v vas, ter toliko poguma, da željam pustite prosto pot!

Vsebina tokratne objave bo morda malček “dolgočasna”, vendar pa menim, da je smiselno razjasniti nekatere osnovne pojme in seveda tudi trike, ki so neizbežno povezani s formuliranjem in izgledom končnega izdelka. Upam, da bo ta zapis lahko komu olajšal formuliranje in seveda podal več kritičnih informacij, na katere se lahko oprete ob izbiri sestavin.

Za začetek si oglejmo čisto osnovne pojme, za katere sem prepričana, da jih vsi poznate, pa vendar ne škodi, če jih še dodatno zapišemo. V kozmetologiji so zmesi namreč osnovna funkcijska enota: kreme, paste, šamponi, geli, mila itd so po svoji naravi zmesi.

Kaj so zmesi?

Zmesi so snovi, ki so sestavljene iz najmanj dveh vrst delcev, ne glede na to, ali so delci trdni, tekoči ali vplinjeni (npr. zrak je zmes plinov, limonada je zmes vode, sladkorja in limoninega soka, vrtna zemlja je zmes prsti, kamenčkov, peska, gline itd). Zmesi so lahko homogene ali heterogene.

Homogene zmesi so tiste, ki so enotne (povsod enake) in njenih sestavnih delov z opazovanjem ali mehaničnimi postopki ni mogoče ločiti. Sestavljene so iz ene same faze in jim pravimo tudi raztopine. Primer raztopine je lahko sladkor ali sol v vodi. V tem primeru je voda topilo, sol ali sladkor pa sta topljenca. V kozmetiki se s konceptom raztopine srečamo predvsem v fazi izdelave, ko raztopino uporabimo kot sestavino (npr. raztopina natrijevega hidroksida pri izdelavi mila), med končnimi kozmetičnimi izdelki pa bolj prevladujejo heterogene zmesi.

Heterogene zmesi so tiste, ki so sestavljene iz najmanj dveh faz, njene sestavne dele pa je mogoče med seboj ločiti z mehaničnimi postopki (filtriranje, centrifugiranje, kromatografija itd). Med heterogene zmesi spadajo disperzije in koloidi.

Suspenzije ali disperzije so povsem heterogene in načeloma nestabilne zmesi, saj se po daljšem ali krajšem času ločijo. Velikost delcev je večja od enega mikro metra. Pri disperzijah ločimo disperzijski medij ali kontinuirano fazo (torej snov, v kateri je neka sestavina dispergirana) ter disperzijsko fazo (torej snov, ki je dispergirana). Primer disperzije ali suspenzije je npr. pesek ali kreda v vodi, v kozmetiki pa bi to bili nekateri dvofazni izdelki, ki se po energičnem mešanju ponovno počasi razdelijo, ali preprosto neuspel poskus emulzije.

Koloidne zmesi so na videz enotne in homogene, vendar so pod mikroskopom heterogene. Velikost delcev je pri koloidnih zmeseh manjša od enega mikrometra. Primer koloidnih zmesi je npr. kri ali majoneza, v kozmetiki pa so to emulzije, razni geli, kreme za britje itd.

Kaj ima vse to opraviti s fomuliranjem, boste vprašali?

Večina kozmetičnih izdelkov spada, kot smo lahko videli, med heterogene zmesi, pri čemer gre največkrat za koloidne sisteme. Kozmetični izdelki so lahko enofazni (samo iz vodne faze, npr. hidrogeli, ali samo iz maščobne faze – anhidridni izdelki) ali dvofazni. Enofazni izdelki so navadno precej preprosti za formuliranje, saj imamo opravka le z eno fazo (vodo ali maščobo) in sestavinami, ki so v tej fazi topne ali jih je s to fazo mogoče mešati.

Dvofazni izdelki so, kot že samo ime pove, sestavljeni iz dveh faz, v našem primeru sta to seveda olje in voda oz. vodna in lipidna faza. Iz prakse vemo, da sta voda in maščoba med seboj nemešljivi ter da kot taki, po svoji naravi, težita k ločevanju. Ne glede na to, kako močno premešamo delce maščobe in vode med seboj, se bosta fazi ločili.

Če želimo, da sta lipidna in vodna faza homogeno in stabilno pomešani, potrebujemo nek tretji faktor, ki bo to omogočil. Kljub temu, da ste v tem trenutku vsi pomislili na emulzijo, pa je možnosti za homogeno mešanico več: emulzija, solubilizacija in disperzija. Kdaj se za katero varianto odločamo pa je odvisno od tega, kakšen izdelek želimo doseči in seveda s katerimi sestavinami razpolagamo.

Emulzija

O emulzijah je bilo že kar veliko napisanega, saj predstavljajo osnovo večjega dela kozmetičnih izdelkov. Več o emulziji najdete tukaj, vendar bom še enkrat povzela čisto osnovne informaciije.

Emulzija je koloidna zmes, po izgledu povsem homogena, pod mikroskopom pa heterogena. To je stabilna zmes dveh snovi, ki se naravno ne mešata. Da omogočimo homogeno zmes, potrebujemo emulgator. V osnovi ločimo dva tipa emulzij: olje v vodi (O/V) ter voda v olju (V/O), tip emulzije pa določa usmerjenost emulgatorja.

Klasične emulzije so po naravi bele barve (razen v primerih, ko imamo kakšno sestavino, ki močno obarva mešanico, npr. korenčkovo olje, bogato s karotenoidi) in so neprosojne. Za formuliranje emulzij se odločamo takrat, ko želimo uporabiti razmeroma visok delež maščob (tudi do 40%) in bolj ali manj kompakten izdelek s kremasto strukturo. To bodo lahko npr. različne kreme, losjoni, balzami itd. Prednost emulzij je, da je ob pozorni izbiri sestavin emulgatorjev in lipo modifikatorjev relativno malo, večji delež emulzije pa tako zavzemajo lipidi in ostale aktivne snovi, ki dejansko predstavljajo funkcionalni del kreme.

Solubilizacija

Solubilizacija daje homogeno koloidno zmes dveh snovi, ki se naravno ne mešata. Od navadne emulzije se solubilizirana zmes loči predvsem po izgledu: medtem ko je emulzija neprosojna in bele barve, so vse solubilizirane zmesi povsem prosojne. Takoj, ko je izdelek belkaste barve, govorimo o emulziji.

Za pridobitev homogene solubilizirane zmesi potrebujemo solubilizator. Solubilizator je pravzaprav emulgator, vendar z zelo visoko HLB vrednostjo (navadno nad 15). Solubilizatorji so po svoji naravi tenzidi (površinsko aktivne snovi), vendar pa solubilizatorja navadno ne uporabljamo kot površinsko aktivno snov v šamponih ali detergentih in prav tako klasičnih površinsko aktivnih snovi ne uporabljamo kot solubilizatorjev. Razlog za takšno ravnanje tiči tako v solubilizacijski moči posamezne sestavine kot v agresivnosti samih solubilizatorjev, vendar pa bom podrobno solubilizatorje (in snovi, ki to niso) obdelala v naslednji objavi.

Za uporabo solubilizatorjev se odločamo takrat, ko želimo povsem prozoren izdelek, ki je osnovan na vodni osnovi in pri katerem je delež lipidnih snovi zelo majhen (okoli odstotka). Primer takšnih izdelkov je lahko povsem prozoren tonik, prozorni geli, prozorni dezodoranti itd. V kolikor se lahko odpovemo maščobni fazi in/ali prozornosti izdelka, toplo priporočam, da se solubilizaciji izognemo.

Solubilizacija nam omogoča povsem prozorno zmes vode in lipidne faze, vendar pa da dosežemo to prozornost, mora solubilizator povsem obkrožiti vsak lipidni delec in nastati mora micelarna struktura. Za takšen izdelek je torej potrebno neprimerno več solubilizatorja kot dejanske lipidne faze (razmerje je lahko npr. 1:4 – en del lipida in 4 deli solubilizatorja). To neravnovesje med lipidi in solubilizatorjem prinaša s seboj kar nekaj težav, saj so solubilizatorji, četudi naravnega izvora, precej agresivne sestavine (bolj kot navadne površinsko aktivne snovi!). Tonik, v katerem solubiliziramo nekaj kapelj eteričnega olja, se bo po vsej verjetnosti prav lepo penil, tako kot ostali detergenti. In tako kot ostali detergenti (iz drugih tenzidov) se bo z veseljem na naši koži povezal z maščobo. Tako tonik pravzaprav izgubi svojo osnovno funkcijo in ni nič več tonik. Zato vsakokrat dobro premislimo, ali je solubilizacija zares potrebna ali pa morda lahko formulo kakorkoli prilagodimo.

Disperzija lipidnih delcev

Disperzija je, kot smo že zgoraj videli, povsem nehomogena in nestabilna zmes dveh snovi, ki se sčasoma ločita. V kozmetiki se načeloma teži k izdelavi homogenih, predvsem pa stabilnih zmesi, vendar pa lahko tudi tu s pazljivo izbiro sestavin dobimo funkcionalen in navidez homogen izdelek, ki združuje vodno in lipidno fazo.

Pri disperziji ne uporabljamo ne emulgatorja ne solubilizatorja, temveč preprosto lipidne delce dispergiramo (torej lepo po slovensko “porazdelimo” ali “razpršimo”) znotraj vodne faze z uporabo paličnega mešalnika. Da pa lahko lipidni delci (torej dispergirana faza) ostanejo razpršeni in se ne ponovno združijo v mastno kapljo nad vodno fazo, moramo karseda podaljšati čas ločevanja faz. Na čas ločevanja pa lahko v kozmetiki vplivamo z večjo ali manjšo viskoznostjo zunanje faze (disperzijskega medija).

Da bomo torej lahko dispergirali lipide v vodni fazi, bo le-ta morala vsebovati zgoščevalec oz. modifikator vodne faze. Kot že vemo, so zgoščevalci vodne faze navadno sestavljeni iz polimerov, ki si jih lahko predstavljamo kot dolge niti v klobčiču volne. Ko se v vodi napihnejo, ustvarijo mrežasto oz. polimerno strukturo, ki si jo lahko predstavljamo kot gosto pleten šal iz volne. Mreže napihnjenih polimerov s svojo viskoznostjo preprečujejo oziroma upočasnijo združevanje oljnih delcev. Prav ta gosto pleten šal torej zadrži drobne dispergirane lipidne kapljice, da se ne morejo tako hitro prebiti na površje. Delci maščobe ostanejo ujeti v to strukturo, kot se mi lahko ujamemo v prav gosto robido.

Za disperzijo se odločimo takrat, ko želimo v vodni fazi porazdeliti zelo majhno količino lipidne faze (tudi tu govorimo le o kakšnem odstotku), ne želimo pa uporabiti solubilizatorja ali emulgatorjev in nam formula dopušča uporabo zgoščevalcev vodne faze. Kot primeri izdelkov so to lahko dezodoranti, aktivni geli za obraz, hladilni geli, vlažilni geli ipd.

Pri tem bo potrebno seveda preizkušati sestavine, ki jih imamo: ni namreč vsak reološki modifikator primeren za učinkovito disperzijo. Bolj kot bo gel viskozen, boljša bo disperzija, in obratno. Nekoliko pozornosti je treba nameniti tudi izbiri lipidne faze: viskoznejša olja kot npr. tokoferol se bodo težje dispergirala in prej ločila, eterična olja pa se lažje dispergirajo in polimerna struktura jih učinkoviteje ujame in zadrži.

Disperzije se ne poslužujemo v primeru, ko želimo v vodni fazi razpršiti lipofilen konzervans (npr. imamo gel za noge, ki bi ga želeli konzervirati z mešanico parabenov). Da konzervans deluje, mora biti povsem homogeno vmešan v zmes, disperzija pa tega ne omogoča. V takem primeru seveda iščemo vodotopne konzervanse.