Эмульгаторы и эмульсии в составе косметических средств

13.05.2017
Косметические эмульсии — пожалуй, самая распространенная форма косметического средства, на основе которой создаются разнообразные продукты с разными свойствами.
Косметическая эмульсия позволяет соединить в одном продукте водо- и жирорастворимые компоненты - в этом ее большое преимущество перед другими косметическими формами. Масляная фаза эмульсионных кремов содержит жиры (насыщенные и/или ненасыщенные), гидрофобные эмоленты (вещества, смягчающие кожу), жирорастворимые активные добавки (например, витамин Е), а в водной фазе находятся консерванты и водорастворимые активные компоненты.
Ho какая бы эмульсия в итоге ни была выбрана в качестве основы косметического средства, она должна оставаться стабильной на протяжении всего срока годности продукта и не расслаиваться на фазы. Обязательным компонентом эмульсионной системы являются эмульгаторы — вещества, предотвращающие слияние капель дисперсной фазы и последующее расслоение эмульсионной системы. Среди других технических добавок в эмульсии могут присутствовать загустители и регуляторы вязкости, красители, УФ-фильтры, отдушки, антиоксиданты и консерванты, и каждый из них играет свою, очень важную роль.
Эмульгаторы — это компоненты, без которых не обходится ни одна косметическая эмульсия. Если крем нестабилен, он не только некрасиво выглядит, в нем образуются обширные участки раздела фаз на границе водного и масляного слоев, где охотно поселяются микробы. Кроме того, меняется характер распределения активных компонентов, которые могут даже потерять свою биологическую активность. Без эмульгаторов невозможно создание так называемых микроэмульсий и наноэмульсий, в которых масляные капли очень маленькие. Такие эмульсии хорошо распределяются по коже, быстро впитываются и, как считается, обладают энхансерными свойствами, т.е. помогают активным ингредиентам быстрее проникнуть сквозь барьерные структуры рогового слоя.
Поверхностно-активные вещества (ПАВ)
Любая жидкость имеет поверхностное натяжение. Поверхностное натяжение возникает из-за наличия сил притяжения между молекулами жидкости и заставляет жидкость вести себя так, как если бы ее поверхность была покрыта эластичной мембраной. В частности, благодаря поверхностному натяжению жидкости могут образовывать капли.
Вещества, способные изменять поверхностное натяжение жидкостей, называют поверхностно-активными. В упрощенном виде в молекуле ПАВ имеется две части:
1) гидрофильная («любящая воду») — обычно это соль или гидроксильная группа;
2) гидрофобная («боящаяся воды») — какой-либо углеводород, например жирная кислота.
Молекулы ПАВ, как правило, имеют вытянутую форму с разными полюсами, которые смотрят в разные стороны — гидрофильный полюс обращен к воде, гидрофобный, соответственно, в сторону масляной фазы. Занимая пограничное положение между двумя несмешивающимися жидкостями, ПАВ формируют слой вокруг капель дисперсной фазы и тем самым предохраняют их от слияния друг с другом (рис. I-2-1).
В воде (в случае отсутствия масляной фазы) ПАВ спонтанно собираются в группы и образуют мицеллы, в которых молекулы ориентированы таким образом, что их гидрофобные хвосты собраны вместе, а гидрофильные головы обращены в водную среду. От среднего размера мицелл, который определяется структурой ПАВ, зависят такие свойства, как моющая способность и пенообразование.

ПАВ применяют в качестве эмульгаторов, детергентов, пенообразователей, кондиционирующих добавок, веществ, улучшающих смачивание. Детергенты и эмульгаторы действуют по одному и тому же принципу, но конечный результат различается. Молекула детергента обычно имеет более короткую липофильную цепочку, благодаря чему детергенты очень хорошо растворяются в воде с формированием мелких мицелл. Они образуют хорошую пену и эффективно удаляют масляные пленки с поверхностей, включая поверхность кожи и волос. Эмульгаторы обычно хуже растворяются в воде, и вместо того чтобы образовывать пену, помогают диспергировать жировые компоненты в водном растворе и обеспечивать стабильные эмульсии.
ПАВ — это обширная группа разнообразных с химической точки зрения соединений. По наличию или отсутствию заряда на молекуле ПАВ разделяют на:
1) анионные (имеющие отрицательный заряд);
2) катионные (имеющие положительный заряд);
3) неионные (не имеющие заряда);
4) амфотерные (имеющие положительный и отрицательный заряд).
Анионные ПАВ часто используются в моющих средствах благодаря тому, что они образуют стойкую пену и одновременно способствуют удалению жировых загрязнений с поверхностей, т.е. являются детергентами. Вместе с тем они могут повредить липидный барьер кожи: встраиваясь в межклеточные липидные пласты рогового слоя, они нарушают их организацию, и проницаемость рогового слоя существенно возрастает.
Детергенты токсичны для живых клеток, поскольку действуют разрушающе на клеточную липидную мембрану. Именно анионные ПАВ, такие как лаурилсульфат натрия, часто являются причиной раздражения кожи.
Многие катионные ПАВ обладают бактерицидными свойствами. Они также образуют хорошую пену, поэтому их включают в состав очищающих эмульсий. Катионные ПАВ благодаря положительному заряду способны фиксироваться на коже и волосах (поверхность которых имеет слабый отрицательный заряд), в связи с чем их используют как кондиционирующие добавки для уменьшения статического электричества на волосах. Катионные ПАВ менее агрессивны по сравнению с анионными ПАВ, но и они могут вызвать раздражение кожи и глаз, особенно если находятся на коже длительное время.
Амфотерные ПАВ (цвиттерионы) присоединяют протон в кислой среде, становясь положительно заряженными, и теряют протон в щелочной среде, приобретая отрицательный заряд. Они также обладают свойствами детергентов, поэтому используются в моющих средствах. Так как они в целом меньше раздражают кожу и глаза, их применяют в детских шампунях и «мягких» моющих средствах.
Неионные (неионогенные) ПАВ отличаются особенной мягкостью, однако они не способны давать хорошую пену. Из всех ПАВ именно их чаще всего применяют в качестве эмульгаторов для приготовления косметических эмульсий. Неионные ПАВ совместимы с большим количеством ингредиентов и сохраняют свою активность при различных значениях pH. Еще одно полезное техническое свойство неионных ПАВ — способность улучшать смачивание, благодаря чему они обеспечивают равномерное распределение косметического средства по коже и волосам.
Каждое взятое в отдельности ПАВ характеризуется своими особенностями, но конечный результат определяется комбинацией используемых ПАВ.
Даже из способности ПАВ разрушать липидный барьер кожи можно извлечь пользу. Дело в том, что многие активные добавки водорастворимы и не могут самостоятельно проникнуть через эпидермальный барьер. Дезинтегрируя липидные пласты между роговыми чешуйками, ПАВ повышают проницаемость рогового слоя, позволяя другим веществам пройти сквозь него до более глубоких слоев кожи. Правильно подобранные и сбалансированные системы ПАВ увеличивают проницаемость рогового слоя для активных компонентов, которые иначе остались бы на поверхности кожи.
Однако возможность негативного влияния ПАВ на кожу нужно учитывать, тем более что нельзя предугадать, в каком количестве и насколько часто потребитель будет наносить на кожу данное косметическое средство. Для уменьшения вредного действия ПАВ производители косметики используют следующие приемы:
1) снижают концентрацию анионных и катионных ПАВ в косметических средствах, комбинируя их с другими эмульгаторами и соэмульгаторами (дополнительными компонентами, помогающими основному эмульгатору создать стабильную эмульсию);
2) применяют наименее вредные для кожи ПАВ (для этого проводят специальные эксперименты, позволяющие оценить раздражающее действие разных ПАВ и их влияние на роговой слой кожи);
3) используют эмульгаторы нового поколения, минимально разрушающие липидный барьер кожи.
В последнее время на рынке появились ПАВ с исключительно мягким действием на кожу. Среди них ПАВ на основе аминокислот и белков (например, на основе белков пшеницы или овса), а также высокомолекулярные силиконовые (кремнийорганические) соединения. Силиконовые ПАВ имеют центральный гидрофобный остов, к которому крепятся гидрофильные (например, полиэфирные) группы (рис. I-2-2). Такие молекулы буквально окутывают капли дисперсной фазы, предотвращая их слияние. Ho оказавшись на поверхности кожи, они в силу своего большого размера не могут проникнуть в узкие межклеточные промежутки и встроиться в липидные пласты. А значит, нарушения структуры липидного барьера не произойдет. Соответственно, и свойствами энхансеров они не обладают, поскольку не влияют на проницаемость рогового слоя. Высокомолекулярные ПАВ применяются в качестве эмульгаторов для наиболее мягких косметических средств, которые могут быть использованы для ухода за особо чувствительной, раздраженной кожей с ослабленным барьером.
Основные виды косметических эмульсий
Эмульсии всегда содержат две несмешивающиеся фазы — водную и масляную. В зависимости от распределения фаз выделяют (рис. I-2-3):
1) прямые эмульсии — капельки масла взвешены в водном растворе («масло-в-воде», м/в);
2) обратные эмульсии — капельки воды окружены масляной фазой («вода-в-масле», в/м);
3) множественные (или тройные) эмульсии — когда во внешней водной фазе диспергированы масляные капли, внутри которых есть водные включения («вода-в-масле-в-воде», в/м/в).


Наиболее распространенным типом косметических эмульсий является эмульсия «масло-в-воде» — на ее основе создается широкий спектр косметических средств, начиная от кремов по уходу за кожей и заканчивая легким очищающим молочком. Эмульсия «вода-в-масле» как более плотная и густая по своей консистенции больше подходит для создания «питательных» кремов с окклюзионным эффектом. Множественные эмульсии сложнее в производстве и используются относительно редко, что дает повод маркетологам говорить о том, что данный продукт изготовлен на основе множественной эмульсии, как о конкурентном преимуществе и объяснять его более высокую цену. Что касается биологических свойств множественных эмульсий, то они ничем существенно не отличаются от свойств простых эмульсий.
В ряду косметических эмульсий особняком стоит еще один очень интересный тип эмульсионных систем — так называемые ламеллярные эмульсии. Их уникальная структура определяется химическим составом и способом стабилизации. Ho сточки зрения потребителя самое важное — это особые дерматологические свойства, которые позволяют использовать эмульсию даже на очень чувствительной коже.
Ламеллярная эмульсия — это эмульсионная система, в которой капли масла окружены водно-масляной фазой, организованной в виде липидных жидкокристаллических пластов, разделенных водной прослойкой. Поскольку пластов много, то такую эмульсию иногда называют мультиламеллярной (multilamellar emulsion, MLE).
В ламеллярной эмульсии стабилизация дисперсии происходит иначе, чем в традиционных эмульсиях. Капли дисперсной фазы окружены не одним слоем эмульгатора, а многочисленными пластами (ламеллами), имеющими жидкокристаллическую структуру подобно биологической мембране (рис. I-2-4). Сама по себе ламеллярная эмульсия напоминает сеть, в которой «запутались» отдельные масляные капли: сеть их оплетает и крепко удерживает, не давая слиться (рис. I-2-5). На формирование ламеллярных пластов идут преимущественно липиды, которые можно встретить в межклеточных липидных пластах рогового слоя, — не случайно они очень похожи по своей структуре!

Оказавшись на поверхности кожи, липиды ламеллярной эмульсии встраиваются в межклеточные липидные пласты, но поскольку их составы близки, на физико-химические свойства липидного барьера это слияние существенно не влияет. Более того, в случае ослабленного барьера такое внешнее «подкрепление» может оказаться весьма кстати. Это как раз тот удачный вариант, когда липиды в косметическом средстве выполняют одновременно функцию технической добавки и активного ингредиента, восстанавливая (а не нарушая, как большинство традиционных эмульгаторов) и укрепляя барьерную функцию кожи.

Иными словами, даже «пустые» ламеллярные эмульсии с ценным липидным составом сами по себе — отличные корнеотерапевтические средства, с помощью которых можно поддерживать кожный барьер в хорошем состоянии. А если еще и «нагрузить» ламеллярные эмульсии активными веществами, то получится средство, способное решать по меньшей мере две задачи:
1) специфическое воздействие, связанное со свойствами активного ингредиента;
2) неспецифическое корнеотерапевтическое действие, связанное с присутствием в рецептуре липидов, входящих в состав ламеллярных структур.
Поскольку многие косметологические проблемы сопровождаются нарушением барьерной функции кожи, то такое двойное решение будет очень эффективным.
Ламеллярные эмульсии обладают хорошими увлажняющими свойствами. Они рекомендуются для чувствительной, сухой кожи (в том числе при атопическом дерматите). Важным преимуществом ламеллярных эмульсий является их приятная текстура — они не оставляют жирного блеска, легко распределяются по коже и хорошо впитываются.