Unikalne tekstury dzięki naturalnym modyfikatorom

Kremowa piana kosmetyku oczyszczającego sprawia wrażenie odżywczej i odświeżającej. Twoje serum jest przyjemnie gładkie w dotyku, szybko się rozprowadza i nie daje nieprzyjemnego uczucia lepienia. Twój słoiczek z kremem nawilżającym zawsze wygląda zachęcająco, ponieważ wiesz, że jego tekstura jest miękka i lekka, a jednocześnie tak przyjemna w dotyku. Dzięki tym produktom czujesz, że zadbałaś o siebie, nawet jeżeli to trwa tylko chwilę.

Tekstura każdego z tych produktów odgrywa kluczową rolę w budowaniu emocjonalnej więzi z konsumentem, która może prowadzić do długotrwałej lojalności względem marki. Te wyjątkowe tekstury, oprócz podstawowej funkcjonalności, wzmagają zadowolenie z użytkowania produktów kosmetycznych.

Najbardziej eksperymentalne formaty można określić jako „transformacyjne”, takie jak żel zmieniający się w olejek, balsam w puder lub serum w olejek. Aplikacja rozpoczyna się od jednej formy, a następnie przekształca się w inną, wyraźnie odmienną w odczuciu na skórze. Jeszcze bardziej interesujące są produkty inspirowane żywnością i unikalne formaty, przypominające lody, galaretki, smoothie, pudding, kawior, perełki lub gąbki – zachęcają one konsumentów do zabawy w ramach codziennej pielęgnacją. Kiedy działy rozwojowo-badawcze mają za zadanie opracować te wyjątkowe tekstury, potrzebny jest solidny zestaw narzędzi.

Najlepiej, aby był on kompleksowy i zawierał wiele naturalnych składników, takich jak zagęstniki, emolienty, emulgatory, woski i inne. Zapotrzebowanie na unikalne tekstury zależy głównie od stosowania zagęstników polimerowych. Są one odpowiedzialne za formę i strukturę receptury.

Na rynku dostępne są naturalne zagęstniki, np. polisacharydy, jednak stosowanie tych składników wiąże się z pewnymi wyzwaniami i ograniczeniami. Niestety, zwykle odpowiedzialne są za efekt uboczny (w przeciwieństwie do polimerów na bazie kwasu akrylowego) w postaci ciągnących się tekstur, utrudnionego wprowadzania do masy i niejednorodności. Eksperci z firmy BASF opracowali rozwiązanie pochodzenia naturalnego, zastępujące hydrożele karbomerowe, które można wykorzystać do opracowania ciekawych tekstur, dzięki połączeniu gumy ksantanowej i alginianów.

Naturalne alternatywy dla karbomerów

Wyobraźmy sobie, że dział badawczo-rozwojowy w państwa firmie dostaje zadanie stworzenia koncepcji produktów do pielęgnacji ciała o różnych konsystencjach, np. żelowy balsam, który po nałożeniu zmienia się w olejek, czy balsam typu smoothie, który wygląda naprawdę kremowo i zachęcająco. Dodatkowo okazuje się, że receptura ma składać się z całkowicie naturalnych składników, najlepiej certyfikowanych przez COSMOS lub Natural Products Association (NPA), lub o wysokim wskaźniku naturalności opartym na IS0-16128. Jednak w przedstawionych benchmarkach jako zagęstnika użyto karbomeru! Poradzenie sobie z takim zadaniem nie będzie łatwe. Na szczęście na rynku dostępne są już składniki, które można wykorzystać w celu zwiększenia szans na pomyślne osiągnięcie celu.

Mamy tu na myśli dwa naturalnie występujące anionowe polisacharydy – gumę ksantanową (INCI: Xanthan Gum) i alginian (INCI: Algin), pozwalające uzyskać hydrożel o strukturze podobnej do karbomeru.

Guma ksantanowa jest doskonałym naturalnym polimerem, który może pomóc w zagęszczaniu wody i może działać jako stabilizator. Podczas wprowadzania tego składnika konieczne jest odpowiednie mieszanie, aby umożliwić jego prawidłowe uwodnienie. Chociaż jest to dobra alternatywa, sama guma ksantanowa zwykle daje śluzowatą i galaretowatą konsystencję, daleką od sztywnej i gładkiej tekstury pożądanej przy tworzeniu hydrożeli.

Aby poprawić tę teksturę, połączyliśmy gumę ksantanową z alginianem, tworzącym kompleksy z jonami wapnia. Kwasy alginowe (alginiany) to polisacharydy wyizolowane z morskich alg brunatnych w wyniku fermentacji bakteryjnej. Składają się z dwóch różnych monosacharydów, kwasu D-mannurowego i kwasu L-guluronowego, z których oba mają grupy kwasów karboksylowych. Grupy kwasu karboksylowego w reakcji z kationami wielowartościowymi, takimi jak jony wapnia, powodują tworzenie tak zwanych „punktów sieciowania” pomiędzy łańcuchami polisacharydowymi, umożliwiając wzrost lepkości aż do utworzenia żelu.

Jaki jest więc punkt krytyczny? Oceniliśmy różne proporcje oraz stężenia i stwierdziliśmy, że aby stworzyć hydrożel podobny do tego, który zawiera blisko 0,5% ww. karbomeru zneutralizowanego aminometylopropanolem, potrzebujemy ok. 2-3% połączonej gumy ksantanowej i alginianów aktywowanych solami wapnia, najlepiej w proporcji dwie części gumy ksantanowej do jednej części alginianów, reagujących z siarczanem lub cytrynianem wapnia. To porównanie lub podobieństwo tekstury można ocenić gołym okiem, ale także za pomocą urządzeń reologicznych.

W celu poznania właściwości reologicznych oraz sztywności utworzonego hydrożelu zastosowano reometr hybrydowy DHR-1 oraz analizator tekstury firmy Stable Micro Systems. Jak widać na rysunkach 1 i 2, zaproponowane kombinacje wykazują podobieństwo tekstury i właściwości reologicznych pomiędzy hydrożelem na bazie karbomeru a naturalnym systemem, wykorzystującym połączenie gumy ksantanowej i alginianu.

Postępowanie z alginianami

Podobnie jak guma ksantanowa, alginian wymaga specjalnego postępowania w trakcie wprowadzania do receptury, np. odpowiedniego mieszania z wystarczającą liczbą obrotów podczas powolnego dodawania do wody, aby umożliwić prawidłowe uwodnienie. Wyższe pH roztworu wodnego również pomaga w utworzeniu dyspersji. Bez aktywacji jonami wapnia alginiany są nieefektywnymi zagęstnikami, które zwykle dają niehomogenną i śliską w dotyku teksturę.

W kontakcie z jonami wapnia tworzy sztywny hydrożel, który w połączeniu z gumą ksantanową umożliwia otrzymanie produktów o konsystencji podobnej do wspomnianego wcześniej karbomeru. Aby jednak stworzyć udany żel, należy postępować ostrożnie, ponieważ alginiany są bardzo wrażliwe na jony wapnia. Nadmierne dodanie ich może prowadzić do wytrącenia żelu z roztworu wodnego. Zdając sobie sprawę, że może to stanowić wyzwanie, szczególnie w skali produkcyjnej, firma BASF zbadała wpływ stosowania różnych soli wapnia na czas produkcji.

Przy zastosowaniu tej samej kombinacji gumy ksantanowej i alginianów badano odpowiednio chlorek wapnia, siarczan wapnia i cytrynian wapnia. Zgodnie z oczekiwaniami, reakcja alginianu z chlorkiem wapnia była natychmiastowa i prowadziła do wytrącania się lub nadmiernego żelowania hydrożelu. Dlatego użycie chlorku wapnia jako aktywatora stanowi wyzwanie, jeśli chce się uzyskać jednorodny żel z alginianów. Aktywacja z użyciem siarczanu wapnia i cytrynianu wapnia nie przebiega tak szybko i umożliwia lepsze przygotowanie wodnego hydrożelu.

Siarczan wapnia nie jest jednak łatwo rozpuszczalny w wodzie, dlatego musi być wstępnie rozpuszczony w solubilizatorze i homogenizowany w oddzielnym roztworze wodnym. Niemniej jednak po rozpuszczeniu siarczan wapnia nadal umożliwia lepszą obróbkę żeli alginianowych niż chlorek wapnia.

Cytrynian wapnia zapewnia najlepszą wydajność podczas przygotowywania żelu. Jest łatwo rozpuszczalny w wodzie, nie wymaga dodatkowych czynności i pozwala na lepszą kontrolę tworzenia się żelu. Cytrynian wapnia z alginianem tworzy żel półprzezroczysty do nieprzezroczystego, w zależności od stężenia. Dodanie gliceryny lub innych rozpuszczalników może pomóc w zmniejszeniu nieprzezroczystości żelu (rysunek 3).

Mając na uwadze, że cytrynian wapnia ułatwia procesowanie, zbadaliśmy możliwość zastosowania alginianu jako pojedynczego zagęstnika w systemach żelowych. Uważamy przy tym, że rozmiar soli wapnia i przeciwjonu pomaga opóźnić reakcję jonów wapnia z grupą karboksylową alginianów, umożliwiając w ten sposób płynne tworzenie się hydrożelu. Chociaż guma ksantanowa i alginiany są znane jako modyfikatory reologii, badania dowiodły, że oferują one więcej niż tylko właściwości zagęszczające. Na przykład ostatnie prace nad żelami do stylizacji włosów wykazały, że są one idealnym rozwiązaniem, zapewniającym naturalność i wydajność. Oferują doskonałe właściwości stylizacyjne, takie jak wysoka sztywność utworzonego na włosach filmu i długotrwała odporność w warunkach podwyższonej wilgotności.

Warto wspomnieć, że te zagęstniki stosowane w stylizacji mogą dotrzymać kroku standardowemu połączeniu karbomeru i PVP (tabela 1). W rzeczywistości zaobserwowano poprawę odporności na wilgoć oraz zmniejszenie efektu łuszczenia się filmu.

Alginiany okazały się być wszechstronnym, wielofunkcyjnym składnikiem, który oferuje dodatkowe korzyści. W zastosowaniach do pielęgnacji skóry, co zostało potwierdzone w testach sensorycznych, alginian zapewnia znacznie lepsze odczucie na skórze, pozostawiając ją nawilżoną, bardziej elastyczną i rozświetloną (rysunek 4).

Tekstury transformacyjne

Choć tworzenie produktów kosmetycznych o wyjątkowych teksturach wygląda na świetną zabawę, wymaga zrównoważonego połączenia nauki, sztuki, wyobraźni i wytrwałości. Jak wspomniano wcześniej, istnieje wiele składników, które można wykorzystać do tworzenia naturalnych produktów.

Nasze niedawne odkrycie, dotyczące stosowania gumy ksantanowej i alginianów jako naturalnych alternatyw, wypełnia lukę w wyzwaniach związanych z tworzeniem naturalnych tekstur. Czym zatem są tekstury transformacyjne? Najprościej rzecz ujmując, są to produkty, które na początku mają jedną formę, a po nałożeniu na skórę przekształcają się w inną. Zazwyczaj występują one w postaci żelu, kremu, balsamu lub pudru, a ich transformacja zależy od składu, na który często wpływa wiele czynników, takich jak stabilność w obecności elektrolitów, temperatura topnienia lub siła nacisku wywierana podczas aplikacji.

Połączenie gumy ksantanowej i alginianów zapewnia łatwość tworzenia balsamu typu żel-olej. Hydrożel jest tworzony przy użyciu naturalnych polimerów, które nadają sztywną strukturę żelu o gładkiej konsystencji podczas nakładania na skórę. Zmianę tekstury podczas aplikacji zapewniają starannie dobrane oleje i emolienty. W tym celu rekomendujemy stosowanie naturalnych alternatyw emolientów silikonowych, takich jak Coco-caprylate i Coco glycerides, które zapewniają nietłusty i pielęgnacyjny efekt po zastosowaniu. W przypadku pudrowego wykończenia, Tridecane/Undecane jest doskonałą, naturalną alternatywą dla cyklometikonu. Podczas tworzenia formuł inspirowanych żywnością istnieje wiele możliwości. Połączenie systemu hydrożelowego z odpowiednim doborem wosków i maseł pozwala uzyskać tekstury, takie jak mus, pudding czy masło.

Zastosowanie takich składników jak masło shea i masło z nasion Shorea stenoptera dodatkowo modyfikuje strukturę hydrożelu, dzięki czemu ma on konsystencję zbliżoną do produktów spożywczych, a jednocześnie doskonale wchłania się w skórę, zapewniając przyjemne doznania podczas aplikacji.

Wnioski

Ponieważ konsumenci oczekują od swoich produktów czegoś więcej niż tylko funkcjonalności, istnieje wyraźne zapotrzebowanie na skuteczne, naturalne alternatywy dla popularnych systemów składników pochodzenia syntetycznego. Połączenie alginianów, gumy ksantanowej i soli wapnia może być użyte do uzyskania struktury i tekstury w hydrożelach, podobnych do produktów bazujących na karbomerze. Po zbadaniu trzech różnych soli wapnia – chlorku wapnia, siarczanu wapnia i cytrynianu wapnia, ustalono, że cytrynian wapnia jest preferowany ze względu na łatwość procesowania. Co więcej, 1,00% alginianu może być użyty jako jedyny zagęstnik w połączeniu z 0,40% cytrynianu wapnia. Takie połączenie daje w efekcie produkt o sztywności porównywalnej do żelu bazującego na 0,50% karbomeru.

Oprócz tego, że guma ksantanowa i alginiany są doskonałymi zagęstnikami, mogą być stosowane w produktach do stylizacji włosów, zapewniając im wysoką zdolność do utrwalenia fryzury i długotrwałą odporność w warunkach podwyższonej wilgotności. Alginiany są również doskonałe do stosowania w produktach do pielęgnacji skóry – zapewniają uczucie lepszego nawilżenia oraz ciekawych właściwości sensorycznych.

Artykuł został opublikowany w kwartalniku "Świat Przemysłu Kosmetycznego" 2/2022