Alkohole wielowodorotlenowe – zapasy wody dla skóry
Blisko dwadzieścia procent wody zawartej w naszym organizmie zmagazynowane jest właśnie w skórze, przy czym około 60% znajduje się w jej głębszych warstwach, zaś około 13% w warstwie rogowej naskórka. W normalnych warunkach pogodowych, w strefie klimatu umiarkowanego z jej powierzchni odparowuje około 300 ml wody na dobę. Jeżeli z naskórka ubywa więcej wody niż dociera do niego z głębszych warstw skóry, ulega on nadmiernemu przesuszeniu. Przy niedoborze wody skóra bardzo szybko się starzeje.
Magdalena Sikora
Skóra miękka, gładka, elastyczna to skóra dobrze nawilżona. Do prawidłowego jej funkcjonowania niezbędny jest odpowiedni poziom wilgoci. Przed utratą wody chroni ją warstwa rogowa, jedna z czterech warstw naskórka. Ważnym czynnikiem odpowiedzialnym za prawidłowe nawilżenie skóry jest tzw. naturalny czynnik nawilżający – Natural Moisturizing Factor (NMF). W jego skład wchodzą – higroskopijne substancje, o niewielkiej masie cząsteczkowej, dobrze rozpuszczalne w wodzie. Są to głównie aminokwasy, mleczany i mocznik. Składniki NMF zatrzymują wodę, powstrzymują proces jej utraty dzięki czemu w naturalny sposób nawilżają naskórek.
Blisko dwadzieścia procent wody zawartej w naszym organizmie zmagazynowane jest właśnie w skórze, przy czym około 60% znajduje się w jej głębszych warstwach, zaś około 13% w warstwie rogowej naskórka. W normalnych warunkach pogodowych, w strefie klimatu umiarkowanego z jej powierzchni odparowuje około 300 ml wody na dobę. Jeżeli z naskórka ubywa więcej wody niż dociera do niego z głębszych warstw skóry, ulega on nadmiernemu przesuszeniu. Przy niedoborze wody skóra bardzo szybko się starzeje.
Zatrzymać wodę
Jednym z ważniejszych zadań kosmetyków pielęgnacyjnych jest zatem zabezpieczenie jej odpowiedniego stopnia nawilżenia. Dobre efekty w tej dziedzinie można osiągnąć między innymi poprzez stosowanie preparatów kosmetycznych zawierających w składzie substancje o właściwościach silnie higroskopijnych, które przeciwdziałają utracie wody wiążąc ją w skórze.
Bardzo ważnymi składnikami wielu receptur kosmetycznych o działaniu nawilżającym są alkohole wielowodorotlenowe znane również jako poliole. Określenie to wywodzi się od skrótu angielskiej nazwy tych związków – polialcohol. Zakres znaczeniowy terminu poliol odnosi się do układów organicznych zawierających co najmniej dwie grupy wodorotlenowe. Czasami związki z tego segmentu określane są mianem glikoli. Wiąże się to z faktem, że większość z nich jest w smaku słodka i stąd ich nazwa kojarzona jest z cukrem – glikozą. Do najbardziej znanych i najczęściej stosowanych w kosmetyce przedstawicieli alkoholi wielowodorotlenowych należą gliceryna, glikol propylenowy, sorbitol. Każdy z tych związków wykazuje specyficzne własności. Gliceryna i glikol są w temperaturze pokojowej cieczami, sorbitol zaś to ciało stałe oferowane w handlu w różnej postaci, najczęściej jako 70% wodny roztwór. W tabeli przedstawiono wybrane parametry wymienionych surowców.
Istnieje jednak cecha wspólna dla tych układów. Tą cechą jest higroskopijność, która związana jest z nagromadzeniem w ich strukturach grup hydroksylowych.
Higroskopijność
Higroskopijność jest najważniejszą wartością determinującą działanie polioli, a zatem także zakres ich zastosowania. Jak już wspomniano, istotnym elementem pielęgnacji skóry jest proces zapewnienia jej dostatecznej ilości wilgoci. Ze względu na swoje właściwości, poliole od lat zajmują ważne miejsce w wykazie składników używanych w recepturach preparatów kosmetycznych. Związki te często określane są mianem humektantów, czyli układów zdolnych do trwałego absorbowania i zatrzymywania wody z otoczenia. Ewidentnym efektem tego działania jest nawilżenie, zmiękczenie i uelastycznienie skóry.
Oceniając właściwości poszczególnych polioli należy rozpatrywać tzw. higroskopijność dynamiczną, która zależy zarówno od ciężaru cząsteczkowego badanego układu, jak i od jego lotności.
Sorbitol należy do związków wielkocząsteczkowych, które działają powierzchniowo tworząc na skórze film okluzyjny. Powstająca z materiału o właściwościach higroskopijnych cienka warstewka zapewnia zatrzymywanie wody obniżając tzw. współczynnik TEWL (Transepidermal Water Loss) czyli poprzez naskórkowy ubytek wody. Natomiast gliceryna i glikol propylenowy ze względu na małe cząsteczki mają zdolność przenikania przez barierę warstwy rogowej. Dzięki temu mogą one działać zarówno na powierzchni skóry jak i w głębszych warstwach naskórka. Właściwości higroskopijne tych związków, jak i zdolność ich penetracji sprawiają, że zwiększają one w sposób widoczny nawilżenie naskórka, co wywiera istotny wpływ na przebieg wielu zachodzących tam procesów. Na szczególną uwagę zasługuje tu gliceryna, która poprawiając nawilżenie skóry, wpływa na proces degradacji desmosomów, ułatwiając tym samym prawidłowe złuszczanie naskórka. W kosmetykach poliole są wykorzystywane jednak nie tylko ze względu na ich oddziaływania na skórę, ale także z powodu ich właściwości ochronnych w stosunku do preparatu. Obecność humektanta w kosmetyku zapobiega jego wysychaniu. Z tego też powodu związki z tej grupy chętnie stosowane są w emulsjach, w których fazę zewnętrzną stanowi woda (O/W), żelach, pastach do zębów, kostkach myjących.
Kolejnym ważnym efektem obecności polioli w kosmetykach jest poprawa ich właściwości użytkowych. Zapewniają one między innymi gładkości nakładanej warstwy preparatu emulsyjnego. Obok dobrego smarowania i rozprowadzania na skórze, zapobiegają także tzw. wałkowaniu się kosmetyku po jego aplikacji.
Gliceryna
Jednym z najstarszych surowców wykorzystywanych do nawilżania skóry w kosmetyce jest gliceryna. Po raz pierwszy została ona użyta jako środek zwilżający przed kilkudziesięciu laty i do dnia dzisiejszego znajduje szerokie zastosowanie w recepturach kosmetycznych. Gliceryna, znana również jako glicerol, jest gęstą, bezbarwną cieczą o słodkim smaku, mieszającą się z wodą i etanolem w każdym stosunku. Jest to związek naturalny obecny we wszystkich lipidach zarówno pochodzenia zwierzęcego jak i roślinnego. Można otrzymać ją na drodze fermentacji glikozy, poprzez hydrolizę tłuszczów prowadzoną w podwyższonej temperaturze a także na drodze syntetycznej. Stanowi ona także produkt uboczny przy produkcji mydeł.
Gliceryna utrudnia parowanie wody i znacznie obniża jej temperaturę zamrażania. Natarta nią skóra nabiera miękkości, ponieważ związek ten przyciągając wilgoć z powietrza nawilża naskórek czyniąc go elastycznym. Warto zwrócić uwagę na to, że jest to efekt stosunkowo trwały, gdyż pozostaje ona w skórze do 24 godzin. Gliceryna łagodzi ponad to działanie alkoholu etylowego znajdującego się w składzie recepturalnym preparatów kosmetycznych, a także wykazuje działanie przeciwbakteryjne. Podobnie jak inne poliole znajduje ona zastosowanie nie tylko jako czynnik nawilżający skórę ale także przeciwdziałający wysychaniu preparatów, szczególnie emulsji O/W i żeli. Zapobiega także krystalizacji składników kosmetyku, nadając mu odpowiednią gładkość.
Przez długi okres czasu istniało przekonanie, że pomimo wielu zalet nie jest wskazane stosowanie zbyt stężonych roztworów gliceryny. Uważano bowiem że może ona, szczególnie przy małej wilgotności powietrza, chłonąć wodę z głębszych warstw skóry wywołując efekt odwrotny od zamierzonego, czyli jej wysuszenie. W ostatnich czasach teoria ta wydaje się być zupełnie nieuzasadniona. Gliceryna w naturalny sposób osłania skórę, przenikając do przestrzeni międzykomórkowych, gdzie wiąże ilość wody niezbędną dla zachowania prawidłowego nawilżenia skóry. W literaturze można znaleźć także informacje mówiące iż, obecność gliceryny w tym układzie wspomaga funkcjonowanie obecnych tam lipidów skórnych. Zalecane stężenia gliceryny, zapewniające odpowiednie nawilżenie skóry oscylują w granicach 5 -15%.
Glicerynę można znaleźć w recepturach wielu kosmetyków pielęgnacyjnych: kremach, żelach, tonikach. Związek ten jest także składnikiem pomadek, past do zębów, mydeł. W sklepach kosmetycznych pojawia się również tzw. gliceryna kosmetyczna czyli jej roztwory wodne oferowane w postaci galaretki otrzymanej przy użyciu pektyn, karbopoli, agaru.
1,2-Propanodiol
Kolejnym powszechnie stosowanym poliolem jest glikol propylenowy czyli 1,2-propanodiol. Jest to bezbarwna ciecz o gorzkim smaku, mieszająca się podobnie jak gliceryna z wodą w każdym stosunku. Związek ten dobrze rozpuszcza się również alkoholu etylowym, chloroformie, oraz oleju parafinowym. Jego własności i zakres stosowania są zbliżone do gliceryny, choć wykazuje on nieco słabsze od niej właściwości higroskopijne. Użyty w stężeniu kilku procent tworzy na skórze wilgotny, nie wysychający film, obniżający współczynnik TEWL. Wyroby zawierające glikol nie dają jednak uczucia lepkości, jakie może się pojawić czasami w wypadku zastosowania w recepturze gliceryny. Ograniczeniem w jego zastosowaniu, w przypadku niektórych wyrobów, szczególnie tych, które mają kontakt z jamą ustną, jest jego gorzki smak. Jest to bardzo dobry rozpuszczalnik, z tego też powodu chętnie stosuje się go w połączeniu z wodą i alkoholem etylowym jako podstawę wielu receptur na bazie płynów. Może on być wykorzystany jako nośnik olejków eterycznych, barwników, różnorodnych żywic. Należy on do surowców ułatwiających wnikanie w skórę innych składników receptury. Preparaty zawierające w składzie recepturalnym glikol wykazują dużą lepkość. Wykazuje on także specyficzne właściwości reologiczne, gdyż powoduje żelowanie lotionów. Należy on także do układów działających synergicznie z konserwantami. Jego dodatek powoduje ich lepszą rozpuszczalność w fazie wodnej a co za tym idzie również efektywniejszą ochronę przed zakażeniami mikrobiologicznymi preparatu. W związku z tym jeżeli pojawia się on w recepturze kosmetyku można w nim ograniczyć ilość środków konserwujących, czyniąc go bardziej przyjaznym skórze. W stężeniu powyżej 20%, pomimo, że nie jest on zaliczany do konserwantów, glikol propylenowy całkowicie zabezpiecza wyrób. Wykorzystywany w tej ilości daje możliwość pojawiającej się na opakowaniu deklaracji – nie zawiera konserwantów. Jednak w tym stężeniu może on wywoływać odczyny alergiczne na skórze u konsumentów. Działanie drażniące glikolu może być zniesione przez zastosowanie ekstraktu z owsa. Alternatywą dla tego układu, jeżeli chodzi zabezpieczenie mikrobiologiczne preparatów kosmetycznych mogą być wyższe glikole: butylenowy, pentenylowy, heksylenowy. Surowce te mają podobne działanie do glikolu propylenowego ale w odróżnieniu od niego nie powodują podrażnienia skóry.
Sorbitol
Kolejnym często wykorzystywanym alkoholem wielowodorotlenowym jest sorbitol. Występuje on w wielu roślinach i owocach. Można go znaleźć w śliwkach w ilości 1,7- 4,5%, gruszkach 1,2 – 1,3 %, jabłkach 0,2 – 1,0 %. Jest on także obecny w owocach jarzębiny. Na skalę przemysłową otrzymywany jest jednak na drodze redukcji glukozy. Proces najczęściej prowadzi się wykorzystując 30-40 % roztwór wodny cukru, w obecności katalizatora w temperaturze ok. 100 st. C, pod ciśnieniem 40 – 150 atm. Następnie produkt zatęża się lub wykrystalizowuje i suszy uzyskując surowiec w postaci proszku (99% sm).
Sorbitol to krystaliczna substancja o słodkim smaku. Jego słodkość odpowiada około 60% wartości słodyczy sacharozy. Jest to związek dobrze rozpuszczalny w wodzie, słabiej w alkoholu etylowym i innych rozpuszczalnikach organicznych. Należy do układów nielotnych, o podobnych właściwościach do poprzednich alkoholi. Zaliczany jest podobnie jak poprzednie związki do grupy humektantów. Jest jednak od nich mniej higroskopijny. Cechuje go zdolność zagęszczania układów, poprawia on także poślizg preparatów. Sorbitol zaliczany jest do środków, których cechą charakterystyczną jest pozostawienie przyjemnego uczucia chłodu w ustach po spożyciu. Zmniejsza on ponadto poziom glukozy, dzięki czemu hamuje rozwój próchnicy. Stąd chętnie bywa stosowany w pastach do zębów.
Polietylenoglikole
W kosmetyce znajdują zastosowanie także polietylenoglikole o ogólnym wzorze: H(OCH2CH2)nOH. W zależności od stopnia polimeryzacji przyjmują one postać lepkich płynów, substancji mazistych, bądź woskowych. Są to układy bezbarwne, o słabym zapachu i słodkim smaku. Są one obojętne chemicznie, odporne na utlenianie i działanie mikroorganizmów. Nie powodują podrażnień skóry czy błon śluzowych. Bardzo często wykorzystuje się je jako zamienniki gliceryny w produkcji substancji powierzchniowo czynnych. Związki o niskim ciężarze cząsteczkowym wykazują właściwości higroskopijne. Z tego powodu używane są w różnorodnych wyrobach kosmetycznych, gdzie efektywnie zapobiegają ich wysychaniu. Polietylenoglikole o wyższych ciężarach cząsteczkowych znajdują zastosowanie jako modyfikatory reologii, środki poprawiające rozsmarowywalność preparatów kosmetycznych, rozpuszczalniki. Można je znaleźć w recepturach wielu kosmetyków – między innymi w pastach do zębów, kredkach do warg, szamponach, kremach, mleczkach, balsamach.
Podobne zastosowanie do polietylenglikoli znajdują w kosmetyce polipropylenoglikole o ogólnym wzorze: H[OCH2C(CH3)H]nOH.
Poliglicerole
Ze względu na to, że związki na bazie pochodnych tlenku etylenu i propylenu coraz częściej wywołują obawy, szczególnie w aspekcie ochrony środowiska, od pewnego czasu prowadzone są badania dotyczące poszukiwania układów alternatywnych dla tych surowców. Z tego też powodu w recepturach kosmetyków coraz częściej pojawiają się poliglicerole, które są chętnie wykorzystywane ze względu na ich łagodność, wielofunkcyjność oraz biodegradowalność. Otrzymuje się je w wyniku połączenia cząsteczek gliceryny z wytworzeniem wiązania eterowego. Najczęściej pojawiają się tu di- i triglicerole.
Wysokiej czystości diglicerol jest klarowną, bezbarwną cieczą, mniej lotną i bardziej lepką niż gliceryna. Wykazuje on wyjątkowe właściwości absorbujące wodę. Związek ten może znaleźć swoje miejsce jako ulepszony środek nawilżający, będący alternatywą dla glicerolu w produktach do pielęgnacji skóry, szczególnie w przypadku produktów przeznaczonych do skóry wrażliwej. Można go znaleźć także w preparatach do pielęgnacji włosów, którym zapewnia odpowiednie nawilżenie, nadaje połysk, oraz wytwarza wilgotny wygląd bez pozostawiania odczucia lepkości. Ponadto jego zastosowanie przynosi korzyści w ocenie sensorycznej wyrobu. Poprawia on bowiem intensywność zapachu oraz smaku a także przedłuża ich trwałość. Szybkość parowania mentolu jest znacznie wolniejsza w przypadku kiedy jest on rozpuszczony w diglicerolu w porównaniu z analogicznym układem przygotowanym na bazie gliceryny. Zależność tę przedstawiono na wykresie.
Z tego też powodu związek ten chętnie używany jest w takich wyrobach jak pasty do zębów, płyny do płukania jamy ustnej, dezodoranty w sztyfcie.
Ze względu na wyższy współczynnik załamania światła diglicerolu w porównaniu z glicerolem wykazuje on także lepsze właściwości w formułowaniu klarownych żeli. Zależność współczynnika refrakcji obydwu tych związków od temperatury przedstawiono na wykresie.
Dilglicerol odgrywa także ważną rolę w przypadku recepturowania przezroczystych emulsji, które możemy otrzymać wtedy, kiedy fazy wodna i tłuszczowa mają ten sam współczynnik załamania światła. Jego zastosowanie w tego typu preparatach umożliwia wprowadzenie do ich receptur większej ilości wody co zapewnia lepsze efekty wizualne jak również w znacznym stopniu obniża koszt wyrobu. Związek ten ponadto zapewnia lepsze odczucia na skórze po aplikacji mniejszą lepkość oraz niższy potencjał drażniący w porównaniu do innych rozpuszczalników m in. w formulacjach dezodorantów w postaci sztyftów.
Do sprawdzonych naturalnych i bezpiecznych hydrofilowych struktur, o interesujących właściwościach kosmetycznych należą także estry poligliceroli z kwasami tłuszczowymi. Są to układy, które charakteryzują się wielokierunkowym działaniem. Mogą być one wykorzystywane jako emulgatory, dyspergatory, solubilizatory, emolienty. W recepturach preparatów kosmetycznych sprawdzają się również jako środki zagęszczające, kondycjonujące, poślizgowe. Są one znacznie bardziej łagodne od powszechnie stosowanych anionowych związków powierzchniowo czynnych.
Autorka reprezentuje Politechnikę Łódzką
drukuj ten artykuł
poleć artykuł znajomemu
Najświeższe informacje w kanale RSS (jak używać) 
Kwiecień 2006
Zawartość numeru:
- Technologie:
- Chemia Gospodarcza i Kosmetyki:
- Rynek chemii gospodarczej w 2005 roku
- Alkohole wielowodorotlenowe – zapasy wody dla skóry
- Zarządzanie:
- Rynki Chemii:
- Powłoki:
- Wydarzenia:
Zobacz pozostałe numery Chemical Review »