Гідрофільно-ліпофільний баланс як головний критерій підбору емульгатора

Зараз косметичний ринок переповнений безліччю компонентів, в тому числі і різноманітними емульгаторами. Проте таке різноманіття лише ускладнює вибір кремоварам початківцям. Який емульгатор чи суміш емульгаторів слід підібрати для отримання стабільної емульсії з потрібними властивостями? На що звертати увагу? Давайте розбиратися разом, спираючись на базові знання косметичної хімії.

Що таке гідрофільно-ліпофільний баланс

Давайте на самому початку зазначимо, що косметичний емульгатор по своїй природі - це поверхнево-активна речовина. І кожна поверхнево-активна речовина (ПАР) має подвійну (дифільну) структуру: гідрофільну* частину (її ще називають “головкою”) та гідрофобну* частину (яку називають “хвостом”). Через таку будову молекула емульгатору в середовищі води та олії намагається розвернутися гідрофільною частиною до води, а гідрофобною (тобто ліпофільною) частиною до олії. Таким чином система стабілізується і не розшаровується, але тільки в тому випадку, якщо олія і емульгатор підходять один одному. Тобто у них співпадають значення ГЛБ.

• *гідрофільна - тобто розчиняється у воді
• *гідрофобна - тобто не розчиняється у воді і синонімом “гідрофобна” являється слово ліпофільна, тобто розчинна в олії

Саме відношення гідрофільної частини молекули до ліпофільної і називається гідрофільно-ліпофільним балансом (ГЛБ). Цей баланс важливий для розуміння розподілу речовин між водним та ліпідним середовищами, що може впливати на їх фізико-хімічні властивості та взаємодії. 

Числа ГЛБ для всіх відомих ПАР складають шкалу від 0 до 40. Цей показник дозволяє зробити прогноз щодо того, чи має молекула в цілому гідрофільний чи ліпофільний характер. Баланс між ліпофільними і гідрофільними властивостями поверхнево-активної речовини безпосередньо впливає на його розчинність або диспергування у воді. Таким чином, значення ГЛБ різних ПАР можна визначити за її поведінкою у воді.

Виходячи з цього, шкала значень від 0 до 20 включно може бути розділена на наступні групи поверхнево-активних речовин.

Розрахунок гідрофільно-ліпофільного балансу

Розібравшись з теоретичним визначенням ГЛБ нас цікавить наступне питання: як його використовувати при підборі емульгатора? І для цього існує просте правило: значення ГЛБ емульгатора повинно дорівнювати значенню ГЛБ масляної фази. Тому для початку визначимо необхідний ГЛБ масляної фази і тут потрібно буде взяти калькулятор та трішки помізкувати. 

Необхідний ГЛБ масляної фази: що це таке та як розрахувати 

Якщо емульгатор з певним значенням ГЛБ стабілізує емульсію з певним типом олії, то інший емульгатор з таким самим числом ГЛБ, як правило, має такий же емульгуючий  ефект. Таким чином, кожен тип олії потребує системи емульгатора з певним числом ГЛБ, і це значення становить необхідний ГБЛ масляної фази. Нижче в таблиці наведено значення необхідного ГЛБ для деяких поширених олії, емолентів та жирних спиртів.

Компонент жирової фази	Необхідне значення ГЛБ
Мигдальна олія	6
Олія абрикосових кісточок	7
Олія авокадо	7
Олія бабасу	8
Олія виноградних кісточок	7
Рицинова олія	14
Олія насіння коноплі	7
Циклометикон	7,5
Кокосова олія	8
Канделільський віск	14,5
Диметикон	5
Карнаубський віск	12
Масло шипшини	7
Олія жожоба	6,5
Олія макадамії	7
Олія насіння манго	8
Пальмова олія	10
Оливкова олія	7
Олія рисових висівок	7
Кунжутна олія	7
Масло Ши	8
Соєва олія	7
Олія соняшникова	7
Какао олія	6
Віск троянди	12
Ланолін	10

 

Якщо жирова фаза складається з однієї олії, то розрахунки доволі прості: ми просто беремо з таблички значення ГЛБ нашої олії і приймаємо його, як необхідне значення ГЛБ всієї жирової фази. 

Проте зазвичай ми використовуємо не одну, а декілька олій, щоб надати крему особливих якостей. У цьому випадку ГЛБ масляної фази дорівнюватиме сумі вкладів ГЛБ кожної олії пропорційно її відсотковій долі. Розглянемо на прикладі. 

Припустимо, що наша масляна фаза складається з:

• оливкова олія - 5%
• кокосова олія - 1%
• олія авокадо - 3%
• карнаубський віск - 1%

Загальна доля олій в нашій масляній фазі = 10%. Щоб вирахувати необхідний ГЛБ, ми повинні розрахувати склад нашої масляної фази у відсотках. Тому ми можемо сказати, що 10% нашої формули = 100%. Перерахувавши згідно пропорції, отримаємо:

• оливкова олія - 50%
• кокосова олія - 10%
• олія авокадо - 30%
• карнаубський віск - 10%

Взявши значення ГЛБ кожного компоненту з таблички, можемо обчислити загальний ГЛБ масляної фази за формулою:

ГЛБ олії * (% її додавання/100) + ГЛБ олії * (% її додавання/100) + ГЛБ олії * (% її додавання/100) = потрібне нам ГЛБ масляної фази

Нижче ви можете бачити приклад розрахунку ГЛБ масляної фази, яку ми взяли за приклад, де 7 - це ГЛБ оливкової олії, а 0,5 - це 50% оливкової олії в складі масляної фази/100, і далі по такій схемі прописуємо кожен компонент і знаходимо необхідне нам значення:

7*0,5+8*0,1+7*0,3+12*0,1=7,6

В результаті розрахунку ми отримали ГЛБ масляної фази 7,6.

Підбір емульгатора за індексом ГЛБ

Якщо у вас голове ще не пішла обертом, продовжуємо далі. Знаючи ГЛБ масляної фази, користуємось вже відомим правилом: для створення стабільної емульсії значення ГЛБ емульгатора повинно дорівнювати значенню ГЛБ масляної фази. Нижче в таблиці наведено індекси ГЛБ поширених емульгаторів. Дану інформацію для вашого конкретного емульгатора можна знайти в технологічній документації чи описі емульгатора на сайті постачальника.

Емульгатор	ГЛБ
Ecomuls 2 in 1	3
Emulpharma 1000	9,5
Sorbitan Olivate	4,7
Emulpharma ECOTECH	8
Arlacel 2121	6
MONTANOV 202	8,3
MONTANOV 68	9,3
Olivem 1000	9
Planta M	12
Plantasens HE20	9,5
Sisterna SP-70C	15
Calcium Stearoyl Lactylate	5.1
Glyceryl Stearate	3,8
Glyceryl Stearate, PEG-100 Stearate	11
Ceteareth-20	15.2
Cetearyl Glucoside	11
Sorbitan Oleate	4,3
Glycol Stearate	2,9
Polysorbate 80	15
Glyceryl Laurate	5,2
Polysorbate 60	14,9
Glycol Distearate	1
Polysorbate 20	16,7
Sorbitan Trioleate	1,8

 

Ви звичайно можете взяти 1 універсальний сумішевий емульгатор, як то Olivem 1000 чи Montanov 68. Проте інколи не варто поспішати обирати 1 емульгатор зі значенням ГЛБ 7-8. Адже експериментально встановлено, що набір декількох емульгаторів: один з більш низьким ГЛБ, а інший з більш високим ГЛБ працюють краще, ніж эмульгатор з проміжним значенням ГЛБ. Тому надавайте перевагу суміші емульгаторів.

Тепер необхідно підібрати пропорції емульгаторів таким чином, щоб підсумкове ГЛБ дорівнювало вже розрахованому нами ГЛБ жирової фази - 7,6.

Обираємо два емульгатори, нехай це будуть: Sorbitan Olivate (ГЛБ 4,7) та Emulpharma 1000 (ГЛБ 9,5).

Прийнявши за частку х - Sorbitan Olivate, складемо рівняння:

Де 4,7 та 9,5 - це значення ГЛБ самих емульгаторів, а 7,6 - це значення, яке нам потрібно отримати. Розв'язавши це рівняння (див. приклад вище), отримаємо значення “х”, воно дорівнює 0,396. Для нас це означає, що потрібно взяти 39,6% Sorbitan Olivate та решта 60,4% прийдеться на Emulpharma 1000. Перш ніж ми обчислимо за формулою відсотки емульгаторів, ми повинні прийняти рішення про те, скільки емульгатора ми хочемо використовувати в нашій формулі. Зазвичай починають з меншого відсотку і тестують, поступово збільшуючи. Для нашого прикладу візьмемо загальний вміст емульгаторів в формулі - 5%. Перерахувавши, отримаємо:

• 5%*0,396 = 1,98 
• 5%*0,604 = 3,02

Округливши, маємо такі кінцеві відсоткові співвідношення емульгаторів у формулі: 2% Sorbitan Olivate, 3% Emulpharma 1000. І тепер можемо повністю записувати формулу,  тестувати її на стабільність і вносити коригування щодо відсотку додавання емульгаторів, якщо це буде потрібно. І не забувайте про використання жирних спиртів у складі масляної фази, щоб ваша емульсія вийшла густа, але при цьому легка на ніжна. Про це ми писали в статті “Жирні спирти в косметиці”.

ГЛБ корисний критерій на етапі підбору емульгатора, проте він не вказує, скільки конкретно емульгатору потрібно взяти від загальної маси емульсії. Тому потрібно орієнтуватися на допустимі межі введення, рекомендовані виробниками, а також прагнути мінімальної необхідної кількості, яка забезпечує стабільність крему. Гідрофільно-ліпофільний баланс важливий, але не єдиний критерій, що визначає стабільність крему. При підборі емульгатора слід також врахувати робочий діапазон pH емульгатору та бажаний pH готової емульсії. А також наявність у формулі специфічних компонентів, які можуть бути несумісними з обраним емульгатором. Бажаємо успіхів у створенні свої власних формул і не забувайте, що на каналі Косметична кухня BEURRE ми регулярно ділимось відеоуроками створення натуральної косметики своїми руками в домашніх умовах.