СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАБИЛЬНОСТИ ЭМУЛЬСИИ КОСМЕТИЧЕСКИХ ПРОДУКТОВ
METHOD OF DETERMINING STABILITY OF COSMETIC PRODUCT EMULSION

Изобретение относится к области масложировой и косметической промышленностям, а именно к способу определения стабильности эмульсии.
Известен способ определения стабильности водно-углеродной эмульсии (пат. РФ 2189026, RU), включающий непрерывное измерение изменения веса гравиметрического детектора, часть которого погружена в указанную смесь. Способ состоит из первой стадии нагревания или охлаждения эмульсии до предварительно заданной температуры и второй стадии, в течение которой эмульсию выдерживают при этой температуре, записывают кривую изменения указанного веса детектора во времени, обеспечивая определение собранной твердой массы, и скорость разделения смеси на две фазы посредством определения наклона этой кривой, причем стабильность эмульсии определяют путем сопоставления с эталонными эмульсиями, стабильность которых известна.
Недостатками данного способа является то, что определение стабильности эмульсии основано лишь на количественном измерении процесса разделения жидких и твердых не смешивающихся фаз с использованием жидкости, которая поддерживается однородной; способ требует дополнительного устройства для измерения разделения эмульсии на несколько жидких и/или твердых фаз, что ведет к трудоемкости процесса определения стабильности эмульсии; способ обеспечивает глобальный анализ всего объема образца, минуя измерения его микроструктуры и касаясь только количественного измерения процесса разделения фаз; данная система определения стабильности и определяется наличием водной фазы в органическом веществе.
В отличие от способа определения стабильности водно-углеводородной эмульсии заявляемый способ определения стабильности эмульсии на основе анализа микроструктуры зависит не от температуры выдерживания эмульсии в момент исследования, а от времени, в течение которого эмульсия подвергается изменениям.
Наиболее близким по технической сущности является способ определения стабильности эмульсии (ГОСТ 29188.3-91 Метод определения стабильности эмульсии. Изделия косметические).
2
3
Способ заключается в том, что две пробирки наполняют на / объема исследуемой эмульсией и взвешивают, результат записывают до второго десятичного знака. Разность массы пробирок с эмульсией не должна превышать 0,2 г. Пробирки помещают в водяную баню или термостат и выдерживают 20 мин при температуре 42-45°С - густые эмульсии, при температуре 22-25°С - жидкие эмульсии. Пробирки вынимают, насухо вытирают их с внешней стороны и устанавливают в гнезда центрифуги. Центрифугирование проводят в течение 5 мин при частоте вращения
-1
100 с. Пробирки вынимают и определяют стабильность эмульсии. Если только в одной пробирке наблюдают расслоение эмульсии, то повторяют испытание с новыми порциями эмульсии.
При определении стабильности жидких эмульсий, если не наблюдают четкого расслоения, содержимое пробирки осторожно выливают на лист белой плотной бумаги и отмечают наличие или отсутствие расслоения эмульсии.
Эмульсию считают стабильной, если после центрифугирования в пробирках наблюдают выделение не более капли водной фазы или слоя масляной фазы не более 0,5 см.
Этот способ основан на наблюдении момента начала расслоения эмульсии на жировую и водную фазы, что определяется в момент проверки косметического средства. Определение проводится визуально и может быть необъективным. Данный метод так же не дает возможности прогнозировать сохранность продукта в течение определенного срока хранения. Недостатком известного способа является отсутствие четких объективных критериев определения стабильности и отсутствие возможности прогнозирования стойкости эмульсии во времени.
Задачей заявляемого изобретения является разработка способа, позволяющего повысить точность определения за счет фиксации процесса разрушения эмульсии с применением инструментальных методов, и разработка способа прогнозирования сроков хранения косметического продукта на основе анализа микроструктуры.
Технический результат заключается в повышении результативности способа определения стабильности эмульсии и разработки способа прогнозирования длительности стабильности эмульсии во времени на основе анализа микроструктуры с перспективой определения сроков хранения косметических средств на эмульсионной основе.
2
2
0
0
Поставленная задача решается за счет того, что в способе определения стабильности эмульсии косметических продуктов, характеризующемся тем, что проводят отбор проб и подготовку проб, центрифугируют, на первом этапе проводят микроскопическое наблюдение отцентрифугированного материала и подсчет количества мицелл n на площадке один см при 10, или 40, или 100-кратном увеличении с последующим сравнением с количеством мицелл n в образце, не повергнутом подготовке, считая эмульсию условно стабильной при n×100/n≥50, а на втором этапе образцы с условно стабильной эмульсией подвергают ускоренному старению в течение месяца путем помещения исследуемых образцов в термостат и выдерживания при температуре 40-42°С и относительной влажности 65±2%, периодически проводя микроскопическое наблюдение образцов на площадке в 1 см при 10, или 40, или 100-кратном увеличении, и проводят статистическую обработку экспериментальных данных с построением математической модели прогноза и решением уравнения вида
2
где n' - количество мицелл, шт./см;
τ - время ускоренного старения, дни:
1
a, a - расчетные коэффициенты экспоненциального уравнения, полученные при обработке экспериментальных данных,
0
0
при τ → заданное время хранения, с расчетом возможного состояния эмульсии при значении n'×100/n≥50 - эмульсию считают стабильной и пригодной для заданного времени хранения, а при n'×100/n≤50 - считают не пригодной для данного времени хранения.
Как известно, эмульсии вода в масле и масло в воде представлены в виде мицелл. Их размер, возможность объединения определяют стабильность их при хранении и возможность слияния их в более крупные мицеллы.
Опытным путем доказано, что кривая зависимости определения соотношения количества мицелл от времени на определенной площади микроскопирования характеризует стабильность эмульсии во времени.
Способ определения стабильности эмульсии осуществляется в несколько этапов: на первом этапе проводится подготовка образцов эмульсии, центрифугирование, микроскопирование и определение стабильности по сравнению количества мицелл в образце эмульсии, прошедшей подготовку с исходным образцом, а на втором этапе проводят ускоренное старение образца при определенных условиях, микроскопирование структуры в определенные временные промежутки, подсчет количества мицелл на определенном пространстве и математическую обработку данных с последующим определением возможных сроков хранения.
Образец крема подвергают ускоренному старению в термостате при влажности 65±2% и температуре 40-42°С. Периодически берут пробу выдержанной эмульсии для оценки ее стабильности заявляемым способом с параллельным проведением определения стабильности по стандартной методике до момента расслоения.
2
Для проведения анализа микроструктуры 1-2 г крема равномерно распределяют по поверхности предметного стекла и накрывают покровным стеклом для предотвращения испарения влаги. Толщина слоя должна обеспечивать просвет мономицеллярной структуры. Предметное стекло помещают под микроскоп, имеющий фотонасадку, и проводят микроскопирование структуры эмульсии при ×10, 40, 100-кратном увеличении с фиксацией изображения. На полученном фотоизображении выделяют площадку в 1 см и делают подсчет количества мицелл. Данные операции повторяют во времени ускоренного старения, а временные характеристики ускоренного старения приводят в таблицу с указанием зависимости количества мицелл от времени ускоренного старения.
По полученным результатам строят кривую, характеризующую зависимость количества мицелл на определяемой площади от времени. График представлен на фигуре 1, где n - количество мицелл, шт./см; τ - время ускоренного старения, дни.
1
1
Из полученного графика зависимости количество мицелл от времени хранения имеет экспоненциальную зависимость. Для получения математической модели зависимости количества мицелл на определяемой площади во времени график аппроксимируется показательной функцией вида n=a exp(aτ), что показано на фигуре 2, где a, a - расчетные коэффициенты экспоненциального уравнения, полученные при обработке экспериментальных данных.
1
Уравнение n=a exp(aτ) проверено на адекватность описанных экспериментальных и расчетных данных. На основании полученных данных все кривые адекватно описывают экспериментальные данные с доверительным интервалом 95%.
С увеличением времени количество мицелл уменьшается и, как известно из экспериментальных данных, эмульсия теряет стабильность, когда разрушается более 50% мицелл. Поэтому, используя разработанную математическую модель, перестроив ее в координатах зависимости к обратному времени, получим уравнение вида n=f(1/τ), τ→∞. Данная модель будет иметь вид, приведенный на фигуре 3, а уравнение, описывающее полученную кривую, представляет выражение вида .
Данный график и полученное уравнение могут быть использованы для определения и прогнозирования сроков хранения косметических продуктов.
Зная уравнение вида , решаем его для определения 1/τ при значении n, равном 50% от исходного, а полученное время используем как возможный срок хранения косметических продуктов. Данный график и полученное уравнение могут быть использованы для определения и прогнозирования сроков хранения косметических продуктов.
Для подтверждения заявленного технического решения были проведены эксперименты по описанной ранее методике в условиях, приведенных в таблице 1.
Таблица 1
Условия проведения эксперимента
Условия эксперимента
Примеры по заявленному способу
Показатели прототипа
Исходный образец без подготовки
1
2
3
Температура водяной бани, °С
42
42
42
42
нет
Время выдерживания перед центрифугированием, мин
20
20
20
20
нет
Частота вращения центрифуги, с<sup>-1</sup>
100
100
100
100
нет
Время центрифугирования, мин
5
5
5
5
нет
Увеличение микроскопа, крат
10
40
100
нет
10
40
100
Площадь площадки, 1 см<sup>2</sup>
1
1
1
нет
1
1
1
Количество мицелл, шт./см<sup>2</sup>
42
33
18
нет
56
43,8
21
Стабильность
75
75,3
75,7
стабильно
n×100/n<sub>0</sub>≥50 (стабильна)
В соответствии с условиями, приведенными в таблице 1, проводятся эксперименты анализа крема косметического на эмульсионной основе.
2
3
Отбирают образцы крема и помещают в две пробирки, наполняя их на / объема исследуемой эмульсией, и взвешивают, результат записывают до второго десятичного знака. Разность массы пробирок с эмульсией не должна превышать 0,2 г. Пробирки помещают в водяную баню или термостат и выдерживают 20 мин при температуре 42-45°С - густые эмульсии, при температуре 22-25°С - жидкие эмульсии. Пробирки вынимают, насухо вытирают их с внешней стороны и устанавливают в гнезда центрифуги. Центрифугирование проводят в течение 5 мин при частоте вращения
-1
2
100 с. Пробирки вынимают и определяют стабильность эмульсии, проводя микроскопическое наблюдение образца, подвергнутого обработке, и исходного на площадке 1 см с увеличением ×10, 40, 100 крат. Проводится визуальный подсчет мицелл и сравнение результатов. Эмульсия теряет стабильность, когда разрушается 50% мицелл. Полученные образцы как по предлагаемому, так и по способу прототипу показали стабильность.
На втором этапе проводится определение возможного времени хранения косметической эмульсии. Предложенный способ реализуется следующими примерами конкретного выполнения.
Пример 1
В настоящем примере описано применение 1 способа изобретения для определения стабильности эмульсии косметического продукта.
Этот способ осуществляется следующим образом.
Берется образец эмульсионного косметического крема. Его подвергают ускоренному старению в термостате при влажности 65±2% и температуре 42°С, при периодическом отборе пробы для оценки ее стабильности по стандартной методике до момента расслоения. Через определенные временные промежутки 1 г анализируемой пробы равномерно распределяют по поверхности предметного стекла и накрывают покровным стеклом. Предметное стекло помещают под микроскоп, имеющий
2
фотонасадку, и проводят микроскопирование структуры эмульсии при ×10-кратном увеличении с фиксацией изображения. На полученном фотоизображении выделяется площадка в 1 см и делают подсчет количества мицелл.
Данные операции повторяются во времени ускоренного старения эмульсии в термостате при температуре 40°С и относительной влажности 65%. Определение мицеллярной структуры проводится по описанной ранее методике с построением графиков прямой и обратной зависимости количества мицелл от времени и определением ожидаемого срока хранения, который составляет 530±10 дней.
Пример 2
2
Этот пример анализирует другие условия эксперимента, когда микроскопирование структуры эмульсии проводят при ×40-кратном увеличении с фиксацией изображения, а на полученном фотоизображении выделяется площадка в 1 см и делается подсчет количества мицелл. Данные заносятся в таблицу 2.
Таблица 2
Изменение количества мицелл во времени
Время ускоренного старения, дни
3
20
31
Количество мицелл, шт./см
41
29
20
Микроскопическое исследование микроструктуры эмульсии анализируемого крема косметического типа масло в воде приведено на фигуре 4.
Все остальные операции проводят аналогично примеру 1.
График зависимости изменения количества мицелл во времени исследуемого косметического средства показан на фигуре 5.
Уравнение n=45,2514×ехр(-0,0252×τ), описывающее полученную кривую, проверено на адекватность описанных экспериментальных и расчетных данных. На основании полученных данных все кривые адекватно описывают экспериментальные данные с доверительным интервалом 95%. Обратная зависимость представлена на фигуре 6.
Как видно из графика зависимости изменения количества мицелл во времени исследуемого косметического средства, с увеличением времени количество мицелл уменьшается, что количественно можно определить, перестроив его в координатах зависимости к обратному времени.
По экспериментальным данным установлено, что ускоренное старение в описанных выше условиях в течение 30 дней соответствует хранению продукта в регламентируемых условиях в течение одного года. Поэтому, рассчитав расчетное значение n' при τ=30 дней
n'=21,
0
получаем n'×100/n=21×100/56=37,5.
Из полученных данных следует, что данный эмульсионный продукт не может храниться в течение года без потерь качества.