Способ определения стабильности эмульсии косметических продуктов

Способ определения стабильности эмульсии косметических продуктов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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).

Способ заключается в том, что две пробирки наполняют на ²/₃ 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

100 с^-1. 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.

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 см² при 10, или 40, или 100-кратном увеличении с последующим сравнением с количеством мицелл n₀ в образце, не повергнутом подготовке, считая эмульсию условно стабильной при n×100/n₀≥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 см² при 10, или 40, или 100-кратном увеличении, и проводят статистическую обработку экспериментальных данных с построением математической модели прогноза и решением уравнения вида

где n' - количество мицелл, шт./см²;

τ - время ускоренного старения, дни:

a, a₁ - расчетные коэффициенты экспоненциального уравнения, полученные при обработке экспериментальных данных,

при τ → заданное время хранения, с расчетом возможного состояния эмульсии при значении n'×100/n₀≥50 - эмульсию считают стабильной и пригодной для заданного времени хранения, а при n'×100/n₀≤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.

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 см² 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.

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(a₁τ), что показано на фигуре 2, где a, a₁ - расчетные коэффициенты экспоненциального уравнения, полученные при обработке экспериментальных данных.

Уравнение n=a exp(a₁τ) 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-1	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 см2	1	1	1	нет	1	1	1
Количество мицелл, шт./см2	42	33	18	нет	56	43,8	21
Стабильность	75	75,3	75,7	стабильно
n×100/n0≥50 (стабильна)

В соответствии с условиями, приведенными в таблице 1, проводятся эксперименты анализа крема косметического на эмульсионной основе.

Отбирают образцы крема и помещают в две пробирки, наполняя их на ²/₃ 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

100 с^-1. Пробирки вынимают и определяют стабильность эмульсии, проводя микроскопическое наблюдение образца, подвергнутого обработке, и исходного на площадке 1 см² 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

фотонасадку, и проводят микроскопирование структуры эмульсии при ×10-кратном увеличении с фиксацией изображения. На полученном фотоизображении выделяется площадка в 1 см² 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

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 см² 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,

получаем n'×100/n₀=21×100/56=37,5.

Из полученных данных следует, что данный эмульсионный продукт не может храниться в течение года без потерь качества.

Способ определения стабильности эмульсии косметических продуктов, характеризующийся тем, что проводят отбор проб и подготовку проб, центрифугируют, отличающийся тем, что на первом этапе проводят микроскопическое наблюдение отцентрифугированного материала и подсчет количества мицелл n на площадке 1 см² при 10, или 40, или 100-кратном увеличении с последующим сравнением с количеством мицелл n₀ в образце, не подвергнутом подготовке, считая эмульсию условно стабильной при а на втором этапе образцы с условно стабильной эмульсией, подвергают ускоренному старению в течение месяца путем помещения исследуемых образцов в термостат и выдерживании при температуре 40-42°С и относительной влажности 65±2%, периодически проводя микроскопическое наблюдение образцов на площадке в 1 см² при 10, или 40, или 100-кратном увеличении и статистическую обработку экспериментальных данных с построением математической модели прогноза и решением уравнения вида где n' - количество мицелл, шт./см²;τ - время ускоренного старения, дни; - расчетные коэффициенты экспоненциального уравнения, полученные при обработке экспериментальных данных,при τ → заданное время хранения, с расчетом возможного состояния эмульсии при значении эмульсию считают стабильной и пригодной для длительного хранения, а при считают не пригодной для длительного хранения.