Ćwiczenie nr

- Chemia w kosmetologii dla liceum - Surowce kosmetyczne Ćwiczenie 1
Temat: Badanie właściwości tłuszczów i wosków kosmetycznych. Bielenie
wosku pszczelego i badanie jego właściwości.
Cel ćwiczenia: Zapoznanie z właściwościami tłuszczów i wosków jako surowców
kosmetycznych.
I. Część teoretyczna
1. Tłuszcze kosmetyczne
Związki lipidowe, obdarzone działaniem natłuszczającym, mają tendencję do sorpcji na
powierzchni skóry i tym sposobem chronią ją przed nadmiernym odtłuszczeniem i
przesuszeniem. Do kosmetycznych środków natłuszczających należą zarówno związki
syntetyczne, jak i połączenia pochodzenia naturalnego, przy czym nie powinny one dawać
niezgodności z kationo- lub anionoaktywnymi surfaktantami. Środki natłuszczające są
charakterystycznymi składnikami artykułów kosmetycznych zawierających detergenty lub
mających postać roztworów alkoholowo-wodnych. Dokładny mechanizm ich działania nie
jest znany. Prawdopodobnie dzięki powinowactwu do keratyny odkładają się one na skórze,
zastępując zmywany łój, a jednocześnie osłabiają właściwości odtłuszczające samego
preparatu.
Na powierzchni ciała łój skórny oraz woda muszą występować w odpowiednich
proporcjach, bowiem oba składniki związane są w formę emulsji. Prawidłowy skład płaszcza
wodno-lipidowego naskórka oraz jego odczyn pH są istotnymi elementami naturalnej bariery,
chroniącej skórę przed patogennymi drobnoustrojami. Ponadto, związanie wody w formie
emulsji opóźnia jej odparowanie, co wpływa korzystnie na utrzymanie właściwej wilgotności
i elastyczności naskórka.
Warstwa lipidowa naskórka chroni higroskopijne składniki przed wymyciem ich wodą.
Składa się ona głównie z wydzieliny gruczołów łojowych, tłuszczu, naskórka i potu.
Lipidy znajdujące się na powierzchni skóry zawierają około:
•
28% wolnych kwasów tłuszczowych,
•
33% triacylogliceroli,
•
14% wosków,
•
5% cholesterolu i jego estrów,
•
5% skwalenu,
1
- Chemia w kosmetologii dla liceum - Surowce kosmetyczne •
8% węglowodorów parafinowych i 7% związków niezidentyfikowanych.
Mieszanina wymienionych lipidów i wody tworzy na powierzchni skóry emulsję, najczęściej
typu woda w oleju.
Z uwagi na ich właściwości natłuszczające w kosmetyce stosowane są, m. in.
z połączeń naturalnych :
•
stałe i ciekłe substancje tłuszczowe pochodzenia roślinnego (oleje, masła, woski)
•
tłuszcze wełny owczej (lanoliny)
•
kazeina,
•
lecytyny,
•
produkty sekrecji gruczołu kuprowego ptaków wodnych,
•
substancje mineralne (pochodne ropy naftowej)
z połączeń syntetycznych:
•
kwasy tłuszczowe oraz ich pochodne (estry, amidy),
•
alkohole tłuszczowe i ich estry,
•
oksyalkilowane alkohole tłuszczowe, wełniane i wielowodorotlenowe, a także
•
perhydroskwalen (skwalan).
Zestawienie związków chemicznych stosowanych jako substancje natłuszczające w
kosmetyce przedstawia schemat.
LIPIDY
Alkohole
tłuszczowe
glicerydy
woski
sterole
sfingolipidy
Estry
syntetyczne
monoglicerydy
stałe
zwierzęce
triglicerydy
ciekłe
roślinne
ceramidy
2. Budowa i rodzaje wosków
W odróżnieniu od estrów glicerolu i jednokarboksylowych kwasów tłuszczowych
nasyconych i nienasyconych nazywanych tłuszczami, estry kwasów tłuszczowych i wyższych
alkoholi monohydroksylowych o wzorze ogólnym CH2(CH2)n-C(O)O(CH2)mCH3 nazywa się
woskami. Są to substancje zarówno pochodzenia naturalnego (roślinnego, zwierzęcego jak i
mineralnego) jak też otrzymywane syntetycznie. Woski naturalne są chemicznie
2
- Chemia w kosmetologii dla liceum - Surowce kosmetyczne niejednorodne. Oprócz typowych estrów w ich skład wchodzą także: kwasy tłuszczowe,
nierozgałęzione wyższe alkany, hydroksykwasy, estry alkoholi steroidowych i inne związki.
Wszystkie woski to substancje drobnokrystaliczne, stałe, mięknące w stosunkowo niskiej
temperaturze. Podstawowe właściwości najważniejszych wosków, stosowanych jako surowce
kosmetyczne, zestawiono poniżej.
Masło Shea (Karite) (INCI: Butyrospermum Parkii) jest to naturalny tłuszcz z
orzechów drzewa rosnącego w Afryce masłosza jadalnego. Jest to miękka substancja o
temperaturze topnienia ok. 36 oC. Z uwagi na dużą zawartość wielu aktywnych składników,
takich jak: kwasy tłuszczowe, witaminy E i F, prowitamina A, alantoina oraz trójglicerydy
jest bardzo cennym surowcem, wykorzystywanym w kremach, balsamach do ciała i włosów,
mydłach, błyszczykach. Działa przeciwstarzeniowo, łagodzi podrażnienia, nawilża, zmiękcza
blizny, wzmacnia cement międzykomórkowy warstwy rogowej naskórka. Jest też naturalnym
filtrem promieni UV. Nie wykazuje działania alergizującego. Masło shea stosuje się także w
produkcji czekolady jako tańszy a jednocześnie lepszy zamiennik masła kakaowego.
Surowiec ten znany jest pod nazwą handlową Effadiane®.
Wosk pszczeli (INCI: Beeswax, Cera flava), najważniejszy wosk zwierzęcy.
Dominującym składnikiem jest palmitynian mirycylowy. Występują także alkohole woskowe
i węglowodory parafinowe. Stosowany jest jako podstawa maści, kremów, sztyftów, czynnik
wiążący, regulator konsystencji a także pseudoemulgator w maściach chłodzących. Kwasy
wosku pszczelego (INCI: Beeswax acid) są stosowane jako emulgatory O/W. W produkcji
kosmetyków duże znaczenie ma także wybielony wosk pszczeli (INCI: Cera Alba).
Wosk karnauba (INCI: Cera Carnauba) wosk roślinny z liści kopernicji, rosnącej w
Brazylii palmy Copernicca Cerifera. Jest żółty i ma stosunkowo wysoką temperaturę
topnienia oraz dobrą mieszalność z większością innych wosków.
Jest jednym z
najtwardszych wosków naturalnych na rynku kosmetycznym. Ma działanie natłuszczające,
zmiękczające i nadające połysk. Stosowany często jako regulator konsystencji, ma również
właściwości pielęgnacyjne skórę. Jest alternatywą do wosku pszczelego dla osób, które wolą
produkty pochodzenia roślinnego. Jeśli jest stosowany jako substytut wosku pszczelego, w
istniejącej recepturze, można zmniejszyć ilość wosku o połowę.
Wosk Candelilla (INCI: Candelilla Cera) to także surowiec roślinny, pozyskiwany z
liści drzewa Pedilanthes Pavonis, rośliny wywodzącej się z USA i Południowej Ameryki. Z
liści tego drzewa otrzymuje się poprzez ekstrakcje wosk, który ma wygląd brązowawej do
3
- Chemia w kosmetologii dla liceum - Surowce kosmetyczne żółtej masy, twardszej od wosku pszczelego, miększej od wosku Carnauba. Jest to substancja
nierozpuszczalna w wodzie, dobrze rozpuszczalna w benzolu i w acetonie. Rozgrzany wosk
candelilla zapachem przypomina wosk pszczeli, w stanie zimnym jest bezzapachowy. Ma
właściwości natłuszczające, na skórze tworzy ochronny film. Sprawia, że skóra jest miękka,
elastyczna i gładka. Stosowany także jako regulator konsystencji i składnik stabilizujący
emulsje. W kosmetyce główne zastosowanie znajduje w szminkach. Wosk Candelilla jest
stosowany także w wyrobach spożywczych jako czynnik glazurujący (np. w słodyczach),
oznaczany jako E 902.
Wosk z oleju mineralnego (INCI: Cera Microcristallina) o stosunkowo wysokiej
temperaturze topnienia (in. ozokeryt; INCI: Ozokerite) o wysokiej zawartości cerezyny
(INCI: Ceresin) i niskiej zawartości n-parafin. Regulator konsystencji preparatów
niezawierających wody (środek zagęszczający i wiążący). Przy dużym stężeniu daje efekt
okluzyjny, a nawet wykazuje działanie komedogenne.
Olbrot to rzadko dzisiaj wykorzystywany wosk, który uzyskiwano kiedyś z jamy
głownej waleni Physter monocephalus. Jest to gatunek wielorybów występujący na Oceanie
Spokojnym i Indyjskim. W jamie ich czaszek znajduje się olej, z którego przez wymrożenie
wykrystalizowuje się do 10% olbrotu. Oczyszczony surowiec jest białą krystaliczną
substancją o temp. topnienia około 50 Co. Olbrot zawiera głównie palmitynian cetylu i inne
estry cetylowe. Wosk ten był kiedyś stosowany do wyrobu maści i kremów, w tym tak zwanej
maści chłodzącej (tzw. Cold Crem)
. Obecnie jednak surowiec ten jest bardzo trudno
dostępny, stąd jest bardzo rzadko stosowany. W przemyśle kosmetycznym zastąpiono go
syntetyczną pochodną.
Lanolina bezwodna (INCI: Lanolin Alkohol) (Synonimy: Tłuszcz z wełny, Wosk
z wełny). Lanolina jest tłuszczem, który uzyskuje się z wełny owczej podczas jej
odtłuszczania i oczyszczania (między innym z kwasów tłuszczowych) przy użyciu
rozpuszczalników organicznych lub roztworów wodorotlenków potasowych. Uzyskana w
ten sposób masa jest poddawana szeregom zabiegów, które mają na celu jej oczyszczenie,
wybielenie i odwonienie. Uzyskany w ten sposób surowiec jest jasnobrązową, tłustą masą
o charakterystycznym "ostrym" zapachu. Lanolina bezwodna ma skomplikowany skład
chemiczny. Zawiera ona bardzo różnorodne połączenia estrowe steroli (głównie
cholesterolu) i wyższych alkoholi alifatycznych z kwasami tłuszczowymi. W farmacji
lanolina znalazła zastosowania do formulacji różnego rodzaju maści. Nie bez znaczenia
4
- Chemia w kosmetologii dla liceum - Surowce kosmetyczne jest tu fakt, że wosk ten ma własności emulgujące i pozwala na wytworzenie w maściach
emulsji woda/olej. Mówiąc prościej, umożliwia ona wprowadzenie w podłoże maści
różnych roztworów, które są z niej uwalniane na powierzchni skóry w trakcie wchłaniania
maści. Również sama lanolina bardzo dobrze pielęgnuje naskórek, zmiękczając go. Wadą
tego tłuszczu jako podłoża do maści może być jego charakterystyczny zapach, który dla
niektórych osób nie jest miły. Można go jednak zamaskować poprzez dodatek niewielkich
ilości olejków eterycznych. Lanolina jest wrażliwa na utlenianie oraz może zawierać
zanieczyszczenia środowiskowe, odpowiedzialne za alergie.
Wymienione rodzaje wosków są ważnymi surowcami kosmetycznymi. Poza nimi na
rynku znanych jest cały szereg różnorodnych preparatów, które w nazwie zawierają
określenie woski – ich znaczenie jest jednak zgoła inne, są to najczęściej już gotowe
wyroby o różnym przeznaczeniu, np. do depilacji, do masażu, itp.
3. Metody oczyszczania wosku pszczelego
Aby wyodrębnione z różnych naturalnych źródeł woski stały się surowcem
kosmetycznym, należy je poddać całemu szeregowi procesów, mających na celu
odpowiednie przygotowanie surowca. Procesy te służą: rozdziale frakcji zawierających
różne grupy związków chemicznych, oczyszczaniu surowca (np. bieleniu), stabilizacji, itp.
W przypadku wosku pszczelego, żółtej lub żółtobrązowej substancji, ważne jest jej
wybielenie.
Metody bielenia wosku zasadniczo można podzielić na dwie kategorie:
- fizyczne,
- chemiczne.
Do metod fizycznych możemy zaliczyć:
- promieniowanie UV,
- metody sorpcyjne.
Zaletami tych metod jest to, że pozostawiają one swoisty zapach wosku pszczelego.
Metody chemiczne wymagają zastosowania różnego rodzaju substancji o charakterze
utleniającym, takich jak:
- nadtlenek wodoru
- manganiany (VII) potasu, amonu, srebra,
- dichromiany(VI) potasu, sodu, amonu,
5
- Chemia w kosmetologii dla liceum - Surowce kosmetyczne - kwas siarkowy,
- kwas ortofosforowy,
- kwas szczawiowy
i inne związki utleniające.
Minusem tej metody jest pozbawienie wosku jego naturalnego zapachu lub też wosk może
nabyć obcego zapachu (tzw. chemicznego).
6
- Chemia w kosmetologii dla liceum - Surowce kosmetyczne II. Część doświadczalna
Sprzęt:
Odczynniki:
Nazwa
Wosk pszczeli surowy
Perhydrol (nadtlenek
30%)
wodoru
Kwas ortofosforowy
Kwas szczawiowy stały
Wodorotlenek sodowy (10 %
roztwór wodny)
Lanolina, wazelina, oleje roślinne,
smalec, parafina, masło karite
Rozpuszczalniki: eter etylowy,
alkohol
etylowy,
glikol
etylenowy, olej parafinowy, olej
rycynowy,
Ilość
Nazwa
Ilość
5g
probówki
Pipety pojemności:
5 cm3
1 cm3
Zlewki 25 cm3
Pipety Pasteura
10 szt
5 cm
3
5 cm3
20–30 mg
5 cm3
-
1 szt.
2 szt.
3 szt.
3 szt.
Po ok. 1g
Po ok. 5 cm3
Wykonanie ćwiczenia
1. Bielenie wosku pszczelego: W trzech suchych zlewkach umieścić po ok. 1 g
surowego wosku pszczelego. Zlewki umieścić na kuchence elektrycznej a w jednej z nich
umieścićc termometr. Włączyć ogrzewanie, stopić wosk i zanotować temperaturę jego
topnienia. Następnie w każdej z trzech zlewek przeprowadzić próby bielenia wosku z
wykorzystaniem dostępnych odczynników. W tym celu do pierwszej probówki wkraplać
roztwór nadtlenku wodoru, ostrożnie mieszając jej zawartość i utrzymywać w stanie
łagodnego wrzenia. Obserwować zmiany. Następnie odstawić zlewkę do rozdzielenia obu
warstw – woskowej i wodnej zawierającą ewentualne zanieczyszczenia. Porównać barwę
wosku surowego i poddanego rozjaśnianiu
W drugiej probówce przeprowadzić próby bielenia z wykorzystaniem kwasu
ortofosforowego (dodawać kroplami ok. 4 – 5 cm3) a w trzeciej zastosować wodny roztwór
kwasu szczawiowego, przygotowany wcześniej przez rozpuszczenie 0,2 – 0,3 g (COOH)2 w
10 cm3 wody. Następnie obie zlewki odstawić do zestalenia wosku. Dokonać obserwacji
analogicznie jak pierwszej zlewki.
2. Badanie właściwości fizycznych substancji tłuszczowych: Scharakteryzować
właściwości fizyczne dostępnych surowców. Wykonać na grzbiecie dłoni lub na wybranym
obszarze przedramienia próby z rozprowadzaniem substancji. Zwrócić uwagę na
oddziaływanie na skórę (natłuszczenie, nawilżenie, czas pozostawania na powierzchni skóry,
7
- Chemia w kosmetologii dla liceum - Surowce kosmetyczne itp.) Sprawdzić rozpuszczalność dostępnych w ćwiczeniu substancji tłuszczowych w wodzie
oraz podanych rozpuszczalnikach. Substancje stałe stopić i określić temperaturę topnienia.
Podczas prób roztwarzania tłuszczów w wodzie sprawdzić jak zachowują się po dodaniu
kilku kropli wodorotlenku sodowego.
III. Sprawozdanie
Scharakteryzować surowy wosk pszczeli oraz pozostałe substancje tłuszczowe – barwa,
zapach, konsystencja, temperatura topnienia, rozpuszczalność. Opisać przeprowadzone
procesy
bielenia wosku – podać obserwacje oraz wyjaśnić zachodzące zmiany.
Scharakteryzować otrzymany rozjaśniony produkt (konsystencja, barwa, zapach). Wskazać
najdogodniejszy odczynnik do rozjaśniania wosku.
IV. Wymagania teoretyczne
Związki tłuszczowe: budowa, podział i właściwości. Woski: występowanie w
przyrodzie, właściwości i zastosowanie w przemyśle kosmetycznym. Metody oczyszczania
wosku pszczelego.
V. Utylizacja
Po zakończeniu ćwiczenia roztwory zlać do pojemnika oznaczonego literą O.
Otrzymany wybielony wosk zabezpieczyć do następnego ćwiczenia.
VI. Zalecana literatura
1. W. Malinka, Zarys chemii kosmetycznej, Volumed, Wrocław, 1999.
2. M. Dziankowski, Chemia surowców kosmetycznych, Zakład Wydawnictw CZSP,
Warszawa 1975.
3. A. Marzec, Chemia kosmetyków – surowce, półprodukty, preparatyka wyrobów, Dom
organizatora, Toruń 2001. Chemia nowoczesnych kosmetyków – substancje aktywne w
preparatach i zabiegach kosmetycznych, Toruń 2010
4. R. Glinka, Receptura kosmetyczna, Oficyna Wydawnicza MA, Łódź 2003.
5. R. Glinka, W. Brud, Technologia kosmetyków, Oficyna Wydawnicza MA, Łódź 2003.
6. A. Jabłońska – Trypuć, R. Czerpak, Surowce kosmetyczne i ich składniki, Wyższa Szkoła
Kosmetologii i Ochrony Zdrowia w Białymstoku, Białystok 2007.
VII. Opracowanie ćwiczenia i instrukcji: Danuta Kroczewska
modyfikacja – czerwiec 2012)
8
(grudzień 2008;