Использование полисорбата в натуральной косметике

Использование полисорбата в натуральной косметике

Автор: Матильда Купка, Лодзинский технический университет

Дата представления: 16.02.2021

 

  1. Обзор полисорбатов

Полисорбаты — это семейство амфипатических неионных поверхностно-активных веществ. Это маслянистые вещества, полученные из этоксилированного сорбитана или изосорбида, этерифицированного жирными кислотами.Полисорбаты имеют много разных форм, но обычно они различаются по количеству  полимеризованных оксиэтиленовых субъединиц, а также числом и типом фрагментов жирных кислот, присутствующих в их структуре[1]Наиболее часто используемыми строительными единицами полисорбатов являются полиэтоксилированный сорбитан или эфиры сорбитола жирных кислот.Каждый ингредиент имеет общую структуру сорбитана или сорбита, этерифицированного цепями ПЭГ и этерифицированного жирными кислотами.

Существует два возможных пути синтеза полисорбатов.Первый путь заключается в этерификации сорбита жирными кислотами или их ангидридами.Этот метод обычно требует присутствия кислотного катализатора. Обычно процесс проводят при температуре 130-180 °C. При этой температуре вода полностью удаляется из сорбита. Оставшаяся молекула может образовывать три возможных изомера сорбитана.Если происходит удаление другой молекулы воды, то продукт может быть преобразован в изосорбид. Продукты дегидратации сорбита реагируют с жирной кислотой и в результате образуют определенные эфиры сорбитана.

Другой метод производства полисорбатов — это реакция сорбита с этиленоксидом и основным катализатором при 200-250 ° C. Такие условия позволяют изомеризовать молекулу сорбита, как указано выше.Затем добавляют оксид этилена и в результате получают этоксилированные продукты.Эти конечные продукты называются карбоваксами и могут быть этерифицированы жирными кислотами с образованием олигомеров полисорбатов.[2]

Рисунок 1.Структура полисорбата на основе сорбита, сорбитана, полисорбата на основе сорбита и сорбита[3].

Полисорбаты — это амфифильные молекулы. Чаще всего они присутствуют в виде вязких жидкостей в цветовой гамме от желтого до желто-оранжевого. Их  aромат можно охарактеризовать как слабый характерный запах.Вкус полисорбатов немного горький.Сообщенные общие химические и физические свойства монолаурата сорбитана, этоксилированного, и моностеарата сорбитана, этоксилированного, представлены в Таблице 1 и Таблице 2 соответственно.[4]

Таблица 1. Химические и физические свойства этоксилированного монолаурата дженерика сорбитана.

 

 

Таблица 2. Химические и физические свойства этоксилированного моностеарата сорбитана.[5]

Полисорбаты широко используются в пищевой и фармацевтической промышленности.Они могут действовать как стабилизаторы белка, что помогает продлить срок годности лекарственного препарата.Однако они представляют собой химически разнообразные смеси, которые могут разлагаться в результате окисления и гидролиза. Разложение полисорбата может отрицательно повлиять на качество, эффективность, безопасность или стабильность белковой композиции.Поэтому органы здравоохранения все еще работают над введением новых стратегий контроля, чтобы гарантировать постоянное содержание полисорбатов в лекарствах и медикаментах. Кроме того, полисорбаты являются отличными эмульгаторами и поверхностно-активными веществами.Они также обладают растворимостью в воде, что делает их безопасными и экологически чистыми. Благодаря своим поверхностно-активным и эмульгирующим свойствам они часто используются в производстве натуральной косметики, поскольку являются безопасной, не раздражающей и экологически чистой альтернативой другим химическим веществам

2. Полисорбат 20

Одним из наиболее часто используемых вариантов полисорбатов, используемых в косметической промышленности, является Полисорбат 20 (полиоксиэтилен (20) сорбитанмонолаурат). Это лауриновая кислота с приблизительным гидрофильно-липофильным балансом 16,7.[6] Основными компонентами ПС 20 являются: сорбит, жирные кислоты со средней длиной алкильной цепи 12 атомов углерода и оксид этилена (ЭО)

 

.Рисунок 2. Молекулярная структура полисорбата 20 (полиоксиэтилен (20) сорбитанмонолаурат)

Полисорбат 20 является неионогенным поверхностно-активным веществом и находит применение в различных косметических продуктах и ​​продуктах личной гигиены.Благодаря своей маслянистой, жидкой и щадящей природе ПС 20 действует как неионогенное поверхностно-активное вещество и смачивающий агент, тем самым улучшая растекаемость жидкостей. Он также обычно используется в качестве солюбилизатора, поскольку позволяет добавлять ароматизаторы и эфирные масла к различным типам косметических основ.Это вещество предотвращает разделение масел и оснований, таких как крем, жидкость или гелевая основа. Полисорбат 20 часто действует как диспергатор, поскольку он помогает рассеивать масла в воде и как антистатический агент, предотвращающий накопление статических зарядов. Добавление этого соединения в косметику на масляной основе также может уменьшить и предотвратить их слипание или оседание. Кроме того, он используется в качестве загустителя и модификатора вязкости, поскольку он останавливает изменения вязкости продукта при изменении температуры. Он помогает продуктам сохранять аромат и прозрачность.[7]

Полисорбат 20 обычно добавляют в косметику на водной основе, чтобы обеспечить смешение эфирных масел и ароматических масел с основами, в которые они добавлены. Поскольку он не вызывает раздражения и успокаивает, его часто используют в средствах для ванн, очищающих средствах для лица, детских продуктах и ​​шампунях. Другие применения Полисорбатa 20 включают кремы для лица, льняные спреи, лосьоны для тела, бальзамы, мази, помады, лаки для волос и солнцезащитные кремы.[8]

Что касается токсичности или потенциальной опасности полисорбата 20, то до сих пор исследования не выявили серьезных проблем. Тем не менее, согласно паспорту безопасности Cayman Chemicals, этот материал может вызывать раздражение слизистых оболочек и верхних дыхательных путей. Проглатывание, вдыхание или абсорбция через кожу также могут быть опасными, если не соблюдать осторожность. Основные побочные эффекты от использования Полисорбата 20 включают раздражение глаз, кожи и дыхательной системы.[9] Однако в большинстве исследований, проведенных на людях, касающихся раздражения материала, Полисорбат 20 не оказывал раздражающего действия на кожу.[10] Токсические свойства тщательно не исследованы. Данных о канцерогенности не публиковалось. Группа экспертов Cosmetics Ingredient Review (CIR) провела оценку данных и пришла к выводу, что Полисорбат 20 безопасен в качестве косметического ингредиента.[11]

3. Polysorbate 60

Другой тип полисорбата, используемый в косметической промышленности, — это Полисорбат 60 ((полиоксиэтилен (20) сорбитанмоностеарат)). Он выпускается в виде оранжевой маслянистой вязкой жидкости при комнатной температуре. При более низких температурах он становится полутвердым. PS 60 имеет гидрофильно-липофильное соотношение 14,9. Из-за большей длины стеариновой кислоты она немного более липофильна, чем Полисорбат 20.

Метод производства состоит из реакции стеариновой кислоты с сорбитолом, а затем с оксидом этилена. Этот метод называется «этоксилирование сорбитана». Сорбитан — это дегидратированная форма сорбита. В реакции этоксилирования к субстрату добавляют оксид этилена. Сорбитан реагирует с 60 единицами ЭО, отсюда и название. Заключительным этапом производства полисорбата 60 является реакция с жирными кислотами, которые обычно получают из растительных жиров и масел.[12]

Рисунок 3. Структура Полисорбата 60.[13]

Благодаря высокому гидрофильному и липофильному балансу он используется для смешивания ингредиентов на основе воды и масла, а также для предотвращения их разделения. Материал часто смешивают с эмульгаторами с низким соотношением ГЛБ, чтобы помочь с эмульсиями масло в воде и вода в масле. Полисорбат 60 находит применение в продуктах, требующих вспенивания, аэрации и смешивания масел и водных основ. В средствах для ухода за кожей и косметических продуктах он в основном используется в качестве поверхностно-активного вещества, эмульгатора и солюбилизатора. Как поверхностно-активное вещество, он работает за счет снижения поверхностного натяжения таких веществ, как две жидкости или жидкость и твердое тело. Гидрофильный конец притягивается к молекуле воды, тогда как липофильный конец притягивается к маслу. Такая структура позволяет поверхностно-активному веществу удерживать масло, грязь и другие загрязнения, накопившиеся на коже. Свойства поверхностно-активных веществ пригодятся в средствах для мытья тела, шампунях и очищающих средствах. В качестве эмульгатора, поскольку он помогает ингредиентам на водной и масляной основе смешиваться и поддерживать желаемую целостность. Добавление Полисорбата 60 помогает улучшить консистенцию продукта и позволяет равномерно распределять полезные свойства местного ухода за кожей. Наконец, Полисорбат 60 действует как солюбилизатор, что означает, что он помогает другим материалам растворяться в растворителе, в котором они обычно не растворяются. Он помогает диспергировать масло в воде, следовательно, является отличным солюбилизатором эфирных масел.[14]

При ежедневном исследовании окраски кожи 5% -ным раствором PS 60 на кроликах наблюдалось умеренное раздражение. При испытании 10% раствора произошел некроз кожи. Однако в дальнейших исследованиях не было выявлено кожных эффектов от 15% раствора, используемого в течение 60 дней подряд. Местное воспаление также возникло после длительного введения неразбавленного раствора полисорбата 60 на кожу мыши. Однако в исследовании, проведенном на людях, не было замечено раздражения или изменений кожи.[15]Экспертная группа CIR рассмотрела данные о безопасности Полисорбата 60 и пришла к выводу, что он безопасен в качестве ингредиента в косметических и косметических продуктах.

4. Polysorbate 80

Полисорбат 80 — это синтетический ингредиент, синтезируемый путем дегидратации сорбита, этерификации олеиновой кислотой и этерификации оксидом этилена. Для этого требуется в среднем 20 полимеризованных оксидов этилена на молекулу  Полисорбата 80. Техника, использованная при производстве материала, называется «этоксилирование сорбита». Как и в случае с Полисорбатом 60, сорбитан получают путем дегидратации сорбита, а затем сорбитан реагирует с 80 единицами этиленоксида, отсюда и название соединения. На последней стадии добавляется одна группа олеиновой кислоты, которая этерифицируется в виде гидрофобного хвоста.

Полисорбат 80 представляет собой вязкую жидкость желтого цвета. Он имеет температуру кипения более 100° C.

Характеризуется высокой растворимостью в воде.

Рисунок 4. Структура Полисорбата 80.[17]

Полисорбат 80 в основном используется в качестве поверхностно-активного вещества, эмульгатора и солюбилизатора. Он имеет значение HLB 15, что делает его очень растворимым в воде. Он используется в процессе эмульгирования ингредиентов на масляной и водной основе, предотвращая их разделение. В качестве поверхностно-активного вещества полисорбат 80 широко используется в средствах для мытья тела, очищающих средствах и шампунях. Он имеет нейтральный заряд, что делает его пригодным для использования в качестве поверхностно-активного агента и, следовательно, снижения поверхностного натяжения. При использовании отдельно полисорбат 80 является отличным солюбилизатором эфирных масел, а также смачивающим агентом, модификатором вязкости, антистатическим агентом, стабилизатором и диспергирующим агентом. Полисорбат 80 также может улучшить смывание безводных скрабов и очищающих масел.[18]

По данным Экспертной группы по изучению химических ингредиентов, полисорбат 80 не оказывает раздражающего воздействия на кожу человека. В тестах на человеческих пластырях материал не был сенсибилизирующим. Признаков раздражения или сенсибилизации не наблюдалось ни у одного субъекта, независимо от периода времени. Данные о канцерогенности полисорбатов в опубликованной литературе отсутствуют. В другом исследовании, касающемся воспроизводства и развития плода, полисорбат 80 вводили белых крыс на 6-15 дни беременности. Материнской смертности не наблюдалось. Более того, материал не влиял на вес, вес органов или потребление воды. Не наблюдалось никаких побочных эффектов для плода, включая рост, жизнеспособность или развитие плода. Не наблюдалось различий в пороках развития между группами лечения и контрольной группой.[19

5. Оценка безопасности полисорбатов, используемых в натуральной косметике

Несмотря на общее одобрение полисорбатов в косметической промышленности, все еще есть некоторые опасения по поводу присутствия окиси этилена в этих ингредиентах. Процесс этоксилирования может привести к загрязнению 1,4-диоксаном, потенциально опасным побочным продуктом. 1,4-диоксан — это известный канцероген для животных, который легко проникает в кожу. Согласно Национальной токсикологической программе, «1,4-диоксан разумно считается канцерогеном для человека». Более того, его связывают с раздражением кожи.[20]Однако оценка CIR не показала изменений кожи или сенсибилизации кожи, но продукты, содержащие полисорбаты.[21]Oзабоченность по поводу этиленоксида можно легко решить, контролируя продукты с помощью этапов очистки, чтобы удалить его перед добавлением материала в косметику.

Еще одна проблема, исследованная группой экспертов CIR, — это случайное вдыхание, в том числе от аэрозолей и спреев для волос, дезодорантов, спреев для тела и рук, а также увлажняющих спреев. Однако доступ к исследованиям по этой теме очень ограничен. Только одно ингаляционное исследование было признано надежным. Это предполагает небольшой потенциал респираторных эффектов при соответствующих дозах. Экспертная группа считает, что размеры существенного большинства частиц этих ингредиентов при производстве превышают вдыхаемый диапазон и / или агрегатируются и агломерируются с образованием гораздо более крупных частиц в составе. Такие ингредиенты составляют лишь небольшую часть аэрозолей, около 4%. Учитывая незначительное фактическое воздействие и небольшую концентрацию полисорбатов, Группа согласилась с тем, что случайное вдыхание не будет значительным и не приведет к местным респираторным или системным эффектам. Более того, не наблюдалось системной токсичности независимо от размера доз. В нескольких кожных тестах было отмечено незначительное раздражение или сенсибилизация или его отсутствие.[22]

В заключение, полисорбаты безопасны в качестве ингредиентов натуральной косметики. Исследования доказали, что людям, использующим продукты, не наносится практически никакого вреда, независимо от концентрации соединения. Во многих тестах не наблюдалось проблем с дыханием или кожей. Оксид этилена, вызывающий опасения, можно легко обнаружить и удалить из косметики с помощью процесса очистки. Более того, из-за своей водорастворимости полисорбаты считаются экологически безопасных. Представленные исследования показывают, что полисорбаты безопасны для человеческого организма и могут использоваться в качестве ингредиентов натуральной косметики.

[1] Элдер, РЛ. (1984) «Заключительный доклад об оценке безопасности полисорбатов», опубликованный в журнале Американского колледжа токсикологии, США.

[2] CIR (2015) «Оценка безопасности полисорбатов, используемых в косметике» [онлайн], доступно на: https://www.cir-safety.org/sites/default/files/PSorba_032015_Tent.pdf (доступно: 15.02.2021)

[3] Ibid.

[4] Ibid.

[5] Ibid.

[6] Oxiteno (2018) «Что такое полисорбат?» [Онлайн], доступно на:  https://www.oxiteno.us/what-is-polysorbate-20-vs-60-vs-80-uses/ (доступно: 15.02.2021)

[7] New Directions Aromatics (2018) «Полисорбат 20» [онлайн], доступно на: https://www.newdirectionsaromatics.com/blog/products/all-about-solubilizer-polysorbate.html#:~:text=Polysorbate% 2020% 20is% 20a% 20 нежно, улучшает% 20the% 20 распространяемость% 20% 20 жидкостей. & text = As% 20a% 20disper sant% 2C% 20it% 20also, oil% 20from% 20clumping% 20or% 20setting (доступно: 15.02.2021)

[8] Ibid.

[9] Cayman Chemicals (2019) «Паспорт безопасности»

[10] Ibid.

[11] Ibid.

[12] Special Chem «Полисорбат 60»[Онлайн], доступно на: https://cosmetics.specialchem.com/inci/polysorbate-60   (доступно: 16.02.2021)

[13] The Derm Review (2020) «Следует ли мне избегать использования Полисорбата 60?» [Онлайн], доступно на:  https://thedermreview.com/polysorbate-60/   (доступно: 16.02.2021)

[14] Ibid.

[15] Ibid.

[16] The Derm Review (2020) «Полисорбат 80» [Онлайн], доступно на:  https://thedermreview.com/polysorbate-80/  (доступно: 16.02.2021)

[17]   SciToys (2020) «Полисорбат 80» [Онлайн], доступно на:  https://sci-toys.com/ingredients/polysorbate_80.html  (доступно: 16.02.2021)

[18] Ibid.

[19]Европейское агентство по химикатам (англ. The European Chemicals Agency, ECHA) «Информация о химических веществах — моноолеат сорбитана, этоксилированный 9005-65-6. http://echa.europa.eu/information-on-chemicals»

[20] National Toxicology Program (1991) «Полисорбат 80 (гликоль): органы-мишени и уровни доказательности TR-415»

[21] Ibid.

[22] Ibid.