Выбор оптимального экстрагента для косметической промышленности

В.А. Волков, Е.Е. Кевер

Человечество всю свою историю использует растения в пищу, а также в лечебных и косметических целях. При приготовлении напитков, пищевых добавок, косметических изделий и лекарственных препаратов применяются различные технологии извлечения (экстракции) полезных веществ из тканей растений. Эти технологии различаются как по используемому экстрагенту, так и по методике экстракции и применяемому оборудованию.

В зависимости от полярности используемого растворителя из одного и того же растения получаются экстракты, не имеющие ничего общего в химическом составе (рис. 1 и 2).

Рис. 1. Хроматограммы экстрактов Matricaria recutita L.: 1 – водно-пропиленгликолевого, 2 – полученного с использованием сверхкритического СО2. Хроматограф Shimadzu LC-20 Prominence, детектор диодно-матричный SPDM20A, колонка Merck Superspher-100 RP-18, 4x250 мм. Элюирование градиентное, элюент ацетонитрил-вода, скорость потока 0.5 мл/мин

Рис. 2. Хроматограммы экстрактов Calendula officinalis L.: 1 – водно-пропиленгликолевого («Завод эндокринных ферментов», Россия), 2 – масляного экстракта («Завод эндокринных ферментов», Россия), 3 – масляного экстракта производства Германии.

В левой части хроматограммы, соответствующей выходу наиболее полярных соединений, имеются пики только у водно-пропиленгликолевого экстракта, в то время как в правой части, соответствующей выходу малополярных соединений – только у СО2 – экстракта.

Аналогичная картина наблюдается и при сравнении водно-пропиленгликолевых и масляных экстрактов:

Очень хорошими экстрагентами, извлекающими из тканей растений как гидро-, так и липофильные соединения, являются водно-этанольные смеси. Они с успехом применяются для производства экстрактов для приема внутрь и обработки полости рта, однако практически не применяются при производстве косметики из-за негативного воздействия на кожу и способности расслаивать косметические составы.

Поэтому для производства косметики применяются, главным образом, пропиленгликолевые и водно-пропиленгликолевые экстракты. 1,2-пропиленгликоль является веществом, разрешенным для наружного и внутреннего применения, безопасность которого подтверждена многочисленными исследованиями. 1,2-пропиленгликоль при нанесении на кожу улучшает проникновение в нее действующих веществ косметических композиций.

Глицерин является полностью биосовместимым веществом, более дешевым, чем 1,2-пропиленгликоль, однако, из-за высокой вязкости уступает последнему по экстрагирующей способности.

Сверхкритический CO2 обладает превосходной способностью извлекать из тканей растений липофильные соединения в условиях максимального их сохранения, в результате чего получаются концентрированные экстракты, не содержащие растворитель. Однако, гидрофильные соединения, среди которых многие ценные вещества, в частности, флавоноиды, танины, углекислота не экстрагирует. Кроме того, такие экстракты имеют высокую себестоимость.

Сравнительная характеристика преимуществ и недостатков различных растворителей, используемых при получении экстрактов растений, приведена в таблице:

Растворитель Преимущества Недостатки
Вода Естественная среда организма Не экстрагирует липофильные компоненты, не смешивается с большинством основ косметических средств, экстракты очень не стойки в микробиологическом отношении
Этанол Амфифильный растворитель Расслаивает косметические составы
Ацетон Легко улетучивается Токсичен
Пропиленгликоль Безопасен при наружном и внутреннем применении, амфифилен, хорошо наносится на кожу, способствует проникновению через нее веществ Требует применения консервантов
Глицерин Безопасен при наружном и внутреннем применении, амфифилен, хорошо наносится на кожу, способствует проникновению через нее веществ Высокая вязкость и низкая скорость диффузии при экстракции, требует применения консервантов
Хлороформ Хорошо извлекает неполярные соединения Токсичен, не извлекает полярные соединения
Гексан Хорошо извлекает неполярные соединения Токсичен, не извлекает полярные соединения
Сверхкритический СО2 Нетоксичен, быстро и полностью улетучивается, высокая степень извлечения неполярных веществ Извлекает только мало- и неполярные соединения

При использовании одного и того же экстрагента получаемые экстракты могут сильно различаться по составу и количеству экстрагированных веществ. При этом играют роль следующие факторы:

  • сорт, место произрастания сырья, почвенно-климатические условия, время его заготовки;
  • соблюдение технологии заготовки и хранения растительного сырья;
  • метод экстракции, соотношение массы сырья и экстрагента.

На рис. 3 представлены хроматограммы экстрактивных соединений календулы (Calendula officinalis L.), произведенных на российском и латвийском предприятиях. Качество экстрактов сопоставимое, при этом каждый экстракт имеет преимущество по одним компонентам и проигрывает по другим.

Рис. 3. Хроматограммы экстрактов Calendula officinalis L. при извлечении одним растворителем из сырья разных сортов. Синий – водно-пропиленгликолевый («Завод эндокринных ферментов», Россия), зеленый – водно-пропиленгликолевый (латвийская фирма).

Действующие нормативные документы предписывают указывать в спецификациях на экстракты растений физико-химические параметры (плотность, показатель преломления, остаток сухого органического вещества), никак не характеризующие их полезные свойства, поэтому в спецификациях производителей количественные характеристики полезных свойств почти всегда отсутствуют. Государственная фармакопея содержит статьи на часть используемых в косметических целях растений; в этих статьях приводятся методики количественного анализа одной-двух основных (в соответствии с существующей медицинской практикой) для данного вида групп действующих веществ. Наиболее полные сведения о качестве и составе экстрактов дает хроматография, хотя проведение хроматографического анализа требует наличия дорогостоящего оборудования и высококвалифицированного персонала. На рис. 4 представлены хроматограммы водно-пропиленгликолевых экстрактов женьшеня (Panax ginseng C. A. M.), из анализа которых следует, что далеко не всегда отечественная продукция уступает европейским аналогам:

Рис. 4. Хроматограммы экстрактов женьшеня (Panax ginseng C. A. M.), произведенных на разных предприятиях: синие – воднопропиленгликолевые («Завод эндокринных ферментов», Россия), красные воднопроприленгликолевые двух компаний стран ЕС

Между тем, основной задачей большинства косметических средств является защита кожных покровов от старения, в процессе которого заметную роль играют свободные радикалы, образующиеся в организме как в ходе естественных процессов клеточного дыхания, так и в результате активизации патологических процессов, воздействия ультрафиолетового излучения, токсинов, фотосенсибилизаторов и т.д [1]. Поэтому интегральной величиной, характеризующей качество и полезные свойства большей части номенклатуры растительного сырья для косметической промышленности, могло бы стать суммарное содержание антирадикальных антиоксидантов.

Со времени открытия т.н. «французского парадокса» [2] (обусловленный потреблением большого количества растительных антиоксидантов с пищей низкий уровень заболеваемости сердечно-сосудистыми заболеваниями при высоких факторах риска во Франции) ученые, промышленники и потребители стали проявлять возрастающий интерес к антиоксидантным свойствам пищевой, косметической и фармацевтической продукции. Слово «антиоксидант» превратилось из предложенного учеными ИХФ РАН Н.М Эмануэлем и Е.Б. Бурлаковой научного термина в популярный рекламный «бренд», эффективно повышающий продажи товаров и услуг, но далеко не всегда добросовестно и обоснованно используемый.

В 2004 году главным санитарным врачом РФ утверждены «Рекомендуемые уровни потребления пищевых продуктов и биологически активных веществ» [3], в соответствии с которыми введены адекватные и верхние допустимые уровни суточного потребления АО растительного происхождения. Суммарное адекватное потребление фенольных АО составляет около 500 мг, верхнее допустимое – около 1100 мг. В США наиболее распространена точка зрения, что суточная норма потребления фенольных АО с пищей составляет около 1000 мг; при этом лишь 30% жителей США потребляют АО в количестве, соответствующем этой норме.

Тем не менее, большинство производителей пищевой и косметической продукции, использующие слово «антиоксидант» в рекламных целях, не имеют данных даже об общем количественном их содержании в исходном сырье и в готовой продукции.

В лаборатории комплексной оценки антиоксидантов ИБХФ РАН накоплен опыт использования 8-ми прямых и непрямых методов количественного анализа веществ антиоксидантного действия в объектах растительного происхождения.

Проведены сравнительные исследования содержания антиоксидантов во многих образцах вин (рис. 5) и растительных экстрактов как собственного лабораторного приготовления (рис. 6), так и промышленного.

Рис. 5. Средние показатели содержания АО в винах, получаемые при использовании различных тест-систем. ГК – галловая кислота (стандарт сравнения), аскорб – аскорбиновая кислота (стандарт сравнения), хемилюм – хемилюминесцентный метод (инициирование с помощью системы «гемоглобин – H2O2» либо с помощью азоинициатора AAPH).

Рис. 6. Концентрации АО в экстрактах некоторых пищевых и лекарственных растений, приготовленных в лаборатории комплексной оценки антиоксидантов ИБХФ РАН (экстрагент – этанол) по ДФПГ-методу и амперометрическому анализу (в сравнении со стандартным образцом кверцетина) [4]. На левой диаграмме концентрация выражена в миллиграммах стандартного вещества на грамм сухой навески тканей растений, подвергнутых экстракции.

При анализе суммарной концентрации АО в образцах некоторых отечественных экстрактов, производимых для нужд косметической промышленности (таблица 2) было установлено, что экстракты надземных частей растений содержат АО в количестве, равном их содержанию в высококачественных красных виноградных винах (1 мг кверцетина при измерениях по ДФПГ-тесту соответствует 0,54 мг галловой кислоты). Тот факт, что масляный экстракт календулы лекарственной содержит АО значительно больше, чем водно-пропиленгликолевый, объясняется присутствием в исходном подсолнечном масле значительного количества токоферолов и токотриенолов, главным образом, α-токоферола, которые обеспечивают большую часть наблюдаемой антиоксидантной активности масляных экстрактов.

Экстракты подземных частей растений, в частности, женьшеня, содержат гораздо меньше АО, чем экстракты надземных частей. Тонизирующее действие этого экстрак - та связано, главным образом, с гликозидами сапонинов, которые имеют стероидную химическую природу и анти - оксидантными свойствами не обладают.

Таким образом, для обеспечения высокого качества продукции на основе растительного сырья и ее конку - рентных преимуществ предприятиям необходимо при отборе поставщиков и выборе производственных техно - логий осуществлять контроль физико-химических пара - метров экстрактов и конечного продукта с применением современных аналитических методов и параметров, да - ющих адекватные представления об их свойствах. Выбор количественного содержания антиоксидантов в каче - стве интегрального параметра, характеризующего по - лезные свойства растительного сырья для косметиче - ской промышленности, может дать выпускаемому сырью и косметическим продуктам серьезные конкурентные преимущества по сравнению с продукцией, характери - стики которой не связаны с полезными свойствами для организма.

ЛИТЕРАТУРА

  1. B. N. Ames, M. K. Shigenaga, T. M. Hagen. Oxidants, antioxidants, and the degenerative diseases of aging // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 1993. – Vol. 90. – P. 7915–7922.
  2. Harbome J. B. Advances in flavonoid research since 1992 / J. B. Harbome, C. A. Williams // Phytochemistry. – 2000. – Vol. 55. – P. 481–504.
  3. Рекомендуемые уровни потребления пищевых продуктов и биологически активных веществ. Методические рекомендации. МР 2.3.1.1915–04 (утв. Роспотребнадзором 02.07.2004).
  4. В.А. Волков, Н.Н. Сажина, П.М. Пахомов, В.М. Мисин. Содержание и активность низкомолекулярных анти - оксидантов в пищевых и лекарственных растениях // Химическая физика. – 2010. – Т. 29, №8. – С. 73 – 77.

Предзаказ

Этого товара нет в наличии, но вы можете сделать предзаказ.