Косметические ингредиенты

Способность сверхкритического диоксида углерода экстрагировать из растительного сырья широкий спектр веществ, не сравнимый с классическими методами экстракции, позволила использовать технологию в производстве косметических ингредиентов. Сверхкритические CO2-экстракты применяются как источники биологически активных веществ, эфирных масел, растительных масел.

1. Эфирные масла

Эфирные масла имеют разносторонне применение. В парфюмерии и косметике они представляют собой важные исходные вещества для душистых композиций. В области фармацевтики эфирные масла имеют интересные возможности терапевтического применения, например, как противовоспалительные и успокаивающие средства. В пищевой промышленности они являются ароматическими вкусовыми веществами и имеют большое значение ввиду их вызывающих аппетит и улучшающих пищеварение свойств.

Традиционные методы получения эфирных масел хорошо известны, но тем не менее представляет особый интерес рассмотрение процессов получения их методом сверхкритической экстракции углекислым газом.

Известно, что главными свойствами веществ, влияющих на растворимость в сжатых газах, являются упругость пара и полярность. Соединения тем лучше экстрагируются, чем более неполярными они являются, чем меньше их молекулярная масса и чем больше упругость пара. Так как диэлектрические константы эфирных масел находятся в пределах 2,9 (ангеликовое масло) и 16,5 (горчичное масло) они в любом случае представляют собой легколетучие смеси субстанций и легко экстрагируются неполярными сжатыми газами, например, углекислым газом.

Экстракция эфирных масел с помощью углекислого газа достаточно хорошо описана в работах советских исследователей Пехова, Касьянова, Кошевого и др., однако необходимо заметить, что большинство работ посвящено процессам экстракции в условиях докритического состояния CO2, а если обратить внимание на изотермы растворимости типичных компонентов эфирных масел в сжатом углекислом газе, то становится очевидным, что именно в области слабой сверхкритики, т.е. при давлениях от 70 до 100 атм при 40 °С, в следствии сильного увеличения плотности экстрагента, их растворимость резко возрастает, вплоть до полной смешиваемости.

Изотермы растворимости типичных компонентов эфирных масел
в сжатом углекислом газе при 40 °C

Причем изотермы растворимости отдельных субстанций проявляют при температуре выше 50 °С по разному сильный подъем, благодаря чему возможны эффекты фракционирования. Селективная экстракция эфирных масел сверхкритическим углекислым газом возможна при плотности газа между 0,4 и 0,6 г/см³. В этой области не проявляются эффекты фракционирования внутри масла, т.к. его составляющие имеют высокие значения растворимости. Если же эфирные масла все же разделяются на группы субстанций с различной летучестью и полярностью, растворимость разделяемых компонентов должна как можно более сильно отличаться друг от друга. Для этого необходима оптимизация условий разделения.

В этой связи нельзя не упомянуть свойства сверхкритической экстракции по удалению терпенов - монотерпеновых углеводородов, которые, как известно, являются относительно нестабильными соединениями, продукты распада которых приводят к отрицательным изменениям запаха и вкуса ароматизированных продуктов. Причем детерпенизация в этом случае возможна и технически обоснована в непрерывном режиме. Для этого в стандартную сверхкритическую установку встраивается колонна. Примеры использования сверхкритической технологии в детерпенизации цитрусовых масел показали, что возможно щадящее и эффективное отделение монотерпеновых углеводородов путем противоточной экстракции. Для некоторых целей применения концентрированных ароматических веществ желательным является отделение не только монотерпеновых, но и сесквитерпеновых углеводородов и труднолетучих сопутствующих веществ цитрусовых масел (каротиноиды и воски). Получение чистых ароматических веществ из эфирных масел требует второго этапа разделения, при котором преимущества имеет насыщение водой сверхкритического углекислого газа.

Аналогичным способом можно получать экстракты практически из любого растительного сырья. Причем полученные экстракты отличаются от традиционных тем что содержат в своем составе соединения не претерпевшие каких либо изменений, что совершенно невозможно при традиционных методах экстракции. Примером такого экстракта может служить экстракт ромашки. Он содержит сесквитеперпенлактон матрицин, сесквитерпеналкоголь (-)-альфа-бисаболол, оксиды бисаболола А и Б. Что примечательно, довольно часто можно услышать от специалистов, что основным действующим веществом в экстрактах ромашки является хамазулен, придающий синий цвет в частности эфирному маслу ромашки, при этом не учитывается тот факт что хамазулен является продуктом распада матрицина и обладает меньшей активностью по сравнению с последним. К тому же мало кто даже из специалистов знает о наличии не менее интересного соединения в экстракте ромашки - лаурена. А причина кроется всего лишь в том, что традиционная технология экстрагирования не позволяет выделять лаурен в достаточных количествах. Сверхкритические экстракты ромашки полученные в НИЦ ЭР "ГОРО" содержат от 7 до 23 % лаурена.

Отдельного разговора заслуживает сверхкритическая экстракция корней валерианы. Этому направлению были посвящены работы Шталля и Шутца Было показано, что сверхкритический углекислый газ обеспечивает получение экстракта с содержанием валеопатриатов не менее 60-70%. В связи с тем, что отношение к этой группе веществ неоднозначное, то особый интерес могут представлять экстракт валерианы без валеопатриатов. При этом методе производится первичный экстракт, который затем подтвергается алкоголизу при щадящих условиях. При этом удается селективно перевести валеопатриаты в труднорастворимые соединения, которые при последующей экстракции с помощью CO2 обработанного первичного экстракта остаются в качестве нерастворимого осадка. Причем все остальные составляющие остаются без изменений.

Известна методика получения экстракта из полыни, в котором отсутствует ядовитый бета-туйон. Отделение его из растительного сырья традиционным способом невозможно, т.к. ценные горькие вещества термически нестабильны и классические растворители обладают низкой селективностью, поэтому вместе с туйоном экстрагируются и часть горьких веществ. С помощью сверхкритического углекислого газа возможно, так сказать, обеззараживание травы полыни.

Особенно ясно проявляются свойства технологии при получении душистых веществ из цветков сирени. Цветочным маслам, получаемым классическим методом, как правило не хватает типичной ноты сирени. При помощи углекислого газа при 90 атм и 34 °С был получен экстракт, который полностью передавал запах сирени. Этот экстракт был твердым, путем отделения цветочных восков, он мог быть переработан в экстракт, состав которого приводится в таблице:

На преимущества углекислого газа для экстракции душистых веществ указывает и Мойлер. Он сравнивал экстракты полученные с помощью CO2 с классическими водными дистиллятами, и классическими растворителями. Дистиллированные в свежем виде эфирные масла имеют так называемый "вареный запах", который является результатом продуктов распада либо компонентов масла, либо составляющих исходного материала. Этот запах медленно исчезает при хранении. CO2-экстракты не имеют плохого запаха. По мнению Мойлера, сверхкритические экстракты имеют более сильную выраженную основную ноту, что является следствием того, что экстракт содержит некоторые легколетучие компоненты, отсутствующие в водном дистилляте. CO2-экстракты имеют и более сильный фон ("more backnote"). При экстракции холодным углекислым газом наряду с эфирными маслами экстрагируются и легколетучие смоляные фракции, которые придают экстракту фиксирующие свойства, а также более полный аромат, не влияя на растворимость экстракта.

2. Экстракты

Полные, или тотальные сверхкритические экстракты представляют собой сложный комплекс различных веществ: эфирных масел, жирных кислот, пигментов, алкалоидов, стеринов и других растворимых в CO2 веществ. Практически экстракт копирует исходное растительное сырье, причем вещества находятся в пропорциях свойственных исходному сырью. Что касается концентрации входящих в него веществ, то можно смело заявить об отсутствии аналогов среди классических экстрактов. Данные хроматографического анализа показывают что содержание вещест превосходит классические экстракты в десятки и сотни раз. Так сверхкритический CO2 экстракт ромашки содержит 21 % лаурена, а водно-спиртовой - 0,07%. Соответственно, и использование сверхкритических CO2 экстрактов в косметической промышленности отличается иным подходом. Вместе с тем, что нормы вложения колеблются от 0,01 до 0,5 %, у разработчиков продукции появляется возможность, варьируя только нормой вложения, менять направленность готовой продукции вплоть до создания лечебной косметики не меняя основной базы. Более того многие экстракты обладают несколькими ярко выраженными свойствами, как, например, экстракт розмарина. Обладая превосходными ароматическими показателями, бактерицидной активностью, он является и мощным природным антиоксидантом. Таким образом внесение подобных ингредиентов может свести к минимуму использование синтетических ингредиентов и говорить о создании истинно натуральной косметики.

Качество и свойства сверхкритических CO2-экстрактов настолько интересны и перспективны что зачастую фирмы производящие конечную продукцию не рекламируют использование этих компонентов, а в соглашениях на разработку и поставку экстрактов обязательно присутствует пункт о секретности данных соглашений. Поэтому достаточно редко можно увидеть рекламу косметики с ссылками на применение подобных ингредиентов, хотя достоверно известно что с подобными экстрактами работает большинство косметических и фармацевтических фирм.

Версия для печати