10/25/10

天然乳化體系:天然美容化妆学的乳化体系

天然美容化妆学的乳化体系
The Emulsification System in Natural Cosmetology
美国叶氏天然医学研究中心,叶氏明珠青春美研究所
叶氏明珠化妆品香料企业
叶少麟教授、博士、总裁 (President)
沈娇麟博士、总执行长 (CEO)
www.yehcenter.com

一些读者、医师和病家朋友们曾强烈要求我们教传天然香料医学及其调香技术与天然美容和化妆品工业学,以让天然医学更深入人心,更上一层楼。我们正在筹划这一提议,希望不久将来把这一阵地经过复制程序,不断反复,就能真有效地实施。

天 然美容学中有天然食用美容品(充实内在), 更有天然皮肤美容化妆品(防护外淫)。天然食用美容品是中国医学数千年的饮食精华,按照天然医学理论与实践分类。应用食用的美容品来护肤是指:要注意保持 健康均衡的饮食,从食物中摄取最佳营养。目前科学家们研究最好的健康饮食可依照美国农业部每日食品指南, 即「食物金字塔」,在适当运动的前提下,选用约3/5的食物为全谷物面包、谷类食物、米饭、脆饼或意大利面、蔬菜和水果;约1/5为富钙质的物质或低脂牛 奶及其他乳制品,约1/5为多种低脂、或精瘦肉类、家禽、鱼等。专家们指出:多吃健康的食物和喝足够的水,皮肤才能保持湿润, 美丽。当然皮肤的皱纹与皮肤及机体的营养吸收有一定密切的关系。有关可天然美容的食品,拟在今后介绍。(请见叶氏饮食金字塔)

在 当前自由世界,商业平等激烈竞争的21世纪,那个领先就上去,那个稍落后就衰退,因此深感作为现代天然医学同道,当然包括中医同道,不但要持守和丰富固有 美好的医学知识与经验,也要不断扩大及刷新现代科技知识的面目。天然香料医学及其调香技术,是今天一门了不起的学问,若在经济上大型发展,必定会有杰出成 果的好项目。最近获悉今年秋冬猪流感会向全世界扩展,美国可能有50%人口会受传染,并估计有30,000至90,000人可能死亡,在这紧迫的形势下, 某企业竞向我们提出要每月10,000瓶Pearl No.5 C.C.O的订货,签一年的合同,以救人类。这种小批量订货那够世界性的需要, 但是从这一个小批量订货,到大批量订货,从一个产品到十个、20个产品,从一个企业到10个、20个企业.....订货,你们可以知道天然医学香料产品及 天然健康化妆产品的可观前程。故此大家也应多懂得一些攸关于你我的经济和切身健康利益的基本美容化妆知识,学习和掌握天然精油或天然香精如何被应用于美容 化妆品工业中,如:增溶及胶团体系、微乳状体系及乳状体系、天然美容化妆品的流变学、与天然美容化妆品的防腐和抗氧等等,不然不进则退,自然而然地被淘 汰,退之夭夭。

言归正题,为了清楚阐明天然美容~化妆学中的乳化体系,我们先介绍一下天然表面活性剂(Natural Surfactant)以及它的应用:

在 天然美容化妆品的制造过程中,目前所用的精油中都含有许多不溶于或难溶于水的有机物。为了解决这个问题,我们必须应用天然表面活性剂( Natural Surfactant) 来增加溶解度(简称为增溶),以使精油在溶液中溶化、混合,做成制剂。如天然花露水、古龙水、化妆水、护肤品及沐浴用品。

什么是表面活性剂。表面活性剂分子结构内有亲水基(Hydrophilic Group)和亲油基 (Lipophilic Group) (又称疏水基)组成,故具两亲性。二基平衡以后才可决定这天然表面活性剂是亲水性还是亲油性。

当 它在主体溶液中溶解分散时优先吸附在溶液的表面或界面上,使表面或界面的张力降低,改变主体溶液的界面状态。待表面活性剂达到一定浓度时,在主体溶液中形 成胶团,使主体溶液产生水化、乳化、分散、溶解.....作用,使主体溶液能在各种情况下发挥作用,达到人们使用它的目的。

表 面活性剂在溶液中的溶解状态和溶质在溶液中的溶解状态大不相同。在一个溶液浓度很小的溶液中,表面活性剂分子本身的疏水基就会互相靠近,而分散在溶液中形 成小型胶束。当它们达到一定浓度时,立刻会集合成为大的球形或棒形或层叠胶束形,使表面活性剂的极性亲水基朝向外界,与水分子接触,而非极性的亲油基则朝 内,几乎与水分子完全脱离,这种奇特的过程在化妆品化学中称为胶团化作用。由于这种作用,也就带出了一个新的物理化学名词:临界胶团(胶束)浓度 CMC(Critical Micelle Concentration)。

表面活性剂的CMC这一浓度与在溶液表面上开始形成饱和吸附层所对应的浓度该是一致的,也就很易理解CMC越小,表面活性剂在溶液中的形成胶团所需的浓度越低,也就是表面活性越高。

卵 磷脂(Lecithin)及茶皂素(Theasaponin),是非常好的天然表面活性剂,医学上卵磷脂是血管清道夫,茶皂素是强有力的抗氧化剂,我们又 可以应用它们制造精油化妆品。在科学层面,我们更可以了解如何藉着它们将难以溶化的精油在溶液中相互结合的物理化学机理
(The Mechanism of Physical Chemistry)。

了 解表面活性剂后,还应熟悉很重要的乳化体系,在美容化妆品工业化学中常使用微乳状液(Micro-emulsion),它的分相质点小于0.1微米 (0.1 痠),大小均匀,是介于胶团溶液及乳状液之间的分散体系。微乳状液的稳定性高,甚至用离心机也不能使之分层。微乳状液的形成与其负界面张力有关。微乳状液 在化妆品工业中较重要的是用于香精和精油的增溶。近年来疗效化妆品中使用的活性物和西药日益增加,这是时代化妆品的发展方向,当然在这个市场中也有天然精 油疗效化妆品的极大空间。

乳状液(Emulsion)在化妆品中特别有用,乳化作用可使化妆品变成更精细。在天然精油化妆品中的乳状液又可作为天然有药效的活性物的载体,将其均匀有效的施于皮肤。

有关乳状液(Emulsion)的多相分散体系,一般具有医学胶体生化知识者都学到一些什么叫油包水(W/O)型乳化体和水包油(O/W)型乳化体二大类。我们知道二个不相溶的纯液体,不能形成乳状液,只有借助乳化剂(Emulsifier)。

乳 状液的液珠一般直径大于400微米(400痠) 所以我们也可称为粗大乳状液(Macro-emulsion)。乳状液以液珠或其它形式被分散的一相称为分散相(内相),另一相是连成一片的,称为分散介 质(外相), 因此很清楚可以明了「油包水W/O」是以水为内相,油为外相「水包油O/W」是以油为内相,水为外相。

乳化过程是一种液体被破坏成小液滴,分散于另一不相混溶的液体中,以形成乳状液的过程。首先二相(油相和水相)之间的界面形变,至一定程度后,即形成液滴,最初液滴很大,然后它们继续被破坏成为更小液滴。我们清楚地能够理解液滴破裂是乳化过程的关键。
当液滴形变至破裂时,二相间的界面二侧有压力差,从而界面弯曲,当然压力大的一面为凹面,Laplace氏将热力学的概念应用于表面,导出压力差与界面曲率的关系如下:

(压力差)△P= γ (1/R₁+1/R₂)
γ是表面张力,R₁及R₂是曲面的二个半径
球面因R₁=R₂=R ∴△P=2γ/R
制备乳状液时所选择的乳化剂,其作用是降低γ值(例如由30降至5mN/m),从而降低了 Laplace压力,形变即发生,液滴就形成。

乳 化剂尚需能防止液滴凝聚,因此它的作用该是复杂和多样性的,否则乳状液会不稳定,发生絮凝(Flocculation)、聚结 (Coalescence)、分层(Sedimentation或 Creaming)、破乳(De-emulsification)和变型(Inversion)。

上 面提到,表面活性剂的分子都是二亲性分子,含有亲水基团与亲油基团,它们也可以作为乳化剂。Griffin氏利用乳化法提出了亲水-亲油平衡法 (Hydrophilic--Lipophilic Balance)简称HLB法,这表示亲水和亲油二个相反基团的大小和力量平衡值。他以石蜡的HLB=0,油酸的HLB=1,油酸钾的HLB=20,十二 烷基硫酸钠的HLB=40作为标准,其它表面活性剂的HLB均于0-40之间。一般计算结论,非离子表面活性剂的HLB值处于1-20之间,阴离子或阳离 子表面活性剂的HLB值则在1-40。 HLB法是选择乳化剂广泛使用的方法。

测定HLB值 的方法很多,除乳化法还有临界胶束浓度法、水数值及浊点法、色谱法、介电常数法等。籍着Griffin氏的研究知道天然乳化剂,油酸的HLB=1.0,羊 毛脂醇=1.0, 乙酰化单甘油酯=1.0, 豆油卵磷脂=8.0, 甘油单硬脂酸酯=11.0, 油酸钠=18.0, 油酸钾=20.0.

大部分的化妆品如雪花膏、冷霜、润肤霜, 营养霜和各种乳液,都属于油和水的乳化体系。

乳化剂现今分四大类,即,有机天然乳化剂、有机半合成乳化剂、有机合成类乳化剂和无机乳化剂。

有 机天然乳化剂第一大类是胶原(蛋白)类水溶性聚合物,其中最好、最古老的是明胶(Gelatin)。明胶是无色至淡黄色半透明片状或粉粒状的固体,天然明 胶可从某些动物组织如皮肤、筋腱、韧带和骨头经过部分水解纯化得到。中国安徽明胶厂的Cosmetic Gelatin是很好的,可以用作乳化剂和乳液稳定剂,价格较便宜。

其次,乳化剂又可取自于 天然有机水溶性聚合物(Natural Organic Water Soluble Polymers),其中一类系聚多醣类水溶性聚合物(Hydroxyethyl Cellulose)。多糖由多个单糖分子缩合、失水而成,它是自然界中分子结构复杂且庞大的糖类物质,广泛存在于植物、动物和微生物中。所谓水溶性聚合 物又可称为水溶性高分子或水溶性树脂(Water Soluble Gum),它们是一类亲水性的高分子材料。水溶性聚合物之所以具亲水性,在于其结构中有羧基、羟基、酰胺基、胺醚基等亲水基团。这些基团尙有增稠、加溶、 分散、润滑、缔合和絮凝功能。因此水溶性聚合物在化妆品工业中有举足轻重的地位。当然,要作天
然化妆品,我们很小心的采用有机天然乳化剂。

第 三大类,如琼脂(Agar), 不属于蛋白质类乳化剂,但属于聚半乳糖类水溶性聚合物的乳化剂,是由红海藻纲的某些海藻中提取的亲水性胶体,在化妆品工业中与阿拉伯胶(Gum Arabic or Acacia gum)配伍使用,在乳化时,温度要有一定掌控是一个关键。
第四大类是天然树胶称之为印度树胶(Indian gum)也称加替胶(Gum ghatti),主要产于印度及斯里兰卡。在化妆工业中印度树胶是油和蜡的水乳液的很好乳化剂,黄芪胶也属此类。
第 五大类为聚甘露醣类水溶性聚合物,如瓜儿豆胶(Guar gum)及藻脂酸(Alginic acid) 它是海带的粘状食物纤维。海藻酸系自聚甘露醛酸链段及聚古洛糖醛酸链段和这二种糖醛酸的交替链段按不同比例构成的高相对分子质量的线性糖醛酸。若把藻脂酸 与钠盐混合,即成藻脂酸钠(Sodium Alginicate) ,呈粉末状,是一种具有乳化作用的天然化妆品好原料,可以安心使用。

皮肤老化,由于皮脂腺分泌减少,因此皮肤干燥,原则上应该应用上等橄榄油、葡萄籽油与原汁乳香油混合,假如加一些水,更适于干性皮肤。众所周知,油水二者不能很好调合,需加藻脂酸钠4克,即成柔软的乳化液,应用方便。

藻 酸丙二醇酯PGA,是由海藻酸经酯化加工而来,有胶体性:可溶于水和有机酸溶液,且不会产生沉淀,故能改善酸在食品中的稳定性;另有亲油性,乳化稳定性 好,故可作为奶油、糖、啤酒、饮料及色拉油的稳定剂, 在食品工业中应用广泛;若和其它胶体如黄耆胶、瓜儿豆胶、刺槐豆胶及CMC一样除能单独使用外,也能和上述胶体的一种或几种或其它乳化剂复合使用,效果或 性价比会更好一些。
第六大类聚氨基葡糖类水溶性聚合物,如甲壳质衍生物(Chitin)、脱乙酰壳多糖(Chitosan)和粘多醣(Mucopolysaccharides)。

第七大类是聚多糖类水溶性聚合物-汉生胶(Xanthan gam),是广泛用作乳化剂的一个天然碳水化合物,系由芫青甘蓝分离出来的野油菜单胞菌种,经培养发酵制得的多糖。

天 然医学医师同道们,请努力提高格位,现今世代知识传播加快又升提,身为天然医学医师的我们不仅要熟悉医学,又要对医学的旁架支柱「香料医学及健康美容化妆 学」加置重视。虽然诸位不必像我们专业人士得攻读那么许多化妆学和香料学中那么多的专业物理和化学,但上述基本的化学和物理知识,作为天然医学的同道们似 乎必须熟悉。

我们最近出色地使用现代天然乳化剂以及天然表面活性剂,成功地将油~水不和的难题解决了,成功了油~水天然乳化的程序,真是 兴奋又感激,事在人为,成功在 神所赐,使我们的制造业成功地向高~精~至上发展。美国天然美容~化妆业成功了!这是叶氏天然美容化妆业在美国对世界的一个崭新贡献!

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