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GD — Gesellschaft für Dermopharmazie e.V.
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Autorenbeitrag
Armin Wadle*, Marianne Waldmann-Laue
Multifunktionelle Emulsionssysteme:
Lipoprotein - Cremebasis
*Schwarzkopf&Henkel und Zentrale Forschung Henkel, Düsseldorf
Vortrag anlässlich des GD-Symposiums "Wirkungen von Dermokosmetika" in Düsseldorf am 17. Oktober 2001
Von modernen Hautpflegeprodukten erwarten die Verbraucher eine rasche und nachvollziehbare Verbesserung der Hautqualität. Um diesem Anspruch gerecht zu werden, rückt im multifunktionellen Aufbau einer kosmetischen Formulierung die Cremegrundlage verstärkt in den Fokus der Produktentwicklung. Cremegrundlagen werden dann nicht nur als Träger von Wirkstoffen verstanden, sondern sie verkörpern ein multifunktionelles Wirkprinzip für eine rasche und nachvollziehbare kosmetische Leistung.
Lipoprotein-Cremebasis
Solche multifunktionellen Cremebasen können mit Hilfe der Lipoproteine aufgebaut werden. Lipoproteine bestehen aus Protein oder Proteinhydrolysaten, die aus den Samen der Pflanzen wie z.B. Hafer, Erbse oder Hibiscin gewonnen werden (Abb. 1).
Entsprechend der spezifischen Aminosäurensequenz besitzen sie einen amphiphilen Charakter mit hydrophilen und lipophilen Teilstrukturen. Eine Eigenschaft, die z.B. in der Lebensmittelindustrie zur Emulsionsherstellung ausgenutzt (1) wird. In Hautpflegeprodukten findet man sie heute dagegen überwiegend als Wirkstoff zur Verbesserung der Hautverträglichkeit oder des Hautgefühls (2, 3) . Neuere physikalisch-chemische Untersuchungen zeigen nun, dass Lipoproteine neben dem klassischen Einsatzgebiet der Emulgierung auch zur Stabilisierung von kosmetischen Öl-in-Wasser (O/W) Emulsionen eingesetzt werden können. Diese Proteincremes zeichnen sich dann durch ein rein pflanzliches Emulgatorsystem mit einer exzellenten Hautverträglichkeit aus. Gleichzeitig verbessern sie, entsprechend dem multifunktionellen Ansatz einer modernen Cremegrundlage, aktiv die Hautqualität wie z.B. das Oberflächenprofil oder die Hautgeschmeidigkeit.
Rezepturtechnik
In Abbildung 2 ist der typische Emulsionsaufbau einer Lipoprotein-Creme dargestellt. Im wesentlichen werden Proteine durch die klassischen Emulsionsbestandteile wie Konsistenzgeber und Ölphase, zur Einstellung der kosmetischen Eigenschaften, ergänzt.
Für den Emulgierprozess werden die Proteine zunächst in der heißen Wasserphase aufgeschlossen, wobei diese dann zum Teil hydrolisieren und eine Proteindispersion entsteht. Darauf erfolgt der eigentliche Emulgierschritt mit der Zugabe der Ölphase und den Konsistenzgebern. Es hat sich hierbei gezeigt, dass besonders grenzflächenaktive, polare Lipide wie z.B. das Distelöl zusätzlich zur Emulgierleistung beitragen. Von dieser vorteilhaften Assoziation Lipid und Protein leitet sich dann auch der Name "Lipoprotein-Creme" ab.
Grenzflächenaktivität und
Isoelektrischer Punkt
Da die Lipoprotein-Cremes gänzlich auf die üblichen hydrophilen O/W-Emulgatoren verzichten können, erscheint die Grenzflächenaktivität von besonderer Bedeutung zu sein. Ein entscheidender Punkt bei der Charakterisierung der Protein-Grenzflächenaktivität ist der Isoelektrische Punkt. Dieser wird über die elektrische Ladungsverteilung einer Proteindispersion als Funktion des pH-Wertes bestimmt. Der Isoelektrische Punkt zeigt dann den pH-Wert an, an dem die Ladungsneutralität der Proteindispersion erreicht ist. Die Ergebnisse sind in Abb. 3 zusammengefasst.
In weichem Wasser liegt der Isoelektrische Punkt der untersuchten Proteine im sauren pH-Bereich. Diese Lipoproteindispersionen sind damit im üblichen pH-Bereich kosmetischer Emulsionen von ca. 5,5 durchweg negativ geladen. Sie können somit die emulgierte Ölphase durch ihre negative Oberflächenladung gegen Aggregation und Koaleszenz stabilisieren.
Darüber hinaus kommt der Lipoprotein-Ladungsverteilung auch bei den Hautpflegeeigenschaften eine entscheidende Rolle zu. In Anwesenheit von multivalenten Kationen, wie sie auf der Haut vorkommen, verschiebt sich der isoelektrische Punkt zu höheren pH-Werten. Dieses Verhalten wurde, wie in Abb.3 ebenfalls gezeigt, durch Calcium-Ionen über eine höhere Wasserhärte simuliert.
Calcium-Ion lagern sich dann bevorzugt an die Ionen der Lipoproteine an und verursachen damit den Shift in der Ladungsverteilung. Bei dem natürlichen pH-Wert der Haut von etwa 5,5 sind die Lipoproteine damit neutral bis positiv geladen. Auf der negativ beladenen Hautoberfläche kommt es damit zu einer Adsorption mit Filmbildung.
Diese anwendungsbezogene Ladungsanpassung unterstreicht den multifunktionellen Charakter der Lipoproteine.
Verbesserung der Hautrauhigkeit
Wie sich diese spezifischen Wechselwirkungen in der Hautpflege ausnutzen lassen, wird am Beispiel der Hautfeuchte und Hautglätte gezeigt.
Zur Bestimmung der Hautglätte, wurde eine Lipoproteine-Creme zusammen mit zwei Anti-Falten Marktprodukten auf dem Unterarm aufgetragen. Die Veränderung der Hautglätte wurde dann über 6 Stunden verfolgt. Dazu wird das Oberflächenprofil der Haut mit der FOITS-Methode optisch abgetastet und das Tiefenrelief über die DIN-Größe Ra charakterisiert (4).
Nach Abb. 4 ergibt sich folgendes Bild. Die unbehandelte Haut zeigt im Tagesprofil einen konstanten Verlauf, während die Lipoprotein-Creme die Hautrauhigkeit direkt nach der Anwendung und über Stunden andauernd deutlich erniedrigt. Die Lipoprotein-Creme ist dabei den marktüblichen Anti-Falten-Produkten im Tagesprofil überlegen.
Hautfeuchtigkeit
Der positive Einfluss auf die Hautfeuchtigkeit wurde in einer Probandenstudie in-vivo untersucht. Diese Untersuchung wurde sowohl mit Corneometermessungen als auch mit der ATR-FTIR-Spektroskopie durchgeführt, die sich für die selektive Untersuchung des Stratum Corneums in der Praxis bewährt hat (5). Über die gesteuerte Eindringtiefe der IR-Strahlen wird selektiv der äußere Bereich des Stratum Corneums abgetestet und in z.B. für den Feuchtigkeitsstatus charakteristischen Banden dargestellt. Die relative Änderung der Hautfeuchtigkeit nach Applikation einer Creme wird dann über das Verhältnis der Amid I/Amid II-Banden verfolgt (Abb. 5).
In einer In-vivo Studie wurde eine Lipoprotein-Creme im Vergleich zu einem repräsentativen Marktprodukt (O/W-Emulsion) beurteilt (Abb.6). Für beide Produkte wurde eine langanhaltende Verbesserung der Hautfeuchtigkeit bestätigt. Im Kurzzeitbereich von wenigen Stunden zeigt hingegen die Lipoproteincreme Leistungsvorteile gegenüber einer klassischen o/w-Emulsion.
Kosmetische Verbraucherakzeptanz
Zum Abschluss der Untersuchungen wurde eine Pflegemaske, basierend auf einer Lipoproteinrezeptur, in einem dermatologisch kontrollierten Gebrauchstest bewertet. Hier steht die subjektive kosmetische Akzeptanz der Verbraucher sowie die dermatologische Verträglichkeit des Produktes im Fokus. Die Pflegemaske wurde über einen Zeitraum von 6 Wochen insgesamt 18 mal von 50 Probanden verwendet und bezüglich dem subjektiven Eindruck und der erlebten Hautverträglichkeit bewertet. Der sehr gute Pflegecharakter und die exzellente Hautverträglichkeit der Lipoproteincreme wird durch die hohe Verbraucherzustimmung, wie in Abb.7 zusammengefasst, bestätigt.
Die Beurteilung der Hautverträglichkeit wurde parallel auch in einem dermatologischen "Repeated Patch Test" mit 20 Personen durchgeführt. Bei der wiederholten Applikation unter okklusiven Bedingungen über 3 Wochen ergibt sich ein mittlerer Irritationsscore von 0,01 (Abb.7). Dies zeigt ein hochverträgliches Produkt an und bestätigt die subjektive Verbraucherbewertung.
Literatur
(1) Schuster, G. and Adams W. "Lipoproteine: Vorkommen, Aufbau und Bedeutung von Getreide", Mehl und Brot 34; 256-262 (1980)
(2) Vollhartd, J., Pickenhagen, W. and Stanzl, K. "Kosmetische Eigenschaften von natürlichen Weizenproteinen", Parfumerie und Kosmetik 78, 7-10 (1997)
(3) Teglia, A. and Secchi, G. "New protein ingredients for skin detergency: nativ wheat protein-surfactant complexes", Int. J. Cosmet. Sci. 16, 235-246 (1994)
(4) Rohr M., Schrader K. "Fast Optical In vivo Topometry of Human Skin (FOITS)", SÖFW-Journal 124, 52-59 (1998)
(5) Prasch Th., Knübel G. Schmidt-Fonk K. Ortanderl S. Nieveler S. and Förster Th. "Infrared spectroscopy of the skin: influencing the stratum corneum with cosmetic products", Int. J. Cosm. Sci 22, 371-383 (2000)
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