Jurnal KosmetikBahasa Indonesia:Ilmu Dermatologi dan Aplikasinya, 2013, 3, 139-144 http://dx.doi.org/10.4236/
jcdsa.2013.32022 Diterbitkan Online Juni 2013 (http://www.scirp.org/journal/jcdsa)
139
Studi Pembentukan dan Sifat Emulsi Kristal Cair dalam Kosmetik
Zhang Wanping*, Lingyan Liu
Sekolah Teknologi Parfum dan Aroma, Institut Teknologi Shanghai, Shanghai, Tiongkok.
Email:*[email protected]
Diterima 29 Januarith, 2013; direvisi 2 Maretdan, 2013; diterima 9 MaretthTahun 2013
Hak cipta © 2013 Wanping Zhang, Lingyan Liu. Ini adalah artikel akses terbuka yang didistribusikan di bawah Lisensi Atribusi Creative Commons, yang mengizinkan penggunaan, distribusi, dan reproduksi tanpa batas dalam media apa pun, asalkan karya asli dikutip dengan benar.
ABSTRAK
Dalam makalah ini, pembentukan struktur kristal cair dalam pembuatan emulsi dan perubahan struktur kristal cair tersebut selama penyimpanan dan penggunaan dipelajari. Selain itu, sifat reologi dan pelembapan emulsi struktur kristal cair juga diteliti.
Hasilnya menunjukkan bahwa struktur kristal cair pada antarmuka minyak-air dalam emulsi terbentuk secara bertahap dengan proses pendinginan setelah homogenisasi. Struktur kristal cair tidak berubah secara signifikan selama penyimpanan dalam waktu 12 bulan. Dan setelah emulsi disimpan selama 18 bulan, struktur kristal mulai terurai. Setelah diaplikasikan pada kulit, struktur kristal cair emulsi ditemukan berubah menjadi bentuk lain dengan menggosok, meskipun struktur kristal cair masih ada. Data reologi menunjukkan bahwa emulsi kristal cair menunjukkan sifat seperti padat (elastis) selama penyimpanan, yang menguntungkan untuk stabilitas yang baik. Di sisi lain, emulsi kristal cair menunjukkan sifat pengenceran geser yang khas setelah penggunaan, yang menghasilkan sensasi kulit yang sangat baik. Dan sifat pelembapan yang lebih baik dari emulsi tersebut dapat dikaitkan dengan struktur kristal cair.
Kata kunci:Emulsi Kristal Cair; Reologi; Stabilitas; Kelembaban
1. Pendahuluan
talemulsion terutama berfokus pada teori sistem khusus, seperti struktur molekul pengemulsi yang selaras, stabilitas dan perilaku reologi, serta contoh aplikasi praktis sistem emulsi [6,7].
Dalam makalah ini, pembentukan dan
transformasi struktur kristal cair dalam persiapan, penyimpanan, dan penggunaan diteliti. Sementara itu, perilaku reologi dipelajari untuk menetapkan korelasi antara karakteristik sensorik kulit dan sifat reologi.
Emulsi kristal cair merupakan jenis emulsi baru yang berbeda dari sistem emulsi tradisional. Emulsi ini merupakan susunan teratur molekul surfaktan dan minyak yang terbentuk pada antarmuka minyak-air, dan susunan teratur ini menjadikan emulsi berstruktur kristal cair menunjukkan kinerja aplikasi yang lebih baik
daripada sistem emulsi konvensional dalam hal stabilitas, pelepasan terkendali, dan pelembapan [1-3].
Pembentukan struktur kristal cair dalam emulsi tidak hanya bergantung pada komposisi formulasi emulsi, tetapi juga proses persiapan [4,5].
Sifat unik dan aplikasi emulsi kristal cair telah menarik banyak peneliti dalam produk farmasi dan kosmetik untuk melakukan studi ekstensif pada emulsi struktur khusus, termasuk persiapan dan sifat. Banyak pemasok bahan kimia khusus telah memproduksi pengemulsi, misalnya banyak surfaktan non-ionik seperti alkil glikosida, ester poligliserol, fosfat, dll., untuk menyiapkan emulsi dengan struktur kristal cair.
Saat ini, studi tentang kristal cair
2. Bagian Eksperimen
2.1. Bahan dan Peralatan Percobaan
C16-18 APG, 99% (Cognis); Steareth-21, 99% (Croda);natrium stearoil glutamat, 99% (Cognis); Cetearyl alkohol, 99% (Cognis); trigliserida kaprilat/kaprat, 99%
(Cognis); asam stearat, 99% (Cognis); Minyak mineral, 99% (Hangzhou Refinery); gliserol 99% (Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd.); Dimetikon, 99% (Dow Corning); 1,3-dihidroksi-5,5-DMH (Lonza).
Mesin geser berkecepatan tinggi FA25 (Fluko);
mikroskop polarisasi ECLIPSE E200 (NIKON).
*Penulis yang bersangkutan.
2.2. Metode Eksperimen 3. Hasil dan Pembahasan
2.2.1. PersiapanFormulasi emulsi terdiri dari fase minyak, fase air, dan komponen lainnya. Fase minyak meliputi pengemulsi minyak dan alkil poliglikosida. Dan fase air meliputi air deionisasi dan bahan pelembab.
Rasa dan pengawet yang sesuai adalah contoh komponen lainnya. Formulasi yang umum terlihat seperti berikut: 3% pengemulsi alkil poliglikosida, 2% alkohol stearat, 3% trigliserida kaprilat/kaprat, 5% minyak mineral, 5% dimetikon, 5% gliserin, 0,2%
pengawet, 0,2% rasa, 75,6% air deionisasi (b/b kecuali dinyatakan lain).
Emulsi disiapkan mengikuti prosedur khas yang digunakan untuk menyiapkan emulsi O/W,Saya.Bahasa Inggris:. fase air (air deionisasi dan bahan pelembab) dipanaskan hingga 80˚C dalam gelas kimia. Sementara itu fase minyak dipanaskan hingga 80˚C dalam gelas kimia lainnya. Fase minyak
ditambahkan ke fase air diikuti dengan homogenisasi dengan F25 Ultraturrax pada 13.000 rpm selama 3 menit. Sampel dibiarkan dingin hingga mencapai suhu kamar dengan pengadukan sedang pada 150 rpm, lalu disimpan pada suhu kamar.
3.1. Pembentukan Emulsi Struktur Kristal Cair
Emulsi dengan stabilitas yang baik dapat diperoleh dengan menggunakan campuran pengemulsi dengan proses persiapan yang dijelaskan dalam makalah ini.
Namun, pembentukan struktur kristal cair menunjukkan ketergantungan yang kuat pada komposisi formulasi dan proses persiapan [6, 7]. Dengan mengoptimalkan komposisi formulasi dan proses persiapan, emulsi kristal cair dapat terbentuk. Dalam percobaan, proses
pembentukan struktur kristal cair selama persiapan emulsi dipelajari. Mikroskop terpolarisasi digunakan untuk memantau sampel selama emulsifikasi dan homogenisasi. Foto diambil di bawah cahaya terpolarisasi dan pada 10 menit, 20 menit setelah homogenisasi dan akhir persiapan.
Gambar 1menunjukkan bahwa sejumlah kecil struktur kristal cair hadir, meskipun tidak teratur, dalam tetesan emulsi selama proses emulsifikasi dan homogenisasi. Foto yang diambil 10 dan 20 menit setelah homogenisasi menunjukkan jumlah struktur kristal cair yang semakin tinggi pada antarmuka minyak-air. Lebih jauh, foto yang diambil setelah homogenisasi dan pendinginan menunjukkan struktur kristal cair yang berkembang dengan baik pada antarmuka. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa struktur kristal cair antarmuka minyak-air dalam emulsi terbentuk secara bertahap dengan pendinginan setelah homogenisasi.
2.2.2. Mikroskop Optik Terpolarisasi
Sampel diamati dengan mikroskop (NIKON ECLIPSE E200).
Untuk persiapan sampel, sejumlah kecil emulsi dioleskan pada kaca mikroskop dan kemudian segera ditutup dengan kaca penutup. Sampel ditekan dengan jari untuk membuatnya setipis mungkin. Lensa objektif 40x dan lensa mata 10x40x digunakan dengan polarisator silang dalam bidang terang untuk mendeteksi birefringensi.
Mikrograf diambil di bawah mikroskop polarisasi.
3.2. Stabilitas Emulsi Struktur Kristal Cair
Seperti yang telah kita bahas sebelumnya, pembentukan struktur kristal cair merupakan hasil dari susunan teratur molekul pengemulsi dan minyak pada antarmuka minyak-air.
Namun, penataan ulang dapat terjadi selama penyimpanan, 2.2.3. Pengukuran Reologi
Sifat aliran tetap, tiksotropi, dan viskoelastis dinamis diukur dengan geometri kerucut dan pelat pada
rheometer yang dikontrol oleh tegangan (TA Instruments Co., Ltd. AR-2000N). Diameter kerucut adalah 40 mm. Laju geser berkisar antara 0,0001 hingga 200 detik.-1dalam pengukuran sifat aliran tetap dan tiksotropi.
Viskoelastisitas dinamis diukur sebagai fungsi frekuensi pada regangan kecil di daerah linier dan sebagai fungsi regangan pada frekuensi konstan. Frekuensi sudut berkisar antara 0,1 hingga 100 detik.-1dan amplitudo regangan adalah 0,1%. Suhu pengukuran adalah 25˚C.
2.2.4. Sifat Melembabkan
Kadar air dan Transepidermal Water Loss (TEWL) pada permukaan kulit diukur dengan Corneometer.
Pengukuran dilakukan di ruangan dengan
kelembaban terkontrol (40%) dan suhu (22ˊ C ± 1˚C).
Gambar 1. Pembentukan kristal cair selama dan setelah persiapan emulsi (di bawah pencahayaan terpolarisasi). (a) Selama
homogenisasi; (b) 10 menit setelah homogenisasi; (c) 20 menit setelah homogenisasi; (d) Sampel akhir.
menyebabkan perubahan struktur kristal cair, yang dapat memengaruhi stabilitas penyimpanan dan rasa kulit selama aplikasi. Oleh karena itu, perubahan struktur kristal cair pada penyimpanan enam bulan, dua belas bulan, dan delapan belas bulan dipelajari.
Gambar 2menunjukkan bahwa struktur kristal cair tidak berubah secara signifikan selama penyimpanan dalam 12 bulan, meskipun tampaknya terurai secara signifikan setelah emulsi disimpan selama 18 bulan.
Fenomena seperti itu dapat dikaitkan dengan fakta bahwa pembentukan struktur kristal cair sangat bergantung pada susunan teratur molekul pengemulsi dan minyak melalui keseimbangan dinamis dengan gerakan termal. Gerakan termal minyak dan molekul pengemulsi dapat mengurangi susunan teratur struktur kristal cair selama penyimpanan, sehingga menyebabkan dekomposisi struktur kristal cair secara bertahap [8,9]. Sebenarnya gerakan termal disukai oleh adanya lebih banyak minyak cair dan pengemulsi.
Sebaliknya, senyawa padat tidak mudah bergerak pada suhu kamar dan mengurangi gerakan termal.
Dapat disimpulkan bahwa peningkatan kandungan senyawa padat dapat mengurangi karakteristik gerakan termal molekul, sementara itu meningkatkan stabilitas struktur kristal cair dengan menyesuaikan struktur formulasi emulsi.
Foto mikroskopis diambil pada berbagai tahap penggunaan untuk menunjukkan perubahan struktur kristal cair selama proses tersebut.
Gambar 3menunjukkan perubahan signifikan struktur kristal cair setelah digosokkan ke kulit. Ketika baru dioleskan ke kulit, partikel emulsi dengan struktur kristal cair masih ada. Seiring berjalannya waktu, dapat dibayangkan bahwa air dalam emulsi akan menguap secara bertahap dan kandungan relatif minyak dan pengemulsi akan meningkat secara bertahap, yang akan menyebabkan kerusakan partikel emulsi, dan mengubah struktur kristal cair dengan distribusi teratur di
antarmuka minyak-air menjadi struktur kristal cair lamelar [8,9]. Foto-foto (Gambar 3) mengonfirmasi bahwa struktur kristal cair emulsi berubah setelah digosok, sedangkan struktur kristal cair tetap sama.
3.4. Sifat Reologi Emulsi Struktur Kristal Cair
Secara teori, struktur kristal cair seharusnya menghasilkan beberapa keuntungan daripada emulsi konvensional dalam aplikasi kosmetik, misalnya, stabilitas yang lebih baik, retensi kelembapan, pelepasan yang terkontrol, dan sensasi kulit yang baik. Untuk menyelidiki korelasi antara struktur kristal cair dan manfaat aplikasi, terutama stabilitas dan sensasi kulit, sifat reologi emulsi kristal cair dipelajari.
Seperti yang ditunjukkan padaGambar 4, viskositas dinamis emulsi kristal cair menunjukkan perilaku Bingham dengan sifat pengenceran geser. Tegangan luluh sebesar 31,58 Pa menunjukkan stabilitas yang baik dapat dicapai selama penyimpanan dan pengangkutan. Setelah digunakan, sifat pengenceran geser dapat memungkinkan penyebaran dan daya tembus yang baik dengan gosokan jari untuk emulsi tersebut. Kurva tiksotropik menunjukkan sedikit lingkaran histeresis yang menyiratkan pemulihan
3.3. Perubahan Struktur Kristal Cair Emulsi dalam Penggunaan
Diharapkan bahwa struktur kristal cair dalam emulsi tersebut dapat menghasilkan sifat aplikasi yang berbeda.
Untuk menilai hubungan antara struktur kristal cair dan sifat aplikasi, dan menentukan apakah ada manfaat yang dapat dirasakan, penting untuk mempelajari perubahan struktur kristal cair selama penggunaan.
Gambar 2. Kristal cair dalam emulsi selama penyimpanan (di bawah pencahayaan terpolarisasi). (a) 24 jam setelah persiapan;
(b) 6 bulan setelah persiapan; (c) 12 bulan setelah persiapan; (d) 18 bulan setelah persiapan.
Gambar 3. Kristal cair setelah diaplikasikan di bawah mikroskop terpolarisasi. (a) Setelah diaplikasikan; (b) 5 menit setelah diaplikasikan; (c) 10 menit setelah diaplikasikan.
menunjukkan bahwa emulsi kristal cair dapat menunjukkan daya sebar yang baik selama aplikasi [10,11].
G' adalah modulus penyimpanan dan G” adalah modulus kehilangan. Kurva viskoelastis adalah G' dan G” vs frekuensi (ω).
Frekuensi ini (ω) Ketergantungan modulus dinamis lebih lanjut menunjukkan bahwa respons G' dari sampel ini dominan terhadap respons G” di seluruh sampel yang diukur.ωdomain, menyiratkan bahwa sifat seperti padatan (elastis) lebih dominan daripada sifat seperti cairan (kental) dalam emulsi kristal cair. Ini berarti bahwa emulsi kristal cair menunjukkan sifat seperti padatan (elastis) dalam penyimpanan, yang baik untuk stabilitas produk. Namun sifat pengenceran geser menunjukkan sifat seperti cairan (kental) selama penggunaan, yang cukup baik untuk sensasi kulit. Selain itu, respons G' dan G” meningkat denganωsepanjang semua terukurωdomain, meskipun sedikit.
Respon viskoelastis seperti itu biasa terjadi pada emulsi O/W yang distabilkan oleh surfaktan. Ini berarti bahwa emulsi kristal cair dapat menunjukkan sifat yang sangat baik yang berkaitan dengan emulsi yang digunakan dalam aplikasi farmasi dan kosmetik.
(A)
3.5. Sifat Pelembab Emulsi Struktur Kristal Cair
Untuk mempelajari pengaruh emulsi struktur kristal cair terhadap sifat pelembab, kadar air dan
Transepidermal Water Loss (TEWL) pada permukaan kulit, sebelum dan sesudah aplikasi emulsi struktur kristal cair, diteliti dengan menggunakan
Corneometer.
Telah dilaporkan bahwa peningkatan alkohol lemak C16-18 dalam emulsi menyebabkan peningkatan pembentukan struktur kristal cair [6]. Dalam penelitian ini, kami menyiapkan sampel emulsi dengan kandungan alkohol lemak C16-18 yang berbeda dan mempelajari sifat pelembabnya masing-masing.
Gambar 5(a)menunjukkan bahwa tidak terjadi perubahan kadar air pada permukaan kulit dengan penggunaan emulsi yang berbeda dengan struktur kristal cair yang berbeda, namun perbedaan struktur kristal cair mempengaruhi Kehilangan Air Transepidermal pada permukaan kulit.
Gambar 5(b)menunjukkan bahwa Kehilangan Air Transepidermal menurun seiring dengan peningkatan struktur kristal cair emulsi. Sifat pelembab yang baik dari emulsi dengan struktur kristal cair dapat dikaitkan dengan fakta bahwa sejumlah besar molekul air dapat terperangkap dalam struktur kristal yang teratur dari kristal cair melalui asosiasi dengan gugus hidrofilik dari molekul pengemulsi.
Yang terakhir membentuk struktur berlapis-lapis dan teratur bersama dengan minyak dan molekul lain pada antarmuka air/
minyak dalam emulsi.
(B)
(C)
Gambar 4. Sifat reologi emulsi struktur kristal cair. (a) Viskositas vs laju geser; (b) Kurva tiksotropi; (c) Kurva modulus.
struktur kristal cair tertinggal di belakang penghilangan tegangan geser. Fluiditas emulsi kristal cair dipulihkan segera setelah penghilangan tegangan geser. Hasilnya
4. Kesimpulan
Pada makalah ini, pembentukan struktur kristal cair
5. Ucapan Terima Kasih
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Hu Jing di Institut Teknologi Shanghai atas penemu metode pengukuran sifat rhologi, dan Zheng Yunyun di Institut Penelitian Industri Wewangian & Rasa Shanghai atas dukungannya terhadap penelitian sifat pelembab.
REFERENSI
[1] Y. Liu dan S. Friberg, “Peran Kristal Cair dalam Emulsifikasi Emulsi Gel dengan Fraksi Fase Internal Tinggi,”Jurnal Ilmu Koloid dan Antarmuka, Vol. 340, No. 2, 2009, hlm. 261-268.
doi:10.1016/j.jcis.2009.08.038 (A)
[2] J. Vilasau, C. Solans, M. Gómez,dan lain-lain., “Perilaku Fase Sistem Surfaktan Ionik/Nonionik Campuran yang
Digunakan untuk Menyiapkan Emulsi Parafin Minyak dalam Air yang Stabil,”Koloid dan Permukaan A:Aspek Fisikokimia dan Teknik, Vol. 384, No. 1-3, 2011, hlm. 473-481.
doi:10.1016/j.colsurfa.2011.05.029
[3] T. Guillaume dan M. Sophie,dan lain-lain., “Bentuk Koloid Dikendalikan oleh Adsorpsi Molekuler pada Antarmuka Kristal Cair,”Jurnal Kimia Fisik B, Vol. 112, No. 14, 2008, hlm.
4157-4160.nomor telepon:10.1021/jp800431y [4] WP Zhang dan LY Liu, “Pengaruh Bahan Lain pada
Pembentukan Kristal Cair dalam Sistem APG,”
Deterjen Surfaktan China&Kosmetik, Vol. 40, No. 1, 2010, hlm. 35-39.
(B) [5] WP Zhang dan LL Zhu, “Studi tentang Pengaruh
Teknologi Emulsi pada Pembentukan Struktur Kristal Cair,”Deterjen Surfaktan China&Kosmetik, Vol. 39, No. 1, 2009, hlm. 35-38.
Gambar 5. Sifat pelembab emulsi struktur kristal cair. (a) Pengaruh terhadap kadar air pada permukaan kulit; (b) Pengaruh terhadap Kehilangan Air Transepidermal pada
permukaan kulit. [6] P. Saulnier dan N. Anton,dan lain-lain., “Kristal Cair dan Emulsi dalam Formulasi Pembawa Obat,”Akun Rendus Chimie, Vol. 11, No. 3, 2008, hlm. 221-228. doi:10.1016/
j.crci.2007.10.005 selama persiapan emulsi, perubahan struktur tersebut
selama penyimpanan dan aplikasi kosmetik serta sifat reologi diselidiki. Hasilnya menunjukkan bahwa struktur kristal cair terbentuk secara bertahap pada antarmuka minyak-air dari partikel emulsi dengan proses pendinginan setelah homogenisasi. Struktur kristal cair ada di antarmuka minyak-air dari partikel emulsi. Struktur kristal cair tidak berubah secara signifikan selama penyimpanan dalam 12 bulan.
Namun setelah disimpan selama 18 bulan, struktur kristal mulai terurai. Setelah diaplikasikan ke kulit, struktur kristal cair dengan distribusi teratur di
antarmuka minyak-air berubah menjadi struktur kristal cair lamelar. Emulsi kristal cair menunjukkan sifat reologi seperti padat (elastis), yang dapat
menghasilkan rasa produk yang baik, daya sebar, dan atribut menguntungkan lainnya yang terkait dengan aplikasi kosmetik. Emulsi struktur kristal cair juga menunjukkan sifat pelembab yang baik, yang dapat dikaitkan dengan terperangkapnya molekul air di dalam lapisan pengemulsi dari struktur kristal cair.
[7] T. Sonoda, Y. Takata,dan lain-lain., “Pengaruh Emulsifier terhadap Perilaku Kristalisasi Kristal Lipid dalam Tetesan Emulsi Minyak dalam Air Berukuran Nanometer,”Pertumbuhan Kristal&Desain n, Vol. 6, No. 1, 2006, hlm. 306-312. nomor telepon:10.1021/
cg050045h
[8] A. Bawab dan SE Friberg, “Beberapa Faktor Penting dalam Emulsi Perawatan Kulit,”Kemajuan dalam Ilmu Koloid dan Antarmuka, Vol. 123-126, 2006, hlm. 313-322. doi:10.1016/
j.cis.2006.06.004
[9] R. Carlos dan L. Massimo, “Emulsi dengan Fase Kontinu Terstruktur,”Opini Saat Ini dalam Koloid&Ilmu Antarmuka, Vol. 13, No. 4, 2008, hlm. 198-205.
doi:10.1016/j.cocis.2007.09.004
[10] HM Ribeiro, JA Morais,dan lain-lain., “Struktur dan Reologi Krim O/W Semipadat yang Mengandung Campuran Emulsifier Cetyl Alcohol/Surfaktan Non-Ionik dan Polimer Berbeda,”Jurnal Internasional Ilmu Kosmetik, Vol. 26, No. 2, 2004, hlm. 47-59.
doi:10.1111/j.0412-5463.2004.00190.x
[11] M. Mohammad dan A. Kenji, “Pengaruh Berat Molekul Trigliserida terhadap Pembentukan dan Reologi Molekul Trigliserida pada Tanaman
Perilaku Emulsi Gel Berbasis Fase Kubik dan Heksagonal,”
Jurnal Ilmu Koloid dan AntarmukaBahasa Indonesia: Vol. 336, No. 1, 2009, hlm. 329-334.
doi:10.1016/j.jcis.2009.03.054
