CC BY
2Ф.П. Балдынова, канд. хим. наук, доц., ВСГТУ
УДК 637.146.33
БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОСМЕТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ
Разработан способ получения косметической маски на основе природных сорбентов месторождений Бурятии и ферментированного растительного сырья в пастеризованной осветленной творожной сыворотке закваской чистых культур Lactobacillus bulgaricus. Изучены физико-химические, биохимические, а также органолепти-ческие свойства готового продукта сразу после приготовления и те же показатели с течением времени. Определены режим и срок хранения полученных композиций.
Ключевые слова: ферментация, скорлупа кедровых орехов, подскорлупная оболочка кедровых орехов, творожная сыворотка, бентонитовая глина, Lactobacillus bulgaricus
Baldynova F.P., PhD, Associate Prof. BIOTECHNOLOGY METHOD FOR COSMETIC
A method for producing cosmetics masks based on natural sorbents of Buryatia deposits and fermented plant material in the clarified pasteurized cottage cheese whey by pure cultures of Lactobacillus bulgaricus is worked out. Physical and chemical, biochemical, and organoleptic properties of the finished product after cooking and the same indicators in the course of time are studied. The mode and the shelf life of the obtained compositions are defined.
Key words: fermentation, husks of pine nuts, pine nuts under seed coat, cottage cheese whey powder, bentonite clay, Lactobacillus bulgaricus.
Успех биотехнологии предопределен тем, что в основе биотехнологических процессов лежат ферментативные реакции. Высокая специфичность ферментов, наличие в живых организмах полиферментных систем, катализирующих последовательные превращения субстратов, позволяют получать целевые продукты заданного качества наиболее экономичным путем. Переход от химической технологии переработки природного сырья к биотехнологии - это переход к более совершенному типу производства, приближающемуся по экономичности к естественным процессам, происходящим в природе, к использованию природного сырья растительного происхождения, которые безвредны и мало отличаются от синтетических средств по действию на биохимические процессы человеческого организма.
Растительное сырье является неисчерпаемым источником биологически активных веществ, которые находят широкое применение в косметической промышленности. Фитокосметика действует мягче, чем синтетическая, ее основные компоненты взяты из растительных клеток, у которых много общего с процессами, происходящими в клетках человеческого организма. Действие растительных компонентов усиливается введением продуктов биотехнологии: ферментов, белковых гидролизатов, витаминов, полисахаридов, что позволяет активизировать собственные защитные и восстановительные функции кожи, нормализуя обменные процессы.
Принципиальной новизной предлагаемых косметических средств является проведение ферментации растительного сырья с помощью биокаталитического комплекса молочнокислых микроорганизмов, образующегося в процессе их культивирования на сырье, при этом, как показали исследования, происходит наибольшее выделение и накопление биологически активных веществ из растений.
В качестве растительного сырья использовали скорлупу кедровых орехов и подскорлупную обо -лочку кедровых орехов. Подскорлупная оболочка содержит клетчатку, целлюлозу, витамин С, аминокислоты (аспарагин, треонин, серин, глутамин, пролин, глицин, аланин, валин, метионин, изолейцин, лейцин, тирозин, фенилаланин, гистидин, лизин), микро-, макроэлементы (Са, Р, К, Na, Mg, Fe, Mn, Zn) [1].
Основную часть скорлупы кедровых орехов составляют углеводы, главным образом клетчатка [2]. Наличие минеральных веществ и большое содержание углеводов характеризуют скорлупу кедровых орехов как источник углеводно-минерального комплекса и различных органических веществ. Дубильные вещества, или танниды, содержащиеся в скорлупе кедровых орехов, способны изменять коллоидное состояние белков, оказывают вяжущее, противомикробное, противовоспалительное действие, способствуют стягиванию кожи, образуют на слизистых оболочках и раневых поверхностях защитную пленку, под которой восстанавливается новый слой молодых клеток.
Масло кедровое обладает мощным антиоксидантным эффектом, защищает организм от действия свободных радикалов, предохраняет организм от аллергических реакций. Масло кедровое укрепляет кровеносные сосуды (капилляры, артерии и вены), улучшает циркуляцию крови, снимает воспалительные процессы, повышает подвижность суставов [3].
Компоненты продукта проникают в коллаген кожи, улучшая ее эластичность и целостность соединительной ткани, а также нейтрализуют действие ферментов, разрушающих коллаген кожи.
Для достижения синергического эффекта и усиления активного действия косметических средств ферментацию растительного сырья проводили в творожной сыворотке. Творожная сыворотка содержит большое количество биологически активных веществ, преимущественно белковой природы [4]. По своему составу творожная сыворотка отличается от молока только отсутствием казеина, который в кислой среде образует хлопья. Главными белками сыворотки являются лактоглобулин, лактоальбумин, бычий сывороточный альбумин и иммуноглобулин. В составе этих белков обнаружен полный набор незаменимых аминокислот, в том числе и аминокислоты с разветвленной цепью, играющие важную роль в энергообеспечении мышечной ткани. Последние научные исследования показали наличие в творожной сыворотке большого количества биологически активных веществ, наиболее интересными из которых по своему эффекту воздействия на кожу и перспективам использования в косметике являются "минорные" компоненты сыворотки, состоящие из пептидов молочной сыворотки с короткими цепями. Это - факторы роста, стимулирующие деление кожных клеток и фибробластов (фабрик коллагена в нашей коже и главных "борцов" с морщинами), ферменты и иммуномодуляторы, а также известные антимикробные вещества - лизоцим, лактоферин и лактопероксидаза.
В работе предусмотрено использование чистой закваски Lactobacillus bulgaricus для предотвращения нежелательных биохимических реакций при ферментации растительного сырья. Данный микроорганизм выбран на основании следующих свойств:
- Lactobacillus bulgaricus выделяет антибиотические вещества;
- во время ферментации Lactobacillus bulgaricus образует вещества, которые активируют иммунные реакции и повышают сопротивляемость организма к болезнетворным агентам;
- протеолитические ферменты Lactobacillus bulgaricus способствуют ускорению метаболических процессов с получением аминокислот, ди- и триполипептидов;
- данный микроорганизм обладает устойчивостью по отношению к биологически активным веществам растительного сырья.
Учитывая нарушение минерального гомеостаза кожных покровов, в качестве стабилизатора ферментированных и неферментированных эмульсий в состав косметических препаратов введена бентонитовая глина.
Применение бентонитовых глин в качестве основы косметических масок базируется на знаниях, пришедших к нам с древних времен, когда целебные глины использовались для лечения и сохранения красоты кожи, благодаря свойствам сорбции и ионного обмена.
В настоящее время глины широко используются как сырье в косметической промышленности. Бентонит - глинистый минерал группы алюмосиликатов [5]. Обладает высокой адсорбционной способностью, способностью к ионному обмену. Известны данные о возрастании удельного заряда в алюмоси -ликатных пластинах данных минералов с увеличением сорбированной воды. Аналогичные свойства характерны для липидов и фосфолипидов клеточной стенки. Таким образом, бентонит как основа маски обладает способностью катализировать биохимические реакции, в том числе и при контакте с кожными покровами, что способствует нормализации обменных процессов в тканях и оптимальному протеканию синтетических процессов, отвечающих за регенераторные и пластические процессы.
Целью данной работы являлось исследование и разработка способов получения косметических композиций на основе природных сорбентов месторождений Бурятии и ферментированных растений эндемиков с использование чистой закваски Lactobacillus bulgaricus, изучение их биохимических свойств, определение режимов и сроков хранения полученных композиций.
Для ее реализации были поставлены следующие задачи:
- исследовать эпифитную микрофлору бентонитовой глины, скорлупы и подскорлупной оболочки кедровых орехов и на основе результатов эксперимента подобрать режимы их термической обработки;
- исследовать процесс ферментации растительного сырья;
- разработать рецептуры и принципиально технологическую схему получения жидких и сухих косметических композиций;
- определить физико-химические, биохимические, микробиологические показатели полученных косметических композиций;
- выявить режимы и сроки хранения косметических композиций.
Первым этапом при приготовлении ферментированных и неферментированных препаратов является подготовка растительного сырья: измельчение и просеивание скорлупы кедровых орехов, очистка от посторонних примесей подскорлупной оболочки кедровых орехов, измельчение глины, пастеризация
творожной сыворотки, инокулирование культурой Lactobacillus bulgaricus. На втором этапе в творожную сыворотку вносят растительное сырье, обработанное 96%-ным этиловым спиртом. Ферментацию растительного сырья проводят глубинно при температуре 42°С в течение 3 суток. Затем смесь фильтруют.
Приготовление ферментированных композиций осуществляют согласно разработанным рецептурам и технологии.
В технологии косметических композиций на основе эмульсий ключевыми проблемами являются обеспечение определенной консистенции, термо - и агрегативной устойчивости, сохранность биоактивных компонентов и пролонгированное действие на поверхности кожи. Решение этих проблем тесно связано с составом поверхности и дисперсностью капель эмульсии, и, соответственно, со структурно-механическими свойствами косметической композиции. В этой связи выявление корреляций между реологическими характеристиками и составом эмульсий, их свойствами является актуальным.
В настоящей работе установлены изменения структурно-механических свойств косметических композиций при варьировании состава, концентрации бентонитовой глины и содержания масляной фазы. Определение реологических свойств полученных препаратов проводили на вискозиметре по методу Гэпплера. Дисперсионные характеристики суспензий находили по методу седиментации в гравитационном поле.
Установлено, что в области малых концентраций суспензия является бесструктурной. Начиная с критической концентрации структурообразования, появляются отдельные структурные элементы, не связанные между собой. Следует отметить, что структурообразование при приготовлении косметической маски на основе ферментированной подскорлупной оболочки кедровых орехов наблюдается при меньшей концентрации глины, чем в маске, приготовленной на основе ферментированной скорлупы кедровых орехов. При дальнейшем увеличении концентрации глины образуется структурированная паста.
Полученные косметические композиции являются седиментационно-устойчивыми за счет возникновения коагуляционных контактов. В коагуляционных структурах масляные прослойки дисперсионной среды полностью не вытесняются и препятствуют дальнейшему уменьшению толщины прослоек, что способствует агрегативной устойчивости.
Результаты физико-химических исследований свидетельствуют о том, что косметические маски с добавлением ферментированного растительного сырья обладают улучшенными структурно-механическими свойствами (вязкость, эластичность, пластичность) и повышенной влагоудерживающей способностью за счет образования адсорбционно-гидратных оболочек на жировых шариках системы, а также седиментационно и агрегативно устойчивы.
Поверхностное натяжение сыворотки при ферментировании со скорлупой или подскорлупной оболочкой кедровых орехов при 20°С равно 92,76-103 Дж/м2. Понижение поверхностного натяжения при ферментации можно объяснить синтезом белковых веществ, которые снижают энергию поверхностного натяжения и способствуют образованию пены.
Полученную композицию контролируют по микробиологическим показателям (ОМЧ, БГКП), по физико-химическим показателям (рН 20% смеси, w, п), биохимическому анализу (пектины, танниды).
Полупродукт сушат при температуре 46°С в течение 5-6 часов, затем измельчают на шаровой мельнице (0-0,1 мм). Далее проводят микробиологический контроль готовых сухих косметических масок (МАФАнМ, ОМЧ, Enterobacteriaceae, патогенные стаффиллококки, Pseudomonas-aeruginosa), физико-химический контроль (рН 20% смеси, вязкость), расфасовывают в полиэтиленовые пакетики по 15 г. Срок хранения 6 месяцев при температуре 22±1°С.
Полученные косметические маски исследовали по физико-химическим, органолептическим, биохимическим, микробиологическим показателям согласно принятым требованиям в косметической промышленности. Результаты исследований представлены в таблицах 1,2, 3, 4.
Физико-химические и органолептические показатели определяли сразу после получения готовых косметических масок (табл. 1, 2).
Для составления рецептур и получения продукта исследовали биохимические показатели. В исходном сырье и косметических композициях определяли наличие пектинов, таннидов. Результаты представлены в таблице 3. Микробиологические показатели готовой продукции представлены в таблице 4.
Таблица 1
Физико-химические показатели косметических средств
Наименование препарата Количество сухого вещества, % Водородный показатель рН (20%) Вязкость, сПз (при 25оС)
Маска ферментированная сухая на основе подскор-лупной оболочки кедровых орехов 4,0 - 5,0 6,0 - 7,0 72
Маска ферментированная сухая на основе скорлупы кедровых орехов 4,0 - 5,0 5,0 - 6,0 70
Таблица 2
Органолептические показатели косметических масок
Наименование косметической маски Внешний вид Цвет Запах
Маска ферментированная сухая на основе подскор-лупной оболочки кедровых орехов Гомогенная сметаноподоб-ная масса Кремовый Свойственный данному продукту
Маска ферментированная сухая на основе скорлупы кедровых орехов Гомогенная сметаноподоб-ная масса Кремовый Свойственный данному продукту
Таблица 3
Биохимический состав ферментационной среды
Среда после ферментации Пектины, % Танниды, %
Подскорлупная оболочка кедровых орехов 17 1
Скорлупа кедровых орехов 9 0,01
Таблица 4
Микробиологические показатели безопасности косметической продукции
Наименование Общее количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных бактерий (МАФАнМ) Дрожжи, дрожжепо- добные, плесневые грибки Бактерии семейства ЕПетоЪайеп-асеае Патогенные стафилококки Р8еи<1отопа8-аег^то8а
Маска ферментированная сухая на основе подскорлуп-ной оболочки кедровых орехов Не более 103 Не более 102
Маска ферментированная сухая на основе скорлупы кедровых орехов Не более 103 Не более 102
На основании биохимических и микробиологических показателей можно сделать выводы о том, что исследуемые сухие косметические маски, полученные на основе ферментированного растительного сырья с помощью молочнокислых микроорганизмов, содержат большое количество биологически активных веществ и обладают выраженным антибактериальным эффектом по отношению к грамположи-тельным коккам по сравнению с масками, содержащими неферментированное растительное сырье.
В результате микробиологических исследований разработаны режимы и сроки хранения жидких и сухих косметических масок. Жидкие косметические маски хранят в течение 10 суток при температуре (8±2)°С, сухие - в течение 6 месяцев при температуре 22 ±°С.
Таким образом, получен новый вид косметической продукции на основе ферментированного растительного сырья и природных сорбентов. Данная продукция не предполагает использование консервантов, так как хранится в сухом виде и разводится водой в соответствующем соотношении непосредственно перед применением. Косметические препараты экономичны, технологичны и разработаны для косметических салонов и индивидуального использования.
Библиография
1. Егорова Е.Ю., Митрофанов Р.Ю., Бахтин Г.Ю. Состав углеводов, минеральных элементов и жиров околоплодной оболочки кедрового ореха // Химия растительного сырья.- 2006.-№3. - С. 33-37.
2. Ефремов А.А., Павлова Е.С., Оффан К.Б., Кротова И.В. Получение целлюлозосодержащих продуктов из скорлупы кедровых орехов в условиях органосольвентного способа в среде уксусной кислоты // Химия растительного сырья. - 1998. - №3. - С. 87-91.
3. Иванов А.Н. Физико-химические свойства масел. - М.: Пищевая пром-сть, 1992. - 216 с.
4.ХрамцовА.Г. Молочная сыворотка.- 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Агропромиздат, 1990.-239с.
5. Швырев С.Н. Глины в природе. - М.: Агропромиздат, 1990.- 301с.
Bibliography
1. Egorov E.Yu., Mitrofanov R.Yu., Bachtin G.Yu. Composition of hydrocarbons, mineral elements and fats of the under seed cedar nut coat //Chemistry of vegetable raw material. -2006. - №3. P. 33-37.
2. Efremov A.A., Pavlova E.S., Offan K.B., Krotova I.V. Obtaining of cellulose products from the shell of pine nuts in organosolvent in acetic acid //Chemistry of vegetable raw material. -1998. - №3. P. 87-91.
3. Ivanov A.N. Physical and chemical properties of oils. - M.: The food industry, 1992. 216 p.
4. KhramtsovA.G. Whey. - 2-nd edition, Revised.- M.: Agropromizdat, 1990.-239p.
5. Shvirev S.N. Clay in nature. - M.: Agropromizdat, 1990.-301p.
