BLOG

HLB - czyli jak to zrobić, aby emulsja była stabilna

Tajemniczy skrót HLB - hydrophilic-lipophilic balance. To nic innego jak równowaga hydrofilowo-lipidowa. Czym jest tak naprawę i jakie ma znaczenie dla stabilności emulsji? Zacznijmy od początku…

Emulsja to taki układ dwóch niemieszalnych cieczy (polarnej i niepolarnej), w którym cząsteczki jednej cieczy są rozproszone lub zawieszone pomiędzy cząsteczkami drugiej. Aby układ był trwały należy obie rodzaje cieczy połączyć za pomocą emulgatora. Jak wiemy, wyróżniamy dwa rodzaje emulsji: woda w oleju (W/O) i olej w wodzie (O/W). W przypadku emulsji W/O cząsteczki wody są otoczone przez liczne cząsteczki oleju. W przypadku emulsji O/W sytuacja jest odwrotna – cząsteczki oleju otoczone są przez cząsteczki wody. Emulgator sprawia, iż cząsteczki cieczy rozproszonej w drugiej cieczy nie łączą się ze sobą, nie przyciągają wzajemnie, nie tworzą skupisk i pozostają rozproszone.

Emulgatory łączące wodę z olejem (lub olej z wodą) można sobie wyobrazić jak magnes, bo tak jak magnes ma dwa przeciwne bieguny, tak emulgator posiada część hydrofilową i lipofilową (z jednej strony bardzo lubi wodę, a z drugiej strony bardzo go ciągnie do oleju). HLB to balans, równowaga pomiędzy tymi dwiema częściami (częścią wykazującą większe powinowactwo do wody, a częścią wykazującą większe powinowactwo do oleju). Ten balans opisuje się liczbą.  

HLB

Lipofilowość/Hydrofilowość

Rozpuszczalność w wodzie

 

Efekt rozproszenia

Zastosowanie

1-3

silnie lipofilowe

nie rozpuszcza się

 

Środki zapobiegające pianie

3-6

umiarkowanie lipofilowe

nie rozpuszcza się

mleczna zawiesina

Emulgatory W/O

7-9

umiarkowanie lipofilowe

nie rozpuszcza się

stabilna mleczna zawiesina

Środki zwilżające

8-13

słabo hydrofilowe

średnia

przezroczysta, klarowna zawiesina

Emulgatory O/W

13-15

hydrofilowe

dobra

przezroczysty roztwór

Środki myjące i piorące

15-18

hydrofilowe

dobra

przezroczysty roztwór

Solubilizator

 

Przy obliczaniu wartości HLB emulgatora  (lub mieszaniny emulgatorów) niezbędnego dla stabilności naszej emulsji należy kierować się dwiema podstawowymi zasadami:

- wartość HLB obliczamy tylko dla części tłuszczowej – nawet jeśli jej procentowa wartość w formulacji jest znikoma,

- wartość HLB mieszaniny emulgatorów obliczamy na podstawie wartości HLB poszczególnych składników i ich względnego udziału w mieszaninie.

 

Wszystkie oleje, masła i woski mają swoją rekomendowaną liczbę HLB. W znakomitej większość liczba ta wynosi około 6-7-8, jednak niektóre tłuszcze mogą znacząco odbiegać od tej liczby (przykładowo olej rycynowy ma HLB 14). Gdy w naszej recepturze emulsji mamy tłuszcze o zbliżonym HLB  - kalkulacja jest prosta: poszukujemy emulgatorów o liczbie HLB takiej, jakiej wymagają nasze tłuszcze. Ale schody zaczynają się, gdy zaczynamy łączyć tłuszcze o różnej liczbie HLB.

Przykładowo, przyjmijmy, że faza tłuszczowa stanowi 20% całej receptury. W skład fazy tłuszczowej wchodzi:

- olej słonecznikowy (HLB 7) – 15% receptury

- alkohol cetylowy (HLB 15,5) – 5%  receptury


Aby obliczyć wymaganą wartość HLB fazy olejowej, powinniśmy pomnożyć wyrażony liczbą procent każdego z tłuszczów w fazie olejowej przez odpowiednią przypisaną mu liczbę HLB, a następnie zsumować wyniki:

– olej słonecznikowy: (75%/100) X HLB 7 = 0,75 X 7 = 5,25

– alkohol cetylowy: (25%/100) X HLB 15.5 = 0,25 X 15,5 = 3,88

Olej słonecznikowy + alkohol cetylowy = 5,25 + 3,88 = 9,13

Tak więc wymagana liczba HLB dla powyższej receptury wynosi 9,13.

A co się stanie, gdy zmienimy proporcje oleju słonecznikowego i alkoholu cetylowego w tej samej recepturze (czyli nadal faza olejowa stanowi 20%)? Czy HLB pozostanie to samo? Obliczmy na poniższym przykładzie:

– olej słonecznikowy (HLB 7) – 18%

– alkohol cetylowy (HLB 15,5) – 2%

Obliczamy udział procentowy poszczególnych tłuszczy:

– olej słonecznikowy 90% fazy olejowej

– alkohol cetylowy 10% fazy olejowej

Czyli:

– olej słonecznikowy = 18% formuły i 90% fazy olejowej,

– alkohol cetylowy = 2% formuły i 10% fazy olejowej.

Kalkulacja HLB:

– olej słonecznikowy: (90%/100) X 7 = 0,9 X 7 = 6,3

– alkohol cetylowy: (10%/100) X 15,5 = 0.1 X 15,5 = 1,55

Olej słonecznikowy + alkohol cetylowy = 6,3 + 1,55 = 7,85

Jak widać zmiana udziału poszczególnych tłuszczów w fazie olejowej spowodowała zmianę liczby HLB emulgatora zalecanego do emulsyfikacji.

Znamy już liczbę HLB, którą powinien przedstawiać emulgator lub mieszanina emulgatorów. Teraz tylko (jeśli zdecydowaliśmy się na mieszaninę emulgatorów) należy obliczyć właściwe stężenia wybranych emulgatorów w recepturze.

Przyjmijmy, że do emulgacji wybraliśmy emulgatory MGS (INCI: Methyl Glucose Sesquistearate) oraz monostearynian glicerolu (INCI: Glyceryl Monostearate). Pierwszy przedstawia liczbę HLB 12, natomiast drugi HLB 3-4 (dla dalszych obliczeń przyjmijmy średnią wynoszącą 3,5).

Analizując różne kombinacje stężeń emulgatorów i obliczone na tej podstawie HLB możemy wybrać najbardziej zbliżone do obliczonego HLB fazy tłuszczowej.

– (45%/100) X 12 + (55%/100) X 3,5 = 5,4+1,925=7,325

– (50%/100) X 12 + (50%/100) X 3,5 = 6+1,75=7,75

– (55%/100) X 12 + (45%/100) X 3,5 = 6,6+1,575=8,175

– (60%/100) X 12 + (40%/100) X 3,5 = 7,2+1,4=8,6

– (65%/100) X 12 + (35%/100) X 3,5 = 7,8+1,225=8,025

Na podstawie powyższego widzimy, że w naszej recepturze, w której 20% stanowi faza olejowa składająca się z oleju słonecznikowego (18%) i alkoholu cetylowego (2%) powinniśmy użyć wskazanych emulgatorów w równych proporcjach.

Dzięki umiejętności obliczania HLB możemy minimalizować ilość używanych emulgatorów (co jest zwłaszcza cenne, gdy nie posiadamy homogenizatora). Obliczając właściwą liczbę HLB możemy zredukować ilość używanych emulgatorów nawet do 2%.

Mało tego, znając właściwą liczbę HLB i manipulując nią lekko, możemy osiągać pewne efekty „pozaemulgacyjne”. Przykładowo, gdy zrobiony przez nas krem zbyt bardzo się „bieli” (czyli dłużej musimy go wsmarowywać, gdyż pozostawia biały ślad na skórze) – wystarczy, że lekko obniżymy wymaganą wartość HLB.

Jak widać – nie taki HLB trudny, jak go opisują. Miłej zabawy ☺

Koszyk

Twój koszyk jest pusty.

Dokonaj swoich pierwszych zakupów