Холодное эмульгирование в косметике: сравнение вибрационного смесителя с роторно-статорным гомогенизатором

Холодное эмульгирование становится стандартной практикой в производстве косметики. Необходимость снижения энергопотребления, сохранения термочувствительных активных ингредиентов и работы с натуральными загустителями, которые разрушаются под воздействием высоких температур, побуждает всё большее число производителей отказываться от горячих процессов. Ключевой вопрос заключается в том, какая технология смешивания действительно обеспечивает стабильные высококачественные эмульсии в условиях холодного процесса. Роторно-статорные гомогенизаторы являются устоявшимся решением, однако их высокий профиль сдвигового воздействия создаёт ограничения при работе с вязкими, структурированными или насыщенными частицами составами. В данной статье представлены сравнительные данные о производительности вибромешалки FUNDAMIX® в сопоставлении с роторно-статорным эталоном на основе исследования, проведённого учёными Hochschule Niederrhein и представленного на DECHEMA 2024.

Как работает вибрационное смешивание при холодном эмульгировании?

В контролируемых лабораторных условиях FUNDAMIX® обеспечивал стабильные эмульсии холодного процесса в нескольких протестированных составах. В то время как роторно-статорные гомогенизаторы формировали более мелкие капли в среднем за счёт более высоких сдвиговых усилий, вибрационный смеситель стабильно производил эмульсии с более высокими вязкостями и устойчивой многофазной структурой. Это чёткое отличие в производительности имеет высокую актуальность для косметического эмульгирования, где вязкость, текстура и стабильность остаются ключевыми показателями качества.

Измеренные вязкости варьировались приблизительно от 8.200 до 8.500 mPa·s в сравнении с примерно 6.100-7.400 mPa·s для роторно-статорного эталона. В зависимости от состава это соответствует значениям объёмной вязкости, превышающим показатели роторно-статорной обработки более чем на 30 процентов, что свидетельствует о более выраженном структурном формировании эмульсии, а не о более тонком уменьшении размера капель.

Более высокая вязкость коррелирует с эффективным структурированием дисперсной фазы и равномерным распределением стабилизаторов, таких как xanthan gum или крахмал. Микроскопическая оценка показала хорошо структурированные системы капель с минимальными признаками коалесценции, демонстрируя способность вибрационного смесителя формировать стабильные эмульсии даже в присутствии пигментов, скрабов или других дисперсных частиц.

Ещё одним наблюдением, представляющим стратегическую значимость для косметических исследований и разработок, является естественное образование структур W/O/W в ходе однореакторной обработки. Режим обработки, благоприятный для чувствительных к сдвигу составов, способствует развитию множественных эмульсий без разрушения, позволяя создавать инновационные сенсорные профили и концепции контролируемого высвобождения, которые обычно требуют бережных условий обработки.

Рецептура M-49: эмульсия O/W, 0,7 % xanthan gum, 3,0 % крахмал (реологическая добавка), холодный процесс (25°C/25°C), партия 200 г

Почему вибрационное смешивание более энергоэффективно и масштабируемо?

Энергопотребление является решающим KPI на современных косметических предприятиях. В сравнительном исследовании, проведённом учёными Hochschule Niederrhein (Pastewski et al., DECHEMA, 2024), измерения мощности, зафиксированные на идентичных рецептурах холодного эмульгирования, показали, что вибромешалка FUNDAMIX® потребляла от 27 до 32 Вт, тогда как роторно-статорный гомогенизатор на тех же рецептурах — от 119 до 135 Вт. Это соответствует примерно четырёхкратному снижению энергопотребления при производстве стабильной эмульсии эквивалентного качества.

Холодное эмульгирование ещё более усиливает это преимущество. Традиционные процессы горячее/горячее требуют нагрева как масляной, так и водной фазы до 80°C перед смешиванием. Работая при температуре окружающей среды, холодный процесс полностью устраняет эти затраты тепловой энергии — в дополнение к выигрышу в эффективности смешивания.

FUNDAMIX® также обеспечивает операционную предсказуемость за счёт исключения вихреобразования, что позволяет достигать высоких уровней заполнения и стабильной работы в режиме партий в широком диапазоне вязкостей. Для предприятий, внедряющих или расширяющих стратегии холодного процесса, это создаёт прямую возможность минимизировать потребность в тепловой энергии при сохранении стабильного качества продукта, что поддерживает более гибкие и модульные компоновки производственных линий.

Кроме того, механическая простота системы, отсутствие вращающихся уплотнений и минимальный профиль технического обслуживания хорошо соответствуют требованиям к гигиене и времени безотказной работы, преобладающим в производстве косметики.

Где вибрационное смешивание может создавать ценность в производстве косметики?

Благодаря характерному поведению потока и адаптивности к чувствительным составам FUNDAMIX® открывает перспективные возможности на различных этапах косметической обработки. Стабильность процесса, мягкий сдвиговый профиль и эффективная динамика смешивания хорошо согласуются с движением отрасли к натуральным рецептурам, холодному эмульгированию и передовой инженерии текстур. В частности, способность формировать структурированные системы капля-в-капле способствует повышению стабильности эмульсии и увеличению кажущегося объёма, что особенно выгодно для кремовых косметических продуктов.

• Холодное эмульгирование кремов, лосьонов и сывороток с использованием натуральных загустителей и биоразлагаемых масел с преимуществами структур капля-в-капле, которые улучшают стабильность и обеспечивают более высокий кажущийся объём при постоянной массе.
• Диспергирование пигментов для скрабов, тонированных составов и функциональных добавок в структурированных многофазных системах без риска деградации под действием сдвига.
• Гомогенизация суспензий в высоковязких средах, где обычные мешалки испытывают застойные зоны или требуют повышенного энергопотребления, при сохранении контролируемого распределения фаз.
• Инкапсуляция или множественные эмульсии, поддерживающие передовые механизмы доставки активных ингредиентов посредством бережной обработки и стабильного формирования структур капля-в-капле.

FUNDAMIX® вибромешалка во время испытаний по холодному эмульгированию в Hochschule Niederrhein, 2024.

Холодное эмульгирование в косметике: как сократить энергозатраты на смешивание на 75% без ущерба для качества эмульсии

Заключение

Технические данные позиционируют вибрационное смешивание как технологию с высоким потенциалом для ориентированных на будущее производителей косметики. Несмотря на то что оно не заменяет высокосдвиговую гомогенизацию там, где требуются ультратонкие размеры капель, вибромешалка FUNDAMIX® уверенно занимает свою нишу в холодной обработке, высоковязких системах, натуральных рецептурах и энергооптимизированных производствах. Способность производить стабильные эмульсии, работать с насыщенными частицами системами и поддерживать низкое энергопотребление создаёт убедительное бизнес-обоснование как для формуляционных лабораторий, так и для производственных предприятий, стремящихся модернизировать свои производственные процессы.

Готовые эмульсии на чашках Петри. Слева: FUNDAMIX® вибромешалка. Справа: роторно-статорный гомогенизатор. Более плотная и однородная текстура эмульсии FUNDAMIX отражает более высокую структурную вязкость, измеренную во всех протестированных составах.

References
Pastewski, J., Lenters, L., Schultz, H. J., Wanninger, A.
Leistungsvergleich von Mischverfahren bei der Kaltherstellung von nachhaltigen kosmetischen Emulsionen.
Hochschule Niederrhein – University of Applied Sciences.
Presentation at the DECHEMA Annual Meeting, Fachgruppe Mischvorgänge, Schopfheim, Germany, March 7, 2024.