Biologische Funktion. Kosmetische Relevanz. Chemischer Aufbau

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1 Lecithine

2 Bei Lecithinen handelt es sich um komplexe Gemische verschiedener polarer Lipide und deren Begleitsubstanzen, den Kohlenhydraten, Antioxidantien sowie neutralen und unpolaren Lipiden. Seit Jahrzehnten werden Lecithine in der Nahrungsmittelindustrie, in der Pharmazie und Medizin sowie in kosmetischen Formulierungen eingesetzt. Hintergrund ist ihre einzigartige Wirkweise und Vielfältigkeit, die man am besten nachvollziehen kann, wenn man sich mit ihrer biologischen Funktion und ihrem chemischen Aufbau beschäftigt. über eine Phosphatgruppe verbunden ist. Dieser sogenannte amphiphile Aufbau (polarer und unpolarer Anteil innerhalb eines Moleküls) macht Phospholipide polarer als die Begleitsubstanzen. Man spricht daher auch von dem sogenannten Acetonunlöslichen Bestandteil, der sich zu ca. 75 % aus den Phospholipiden und zu 25 % aus Antioxidantien, Sterinen, Glycolipiden und Kohlenhydraten zusammensetzt. Die übrigen Begleitsubstanzen (Triglyceride und Fettsäuren) sind hingegen in dem relativ unpolaren Lösemittel Aceton löslich. Biologische Funktion Lecithin ist ein natürlicher Baustein aller lebenden Zellen mit lebenswichtigen Funktionen für Menschen, Tiere und Pflanzen. Biomembranen unterteilen unsere Zellen in zahlreiche Kompartimente. Ihr einzigartiger Aufbau ist u.a. entscheidend wichtig für die komplexen Abläufe innerhalb einer Zelle. Die polaren Lipide der Lecithine bilden dabei den Hauptbestandteil menschlicher Membranen. Bei diesen polaren Lipiden handelt es sich um sogenannte Phospholipide, bestehend aus einer polaren Kopfgruppe (der Phosphatgruppe) und einem unpolaren Schwanz (den Fettsäuren). Innerhalb der Biomembran sind die polaren Kopfgruppen nach außen, die unpolaren Schwänze hingegen nach innen gerichtet und formen so das von Seymour Jonathan Singer und Garth Nicolson publizierte FlüssigMosaikModell (Abb. 1). CH P + N Phosphatidylcholin CH P H H CH P NH 2 Phosphatidylethanolamin CH P CH CH Kohlenhydrate H NH 2 H H polare Köpfe Phosphatidylinositol Phosphatidylserin Proteine Abbildung 1: Schematischer Aufbau einer Biomembran. In der fluiden Lipiddoppelschicht aus Phospholipiden sind integrale Membranproteine eingelagert, während Kohlenhydrate auf die Lipidschicht aufgelagert sind. Phospholipide verleihen der Membran ihre Flexibilität. Sie machen den Großteil einer Biomembran aus. Zusammen mit den ein und aufgelagerten Proteinen regulieren sie u.a. den Stofftransport innerhalb der Zellen. Chemischer Aufbau unpolare Schwänze polare Köpfe Phospholipide Die Vielfalt der Lecithine lässt sich am einfachsten über ihren chemischen Aufbau erklären. Der wertbestimmende Anteil eines Lecithins sind die polaren Phospholipide, während die Begleitsubstanzen (Kohlenhydrate, Antioxidantien, Triglyceride, Fettsäuren, Sterine und Glycolipide) weniger bedeutend sind. Die Gruppe der Phospholipide setzt sich im Wesentlichen aus Phosphatidylcholin, Phosphatidylethanolamin, Phosphatidylserin und Phosphatidylinositol (Abb. 2) zusammen. Abbildung 2: Die vier wichtigsten Phospholipidtypen bestehen aus einem GlycerinGrundgerüst, verbunden mit je zwei hydrophoben Fettsäuren (grau) und einer hydrophilen Kopfgruppe (blau). Kosmetische elevanz Lecithine sind ein Naturprodukt und damit biologisch abbaubar sowie toxikologisch unbedenklich. Diese Eigenschaft gepaart mit ihrer vielfältigen Wirkweise macht sie zur ersten Wahl beim Einsatz in moderner Kosmetik und eröffnet vielfältige Möglichkeiten. Durch Ihren amphiphilen Aufbau bilden sie in wässriger Umgebung lamellare Strukturen aus, die sich je nach Temperatur, Wasser und Phospholipidkonzentration unterscheiden können. Lecithine sind natürliche, hautanaloge (Co) Emulgatoren, welche die Trennung der Wasserphase von der Ölphase in einer Formulierung verhindern. Sie erhöhen somit die Stabilität von Wasser in Öl oder Öl in Wasser Emulsionen. Im Gegensatz zu klassischen bzw. synthetischen Emulgatoren haben Lecithine keinen festen HLBWert (hydrophiliclipophilic balance), da sie als Naturprodukt in ihrer Zusammensetzung variieren. Mittels modernster Verfahren ist es uns aber möglich, die Zusammensetzung so zu steuern, dass eine grobe Gruppierung in HLBBereiche möglich ist (Abb. 3). Wie beim Einsatz klassischer Emulgatoren kann man so in Abhängigkeit vom HLB Wert der Formulierung gezielt ein Lecithin auswählen oder aber zwei Lecithine miteinander kombinieren, um den gewünschten HLBWert einzustellen. Alle besitzen ein GlycerinGrundgerüst, das am ersten und zweiten Kohlenstoffatom des Glycerins mit je einer Fettsäure verestert ist sowie eine polare Kopfgruppe, die am dritten Kohlenstoffatom 2 3

3 W/ W/ or /W /W SFS SFD SF50 Abbildung 3: Grobe Einteilung der Lecithine in ihre HLBBereiche. SF75 SF90 SF75H SF90H E NGM E NGM 50 E 100 E IP HLB Darüber hinaus wirken sich Phospholipide positiv auf die Feuchtigkeitsbilanz von Haut und Haaren aus, da sie vor Entfettung schützen, indem sie eine Schicht bilden, die auch nach dem Waschen bestehen bleibt. Im Gegensatz zu Silikonen legen sich Lecithine nicht wie eine Plastikfolie über Haare, die pflegende Effekte nur vortäuscht, langfristig aber schädlich ist. Haare sind grob aus drei Schichten aufgebaut: Cuticula, Cortex und Medulla. Der Cortex ist der Hauptteil des Haares und besteht aus Keratinen (Gerüstprotein). Umwelteinflüsse, Hitze und Chemikalien greifen die Keratine an. Dadurch wölbt sich die äußerste Schicht (Cuticula od. Hornschicht) nach außen. An ihr kann man daher den Gesundheitszustand unseres Haares erkennen. Phospholipide lagern sich in die Hornschuppen an die Keratine, neutralisieren diese und bilden so eine natürliche, antistatische und pflegende Schutzschicht. Die Kämmbarkeit wird erhöht und der seidige Glanz gesunden Haares wiederhergestellt (Abb. 5). Die Affinität der Lecithine zur Hautoberfläche kann auch gezielt genutzt werden, um die PigmentHautHaftung z. B. von Lippenstiften oder Makeups zu steigern. Durch die in Lecithin enthaltenen Tocopherole zeigen sie zudem eine antioxidative Wirkung. Sprödes und trockenes Haar Glattes und glänzendes Haar Als natürliche Membranbestandteile besitzen Lecithine eine sehr gute Hautverträglichkeit. Die Fähigkeit, Strukturen auszubilden, die denen der Zellmembran und der Lipidschicht im Stratum corneum (oberste Schicht der Epidermis) ähneln sowie die Affinität zu hauteigenen Lipiden, zeichnen Phospholipide aus. Sie verbessern die Hautglätte sowie die Geschmeidigkeit der Haut. Die Cholingruppe der Phosphatidylcholine wirkt vielen Verhornungsstörungen entgegen. Phosphatidylcholin greift dabei in den CeramidStoffwechsel ein (Abb. 4). Die lebenden Zellen der Epidermis, die Keratinozyten, verhornen zu Corneozyten, wobei die Sphingomyeline (eine Form der Phospholipide) zu Ceramiden (Untergruppe der Lipide) umgewandelt werden. Die gebildeten Ceramide der Hornschicht können aber wieder in Sphingomyeline umgewandelt werden, indem die Phosphocholingruppe auf das Ceramid übertragen wird. Das Phosphatidylcholin wird dabei zum Diaglycerin. Ceramide (Hornschicht) Sphingomyeline (lebende Epidermis) Abbildung 5: Wirkweise von Lecitinen auf Haare Phosphatidylcholine CH P CH + 2 N Abbildung 4: Im Ceramid Stoffwechsel kommt es zu einer Verhornung der Zellen. Diese kann rückgängig gemacht werden, indem die Phosphocholingruppe eines Phosphatidylcholins auf das Ceramid übertragen wird. Phosphocholingruppe Diaglycerine Abbildung 6: Wirkstoffbeladene Liposomen können durch ihre Verschmelzung mit der Membran Stoffe besser, tiefer und gleichmäßiger in der Haut verteilen. Phosphatidylcholinangereicherte (fraktionierte) Lecithine sind von besonders großem Interesse, da sie in der Lage sind Liposomen auszubilden. Liposomen sind aus Lipidmembranen geformte Vesikel, die kosmetische Wirkstoffe in sich aufnehmen können (Abb. 6). Die verkapselten Wirkstoffe werden gleichmäßig in der Haut freigesetzt, weshalb sie sehr gut verträglich sind und in der egel, im Vergleich zu konventionellen Systemen, niedriger dosiert werden können. In Versuchen hat sich gezeigt, dass ein Phosphatidylcholinanteil von 7075 % optimal ist, ein geringerer oder noch höherer Anteil führte zu schlechteren Ergebnissen. Selbst leere Liposomen sind hochgradig wirkungsvoll, da in ihnen ein erhöhter Gehalt an Linolsäure detektiert werden konnte. Linolsäure hat eine hervorragende Wirkung bei Hautunreinheiten und leichter Akne, da sie eine wichtige olle bei der hauteigenen Produktion von Ceramid 1 spielt. Ceramid 1 ist ein Lipid, das ganz wesentlich zum Aufbau der Barrierefunktion beiträgt. 4 5

4 Lecithintypen Um alle kosmetisch relevanten Einsatzzwecke abdecken zu können, haben wir ein breites Spektrum an Lecithintypen in unser Portfolio aufgenommen. Alle unsere Lecithine sind NN GM. Gewonnen werden diese aus der Sopflanze oder Sonnenblumen. Letztere haben den Vorteil, dass man jeglicher GMDiskussion schon im Vorfeld entgeht und dass das Allergiepotential der Sonnenblume geringer ist als das der Sopflanze. Standardlecithine ( SFS) bestehen wie bereits beschrieben aus den wertvollen Phospholipiden (Acetonunlöslicher Anteil) und den Begleitsubstanzen. Sie haben einen charakteristischen Geruch und die Lecithine braune Farbe. Entölte Lecithine ( SFD) werden so aufgearbeitet, dass die Begleitsubstanzen weitgehend entfernt werden. Hierdurch werden der Geruch und die Farbe der Lecithine reduziert und der wertvolle Anteil der Lecithine erhöht. Zudem steigen auch die Löslichkeit in Wasser und die emulgierenden Eigenschaften. Lysolecithine ( E NGM; E NGM 50; E 100 E IP) zeichnen sich durch ihre hohe Wasserlöslichkeit aus und erlauben daher den Einsatz in Formulierungen mit sehr hohem Wasseranteil. Dies wird erreicht, indem die Lecithine mit einer Phospholipase behandelt werden, wodurch eine der beiden Fettsäuren abgespalten wird. Da nun der unpolare Anteil der Phospholipide verringert ist, sind diese deutlich besser im polaren Wasser löslich. Ab einem Lysoanteil von 50 % lassen sich die EmulgatorEigenschaften nicht weiter steigern. Fraktionierte Lecithine ( SF50; SF70; SF90) stellen die Königsklasse der Lecithine dar. Durch eine Entölung wird zunächst der wertvolle Bestandteil erhöht. Übrig bleibt ein Phospholipidgemisch. Von diesen gilt das Phosphatidylcholin als besonders bedeutend, da es sehr pflegend ist und optimal zur Liposomenbildung genutzt werden kann. Um den Anteil an Phosphatidylcholin des Phospholipidgemisches zu erhöhen, wird eine Fraktionierung mit Ethanol durchgeführt. Je nach Anzahl der Fraktionierungsschritte lassen sich so unterschiedlich hoch konzentrierte Phosphatidylcholinangereicherte Lecithine herstellen. Fraktionierte und hydrierte Lecithine ( SF75H; SF90H) unterscheiden sich von den fraktionierten Lecithinen darin, dass zwei weitere ptimierungsschritte nachgeschaltet sind. Nach der Fraktionierung werden sie zunächst hydriert. Hierbei werden die ungesättigten Seitenketten der Phospholipide abgesättigt. Die Produkte zeichnen sich dann durch eine hohe Temperaturstabilität aus und können im Gegensatz zu den Unhydrierten bei aumtemperatur gelagert werden. Als letzter Schritt folgt eine schonende Bleichung, so dass weiße pulverförmige Lecithine entstehen, die optimal geeignet sind, um hochweiße Formulierungen zu fertigen. Nachfolgend sind tabellarisch die wichtigsten Charakteristika unserer Lecithine aufgelistet. 6 7

5 Produkt E NGM E NGM 50 E 100 E IP Produkt SFS SFD SF50 SF75 SF75H SF90 SF90H Lecithintyp Lyso Lyso Lyso Lecithintyp Standard Entölt Fraktioniert Fraktioniert Fraktioniert und hydriert Fraktioniert Fraktioniert und hydriert Herkunft Sopflanze Sopflanze Sopflanze Herkunft Sonnenblume Sonnenblume Sonnenblume Sonnenblume Sonnenblume Sonnenblume Sonnenblume Aggregatzustand flüssig flüssig Aggregatzustand flüssig wachsartig wachsartig wachsartig Farbe bräunlich bräunlich beige Farbe dunkelbraun bräunlich gelbbräunlich gelbbräunlich weißgelblich gelbbräunlich weißgelblich Geruch Geruch geruchlos geruchlos Acetonunlöslich (polarer Lipidanteil) PCAnteil min 56 % 10 % min 56 % 10 % min 95 % 12 % Acetonunlöslich (polarer Lipidanteil) min 60 % min 95 % PCAnteil 1218 % 2027 % min 45 % min 70 % min 70% min 90 % min 90 % Lysoanteil 25 % 50 % 30 % Lysoanteil max 6 % max 6 % max 6 % max 5 % max 5 % Emulgator Emulgator Hautpflege Hautpflege Haarpflege Haarpflege SchaumStabilisator Antioxidans Schaum Stabilisator Antioxidans Liposomenbildung Konsistenzbildend Liposomenbildung HLBWert Konsistenzbildend stark stark HLBWert Einsatzkonz. 16 % 16 % 16 % Einsatzkonz. 0,512,0 % 110 % 0,56,0 % 0,56,0 % 0,56,0 % 0,56,0 % 0,56,0 % Tabelle 1: Charakteristika und Zusammensetzung der Solecithine Tabelle 2: Charakteristika und Zusammensetzung der Sonnenblumenlecithine Die Inhalte wurden mit größter Sorgfalt erstellt. Für die ichtigkeit, Vollständigkeit und Aktualität des Inhaltes übernehmen wir keine Haftung. 8 9

6 Verarbeitungshinweise Aufgrund der unterschiedlichen Zusammensetzung der einzelnen Lecithintypen, ergeben sich kleine Abweichungen in der Verarbeitungsweise. Um Ihnen die Verarbeitung unserer Lecithine so einfach wie möglich zu machen, folgen nun die jeweiligen Verarbeitungshinweise. SFS (Standardlecithin) wird in Konzentrationen von 0,512 % eingesetzt, als Co Emulgator reichen 0,53 % aus. Es ist in Wasser dispergierbar. In reichhaltigen Formulierungen wie z.b. Babykosmetik, deren Wasserphase <50 % ist, lassen sich W/ Emulsionen herstellen. Ist die Wasserphase >65 % bilden sich hingegen /W Emulsionen aus. Es eignet sich sowohl für heiße (max 70 C) als auch kalte Emulsionsschritte und kann im Vorfeld sowohl der Fett als auch der Wasserphase zugegeben werden. Zudem kann man es der fertigen Formulierung zusetzen. Standardlecithin ist ein er Konsistenzbildner. Die endgültige Viskosität stellt sich nach 12 Tagen ein. Je nach gewünschter Konsistenz ist meist ein zusätzlicher Verdicker notwendig. SFD (entöltes Lecithin) wird in Konzentrationen von 110 % eingesetzt. Für Shampoos und Conditioner empfehlen sich 12 %, für Badekugeln 510 %. Es ist in Wasser dispergierbar und bildet bevorzugt W/ und Mischemulsionen aus. Es eignet sich sowohl für heiße (max 70 C) als auch kalte Emulsionsschritte und kann im Vorfeld sowohl der Fett als auch der Wasserphase zugegeben werden. Die Verarbeitung ist leichter, wenn es 1:1 mit Wasser gemischt wird und bei aumtemperatur 20 min. quellen gelassen wird. Entöltes Lecithin ist ein er Konsistenzbildner. Die endgültige Viskosität stellt sich nach 12 Tagen ein. Je nach gewünschter Konsistenz ist meist ein zusätzlicher Verdicker notwendig. E NGM (Lysolecithin mit einem Lysolecithinanteil von ca. 25 %) wird in Konzentrationen von ca. 0,55,0 % eingesetzt. Je höher die Konzentration, desto besser sind die hautglättenden Eigenschaften. Lysolecithin weist eine erhöhte Affinität zur Wasserphase auf. Es kann sowohl für /W als auch W/ Emulsionen verwendet werden, je nach Anteil der Fettphase (1870 %). Der optimale Konzentrationsbereich der Fettphase liegt jedoch bei 2045 %. Es eignet sich sowohl für heiße (max 70 C) als auch kalte Emulsionsschritte und kann im Vorfeld sowohl der Fett als auch der Wasserphase zugegeben werden. Zudem kann man es der fertigen Formulierung zusetzen. Lysolecithin ist ein er Konsistenzbildner. Die endgültige Viskosität stellt sich nach 12 Tagen ein. Je nach gewünschter Konsistenz ist meist ein zusätzlicher Verdicker notwendig. E NGM 50 (Lysolecithin mit einem Lysolecithinanteil von ca. 50 %) wird in Konzentrationen von ca. 26 % eingesetzt. Je höher die Konzentration, desto besser sind die hautglättenden Eigenschaften. Aufgrund des erhöhten Lysoanteils weist es eine stark erhöhte Affinität zur Wasserphase auf. Es wird für /W Emulsionen verwendet, eignet sich sowohl für heiße (max 70 C) als auch kalte Emulsionsschritte und kann im Vorfeld sowohl der Fett als auch der Wasserphase zugegeben werden. Zudem kann man es der fertigen Formulierung zusetzen. Lysolecithin ist ein er Konsistenzbildner. Die endgültige Viskosität stellt sich nach 12 Tagen ein. Je nach gewünschter Konsistenz ist meist ein zusätzlicher Verdicker notwendig. E 100 E IP (entöltes Lysolecithin mit einem Lysolecithinanteil von ca. 25 %) wird in Konzentrationen von ca. 16 % eingesetzt. Je höher die Konzentration, desto besser sind die hautglättenden Eigenschaften. Lysolecithin weist eine erhöhte Affinität zur Wasserphase auf. Es kann sowohl für /W als auch W/ Emulsionen verwendet werden, je nach Anteil der Fettphase (1870 %). Der optimale Konzentrationsbereich der Fettphase liegt jedoch bei 2045 %. Es eignet sich sowohl für heiße (max 70 C) als auch kalte Emulsionsschritte und kann im Vorfeld sowohl der Fett als auch der Wasserphase zugegeben werden. Zudem kann man es der fertigen Formulierung zusetzen. Lysolecithin ist ein er Konsistenzbildner. Die endgültige Viskosität stellt sich nach 12 Tagen ein. Je nach gewünschter Konsistenz ist meist ein zusätzlicher Verdicker notwendig. Im Vergleich zum E NGM eignet es sich für Formulierungen, die eine hellere Farbe haben sollen. SF50, SF75 und SF90 (fraktionierte Lecithine) werden in Konzentrationen von 0,53,0 % eingesetzt, für besonders hautglättende Produkte auch bis zu 6 % und eignen sich für wasserbasierte Formulierungen. Sie sind in Wasser dispergierbar und bilden bevorzugt W/ Emulsionen aus. Sie eignen sich sowohl für heiße (max 70 C) als auch kalte Emulsionsschritte und können unmittelbar vor der heißen Emulsionsbildung sowohl der Fett als auch der Wasserphase zugegeben werden. Unnötig lange Hitzebehandlungen sollten vermieden werden. Die Verarbeitung ist leichter, wenn sie mit Löslichkeitsvermittlern wie Ethanol oder Diolen ( Propanediol natural oder Pentiol natural) kombiniert werden. Fraktionierte Lecithine lassen sich sehr gut als Penetrationsverstärker einsetzen, da sie Liposomen ausbilden. Hierbei wird im ersten Schritt zunächst eine konzentrierte Lösung der einzukapselnden Aktivstoffe in demineralisiertem Wasser sowie parallel dazu eine Proliposomenlösung hergestellt. Die Proliposomenlösung besteht aus den Lecithinen in einer WasserEthanol Mischung und/oder WasserGlycerin Mischung. Im zweiten Schritt folgt die Zugabe der Lösung mit den Aktivstoffen zur Proliposomenlösung. Hierbei sollte das Verhältnis Proliposomenlösung:Aktivstofflösung 1:1 oder maximal 1:2 eingehalten werden. Im dritten Schritt wird das fertige Mischprodukt dann schrittweise mit demineralisiertem Wasser in einem Verhältnis von 2:8 bzw. 3:7 verdünnt. Alle Arbeitsschritte werden bei aumtemperatur durchgeführt. SF75H und SF90H (fraktionierte und hydrierte Lecithine) werden in Konzentrationen von 0,53,0 % eingesetzt, für besonders hautglättende Produkte auch bis zu 6 % und eignen sich für wasserbasierte Formulierungen. Sie sind in Wasser dispergierbar und bilden bevorzugt W/, aber auch /W Emulsionen aus. Sie eignen sich sowohl für heiße (max 70 C) als auch kalte Emulsionsschritte und können unmittelbar vor der heißen Emulsionsbildung sowohl der Fett als auch der Wasserphase zugegeben werden. Aufgrund der Hydrierung sind längere Hitzebehandlungen akzeptabel. Die Verarbeitung ist leichter, wenn sie mit Löslichkeitsvermittlern wie Ethanol oder Diolen kombiniert werden und/oder bei ca. 70 C für 20 min. in der gesamten Wasserphase quellen gelassen werden. Ein Quellen erhöht auch die konsistenzprägenden Eigenschaften. Fraktionierte Lecithine lassen sich sehr gut als Penetrationsverstärker einsetzen, da sie Liposomen ausbilden. Hierbei wird im ersten Schritt zunächst eine konzentrierte Lösung der einzukapselnden Aktivstoffe in demineralisiertem Wasser sowie parallel dazu eine Proliposomenlösung bei 65 C hergestellt. Die Proliposomenlösung besteht aus den Lecithinen in einer WasserEthanol Mischung und/oder WasserGlycerin Mischung. Im zweiten Schritt folgt die Zugabe der Lösung mit den Aktivstoffen zur Proliposomenlösung, ebenfalls bei ca. 65 C. Hierbei sollte das Verhältnis Proliposomenlösung:Aktivstofflösung 1:1 oder maximal 1:2 eingehalten werden. Im dritten Schritt wird das fertige Mischprodukt dann schrittweise mit demineralisiertem Wasser in einem Verhältnis von 2:8 bzw. 3:7 bei aumtemperatur verdünnt

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