Коллоидно-химические свойства пенообразующих и гелевых композиций с биологически активными компонентами

Шигабиева, Юлия Александровна

Коллоидно-химические свойства пенообразующих и гелевых композиций с биологически активными компонентами тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.11 ВАК РФ

Шигабиева, Юлия Александровна АВТОР

кандидата химических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Казань МЕСТО ЗАЩИТЫ

2014 ГОД ЗАЩИТЫ

02.00.11 КОД ВАК РФ

Диссертация по химии на тему «Коллоидно-химические свойства пенообразующих и гелевых композиций с биологически активными компонентами»

Автореферат диссертации на тему "Коллоидно-химические свойства пенообразующих и гелевых композиций с биологически активными компонентами"

На правах рукописи

///у-

ШИГАБИЕВА ЮЛИЯ АЛЕКСАНДРОВНА

КОЛЛОИДНО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЕНООБРАЗУЮЩИХ И ГЕЛЕВЫХ КОМПОЗИЦИЙ С БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫМИ КОМПОНЕНТАМИ

02.00.11 - коллоидная химия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

1 5 МАЙ 2014

Казань -2014

005548281

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет» (ФГБОУ ВПО «КНИТУ»)

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор,

Галяметдинов Юрнй Геннадьевич

Официальные оппоненты: Авраменко Григорий Владимирович,

доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой технологии химико-фармацевтических и косметических средств федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский химико-

технологический университет имени

Д. И. Менделеева» Миргородская Алла Бенционовна, кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории высокоорганизованных сред федерального государственного бюджетного учреждения науки «Институт органической и физической химии имени А. Е. Арбузова Казанского научного центра Российской академии наук»

Ведущая организация: Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский (Приволжский) федеральный университет» Защита состоится «27» июня 2014 г. в 9 часов на заседании диссертационного совета Д 212.080.05 при ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет» (420015, г. Казань, ул. К. Маркса, д. 68, Зал заседаний Ученого совета - каб. 330).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет» и на сайте wvAV.kstu.ru.

Автореферат диссертации разослан « го » и^/ЭЬ*^ 2014 г.

У - ^

ученый секретарь диссертационного совета Потапова М. В

Д 212.080.05

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современные косметические средства являются классическими коллоидными системами - гелями, пенами, суспензиями, эмульсиями. В настоящее время актуальным направлением является введение в композиции биологически активных веществ (БАВ) натурального и синтетического происхождения направленного действия - экстрактов, витаминов, антиоксидантов. Ключевым моментом при разработке рецептур с активными компонентами антиоксидантного действия является анализ их влияния на коллоидно-химические свойства композиций (пенообразование, гелеобразование, структурно-механические характеристики и т.д.). Исследования в этой области весьма ограничены. Новыми и перспективными косметическими и фармацевтическими продуктами являются полимерные гели. Благодаря способности к формированию пространственной сетки данные системы выступают в качестве основы для введения биологически активных компонентов. Одной из актуальных задач коллоидной химии косметических средств является создание систем направленного мембранного транспорта БАВ, обеспечивающих их контролируемое высвобождение. Для гелей эта задача может быть решена введением поверхностно-активных веществ (ПАВ), являющихся неотъемлемыми ингредиентами большинства гетерогенных систем косметического назначения. Перспективно использование неионных ПАВ (НПАВ), поскольку они обладают рядом достоинств - дерматологической мягкостью, нетоксичностью, термостойкостью. Вместе с тем, коллоидно-химические свойства гелевых композиций с биологически активными веществами и ПАВ исследованы недостаточно. Сведения о влиянии природы и концентрации ПАВ на процесс высвобождения активных ингредиентов и структуру гелей практически отсутствуют.

Цель работы заключается в выявлении закономерностей совокупного влияния биологически активных компонентов и ПАВ на коллоидно-химические свойства пенообразующих и гелевых композиций косметического назначения.

Для достижения поставленной цели в процессе работы решались следующие задачи:

1. Анализ коллоидно-химических свойств золей меланина чаги и танино-катехинового комплекса зеленого чая - биологически активных компонентов композиций.

2. Исследование влияния природы и концентрации добавок биологически активных золей на количественные характеристики пенообразования.

3. Оптимизация структурно-механических свойств гелевых композиций и содержания в них свободной и связанной воды в присутствии биологически активных компонентов и НПАВ.

4. Установление возможности и условий применения НПАВ для осуществления процесса контролируемого высвобождения биологически активных веществ из гелей.

5. Оценка антиоксидантной активности гетерогенных систем косметического назначения.

Научная новизна работы. Впервые проведено систематическое исследование коллоидно-химических свойств гелевых и пенообразующих композиций с БАВ антиоксидантного, противовоспалительного и регенерирующего действия - золями меланина чаги и танино-катехинового комплекса зеленого чая, Н-(р-гидроксиэтил)-4,6-диметилдигидропиримидо-ном-2 (ксимедоном), а также 1,2-дитиолан-З-пентановой кислотой и аминокислотным комплексом метионина с литием. Выявлено и оптимизировано модифицирующее действие БАВ на структурно-механические свойства полимерных гелей, определяемое концентрацией добавки, температурой, присутствием ПАВ в системе. Показано, что в присутствии биологически активных компонентов и ПАВ изменяется содержание свободной и связанной воды в гелях. Определены оптимальные концентрации НПАВ (оксиэтилированных высших жирных спиртов (ОЭВЖС) и сорбитан бис(полиоксиэтилен)-моноолеата (Твина-80), обеспечивающие регулируемое высвобождение БАВ из гелевых композиций. Разработан алгоритм оценки антиоксидантной активности гетерогенных систем косметического назначения методом ЭПР.

Практическая значимость работы. Разработанные подходы к созданию и исследованию коллоидных систем с биологически активными веществами позволили расширить диапазон косметических средств антиоксидантного действия. Предложены рецептуры косметических композиций (лечебно-косметических гелей, шампуней, лосьонов) с исследуемыми БАВ. Гели с экстрактами чаги награждены серебряной медалью на 5 биотехнологической выставке-ярмарке «РОС-БИОТЕХ» (Москва, 2011). На основании анализа влияния БАВ на количественные характеристики пенообразования и реологические свойства гелей установлены концентрационные диапазоны ввода антиоксидантов. Апробирован способ определения антиоксидантной активности гетерогенных композиций с БАВ методом ЭПР без значительного изменения структуры. Методика получения косметических композиций с БАВ антиоксидантного и противовоспалительного действия внедрена в лабораторный практикум для студентов, обучающихся по магистерской программе «Технология косметических средств».

На защиту выносятся следующие положения:

1. Результаты исследования коллоидно-химических свойств биологически активных золей.

2. Анализ концентрационного влияния БАВ на максимальный объем и устойчивость пены.

3. Выявленные условия введения НПАВ в гелевые композиции с БАВ, обеспечивающие контролируемое высвобождение активных компонентов.

4. Экспериментальные данные о влиянии биологически активных компонентов и ПАВ на структурно-механические характеристики гелей. Расчет реологических параметров гелей.

5. Оценка антиоксидантной активности гетерогенных систем косметического назначения методом ЭПР.

6. Рекомендации по использованию результатов исследования для создания пенообразующих и гелевых композиций косметического назначения с оптимальным комплексом коллоидно-химических свойств.

2011); 1 Всероссийском симпозиуме по поверхностно-активным веществам «От коллоидных систем к нанохимии» (Казань, 2011); VI конференции молодых ученых «Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем» (Иваново, 2011); V Молодежной конференции ИОХ РАН (Москва, 2012); XII Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» (Казань, 2012); Научной школе с международным участием «Новые материалы и технологии переработки полимеров» (Казань, 2012); Всероссийской молодежной научной школе «Биоматериалы и нанобиоматериалы: Актуальные проблемы и вопросы безопасности» (Казань,

2012); Международной молодежной научной школе «Кирпичниковские чтения» (Казань, 2012); Всероссийской молодежной конференции «Инновации в химии» (Казань, 2012); Всероссийской молодежной конференции «Химия поверхности и нанотехнология» (Казань, 2012); II Всероссийском симпозиуме по ПАВ (Москва, 2013), VI Всероссийской Каргинской конференции «Полимеры-2014» (Москва, 2014). Результаты работы также обсуждались на итоговых научных сессиях КНИТУ 2011 -2013 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 22 работы, в том числе 7 статей, б из которых в журналах, входящих в Перечень ВАК Минобрнауки России, и 15 тезисов докладов на конференциях различного уровня.

Личный вклад автора. Все данные экспериментального характера, а также их анализ, интерпретация и формулирование выводов были получены автором работы лично или при его непосредственном участии.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 158 страницах машинописного текста и содержит 65 рисунков и 22 таблицы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы из 201 наименования.

Работа выполнена на кафедре физической и коллоидной химии Казанского национального исследовательского технологического университета.

Автор выражает искреннюю благодарность доценту Богдановой С. А. за помощь при выполнении и обсуждении работы.

Объекты и методы исследования. Объектами исследования являлись базовые пенообразующие и гелевые композиции косметического назначения, биологически активные компоненты антиоксидантного и противовоспалительного действия - золи меланина чаги с различным содержанием дисперсной фазы, разработанные на кафедре пищевой биотехнологии ФГБОУ ВПО «КНИТУ», золь танино-катехинового (ТК) комплекса зеленого чая, Ы-(Р-гидрокси)-4,б-диметилдигидропиримидон-2 (ксимедон), 1,2-дитиолан-З-пентановая (липоевая, дитиооктановая) кислота (ДТГТК), аминокислотный комплекс метионина с литием (AKMJI), а также неионные ПАВ. Базовая пенообразуюшая композиция включает комплекс ПАВ, регуляторы вязкости и рН, воду. В состав базовой гелевой композиции входит гелеобразователь Carbomer 141, глицерин, нейтрализующий агент -триэтаноламин, вода.

Коллоидно-химические свойства биологически активных золей (размеры частиц, электрокинетический потенциал) определяли методами динамического и электрофоретического рассеяния света на анализаторе Zetasizer Nano ZS компании Malvern Instruments. Спектры поглощения исследуемых БАВ были получены на двухлучевом спектрометре Lambda 35 компании Perkin-Elmer. Поверхностное натяжение измеряли методом отрыва кольца (Дю-Нуи) на тензиометре Kruss Кб. Определение максимального объема пены проводили методом Росс-Майлса. Реологические исследования гелевых композиций осуществляли с помощью ротационного вискозиметра «Reotron» в режиме контролируемой скорости сдвига в диапазоне температур от 293 до 323 К. Процесс высвобождения активных компонентов из гелей изучали методом равновесного диализа (по методике Крувчинского) при 310 К. Определение антиоксидантной активности (АОА) композиций с БАВ проводили на основе реакции с парамагнитным зондом 2,2-дифенил-1-пикрилгидразилом (ДФПГ ) методом ЭПР в стационарном режиме. Содержание свободной и связанной воды в гелях определялось по данным термического анализа -термогравиметрии и дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Коллоидно-химические свойства и антиоксидантная активность

композиций с биологически активными компонентами Большинство натуральных экстрактов относится к коллоидным системам -золям. В связи с этим, важным моментом является установление взаимосвязи между коллоидно-химическими свойствами исследуемых биологически активных золей с антиоксидантным действием и оптимальными концентрациями их введения в композиции. На рис. 1 и 2 на основании анализа литературных данных схематически представлены основные компоненты дисперсной фазы и дисперсионной среды золей танино-катехинового комплекса зеленого чая и меланина чаги, полученных разведением водой

экстрактов до концентрационных пределов, соответствующих их содержанию в ленообразующих и гелевых базовых композициях (0,5-5%).

Дисперсионная среда: кофеин, органические кислоты, пропиленгликоль, вода, сапонины:

" хс

Дисперсная фаза - ТАНИНО-КАТЕХИНОВЫЙ КОМПЛЕКС:

■ Танины

' Катехины • Белки

•Аминокислоты

"С

-о-*

оо:

Рисунок 1 - Основные среды золя ТК-комплекса

компоненты дисперсной фазы и дисперсионной

Дисперсионная среда: фенолы, органические кислоты, диметилсульфоксид, вода

Дисперсная Фаза - МЕЛАНИН: Хромогенная часть:

• Фенольные соединения: • Липиды *Сиреневая "Ванилиновая "Пирогаллол

кислота кислота «ж соон

СН^Ч"00"» ifS (;,и

у v^ocH> MYr0H

соои он Ч^

Белково-полисахариднын матрккс:

• Полисахариды: • Белки • Аминокислоты "Глюкоза *Ксилоза

СН2ОН н

Oh?1—f

он

Рисунок 2 - Основные компоненты дисперсной фазы и дисперсионной среды золя меланина

В работе использовались золи меланина чаги, отличающиеся способом экстракции и содержанием дисперсной фазы (золь меланина 1 и золь меланина 2 на основе экстрактов Фунги Б11 и Фунги Б13 соответственно). Распределение их частиц по размерам указывает на разную степень полидисперсности данных систем, наиболее очевидную для золей меланина с размерами частиц от 4 до 16 нм (золь меланина 1) и от 65 до 320 нм (золь меланина 2). Из приведенных на рис. 3 зависимостей очевидна склонность к агрегации частиц при повышении концентрации, особенно это характерно для золя меланина 2, что может быть связано с повышенным содержанием дисперсной фазы в экстракте и присутствием гидроксида натрия в экстрагенте.

Таблица 1 - Электрокинетический потенциал частиц золей

С, */о масс.

Концент- С - потенциал, мВ

рация ТК- Мела- Мела-

золя, комплекса нина 1 нина

% масс. 2

0,5 -34,7 -51,4 -40.5

1,0 -32,8 -47,2 -36,0

2,0 -31,1 -46,0 -34,8

3,5 -29,7 -45,2 -32,9

5,0 -26,2 -44,2 -30,7

Рисунок 3 - Влияние концентрации золей Показано, что величина на размер частиц: 1 - меланина 2; электрокинетического потенциала 2 - ТК-комплекса; 3 - меланина 1 частиц исследуемых коллоидных

систем (табл. 1) уменьшается с увеличением концентрации, что коррелирует с размером частиц их дисперсной фазы (рис. 3). Отрицательный заряд частиц, по-видимому, обусловлен диссоциацией карбоксильных групп в белковых соединениях, присутствующих в дисперсной фазе золей.

Различие в коллоидно-химических свойствах биологически активных компонентов предполагает неоднозначный характер их взаимодействия с базовыми пенообразующими композициями. Результаты исследования влияния БАВ на максимальный объем пены показаны на рис. 4.

Очевидно, что характер влияния БАВ на пенообразующую способность композиции индивидуален и зависит как от вида золя, так и от его концентрации. Отмечены области повышения пенообразующей способности при введении в базовую композицию активных компонентов. По-видимому, этот эффект связан с присутствием в дисперсионной среде сапонинов (для золя ТК-комплекса), органических кислот (для золя комплекса меланина), обладающих поверх-результаты тензиометрических

О 0,5 I 13 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

С, % масс.

Рисунок 4 - Зависимость максимального объема пены от содержания золя: 1 - ТК-комплекса; 2 - базовая пенообразующая композиция; 3 — меланина 1; 4 - меланина 2

ностной активностью, на что указывают исследований. Уменьшение объема пены в области высокого содержания БАВ, очевидно, обусловлено агрегацией частиц в пенной пленке. Значения Н0 и устойчивости пены композиций с исследуемыми БАВ во всем диапазоне концентраций от 0,5 до 5% масс, находятся в интервале, рекомендованном ГОСТ 22567.1-77. Оптимальная концентрация золей биологически активных веществ в пенообразующих композициях, обеспечивающая повышение Н0 и

получение устойчивой пены, составила 1%. Пенообразующие композиции с ксимедоном не исследовались ввиду его окисления и изменения цвета при введении в базовый состав.

Активные свойства гелей тесно связаны со структурно-механическими характеристиками, поэтому их оптимизация является важной при разработке данных систем. Нами изучено влияние добавок биологически активных золей и ксимедона на реологическое поведение базовых гелевых композиций.

Отмечен неньютоновский характер течения (рис. 5). Наблюдается проявление

тиксотропных свойств, обеспечивающих восстановление структуры после снятия приложенных нагрузок,которые наиболее выражены для геля с добавкой золя меланина 2, наименее - с ксимедоном. Важными структурно-механическими параметрами являются статический предел текучести т0, характеризующий возникновение процесса разрушения структуры, и динамический предел текучести т0д (по Бингаму),

150 200 250 300 350 -Ш *ЭЗ 500 5!«

т, Па

Рисунок 5 - Кривые течения гелей с 1% масс. БАБ: 1 - ксимедона; 2 - базовая комподация; 3 - золя ТК-комплекса; 4 - золя меланина 1; 5 - золя меланина 2

определяемый на прямолинейном участке реологической кривой. Полученные экспериментальные данные можно аппроксимировать уравнением Гершеля-Балкли, характеризующим вязкопластичное течение систем:

г = т0 + К у",

где К - коэффициент п - индекс течения системы. Пластическая вязкость г|.

консистенции, Па-с; у - скорость сдвига,

определялась по уравнению Шведова-Бингама:

г = т0 + г\т • у,

Исходя из значений индекса течения п, определен темп разрушения структуры т по формуле: т = п -1

Для практического применения гелей важным является влияние БАВ на временные параметры систем (время релаксации X и т.д.), рассчитанные по уравнению Кросса:

г,

dlcg л

i + (л ■ г)" ' d\o%y

где % — ньютоновская вязкость при у —>0; г^ - ньютоновская вязкость при у—>со; X - время релаксации геля; m - эмпирическая величина.

Степень разрушения структуры геля также характеризовали по величине механической стабильности М, которая определялась отношением предела текучести системы после разрушения к пределу текучести до него.

Таблица 2 - Реологические параметры гелей с I % масс. БАВ

Реологический параметр композиции Гелевая композиция

Базовая С ксимедоном С золем ТК-комплекса С золем меланина 1 С золем меланина 2

То, Па 29,6 31,0 29,3 25,1 24,7

т0д, Па 300 315 297 249 235

Л™, Па-с 0,30 0,31 0,24 0,22 0,21

Х,с 1,28 1,49 1,19 1,18 1,14

К, Па с 49,8 52,3 49,3 42,3 41,5

п 0,35 0,35 0,35 0,34 0,34

ш 0,65 0,65 0,65 0,66 0,66

М 0,87 0,95 0,84 0,80 0,75

Анализ табл. 2 указывает на различный характер влияния вводимых БАВ на структурно-механические характеристики гелей. Очевидно, что самой структурированной системой является композиция с ксимедоном, она характеризуется наибольшим динамическим пределом текучести, что, по-видимому, связано со склонностью ксимедона к комплексообразованию с карбоксильными группами гелеобразователя, вследствие чего способность к релаксации напряжений для этих гелей наименее выражена (к=\,49 с). Введение БАВ в форме золей приводит к некоторому снижению прочностных характеристик по сравнению с базовой композицией, также уменьшается время релаксации X, что способствует ускорению восстановления структуры геля после приложенной нагрузки. Мы полагаем, что это связано с частичным разрушением пространственной сетки геля в результате встраивания в структуру коллоидных частиц дисперсной фазы, поскольку изменения в структурно-механических характеристиках гелей с БАВ коррелируют с размерами их частиц, а также степенью полидисперсности систем. Существенное снижение прочностных свойств наблюдается только для систем с золями меланина. Вместе с тем, введение этих БАВ практически не влияет на значения индекса течения, отражающего отклонение свойств исследуемой системы от ньютоновской жидкости, а также темпа разрушения структуры. Пластическая вязкость г)пл и коэффициент консистенции К также имеют тенденцию к дифференцированному изменению значений при введении БАВ, что необходимо учитывать при использовании гелей.

По результатам температурного исследования реологических свойств гелей можно сделать вывод, что оптимальным решением станет получение и применение гелевых композиций при температурах, не превышающих 313 К для систем с золями ТК-комплекса и меланина 1, а для гелей с добавкой золя меланина 2 - не более 308 К во избежание частичной потери потребительских свойств продукта. Установлено, что гелевая система с ксимедоном достаточно устойчива во всем диапазоне температур от 293 К до 323 К. Значения энергии активации вязкого течения исследуемых гелевых композиций, рассчитанные по модифицированному для неньютоновских жидкостей уравнению Аррениуса-

Френкеля-Эйринга, указывают на аналогичное изменение энергии связей в гелевой матрице при введении БАВ.

Актуальной задачей является изучение изменения активных свойств компонентов в зависимости от фазового состояния исследуемой системы. Для анализа антиоксидантных свойств композиций применялся метод, в основе которого лежит реакция биологически активных компонентов композиций со стабильным радикалом 2,2-дифенил-1-пикрилгидразилом (ДФПГ), фиксируемая спектрофотометрией и электронным парамагнитным резонансом. Метод ЭПР в большинстве исследований применялся для характеристики реакции ДФПГ' с антиоксидантами в растворах. Применение данного метода к гелям на основе полиакриловой кислоты (карбомера) и пенообразующим композициям открывает новые возможности определения антиоксидантной активности композиций без значительного разрушения структуры. Нами исследовались композиции с БАВ - ксимедоном и золями активных добавок, также для сравнения анализировалась антиоксидантная активность исследуемых золей и водного раствора ксимедона.

Центральной характеристикой, на которую опираются для сравнительной оценки антиоксидантных свойств систем, является величина ЕС50 - это концентрация БАВ, обеспечивающая снижение содержания ДФПГ' в 2 раза. АОА тем выше, чем более низкие значения принимает ЕС50. Глубина превращения ДФПГ' определялась по снижению интенсивности спектров ЭПР исследуемых композиций в результате взаимодействия БАВ с ДФПГ' (рис. 6):

% ДФПГ =^-хЮ0 , Ло

где А0 - интенсивность спектра ЭПР в начальный момент регистрации; А,- интенсивность спектра ЭПР по окончании 30 мин. от начала реакции.

Мадпв(!с ЯеМ, глТ

Рисунок 6 - Спектр ЭПР ДФПГ' в гелевых композициях с золем меланина 2

Рисунок 7 - Концентрационная зависимость глубины превращения ДФПГ' в реакции взаимодействия с золем меланина 2: 1 - гелевая композиция; 2 - в отсутствии композиции; 3 - пенообразующая композиция

На рис. 7 показан принцип определения ЕС5о на примере композиций с золем меланина 2. Сводя полученные графическим методом значения ЕС50 в единую диаграмму (рис. 8), можно наглядно увидеть влияние структуры и состава системы на изменение антиоксидантной активности. Очевидно, что в отсутствии базовых композиций более выраженные антиоксидантные свойства проявляют золи БАВ по сравнению с раствором ксимедона, что, вероятно, может быть объяснено меньшей реакционной способностью аминогрупп в составе ксимедона по отношению к ДФПГ' по сравнению с полифенолами золей. Золь ТК-комплекса проявляет ярко выраженные антиоксидантные свойства. Золи меланина также обладают различной активностью. Золь меланина 1 с содержанием дисперсной фазы 1,01 г/100 мл (ЕС5о=1,00% масс.) уступает по антиоксидантным свойствам аналогу с содержанием меланина 2,91 г/100 мл (ЕС50=0,81% масс.). Для пенообразующей композиции с добавкой золя меланина 2 в сравнении с золем соответствующей концентрации в отсутствии композиции наблюдается ослабление АОА (рис. 8). В случае золей меланина 1 и ТК-комплекса антиоксидантные

свойства пенообразующих композиций и разбавленных золей соизмеримы. Переход к гелевым структурам сопровождается повышением антиоксидантной активности. Данный факт может свидетельствовать о возможном эффекте синергизма между компонентами рецептуры и антиоксидантами, что открывает широкие перспективы для разработки косметических гелевых систем с природными и синтетическими БАВ.

Таким образом, выявлена возможность применения метода ЭПР для определения антиоксидантной активности косметических композиций при температуре, соответствующей условиям непосредственного применения данных косметических систем - температуре кожи 310 К.

Важным этапом данной работы стало исследование влияния БАВ на количественное содержание в гелевых композициях различных типов воды, которое является еще одним фактором, определяющим биологическую доступность активных компонентов в системе. Как известно, вода в полимерном геле представлена тремя типами: свободная, промежуточно-связанная (межфазная) и связанная вода, осуществляющая межмолекулярные взаимодействия с полярными группами полимера. Содержание связанной воды Wb рассчитывали по формуле:

С БА8 в отсутствии кимыстшшн □ Гель О ПеиооСртзую

Рисунок 8 - Значения антиоксидантной активности систем косметического назначения по данным метода ЭПР

^где \У( - общее содержание воды в гелевой системе, Wf - содержание свободной воды; - содержание промежуточно-связанной воды.

ДИ <|и8г.:м(3

Таблица 3 - Влияние БАВ на содержание воды разных состояний в гелевой композиции

Рисунок 9 - ДСК-термограмма базовой гелевой композиции

Гелевая система % Щ, % Щ„ %

Базовая композиция 95,0 74,8 20,2

С ксимедоном 94,9 81,4 13,5

С золем ТК-комплекса 92,8 87,4 5,4

С золем меланина 1 96,9 92,7 4,2

С золем меланина 2 96,2 69,0 27,2

Общее количество воды в гелях было определено по кривым термогравиметрии. На основании данных ДСК (рис. 9) вычисляли содержание свободной и промежуточно-связанной воды как отношение площади эндотермического пика плавления соответствующего типа воды в характерном для него интервале температур (1=0 - +3 °С - для свободной воды и при температурах ниже 0°С - для промежуточно-связанной) к площади эндотермического пика плавления льда ((^[=334 Дж/Г). Анализ табл. 3 обнаруживает влияние природы БАВ на содержание воды в гелях. Основным типом воды, определяющим биологическую доступность, является свободная вода. Максимальным содержанием свободной воды по сравнению с базовой композицией обладает гель с добавкой меланина 1, наименьшим - с меланином 2. Полученные данные согласуются с различным содержанием меланина в золях, обладающего способностью активно набухать в водных средах.

Разработанные подходы к созданию и исследованию коллоидно-химических свойств систем косметического назначения с добавками биологически активных компонентов позволили расширить диапазон косметических средств антиоксидантного действия с лечебным эффектом. В качестве новых антиоксидантных систем для косметических композиций-шампуней и полимерных гелей нами исследовались 1,2-дитиолан-З-пентановая кислота (ДТПК, липоевая)*, проявляющая также регенерирующее действие, а также аминокислотный комплекс метионина с литием (АКМЛ)*. Разработаны рецептуры гелей и шампуней с оптимальной концентрацией данных БАВ.

Их введение приводит к повышению пенообразующей способности шампуней во всем диапазоне концентраций.

Автор выражает благодарность д.м.н., профессору кафедры фармакологии КГМУ Залялютдиновой Л. Н. за предоставленные образцы БАВ

Таблица 4 - Некоторые реологические параметры гелей параметры гелей с БАВ антиоксидантного действия

Гелевая система Реологический параметр

т0д,Па Л™ Па-с X, с

Гель без АКМЛ 300 0,30 1,28

С 1% масс. АКМЛ 272 0,23 1,08

Гель без ДТПК 320 0,32 1,30

С 1% масс. ДТПК 274 0,25 0,12

С 2,5% масс. ДТПК 210 0,2 0,08

Введение АКМЛ и ДТПК оказывает влияние на структурно-механические характеристики гелей в зависимости от концентрации добавки (табл. 4), что легло в основу рекомендаций к их получению и применению.

Влияние добавок ПАВ на свойства гелевых композиций

Перспективными регуляторами процесса высвобождения активных компонентов из гелевых композиций и их мембранного транспорта в кожу являются ПАВ (усилители проницаемости, энхансеры). В данной работе разработаны гелевые системы с добавками ПАВ - оксиэтилированных высших жирных спиртов со средней степенью оксиэтилирования п=3 и п=10 и сорбитана бис(полиоксиэтилен)-моноолеата с п=20 (Твина-80). Из исследованных нами БАВ мы выбрали природный высокоэффективный антиоксидант - золь ТК-комплекса зеленого чая и синтетический противовоспалительный ингредиент - ксимедон. Количественно высвобождение

активных компонентов оценивалось на основании анализа электронных спектров поглощения диализата гелей в УФ-области.

Оптимизация концентрации ПАВ для систем с золем ТК-комплекса предполагает наибольшую интенсивность высвобождения БАВ из этих систем. Найдена концентрация ПАВ, обеспечивающая максимальный выход активных компонентов из геля - 0,5% масс. Сравнительный анализ эффективности действия исследуемых ПАВ показал, что максимальную степень биодоступности активных компонентов ТК-комплекса обеспечивает Твин-80, наименьшую - ОЭВЖС с п=3 (рис. 10). Это может быть связано с участием в транспорте БАВ двух механизмов - процессов диффузии и релаксационных явлений в полимерной гелевой сетке. В соответствии с методикой, предложенной Павлюченко В.Н. (Высокомолек. соед. 2011), это

О 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

I, ЧИП.

Рисунок 10 - Кинетическая зависимость содержания компонентов золя ТК-комплекса в диализате геля. Концентрация ПАВ - 0,5% масс.: 1 - Твин-80; 2 - ОЭВЖС с п=10; 3 - ОЭВЖС с п=3; 4 - базовая композиция

выражается в значениях параметра п *, определяемого из кинетической зависимости количества высвободившегося из геля активного компонента. При п*, превышающих 0,5, функционируют оба механизма,что и было подтверждено в обсуждаемом случае при введении ПАВ в гелевую композицию.

Оптимизацию концентрации ПАВ в гелевой системе с ксимедоном необходимо проводить, исходя из специфики его действия, а именно противовоспалительной и регенерирующей активности, проявляющейся в большей степени на поверхности кожи. Найдены концентрации ПАВ, обеспечивающие пролонгированную динамику высвобождения: для гелей с Твин-80 и ОЭВЖС с п=10 - это 1% масс., для ОЭВЖС с п=3 - 0,05% масс.

Исследования структурно-механических характеристик показало, что введение ПАВ в базовую гелевую композицию приводит к снижению ее прочности (рис. 11).

т„. Па

ШБиПАВ □ ОЭВЖС £п=3 а ОЭВЖС« п-10 ПТвмм-вО

60 90 [20 150 1*0 210 240 270 300 330 360 С МНИ.

Рисунок 11 - Динамический предел текучести гелей с добавкой 1% масс, золя ТК-комплекса в присутствии 0,5%масс. ПАВ

Рисунок 12 - Кинетическая зависимость содержания компонентов золя ТК-комплекса в диализате в присутствии ПАВ: 1 - Твин-80; 2 - ОЭВЖС с п=10; 3 - ОЭВЖС с п=3; 4 - золь без добавки ПАВ. Концентрация ПАВ - 0,5% масс.

Вместе с тем, совместное введение биологически активных компонентов и ПАВ оказывает структурирующее действие, сопровождающееся увеличением т0д. По-видимому, этот эффект обусловлен взаимодействием ПАВ с активными компонентами, которое подтверждается результатами исследования проникновения компонентов золя ТК-комплекса с добавками ПАВ в отсутствии гелевой матрицы через полупроницаемую мембрану (рис. 12). Очевидно, что характер влияния ПАВ на процессы высвобождения сохраняется. По сравнению с гелевой композицией (рис. 10) концентрация БАВ в диализате увеличивается почти в 2 раза. По-видимому, диффузия ПАВ к межфазной границе (целлофановая мембрана) сопровождается ассоциацией с БАВ и приводит к усилению высвобождения активных компонентов. Результаты показывают, что на эти процессы оказывает влияние гидрофильно-липофильный баланс ОЭВЖС. Механизм ассоциации ПАВ и биологически активных компонентов является предметом дальнейших исследований. На основании полученных результатов

разработаны рецептуры лечебно-косметических гелевых композиций с добавками ПАВ.

ВЫВОДЫ

1. На основании исследования коллоидно-химических свойств пенообразующих и гелевых систем косметического назначения определены концентрационные и температурные пределы ввода биологически активных компонентов антиоксидантного и противовоспалительного действия.

2. Показано, что размеры частиц, фракционный состав и электрокинетические свойства золей танино-катехинового комплекса и меланина зависят от природы и содержания дисперсной фазы.

3. Установлено, что фактором, приводящим к увеличению максимального объема пены композиций с коллоидными системами БАВ, является наличие поверхностно-активных свойств компонентов в составе данных золей.

4. Выявлено и оптимизировано модифицирующее действие биологически активных веществ на структурно-механические свойства гелей. Показано, что в присутствии ксимедона наблюдается структурирование системы, а добавки золей активных компонентов снижают прочностные характеристики геля.

5. Анализ термограмм гелевых систем показал, что БАВ оказывают влияние на содержание связанной и свободной воды.

6. Найдены оптимальные концентрации неионных ПАВ, обеспечивающих контролируемое высвобождение активных компонентов из гелей. Показано, что для систем с добавкой золя танино-катехинового комплекса ПАВ выполняют функции усилителей проницаемости, а для гелей с ксимедоном приводят к пролонгированию процесса высвобождения.

7. Показана возможность бездефектного определения антиоксидантной активности косметических средств с БАВ методом ЭПР с использованием в качестве зонда ДФПГ'.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях: В рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК

1. Антиоксидантные свойства косметических композиций с дитиооктановой кислотой / Ю. А. Романова, С. А. Богданова, Л. Н. Залялютдинова, С. Г. Абдуллина, Ю. Г. Галяметдинов // Вестник Казанского технологического университета. 2010. № 10. С. 52-56.

2. Фотопротекторные свойства некоторых биологически активных добавок для косметических композиций / Ю. А. Романова, К. С. Васильева, И. А. Колесникова, С. А. Богданова, Ю. Г. Галяметдинов // Вестник Казанского технологического университета. 2011. № 10. С. 305-307.

3. Разработка и исследование косметических композиций с экстрактами чаги / Ю. А. Шнгабиева, С. А. Богданова, М. А. Сысоева, В.Р. Хабибрахманова, Ю. Г. Галяметдинов // Научно-технический вестник Поволжья. 2012. № 3. С. 29-34.

4. Коллоидно-химические свойства гетерогенных косметических композиций с аминокислотным комплексом лития / Ю. А. Шнгабиева, С. А. Богданова,

Л. Н. Залялютдинова, Л. Р. Ульянина, К. А. Хазиахметова, Ю. Г. Галяметдинов // Вестник Казанского технологического университета. 2012. № 16. С. 44-47.

5. Особенности взаимодействия оксиэтилированных жирных спиртов с полимерсодержащими системами / С. А. Богданова, Ю. А. Шнгабиева, С. А. Дементьева, Ю. Г. Галяметдинов // Вестник Казанского технологического университета. 2013. Т. 16, №7. С. 117-120.

6. Применение метода электронного парамагнитного резонанса для определения антиоксидантной активности структурированных коллоидных систем / Ю. А. Шигабнева, С. А. Богданова, В. И. Морозов, М. К. Кадиров, Ю. Г. Галяметдинов // Журнал прикладной химии. 2013. Т. 86, № 8. С. 1331-1336.

В других изданиях

1. Разработка стимуляторов роста волос / Л. Н. Залялютдинова, Г. Т. Вафина, Ю. А. Романова, С. А. Богданова // Современные наукоемкие технологии. 2010. № 1. С. 75-76.

2. Романова Ю. А., Богданова С. А., Залялютдинова Л. Н. Получение и свойства полимерных косметических гелей с биологически активными веществами // Материалы XVIII Международной конференции молодых ученых, студентов и аспирантов «V Кирпичниковские чтения «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений». Казань, 2009. С. 192.

3. Структурно-механические свойства полимерных гелей с биологически активными добавками / Ю. А. Романова, С. А. Богданова, М. А. Сысоева, Л. Н. Залялютдинова, Ю. Г. Галяметдинов // Материалы научной школы с международным участием «Актуальные проблемы науки о полимерах». Казань, 2011. С. 112-114.

4. Получение, структура и свойства биоактивных гелей / Ю. А. Романова, С. А. Богданова, Л. Н. Залялютдинова, Ю. Г. Галяметдинов // Материалы XIX Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. Волгоград, 2011. С. 356.

5. Влияние ПАВ на свойства лечебно-косметических композиций / Ю. А. Романова, С. А. Богданова, М. А. Сысоева, Л. Н. Залялютдинова, Ю. Г. Галяметдинов // Материалы I Всероссийского симпозиума по поверхностно-активным веществам с международным участием «От коллоидных систем к нанохимии». Казань, 2011. С. 107.

6. Шнгабиева Ю. А., Богданова С. А., Галяметдинов Ю. Г. Влияние биологически активных веществ на свойства гетерогенных косметических композиций // Материалы VI конференции молодых ученых «Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем». Иваново, 2011. С. 150.

7. Влияние экстрактов чаги на коллоидно-химические свойства композиций косметического назначения / Ю. А. Шнгабиева, С. А. Богданова, М. А. Сысоева, О. Ю. Кузнецова, Ю. Г. Галяметдинов // Материалы V Молодежной конференции ИОХ РАН. Москва, 2012. С. 205-206.

8. Экстракты чаги - перспективные биологически активные компоненты косметических композиций / Ю. А. Шигабиева, С. А. Богданова, М. А. Сысоева, О. Ю. Кузнецова, Ю. Г. Галяметдинов // Материалы XII Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии». Казань, 2012. С. 149-151.

9. Полимерные лечебно-косметические гели с меланином чаги / Ю. А. Шигабиева, С. А. Богданова, М. А. Сысоева, О. Ю. Кузнецова, Ю. Г. Галяметдинов // Материалы научной школы с международным участием «Новые материалы и технологии переработки полимеров». Казань, 2012. С. 131-134.

10. Экстракты чаги - биокомпоненты гетерогенных косметических композиций / Ю. А. Шигабиева, С. А. Богданова, М. А. Сысоева, О. Ю. Кузнецова, Ю. Г. Галяметдинов // Материалы Всероссийской молодежной научной школы «Биоматериалы и нанобиоматериалы: Актуальные проблемы и вопросы безопасности». Казань, 2012. С. 63.

11. Лечебно-косметические композиции антиоксидантного действия с липоевой кислотой / Ю. А. Шигабиева, С. А. Богданова, Л. Н. Залялютдинова, Ю. Г. Галяметдинов // Материалы Всероссийской молодежной научной школы «Биоматериалы и нанобиоматериалы: Актуальные проблемы и вопросы безопасности». Казань, 2012. С. 65.

12. Полимерные косметические гидрогели с биологически активными веществами / Ю. А. Шигабиева, С. А. Богданова, М. А. Сысоева, О. Ю. Кузнецова, Ю. Г. Галяметдинов // Материалы Международной молодежной научной школы «Кирпичниковские чтения». Казань, 2012. С. 202-204.

13. Современные тенденции процессов высвобождения биологически активных веществ из косметических гелей / Ю. А. Шигабиева, С. А. Богданова, Л. Н. Залялютдинова, Ю. Г. Галяметдинов // Материалы Всероссийской молодежной конференции «Инновации в химии». Казань, 2012. С. 73-74.

14. Космецевтические биоматериалы на основе наноструктурированных полимерных гелей / Ю. А. Шигабиева, С. А. Богданова, М. А. Сысоева, Ю. Г. Галяметдинов // Материалы Всероссийской молодежной конференции «Химия поверхности и нанотехнология». Казань, 2012. С. 138.

15. Шигабиева Ю. А., Богданова С. А., Галяметдинов Ю. Г. Влияние добавок ПАВ на коллоидно-химические свойства полимерных гидрогелей с биологически активными компонентами // Материалы II Всероссийского симпозиума по ПАВ. Москва, 2013. С. 8-9.

16. Шигабиева Ю. А., Богданова С. А., Галяметдинов Ю. Г. Структура и свойства полимерных гидрогелей с биологически активными добавками /7 Материалы VI Всероссийской Каргинской конференции «Полимеры-2014». Москва, 2014. С. 654.

Заказ № _Тираж Л О экз.

Офсетная лаборатория КНИТУ, 420015, г. Казань, ул. К. Маркса, 68

Текст научной работы диссертации и автореферата по химии, кандидата химических наук, Шигабиева, Юлия Александровна, Казань

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технологический

университет»

04201459745

ШИГАБИЕВА ЮЛИЯ АЛЕКСАНДРОВНА

КОЛЛОИДНО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЕНООБРАЗУЮЩИХ И ГЕЛЕВЫХ КОМПОЗИЦИЙ С БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫМИ КОМПОНЕНТАМИ

02.00.11 - коллоидная химия

На правах рукописи

Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор

Галяметдинов Ю. Г.

Казань - 2014

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.............................................5

ВВЕДЕНИЕ...................................................................................................6

ГЛАВА 1 КОЛЛОИДНО-ХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПЕНООБРАЗУЮЩИХ И ГЕЛЕВЫХ КОМПОЗИЦИЙ....................................................................12

1.1 Пены как объекты исследования коллоидной химии........................12

1.2 Коллоидно-химические свойства гелевых систем.............................20

1.2.1 Классификация и общие свойства....................................................20

1.2.2 Реологические свойства гелевых композиций................................28

1.3 Антиоксиданты для косметических композиций...............................32

1.4 Системы контролируемого высвобождения активных

компонентов..................................................................................................42

ГЛАВА 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ....................52

2.1 Объекты исследования..........................................................................52

2.1.1 Базовые композиции...........................................................................52

2.1.2 Биологически активные компоненты...............................................54

2.1.3 Поверхностно-активные вещества....................................................57

2.1.4 2,2-дифенил- 1-пикрилгидразил.........................................................58

2.2 Методы исследования...........................................................................59

2.2.1 Определение поверхностного натяжения........................................59

2.2.2 Определение пенообразующей способности методом Росс-Майлса..................................................................................................59

2.2.3 Определение размера и электрокинетического потенциала частиц биологически активных золей....................................................................60

2.2.4 Определение водородного показателя рН........................................61

2.2.5 Определение реологических свойств гелевых систем....................62

2.2.6 Определение антиоксидантной активности методом ЭПР............64

2.2.7 Абсорбционная спектроскопия.........................................................65

2.2.8 Определение высвобождения биологически активных веществ из гелевых систем.............................................................................................65

2.2.9 Термический анализ гелей.................................................................66

ГЛАВА 3 КОЛЛОИДНО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И АНТИОКСИДАНТНАЯ АКТИВНОСТЬ КОМПОЗИЦИЙ С БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫМИ КОМПОНЕНТАМИ.................67

3.1 Размер и электрокинетический потенциал частиц биологически активных золей.............................................................................................67

3.2 Влияние биологически активных веществ на пенообразующую способность базовой композиции..............................................................73

3.3 Влияние концентрации биологически активных веществ на реологические свойства гелевых композиций..........................................76

3.3.1 Гелевые композиции с ксимедоном..................................................76

3.3.2 Гелевые композиции с добавкой золя танино-катехинового комплекса......................................................................................................82

3.3.3 Гелевые композиции с добавкой золей меланина...........................85

3.3.4 Сравнительный анализ оптимизированных гелей с биологически активными компонентами...........................................................................88

3.4 Антиоксидантная активность пенообразующих и гелевых композиций с биологически активными компонентами..........................96

3.5 Влияние биологически активных веществ на состояния воды в гелях.............................................................................................................103

3.6 Косметические композиции с 1,2-дитиолан-З-пентановой кислотой

и аминокислотным комплексом метионина с литием............................106

ГЛАВА 4 ВЛИЯНИЕ ДОБАВОК ПАВ НА СВОЙСТВА ГЕЛЕВЫХ

КОМПОЗИЦИЙ.......................................................................................114

4.1 Высвобождение биологически активных веществ из гелевых систем в присутствии ПАВ....................................................................................114

4.1.1 Высвобождение золя танино-катехинового комплекса из гелевых

композиций.................................................................................................115

4.1.2 Высвобождение ксимедона из гелевых композиций....................121

4.2 Реологические характеристики гелевых систем с добавками биологически активных компонентов и ПАВ.........................................125

4.3 Влияние ПАВ на состояния воды в гелях с добавкой золя танино-

катехинового комплекса ..........................................................................134

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ........................................136

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ......................................................................137

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

БАВ - биологически активное вещество;

ПАВ - поверхностно-активное вещество;

НПАВ - неионное поверхностно-активное вещество;

ГЛБ - гидрофильно-липофильный баланс;

ПАК - полиакриловая кислота;

АО - антиоксидант;

АФК - активные формы кислорода;

АОА - антиоксидантная активность;

ДФПГ' - 2,2-дифенил-1-пикрилгидразил;

ЭПР - электронный парамагнитный резонанс;

ДРС - динамическое рассеяние света;

ДСК - дифференциальная сканирующая калориметрия;

ОЭВЖС - оксиэтилированный высший жирный спирт;

ДТПК - 1,2-дитиолан-З-пентановая кислота;

АКМЛ - аминокислотный комплекс метионина с литием;

Но - максимальный объем пены;

то - статический предел текучести;

ход - динамический предел текучести;

г)пл - пластическая вязкость;

К - коэффициент консистенции;

п - индекс течения;

ш - темп разрушения структуры;

X - время релаксации напряжений;

М - механическая стабильность;

Е - энергия активации вязкого течения;

Е\¥ - общее содержание воды;

содержание свободной воды; \Уь- содержание связанной воды.

ВВЕДЕНИЕ

Новыми и перспективными косметическими, а также фармацевтическими продуктами являются полимерные гели. Благодаря способности к формированию пространственной сетки данные системы выступают в качестве основы для введения биологически активных компонентов. Одной из актуальных задач коллоидной химии косметических средств является создание систем направленного мембранного транспорта БАВ, обеспечивающих их контролируемое высвобождение. Для гелей эта задача может быть решена введением поверхностно-активных веществ (ПАВ), являющихся неотъемлемыми ингредиентами большинства гетерогенных систем косметического назначения. Перспективно использование неионных ПАВ (НПАВ), поскольку они обладают рядом достоинств - дерматологической мягкостью, нетоксичностью, термостойкостью и т.д. Вместе с тем, коллоидно-химические свойства гелевых композиций с биологически активными веществами и ПАВ исследованы недостаточно. Сведения о влиянии природы и концентрации ПАВ на процесс высвобождения активных ингредиентов и структуру гелей практически отсутствуют.

Цель работы заключалась в выявлении закономерностей совокупного влияния биологически активных компонентов и ПАВ на коллоидно-химические свойства пенообразующих и гелевых композиций косметического назначения.

Для достижения поставленной цели в процессе работы решались следующие задачи:

5. Оценка антиоксидантной активности гетерогенных систем косметического назначения.

Научная новизна работы. Впервые проведено систематическое исследование коллоидно-химических свойств гелевых и пенообразующих композиций с БАВ антиоксидантного, противовоспалительного и регенерирующего действия - золями меланина чаги и танино-катехинового комплекса зеленого чая, 1Ч-(|3-гидроксиэтил)-4,6-диметилдигидропиримидоном-2 (ксимедоном), а также 1,2-дитиолан-З-пентановой кислотой и аминокислотным комплексом метионина с литием. Выявлено и оптимизировано модифицирующее действие БАВ на структурно-механические свойства полимерных гелей, определяемое концентрацией добавки, температурой, присутствием ПАВ в системе. Показано, что в присутствии биологически активных компонентов и ПАВ изменяется содержание свободной и связанной воды в гелях. Определены оптимальные концентрации НПАВ

(оксиэтилированных высших жирных спиртов (ОЭВЖС) и сорбитан бис(полиоксиэтилен)-моноолеата (Твина-80), обеспечивающие регулируемое высвобождение БАВ из гелевых композиций. Разработан алгоритм оценки антиоксидантной активности гетерогенных систем косметического назначения методом ЭПР.

Практическая значимость работы. Разработанные подходы к созданию и исследованию коллоидных систем с биологически активными веществами позволили расширить диапазон косметических средств антиоксидантного действия. Предложены рецептуры косметических композиций (лечебно-косметических гелей, шампуней, лосьонов) с исследуемыми БАВ. Гели с экстрактами чаги награждены серебряной медалью на 5 биотехнологической выставке-ярмарке «РОС-БИОТЕХ» (Москва, 2011). На основании анализа влияния БАВ на количественные характеристики пенообразования и реологический свойства гелей установлены концентрационные диапазоны ввода антиоксидантов в композиции. Апробирован способ определения антиоксидантной активности гетерогенных композиций с БАВ методом ЭПР без значительного изменения структуры. Методика получения косметических композиций с БАВ антиоксидантного и противовоспалительного действия внедрена в лабораторный практикум для студентов, обучающихся по магистерской программе «Технология косметических средств».

На защиту выносятся следующие положения:

1. Результаты исследования коллоидно-химических свойств биологически активных золей.

2. Анализ концентрационного влияния БАВ на максимальный объем и устойчивость пены.

5. Оценка антиоксидантной активности гетерогенных систем косметического назначения методом ЭПР.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на XVIII Международной конференции молодых ученых, студентов и аспирантов «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка ВМС» (Казань, 2009); IX Республиканской школе студентов и аспирантов «Жить в XXI веке» (Казань, 2010); Научной школе с международным участием «Актуальные проблемы науки о полимерах» (Казань, 2011); XIX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Волгоград, 2011); I Всероссийском симпозиуме по поверхностно-активным веществам «От коллоидных систем к нанохимии» (Казань, 2011); VI конференции молодых ученых «Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем» (Иваново, 2011); V Молодежной конференции ИОХ РАН (Москва, 2012); XII Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» (Казань, 2012); Научной школе с международным участием «Новые материалы и технологии переработки полимеров» (Казань, 2012); Всероссийской молодежной научной школе «Биоматериалы и нанобиоматериалы: Актуальные проблемы и вопросы безопасности» (Казань, 2012); Международной молодежной научной школе «Кирпичниковские чтения» (Казань, 2012); Всероссийской молодежной конференции «Инновации в химии» (Казань, 2012); II Всероссийском симпозиуме по ПАВ (Москва, 2013), VI Всероссийской Каргинской конференции «Полимеры-2014» (Москва, 2014). Результаты работы также обсуждались на итоговых научных сессиях КНИТУ 2011-2013 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 22 работы, в том числе 7 статей, 6 из которых в журналах, входящих в Перечень ВАК РФ, и 15 тезисов докладов на конференциях различного уровня.

Введение отражает актуальность темы диссертационной работы, цели и задач исследования, научную новизну, а также практическую значимость работы.

Первая глава содержит литературный обзор, касающийся общих понятий о пенных системах и гелях, их классификации и коллоидно-химических свойствах. Описан механизм антиоксидантного действия биологически активных веществ, а также характеристики некоторых антиоксидантов. Особое внимание уделяется системам контролируемого высвобождения биологически активных компонентов.

Во второй главе приведена характеристика объектов исследования, обосновано применение экспериментальных методов исследования.

Третья глава посвящена оценке коллоидно-химических свойств и антиоксидантной активности пенообразующих и гелевых композиций с биологически активными компонентами. Приводятся данные исследования влияния БАВ на максимальный объем и устойчивость пены, реологические характеристики гелевых систем и соотношение содержание воды в них. Дается анализ антиоксидантных свойств композиций в зависимости от их формы и вида БАВ. На основании разработанных подходов к исследованию коллоидно-химических свойств пенообразующих и гелевых композиций предложены рецептуры косметических систем с 1,2-дитиолан-З-пентановой кислотой и аминокислотным комплексам метионина с литием антиоксидантного действия с лечебным эффектом.

В четвертой главе установлен характер влияния добавок ПАВ на свойства гелей. Исследованы процессы высвобождения БАВ из данных систем в зависимости от концентраций ПАВ в гелях, структурно-механические свойства

гелей с оптимизированным содержанием активных компонентов и поверхностно-активных веществ.

Работа выполнена на кафедре физической и коллоидной химии ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет».

Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю д.х.н., профессору Галяметдинову Ю. Г. и к.х.н., доценту Богдановой С. А. за помощь при выполнении и обсуждении работы.

ГЛАВА 1 КОЛЛОИДНО-ХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПЕНООБРАЗУЮЩИХ

И ГЕЛЕВЫХ КОМПОЗИЦИЙ

Современные косметические композиции являются объектами исследования коллоидной химии, представляющими собой многокомпонентные гетерогенные системы - пены, гели, эмульсии, суспензии. Их получение и использование определяются коллоидно-химическими процессами на межфазных границах, устойчивостью и стабилизацией, структурно-механическими свойствами. Актуальным направлением в технологиях косметических средств является введение в их состав многофункциональных биологически активных веществ направленного действия. В связи с этим важно иметь четкое представление о структуре, классификации этих систем, а также о современных исследованиях в области их коллоидно-химических свойств. В данной главе более подробно остановимся на таких косметических композициях, как пены и гели.

1.1 Пены как объекты исследования коллоидной химии

Пенообразование является необходимым условием при использовании широкого диапазона косметических средств с моющим и очищающим действием. Исследование пенообра�