автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.06, диссертация на тему:Разработка рецептурного состава и совершенствование технологий, обеспечивающих создание инновационного косметического продукта anti-age направленности

На

[СИ

ТИМОФЕЕВ ВЛАДИМИР АЛЕКСЕЕВИЧ

РАЗРАБОТКА РЕЦЕПТУРНОГО СОСТАВА И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ СОЗДАНИЕ ИННОВАЦИОННОГО КОСМЕТИЧЕСКОГО ПРОДУКТА ANTI-AGE НАПРАВЛЕННОСТИ

Специальность 05.18.06 - «Технология жиров, эфирных масел и парфюмерно-косметических продуктов»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005538647

Москва-2013

005538647

Работа выполнена в Федеральном Государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет технологий и управления им. К.Г.Разумовского» на кафедре «Технологии продуктов из растительного сырья и парфюмерно-косметических изделий» и на производстве ООО «Тереза Интер»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Восканян Ольга Станиславовна Официальные оппоненты: Нечаев Алексей Петрович

доктор технических наук, профессор кафедры «Биотехнологии и технологии продуктов боорганического синтеза» ФГБОУ ВПО МГУПП Варламов Валерий Петрович доктор химических наук, профессор Зав.лабораторией инженерии ферментов, центр «Биоинженерия» РАН

Ведущая организация: Московский филиал Государственного учреждения «Всероссийский научно- исследовательский институт жиров» Росельхозакадемии Защита диссертации состоится 10.12.2013 г. в 13:00 часов на заседании диссертационного совета Д212.122.05 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления им. К.Г.Разумовского» по адресу: Россия, 109029, г. Москва, ул. Талалихина, 31, ауд. 13 (первый этаж)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления им. К.Г.Разумовского» по адресу: Россия, 109004 г. Москва, ул. Земляной вал, 73

Автореферат разослан « « —— 2013 г.

С авторефератом можно ознакомиться на сайте ВАК РФ Министерства образования и науки РФ http://vak2.td.gov.ru/catalogue и ФГБОУ ВПО МГУТУ им. К.Г.Разумовского http ://m gutm .ru/graduatcs-and-doctors

Ученый секретарь диссертационного совета, Кандидат технических наук, доцент

Козярина Галина Ивановна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Основные направления и актуальность исследования

В настоящее время важнейшим направлением развития косметической промышленности является разработка нового поколения anti-age косметики функционального назначения. Неотъемлемой частью этой продукции являются биологически активные вещества (БАВ), основным источников которых являются растения. Каждое растение характеризуется сбалансированным и свойственным только ему составом биологически активных веществ. Разработка новых косметических средств состоит в правильном способе получения натуральных экстрактов и подбора необходимого состава компонентов, обладающих заданными свойствами.

В последние годы внимание ученых привлек еще один механизм (с ним связывают появление типичных симптомов старения кожи таких, как морщины, дряблость, снижение эластичности) - возрастающая активность матриксных металлопротеиназ дермы (ММР - Matrix Métallo Proteinases), разрушающих компоненты внеклеточной матрицы, в том числе ее основные структурные элементы — коллаген, эластин. Прямым следствием того, что ММР активно разрушают матрицу дермиса, является преждевременное появление морщин и потеря эластичности кожи. Последние исследования специалистов (Ytuumann V., Vielhaber G et all, 2006, Rittie L, Fisher G.J., 2004, Harnebeck W. , 2003 и др.) подтверждают, что использование в косметических препаратах активных компонентов растительного происхождения, например, «Sym MATRIX», в значительной степени ингибируют действие ММР и влияют на состояние кожи.

Актуальность и обоснованность выбора темы исследования заключается в поиске активных ингредиентов растительного происхождения, расширяющих возможности создания anti-age косметических изделий нового поколения. Особую актуальность приобретают комплексные исследования, направленные на совершенствование и оптимизацию технологических параметров процессов извлечения биологически активных веществ из сырья и создания новых эмульсионных кремов функционального назначения.

Степень разработанности проблемы

Проведенные исследования основаны на научно-теоретических трудах и экспериментальных исследованиях ученых: В.П.Варламова, О.С. Восканян,

A.A. Кочетковой, АЛО. Кривовой, Е.П. Корненой, А.П. Нечаева, В.Е.Тарасова,

B.А.Тутельяна, Ю.А. Тырсина, иностранных ученых V. Ytuumann, Vielhaber , L. Rittie, G.J. Fisher, W. Harnebeck , ученых Dr.Ron Kadir Laboratories Ltd.

Цель и задачи исследования

Целью диссертационной работы являлась разработка рецептурного состава и совершенствование технологий, обеспечивающих создание инновационного косметического продукта anti-age направленности, проведение комплексных исследований по поиску перспективных источников биологически активных веществ (БАВ) целевого назначения, совершенствование технологии экстракции биологически активных веществ из растительного сырья на стадиях подготовки сырья и разработка рецептурного состава на их основе новых эмульсионных косметических продуктов с функциональными свойствами.

В соответствии с поставленной целью исследований были сформулированы и решены следующие задачи:

- поиск перспективных источников растительного сырья с целью выделения ингибиторов ММР для создания косметических изделий нового поколения anti-age направленности;

- изучение характера влияния основных технологических параметров экструзии растительного сырья на формирование свойств экструдатов, определяющих степень их подготовленности к экстракции;

-оптимизация технологии и параметров получения витаминизированного растительного масла, обогащенного витаминами и содержащего ингибиторы ММР;

- научное обоснование и разработка рецептуры эмульсионного, косметического крема anti-age направленности;

- изучение физико-химических процессов, протекающих в косметических изделиях, содержащих витаминизированное масло с ингибитором ММР при хранении и влияние этих процессов на качество продукта и срок годности.

Научная новизна работы

В диссертационной работе лично автором получены следующие научные результаты:

- проведен поиск перспективных источников ингибиторов ММР для создания anti-age косметических изделий нового поколения;

- научно обоснована и экспериментально подтверждена необходимость использования экструзионной обработки сырья, установлено влияние режимных параметров экструзии на изменение функциональных свойств экструдатов;

- обосновано увеличение глубины извлечения ингибиторов ММР и витаминного состава (каротиноидов и токоферолов) за счет снижения поверхностного натяжения на границе раздела фаз системы «масло-вода» при миксе спиртового экстрагена и дезодорированного подсолнечного масла в процессах экстракции из растительного сырья;

- высокое качество и окислительная стабильность витаминизированного масла, полученного по разработанной технологии, подтверждены исследованиями кинетических изменений показателей перекисного и анизидинового чисел, а также общей степени окисленности и скорости окисления при хранении масла;

- установлена и экспериментально подтверждена эффективность использования витаминизированного масла содержащего ингибитор ММР, как ингредиента anti-age косметики;

- научно обоснован ингредиентный состав рецептуры и разработан способ получения эмульсионного, косметического продукта anti-age направленности, качественные и функциональные свойства которого обусловлены ингибирующим ММР комплексом и витаминным составом;

-квалифицирование разработанного косметического крема, как продукта anti-age направленности для профилактического применения.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается: -в разработке и научном обосновании технологии получения витаминизированного растительного масла, содержащего ингибитор ММР: влажность исходного сырья 20%, п=170 об/мин, экстрагирование 40% этанолом (2:3) в присутствии дезодорированного растительного масла (1:1), настаивание в течение 3 часов при 40°С с последующим вакуум - выпариванием и фильтрацией;

-в повышении эффективности технологических процессов экстракции из растительного сырья за счет использования комплексного спирто-водного экстрагена, способствующего увеличению выхода каротиноидов и токоферолов. Получено витаминизированное масло, содержащее в своем составе в 14 раз больше каротиноидов, чем в исходном дезодорированном подсолнечном масле и на 43% больше токоферолов. Наряду с этим, в полученном продукте содержится ингибитор ММР, позволяющий достичь 89% ингибирования эластазы при введении 0,1%;

-в расширении и обновлении ассортимента косметической продукции за счет производства инновационных продуктов, способствующих оптимизации комплексного ухода за кожей anti-age направленности;

- в разработке алгоритма менеджмента и определении критериев качества технологии получения нового эмульсионного косметического крема, составлении технологической инструкции процесса производства. Проведены производственные испытания по выработке косметического крема на ОАО КО «Свобода», получена опытная партия нового продукта в промышленных условиях соответствующая по своим показателям требованиям ГОСТ Р 52343-2005 «Кремы косметические» и Технологическому регламенту Таможенного союза 009/2011 «О безопасности парфюмерно-косметической продукции»;

- применении результатов научных и экспериментальных исследований в учебных процессах по специальности «Технология жиров, эфирных масел и парфюмерно-косметических продуктов» при: чтении лекций, выполнении лабораторных и практических работ, научно- исследовательских дипломных и курсовых работах студентов, разработке учебно-методических пособий, выполнении научно - исследовательских работ.

Основные положения, выносимые на защиту

На защиту выносятся следующие положения:

1. Скрининг растительного сырья с целью выявления компонентов для получения ингибиторных комплексов ММР.

2. Разработка и оптимизация технологий подготовки растительного сырья и самого процесса извлечения ингибиторных комплексов ММР из растительного сырья.

3. Повышение эффективности извлечения витаминов (каротиноидов и токоферолов) из растительного сырья посредством масло-спиртовой экстракции.

4. Разработка ингредиентного состава эмульсионного косметического продукта с заданными свойствами.

5. Определение окислительной стабильности витаминизированного масла и эмульсионного косметического продукта, обоснование срока годности последнего.

Личный вклад соискателя

Научное обоснование и постановка цели и задач исследования, организация, планирование и проведение эксперимента, обработка и обобщение результатов исследований, совершенствование технологий, подготовка результатов к опубликованию, участие в проведении производственных испытаний.

Степень достоверности и апробация результатов работы

Достоверность полученных результатов подтверждена применением современных физико-химических методов анализа, актами выработки и испытаний опытно промышленной партии эмульсионного косметического крема (по рецептурной карте с включением витаминизированного масла, содержащего ингибирующий ММР комплекс и полученного по усовершенствованной технологии экстракции) согласно разработанной технологической инструкции и осуществленной на производственных мощностях ОАО КО «Свобода».

Основные результаты исследований доложены на следующих конференциях: конференция «Управление торговлей: теория, практика, инновации» (Москва, 2011); Всероссийская научно-практическая конференция «Научное обеспечение устойчивого развития АПК» (Уфа, 2011); II Международная научно-практическая конференция «Интеграции науки и практики, как механизм эффективного развития

современного общества» (Москва, 2012); III Международная научная конференция «Естественнонаучные вопросы технических и сельскохозяйственных исследований» (Москва, 2012); VI Международная научно-практическая конференция «Тенденции и перспективы развития современного научного знания» (Москва, 2013); X Международная научно-практическая конференция «Современное состояние естественных и технологических наук» (Москва, 2013); VII Международная научно-практическая конференция «Теория и практика современной науки» (Москва, 2012); конференция «Круглого стола» «Инновационные технологии для производства продуктов питания функционального назначения» (Москва, 2012).

Публикации. Всего опубликовано 9 научных трудов, в том числе 3 статьи в журналах по утвержденному списку ВАК РФ.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа включает введение, обзор литературы, экспериментальную часть, заключение, список использованной литературы и 6 приложений. Содержание работы изложено на 134 странице основного текста, включающего 22 рисунков, 18 таблиц, 139 источников литературы.

Основное содержание работы

Во введения дано обоснование выбора темы исследования и ее актуальности, сформулированы задачи, показана научная новизна и практическая значимость полученных автором результатов для инновационного развития косметической промышленности.

В первой главе диссертации приведен аналитический обзор научно-технической литературы по теме диссертационной работы. Показаны тенденции развития теорий старения организма и предлагаемых на их основе механизмов. Рассмотрены молекулярно-генетическая, теломерная, элевационная, адаптационная-регуляторная, стохастическая теории и теория свободных радикалов, а также другие современные мировоззрения на данный вопрос. Особое внимание уделено старению организма, связанному с активностью металлопротеиназ, в частности матриксных металлопротеиназ (ММР). Проанализированы перспективы их инновационной привлекательности для косметических предприятий на основании систематизации и анализа данных научных и практических исследований. Рассмотрены вопросы производства экстракционных продуктов из растительного сырья и аспекты предварительной обработки последнего с целью интенсификации процессов извлечения биологически активных веществ из него и перспективы использования их (БАВ) в качестве ингредиентов косметических изделий.

Во второй главе приведены описания методов исследования физико-химических показателей, характеризующих качество и состав растительного сырья и

эмульсионных продуктов, которые проведены в соответствии с «Руководством ВНИИЖ по методам исследования, технохимическому контролю и учету производства в масложировой промышленности», ГОСТ Р 52343-2005 «Крема косметические», «Определение активности ферментов» Полыгина Г.В. и др. , 2003г. Кроме того представлены методы анализа сопутствующих, основных веществ и примесей растительных экстрактов, а также побочных продуктов.

Глава 3. Скрининг растительного сырья

Целью исследования этой главы было проведение поиска источников ингибирования ММР, как средства предотвращения разрушения матрикса дермиса, а также возможности одновременного введения каротиноидов и токоферолов. Объектами исследования были растительные экстракты. В исследованиях была использована методология получения экстрактов из низкомасличного сырья, представленная в работах Кислухиной О.В. (1999-2002) для получения экстрактов обогащенных каротиноидами и токоферолами. Сырье экстрагировали при температуре 40°С в течение 3 часов, при концентрации сырье: 40% спирт = 2:3. Нами, в качестве перспективных источников ингибиторов ММР, согласно данным литературы, были исследованы кожура айвы, корень топинамбура, калина, различные части растений ежевики и жимолости. Сырье анализировали по масличности, содержанию каротиноидов и токоферолов и уровню ингибирования эластазной активности. Анализ данных таблицы 1. показывает, что сырье существенно различается по масличности.

Таблица 1 - Характеристика растительного сырья

Вид сырья Масличность, % к СВ Содержание, мг/г СВ Ингибирование эластаз-ной актив-ности,%

токоферолов каротиноидов

Айва, кожура 2,32±0,06 6,64±0,05 0,032 ±0,004 5,0±0,4

Топинамбур корень 10,21±7,25 10,42±1,15 0,225±0,005 7,0±0,4

Калина 16,25±2,00 23,33±0,50 2,043±0,005 следы

Ежевика, ягоды 5,70±1,05 12,28±0,05 0,108± 0,005 25,0±0,8

Ежевика, листья 7,18±1,00 9,76±1,50 0,110±0,005 28,0±0,7

Жом ежевики 2,29Ш,55 2,25±5,5 0,045±0,005 5,0±0,4

Жимолость ягода 3,87±1,05 153,Ш2,5 0,209±0,004 7,0±0,5

листья 10,7йь1,65 29,32±2,00 0,891±0,005 следы

жом 12Д9±0,55 112,25±15,5 0,145±0,005 5,0±0,4

Такие виды сырья, как кожица айвы, имеют весьма незначительную масличность, не превышающую 2,4%. Для таких видов сырья, как корень топинамбура, жимолость этот показатель составляет 10-15%. Содержание токоферолов достаточно высокое у всех исследованных видов.

Интересно отметить, что у большинства видов сырья этот показатель выше, чем у классического источника токоферолов - зародышей пшеницы. Наиболее богаты токоферолами ягоды и жом жимолости. В жоме жимолости найдено токоферолов до 166 мг/г сухих веществ (СВ), так что этот вид сырья представляет собой витаминный препарат. Для лабораторных исследований свойств ингибитора ММР использовали эластазу (Elastase from Human leukocytes EC 3.4.21.37), активность которой опосредованно показьюает итог перехода про-ММР в активное состояние и, следовательно, активность протоиназ.

Наибольшее ингибирование эластазной активности наблюдалось при внесении в инкубационную смесь 0,3% экстракта из листьев ежевики и ягод ежевики, активность их составляла 28 и 25% соответственно от активности 0,1% раствора эластазы, что в свою очередь делает эти объекты интересными для дальнейшего исследования.

То есть экстракты из ягод и листьев ежевики содержат ингибитор значительно подавляющий протеолитическую активность, что в свою очередь делает данные продукты перспективными не только для косметических изделий, но и для создания пищевых добавок anti-age направленности.

Глава 4. Изучение свойств экстрактов различных составляющих частей ежевики

Состав и свойства экстрактов из различных частей одного и того же растения могут сильно отличаться. В наши дни целебные свойства многих хорошо известных растений заново открываются и анализируются. Ежевика (Rubus fruticosus) относится к семейству розоцветных (Rosaceae). Ежевика культивируется как пищевое растение, главным его достоинством является съедобные ароматные плоды- черные или темно-фиолетовые ягоды. Листья ежевики находят применение в традиционной медицине, отвар из листьев, благодаря своим вяжущим свойствам, является эффективным средством при лечении диареи и воспаления горла.

Сырье анализировали по масличности, содержанию каротиноидов и токоферолов и уровню ингибирования эластазной активности. Анализ данных таблицы 1. показывает, что сырье существенно различается по масличности, содержанию токоферолов и % ингибирования эластазной активности. Ингибирование эластазной активности экстрактов из ягод ежевики и листьев

9

данного растения было практически одинаковым, поэтому для дальнейших изысканий для косметических изделий, опираясь на экономическую целесообразность, нами был взят экстракт из листьев ежевики. Химический состав листьев ежевики характеризуется наличием полифенольных соединений, таких, как эллаговая кислота, гидролизуемые танины (эллаготанины, гликозиды флавоноидов) и пентацикличные третичные кислоты. На рис. 1 представлена схема хроматограммы высокоэффективной жидкостной хромотографии (ВЭЖХ) экстракта листьев ежевики, полученная разделением на колонке ЯР 18 с использованием смеси ацетонитрила с водой в качестве элюента и оптического датчика при 254 нм.

\

• Ь

1 Ж А

I V V V V-

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 время удерживания, мин.

Рис. 1 Схема хромотограммы экстракта листа ежевики с основными составляющими:

время: 15-17 - танили/полифенолы;

время: 17-19 — производные эллаговой кислоты.

Ингибирующее действие экстракта из листьев ежевики, полученного после вакуум-выпаривания спирта из экстракта на роторном испарителе, изучали посредством введения концентрата в реакционную смесь эластина посредством гомогенизирования двух вышеназваных компонентов.

Приготовленный субстрат использовали для оценивания ингибирования активности эластазы (Elastase from Human leukocytes EC 3.4.21.37). Полученные результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Результаты исследования ингибирующего действия концентрата из листьев ежевики

Процент ввода концентрата в реакционную смесь,% Параметры ферментативной реакции Активность эластазы, Мкмоль* мин/мг белка Ингибирующая способность,%

рН Т°С

Контроль (субстрат эластин) 6,5 37 22,0±0,5 0

0,1 20,0±0,5 28

0,3 18,0±0,5 29

0,5 12,0±0,5 32

1,0 10,0±0,5 55

10,0 3,0±0,5 87

Воздействие отдельных составляющих фракционирования экстракта на ферментативную активность эластазы показал, что наблюдаемый эффект нельзя приписать лишь какому-то отдельному соединению.

Таким образом, сложный по своему составу ингибитор, выделенный из листьев ежевики, эффективно воздействует на активность эластазы. Однако, использование значительного количества спирта при экстракции и относительно небольшое накопление целевых продуктов в экстракте поставило перед нами задачу оптимизации процесса.

5. Влияние режимов экструзионной обработки растительного сырья на эффективность экстракционных процессов

Совместно с ГНУ ВНИИПБТ Россельхозакадемии проведена работа по экструзии листьев ежевики, с целью обеспечения глубокой деструкции биополимеров сырья, для повышения его доступности при экстракции. Влияние режимных параметров на степень переработки листьев ежевики исследовали методами ортогонального композиционного планирования, апробированными в работах Полякова В.А., Шарикова А.Ю. для спиртовой промышленности при подготовке зернового сырья. В качестве управляющих факторов математической модели были выбраны: суммарное влагосодержание перерабатываемого сырья, состоящего из собственной влажности последнего и дополнительной влаги, переданной в камеру экструдера дозатором воды и скорость вращения шнеков экструзионной машины, определяющей сдвиговые деформации в рабочей камере установки. При этом

конструктивные параметры рабочих органов, конфигурация шнеков и типоразмер фильер матрицы, а также производительность установки оставались постоянными.

Критерием качества получаемого субстрата являлось содержание сухих веществ в фильтрате 20% водной суспензии при температуре 25 °С после 30 минутного настаивания. Также в качестве выходного контролирующего параметра рассматривалось значение удельного расхода электроэнергии на переработку сырья. Анализ данных, характеризующих технические показатели процесса экструзии и его энергопотребления, представлен в таблице 3.

Таблица 3 - Режимы экструзии и технологические показатели экструдатов

п/ п Режимные параметры Температура Давление Крутящий момент на валу Удельный расход электроэнергии Содержание СВ в фильтрате 20% суспензии

Влаго-содержание Скорость вращения шнеков

% об/мин °С МПа % кВт ч/кг %

1 10 170 60 8,5 56 0,1569 68,9

2 10 220 62 6,3 51 0,1677 69,1

3 10 270 65 4,8 45 0,1824 69,9

4 15 170 48 5,8 42 0,1031 65,4

5 15 220 48 5,0 38 0,1224 65,5

6 15 270 52 4,0 34 0,1354 65,5

7 20 170 45 4,5 33 0,0788 63,7

8 20 220 47 4,0 31 0,0980 64,2

9 20 270 48 3,5 30 0,1097 64,6

Доказано, что увеличение скорости вращения шнеков и уменьшение влагосодержания в сырье приводит к ужесточению и интенсификации режима термомеханической переработки листьев ежевики. Об этом свидетельствует усиление нагрузки на электропривод экструзионной машины, также наблюдается рост температуры и давления в экструзионной камере. Так температура увеличивается с 45 до 65° С, давление с 3,5 до 8,5 МПа, крутящий момент на валу с 30 до 56%. На основании проведенных работ получены адекватные математические уравнения: Выход СВ в фильтрат 20% суспензии - Я %'■ Я 5 = 40,32 + 0,18п+0,29уу-0,001п2 -0,0225\\-2 Удельный расход электроэнергии - Еуд ,кВт час/кг Еуд = 0,18345+0,00087п-0,02304\у-0,000001п2 +0,00038\г!, где

п- скорость вращения шнеков экспериментальной экструзионной установки, об/мин;

\у- влогосодержание в зоне термомеханической декструкции,%.

Графическая интерпритация полученных математических моделей функций выхода СВ и удельного расхода электроэнергии в виде поверхности отклика представлены на рис.2.

СВ,%

Рис.2 Влияние режимных параметров экструзии на выход СВ фильтрата 20% суспензии растительного сырья в воде (а) и удельный расход электроэнергии на экструдирование(б)

Характер изменения нагрузки на электропривод экструдера показывает, что определяющим фактором происходящих изменений является влагосодержание растительного сырья. Нелинейный характер функции выхода СВ дает незначительную кривизну поверхности отклика, что делает нецелесообразным оптимизацию параметров экструзии в заданном диапазоне. Учитывая значительные стоимости электроэнергии и сырья, выбор эффективного режима работы должен быть сделан исходя из экономической целесообразности. Нами выбран режим предподготовки сырья №7 таблица 3.

Исследованием по наличию ингибитора ММР в экстракте, полученным из сырья подготовленного по выбранному нами режиму было показано, что количество данного ингредиента значительно выше и позволяет достичь ингибирование

активности эластазы при введении 0,1% от реакционной смеси на 89 %, что, в свою очередь, позволяет в 3 раза снизить дозу вводимого экстракта без потери эффекта.

6. Получение витаминизированного растительного масла, обогащенного каротиноидами, токоферолами и ингибиторами ММР

Целесообразность получения витаминизированного растительного масла, содержащего ингибитор ММР, определяется возможностью оптимизирования технологического процесса варки косметического крема на стадии введения БАВ в рецептурный состав. Для этого нами, в качестве исходной масляной фазы, взято дезодорированное подсолнечное масло, полученное по технологии, разработанной Киншаковым К.Д. (2012), и проведена сравнительная оценка возможности получения витаминизированного масла по следующим технологическим решениям (рис. 3,4).

■——с ингибитором ММР Рис. 3. Получение витаминизированного масла. Схема 1

Рис. 4. Получение витаминизированного масла. Схема 2

В таблице 4 представлены качественные и количественные показатели полученного по различным технологическим схемам витаминизированного масла.

Суммируя все вышеизложенное, в качестве оптимальных параметров и технологии получения витаминизированного растительного масла, содержащего ингибитор ММР, можно предложить схему №2 : влажность исходного сырья 20%, п= 170 об/мин, экстрагирование 40% этанолом (2:3) в присутствии дезодорированного растительного масла (1:1), настаивание в течение 3 часов при 40°С, далее фильтрование, вакуум-выпаривание последнего. Для проведения дальнейших исследований используем предлагаемую технологию. Таким образом, получено витаминизированное масло, содержащее в своем составе в 14 раз больше каротиноидов, чем в исходном дезодорированном подсолнечном масле, и на 43% больше токоферолов. Наряду с этим в полученном продукте содержится ингибитор ММР, позволяющий достичь 89% ингибирования эластазы при введении 0,1%. Так как эластаза была модельной системой матриксных металлопротеаз, можно сказать, что предлагаемый продукт будет эффективен при использовании как в косметических средствах предотвращающих старение кожи, так и в пищевых добавках для поддержания тонуса организма.

Таблица 4 - Качественные и количественные показатели витаминизированного растительного масла.*

Наименование объекта/ показатели Кислотное число, мгКОН Массовая доля влаги и летучих веществ, % Перекис-ное число, ммоль '/гО/кг Цветное число, мг йода в 100 см3 Содержание витаминов Ингибирова- ние эластазной активности,%

Каро-тинои-ды, мг/% Токоферолы, мг/%

Дезодорированное подсолнечное масло 0,18 0,07 0,5 5 0,58 101,0 -

1 способ

Листья ежевики 0,20 0,12 0,5 7 8,42 122,0 78,0

2 способ

Листья ежевики 0,2 0,14 0,6 7 15,4 144,8 89,0

»приведены результаты в виде средних значений, при этом величина доверительных интервалов средних арифметических значений измеряемых параметров составила 1,0-2,5% при уровне значимости 0,5.

7. Исследование стабильности витаминизированного подсолнечного масла

Окислительная стабильность витаминизированного подсолнечного масла является важнейшим показателем качества, поэтому проведено исследование окислительной стабильности образцов продукта по предлагаемой технологии и дезодорированного подсолнечного масла, взятого в качестве контроля. При исследовании окислительной стабильности образцов масел в зависимости от температуры инициированного окисления (70-75°С) установлено, что время окислительной стабильности витаминизированного масла, полученного по разработанному способу, увеличилось на 55 минут, при этом скорость диффузии кислорода в единицу времени уменьшилась в 1,5 раза.

Результаты исследования окислительной стабильности при хранении в течение 180 суток при температуре 20±2°С приведены в таблице 5. Анализ полученных данных исследования изменения перекисного числа показал, что процесс первичного окисления в образце, полученном по предлагаемой технологии, протекал практически

одинаково, с той только разницей, что при длительном хранении этот процесс для опытного образца стабилизируется в отличие от контроля.

Таблица 5 - Показатели окислительной стабильности витаминизированного подсолнечного масла*

Дезодорированное подсолнечное масло Витаминизированное растительное масло

Перекисное число, ммоль 'ЛО/кг Анизи-диновое число, ед Степень окисленности ПоЮх", ед Перекисное число, ммоль '/гО/кг Анизи-диновое число, ед Степень окисленности 'Шох", ед

Время хранения 3 суток

0,5 0,7 1,7 0,6 0,7 1,9

Время хранения 50 суток

0,6 1,0 2,2 0,9 1,2 3,0

Время хранения 100 суток

0,9 1,5 3,3 1,6 2,0 4,2

Время хранения 140 суток

1,6 2,4 5,6 3,0 2,5 8,5

Время хранения 180 суток

2,5 3,0 8,0 3,2 2,5 8,9

"приведены результаты в виде средних значений, при этом величина доверительных интервалов средних арифметических значений измеряемых параметров составила 1,0-2,5% при уровне значимости 0,5.

Анализ данных кинетики изменения анизидиновых чисел показал, что концентрация альдегидов и кетонов в образце дезодорированного масла к концу срока хранения выше на 20%, по сравнению с витаминизированным маслом. Показатели скорости окисления и общей степени окисленности масел (ШШх) в образце витаминизированного масла к концу срока хранения были в 1,2-1,3 раза ниже контрольных образцов. С заданной периодичностью проводили определение содержания каротиноидов и токоферолов в исследуемых образцах, результаты представлены на рис. 5.

Анализ активности ингибирующего комплекса (ингибитора) ММР в процессе хранения не изменялся.

Необходимо отметить тот факт, что при хранении контрольного образца перекисное число увеличивалось незначительно, тогда как в образцах витаминизированного масла происходит существенное увеличение перекисного числа. Значительное увеличение перекисного числа объясняется тем, что

каротиноиды в высоких концентрациях могут служить промоторами окисления. Это приводит к постепенному накоплению продуктов перекисного окисления, которые катализируют процесс. Содержание токоферолов практически не изменялось на протяжении 6 месяцев, а к шестому месяцу снижение содержания токоферолов составило не более 6-10%. Каротиноиды менее стабильны, чем токоферолы. После 4 месяцев хранения снижение содержания каротиноидов составило 15-20%.

А.

2015' !<>■

Б.

II содержание каротиноидов ,мг/% -

контроль □ содержание каротиноидов в витаминизированном масле,мг/%

з суток 50 суток 100 суток 140 суток 180 суток

II содержание токоферолов, мг/% -контроль

□ содержание токоферолов в витаминизированном масле, мг/%

3 суток 50 суток 100 суток 140 суток 180 суток

Рис.5. Исследование стабильности каротиноидов (А) и токоферолов (Б) в маслах при хранении

В целом витаминизированное масло можно считать достаточно стабильным. При хранении в течение стандартного для отечественных масел срока 4 месяца не происходит существенных изменений качественных характеристик, что показано на рис. 6, таблице 6. и данное масло может служить сырьем для разработки косметических изделий.

Таблица 6 - Предлагаемый список дескрипторов для сенсорной оценки дезодорированного и витаминизированного масел

Наименование дескрипторов, номера в соответствии с диаграммой для профиля качества дезодорированного и витаминизированного масел.

1. Прозрачность 4. Отсутствие запаха

2. Наличие осадка 5. Цветность

3. Наличие мутности 6. Наличие посторонних запахов

прозрачность 1Q

посторонних запахов

цветность'

наличие осадка

наличие мутности

■ Контроль

- Витаминизированное масло

отсутствие запаха

Рис.6. Рабочий профиль качества витаминизированного масла, после хранения в течение 180 суток

8. Разработка рецептуры косметического продукта с anti-age свойствами

Разработка научно-обоснованных рецептур эмульсионных продуктов нового поколения, в частности, косметических кремов anti-age направления, и исследование технологий производства продукции осуществлялись с учетом менеджмента качества, согласно алгоритму для производства косметического продукта нового поколения, на оборудовании ОАО КО «Свобода» (рис. 7).

Полученное витаминизированное масло являлось основой жировой фазы при разработке нами эмульсионного, косметического крема anti-age направления. В качестве базовой рецептуры крема был выбран ингредиентный состав питательного крема «Наташа», выпускаемого ОАО КО «Свобода». Выбор связан с тем, что данное изделие имеет в своем составе значительное количество растительного масла и

оригинальную композицию, позволяющую уменьшить ввод эмульгаторов за счет наличия в составе стеарина и триэтаноламина.

По результатам исследования были составлены рецептуры косметических кремов (табл. 7).

Критериями показателя качества разрабатываемого косметического изделия были стабильность эмульсии, рН и сенсорная оценка.

Таблица 7 - Рецептурная основа составов эмульсионных косметических кремов

Наименование ингредиентов Содержание компонентов, %

№1 №2 №3

Стеарин 2,0 1,2 2,2

Триэтаноламин 0,5 0,2 0,5

Воск эмульсионный 2,0 1,0 2,0

Масло растительное 3,0 2,0 2,0

Витаминизированное масло 3,0 4,0 4,0

Моностеарат глицерина 5,0 6,0 4,5

Глицерин 5,0 4,0 5,0

Вспомогательные компоненты До 100%

Для дальнейших исследований и последующего внедрения нами была выбрана рецептурная основа №3, которая обеспечивала получение крема косметического, отвечающего требованием ГОСТ Р 52343-2005 «Кремы косметические» и Технологического регламента Таможенного союза 009/2011 «О безопасности парфюмерно-косметической продукции»

Эффективность действия на кожу разработанного эмульсионного косметического крема, содержащего витаминизированное масло, в состав которого входил ингибирующий ММР комплекс, оценивалась с позиции сохранения постоянной тургорной активности кожи. Эксперименты проводились в лаборатории фирмы «8ес1егта8» на балистометре, позволяющем оценить упругость кожи. Суть метода заключается во вдавливании пластикового шарика в кожу и фиксирования отскока от последней, оценка дается в величине площади под полученной кривой. Ошибка опыта составляет 15%. Исследовали кожу запястья рук 5 пробантов в возрасте от 45 до 50 лет, использующих, согласно принятой методологии, крем содержащий витаминизированное масло с ингибитором ММР и, в качестве контроля, крем «Наташа» производства ОАО КО «Свобода» в течение двух недель, 2 раза в день.

нет

_¿да_

Рецептура косметического крема для лица с anti-age свойствами

імена некоторых ■редиентов или их обогащение

Рис.7. Схема алгоритма разработки рецептур

Общим контролем служило состояние кожи пробантов до начала эксперимента (рис. 8).

Анализ полученных данных позволяет сделать вывод об эффективности воздействия предлагаемого варианта косметического крема на тургор кожи, полученные результаты для всех пробантов статистически значимы. Эффективность воздействия разработанного косметического крема на упругость кожи составляет от

ЗО до35% от контрольного варианта, т.е. начального состояния кожи, и от 17 до 20 % по сравнению с эффективностью воздействия на кожу крема «Наташа».

ю

15

□ кожа после 2-х н. использования нового крема

■ кожа после 2-х н. использования крема "Наташа" И контроль, мм2

20

Рис.8. Оценка упругости кожи после 2-х недельного использования исследуемых кремов

Для подтверждения эффекта сглаживания морщин в эксперименте участвовали 5 пробантов средней возрастной группы, исследования проводили по аналогичной методологии, оптически контролируя изменение глубины мимических морщин. Значимый эффект сглаживания морщин был определен у 4 пробантов, за 2 недели использования разработанного изделия глубина морщин сокращалась на 30-32%, тогда как 2-х недельное использование крема «Наташа» давало эффект только на 10-13%.

Таким образом, нами получены данные позволяющие позиционировать разработанный эмульсионный, косметический крем, как изделие anti-age направленности.

9. Исследования изменений жировой фракции крема при хранении

Исследование жировой фракции крема, выделенной из свежеприготовленного крема «Наташа» методом тонкослойной хроматографии (ТСХ) показал, что групповой состав липидной фракции различных партий (исходное сырье для партий имело разных изготовителей хотя и отвечало требованиям НТД, но по основным характеристикам имело расхождение в пределах допустимых величин) в количественном соотношении несколько различается (рис.9).

Определенной зависимости между соотношениями липидных групп жира свежеприготовленного крема и режимов технологического процесса не установлено, поэтому можно предположить, что соотношение отдельных липидных групп в продукте обуславливается, главным образом, только составом жировой фракции

сырья. Исследование крема при хранении показало, что соотношение отдельных групп жира изменяется в зависимости от длительности и температуры хранения (рис.10).

минимальное количественное значение отдельных

Ш минимальное количественное значение отдельных групп,%

□ максимальное количественное значение отдельных групп,%

Рис.9. Групповой состав липидной фракции (средние данные по всем партиям): 1-триацилглицерины, 2-диацилглицерины, 3-моноацилглицерины, 4-стерины, 5-эфиры стеринов, 6-свободные ЖК (не идентифицированные группы липидов составляют недостающую до 100% часть материального баланса)

При хранении крема в течение 6 месяцев, при различных температурах от -5 до 40°С, содержание триацилглицеридов варьирует в сторону уменьшения от 2 до 5% соответственно. Определение кислотного числа жировой фракции подтверждает данные хроматографического анализа о том, что наибольший рост свободных жирных кислот наблюдается после 4 месяцев хранения крема. Так от температуры хранения кислотное число жира за 6 месяцев увеличилось на 50-75%. Изменения, протекающие в групповом составе жировой фракции при длительном хранении, связаны как с окислительными процессами, так и частично с гидролитическими.

%

10 -ШЕ 8

—Ш—ДАГ МАГ стерины —Ж—эфиры аеринов —•— св. ЖК

-5

10

20

40 градусов С

Рис.10 Изменение %-содержания группового состава жировой фракции в зависимости от температуры по результатам 6 месяцев хранения.

Установлено, что в процессе длительного хранения в продукте увеличивается доля предельных ЖК, находящихся в свободном состоянии. Скорость накопления насыщенных соединений в составе свободных ЖК выше, чем в общем жирнокислотном составе продукта. Так, за 6 месяцев хранения коэффициент насыщенности «Б» ( отношение суммы предельных ЖК к непредельным в жире) в общем жирнокислотном составе увеличился в 1,1 раза, а в составе свободных ЖК - в 1,4 раза, что соответствует данным литературы о более высокой скорости окисления ЖК, находящихся в свободном состоянии по сравнению с кислотами, находящимися в составе глицеридов (Тютюников,1996).

При сопоставлении результатов органолептического анализа промышленных партий крема «Наташа», выработанных из сырья различных партий, с данными, полученными при исследовании жировой фракции продукта, было установлено, что время появления порока продукта совпадает с увеличением коэффициента насыщенности жира на 15-17%.

Для определения срока годности нового крема, содержащего витаминизированное масло и ингибитор ММР, было проведено ускоренное «старение» по стандартной методике, процедура которой определена НТД ОАО КО «Свобода», разработана в соответствии с ОСТ 42-2-72 «Порядок установления сроков годности», и рекомендует хранение исследуемых образцов при температуре 40°С. Эта процедура позволяет получить «эффект» 6-ти месячного хранения в стандартных условиях (20-25°С) за один месяц, 12-ти месячного - за 2 месяца, 24-х месячного - за три месяца.

□ Крем "Наташа"

Ш Крем с дезодорированным маслом □ Крем с

витаминизированным маслом

Увеличение коэффициента окисленности,%

Свежий 1 месяц 2 месяца 3 месяца

Срок хранения кремов в экстремальных условиях, месяц

Рис.11. Накопление гидроперекисей в процессе хранения при температуре 40°С

Установлено, что введение витаминизированного масла значительно тормозит образование первичных продуктов окисления - гидроперекисей, о чем свидетельствует замедление роста коэффициента насыщенности жира при хранении в течение 3-х месяцев опытных образцов с витаминизированным маслом, образцов , где в рецептуре присутствовало дезодорированное масло и промышленных образцов крема «Наташа» (рис. 11).

Показано, что введение в рецептуру крема витаминизированного масла, не только позволяет сбалансировать витаминный состав косметического крема, но и увеличить срок годности последнего по сравнению с близким по составу кремом с дезодорированным маслом в 4 раза и довести его до 24 месяцев.

Таким образом, проведены комплексные научно обоснованные исследования, заключающиеся в разработке технологии подготовки оригинального растительного сырья (листьев ежевики) к экстракции, самого процесса экстракции, купажирования последнего с дезодорированным маслом для получения витаминизированного масла, содержащего ингибитор ММР, в разработке собственно рецептуры косметического крема anti-age направленности и доказательстве его физиологического действия.

Предлагаемая автором технология позволяет производить товар данного ассортимента на действующем в настоящее время оборудовании ОАО КО «Свобода». Для производства нового эмульсионного косметического крема использовалась стандартная технология, которая совершенствовалась и корректировалась на стадии внесения витаминизированного масла, содержащего ММР, по температуре ввода последнего (75°С) и минимизирования стадий, требующих нарушения герметичности

реактора (подъема крышки), что в свою очередь позволило обеспечить получение более чистого продукта с микробиологической точки зрения.

Разработана технологическая инструкция, согласно которой проведены производственные испытания по варке косметического крема.

Контроль состояния технологического процесса и предупреждение отклонений от заданных оптимальных параметров нами обеспечивался выполнением требований карт аналитического контроля безопасности и качества на этапах подготовки ингредиентов рецептуры, технологии, хранения продукции заложенных в технологической инструкции. Получена партия нового эмульсионного косметического крема в промышленных условиях соответствующая по своим показателям требованиям ГОСТ Р 52343-2005 «Кремы косметические» и Технологического регламента Таможенного союза 009/2011 «О безопасности парфюмерно-косметической продукции».

Экономическая эффективность выполненной работы складывается из возможности быстрого возврата средств, затраченных на производство данного косметического продукта, вследствие использования уже действующего оборудования и технологии, не требующей существенной реорганизации производства, на фоне появления продукта с улучшенными качественными и потребительскими свойствами быстро реализуемого покупателю.

Заключение:

1. Проведены комплексные исследования по поиску перспективных источников биологически активных веществ целевого назначения для создания anti-age косметических изделий, получены экстракты из листьев ежевики, содержащие ингибиторы ММР.

2. Научно обоснована и экспериментально подтверждена необходимость использования экструзионной обработки сырья, установлено влияние режимных параметров экструзии на изменение функциональных свойств экструдатов, определяющих степень и качество экстрагирования целевых веществ.

3. Разработана и научно обоснованная технология получения витаминизированного растительного масла посредством микса экстракта, содержащего ингибитор ММР и полученного из исходного сырья влажностью 20%, п=170 об/мин, экстрагирование 40% этанолом (2:3) и дезодорированного растительного масла (1:1), настаивание в течение 3 часов при 40°С с последующей фильтрацией и вакуум-выпариванием.

4. Получено витаминизированное масло, содержащее в своем составе в 14 раз больше каротиноидов, чем в исходном дезодорированном подсолнечном масле, и на 43% больше токоферолов. Наряду с этим, в полученном продукте содержится ингибитор ММР, позволяющий достичь 89% ингибирования эластазы при введении 0,1%.

5. Научно обосновано и практически доказана окислительная стабильность витаминизированного масла, полученного по разработанной технологии. Высокое качество витаминизированного масла подтверждено исследованиями окислительной стабильности по кинетике изменений показателей перекисного и анизидинового чисел, общей степени окисления «totox», скорости окисления при хранении образцов масел в течение 180 суток при температуре 20± 2°С. В результате установлено, что процессы первичного и вторичного окисления в них протекают в два раза медленнее, чем в исходных образцах дезодорированного масла. Замедлению процессов окисления способствовало сохранение в образцах витаминизированного масла, в максимальной степени, естественных антиоксидантов. По результатам исследования окислительной стабильности установлено, что к шестому месяцу хранения снижение содержания токоферолов составило не более 6-10%. Каротиноиды были менее стабильны, чем токоферолы. После 4-х месяцев хранения снижение содержания каротиноидов составило 15-20%.

6. Научно обоснована и разработана рецептура эмульсионного косметического крема anti-age направленности, функциональные свойства которого доказаны и обусловлены ингредиентным составом, формирующим комплекс, содержащий жирорастворимые витамины и ингибиторы ММР.

7. Разработан алгоритм менеджемента и определены критерии качества технологии получения нового эмульсионного косметического крема, составлена технологическая инструкция процесса производства. Проведены производственные испытания по выработке косметического крема на ОАО КО «Свобода», получена опытная партия нового продукта в промышленных условиях, соответствующая по своим показателям требованиям ГОСТ Р 52343-2005 «Кремы косметические» и Технологического регламента Таможенного союза 009/2011 «О безопасности парфюмерно-косметической продукции»

8. Результаты проведенных комплексных научных и экспериментальных исследований апробированы в учебном процессе по специальности «Технология жиров, эфирных масел и парфюмерно-косметических продуктов» при: чтении лекций; выполнении лабораторных и практических работ; в научно-исследовательских дипломных и курсовых работах студентов; разработке учебно-методических пособий; выполнении научно - исследовательских работ.

Рекомендации н перспективы дальнейшей разработки темы:

-разработанный эмульсионный косметический крем anti-age направленности с включением витаминизированного масла, содержащего ингибиторы ММР, рекомендуется использовать для лечебных и профилактических программ, предотвращающих старение кожи и апробирование последних в «Институте красоты» (Москва);

- новый косметический крем может быть рекомендован для использования в восстановительных процедурах спортсменов, чей вид спорта связан с агрессивным воздействием внешней среды;

- в создании серий anti-age косметики для населения среднего и старшего возраста;

-разработанная технология получения витаминизированного масла перспективна для использования на материальной базе предприятий малого и среднего бизнеса.

По теме диссертации опубликованы следующие работы: Статьи в периодических изданиях из перечня ВАК РФ:

1. Тимофеев, В.А. Аспекты технологии получения витаминизированных масел [Текст] / /В.А. Тимофеев, К.Г. Восканян, А.Ю. Кривова, О.С. Восканян / Хранение и переработки сельхозсырья. - 2012. - № 7. - С. 45-47.

2. Тимофеев, В.А. Исследование свойств концентратов из различных частей растения ежевики [Текст] / В.А. Тимофеев, О.С. Восканян // Масложировая промышленность.-2013.-№1.-С 29-30.

3. Тимофеев, В.А. Влияние режимов экструзионной обработки растительного сырья на эффективность экстракционных процессов [Текст] / В.А. Тимофеев, К.Г. Восканян, В.А. Поляков, А.Ю. Шариков // Перспективы науки. -2013,- №8. -С. 146-149.

Статьи в сборниках научных трудов, материалов конференций:

4. Тимофеев, В.А. Новые эмульсионные продукты с функциональными свойствами [Текст] / В.А. Тимофеев, О.С. Восканян // Сборник материалов IV Международной научно-практической конференции «Управление торговлей: теория, практика, инновации». - М., 2011. - С. 381-384.

5. Тимофеев, В.А. Конструирование нового эмульсионного продукта с функциональными свойствами [Текст] / В.А. Тимофеев, О.С. Восканян // Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции «Научное обеспечение устойчивого развития АПК». - Уфа, 2011.-С. 239-243.

6. Тимофеев, В.А. Эффективные добавки на основе растительных экстрактов для косметической промышленности [Текст] / В.А. Тимофеев, О.С. Восканян // Сборнике материалов II Международной научно-практической конференции «Интеграции науки и практики, как механизм эффективного развития современного общества».-М., 2012.-С. 11-13.

7. Тимофеев, В.А. Научно-практические основы разработки рецептур и менеджмент качества эмульсионных косметических продуктов функционального назначения [Текст] / В.А. Тимофеев, О.С. Восканян // Сборник материалов III Международной научной конференции «Естественнонаучные вопросы технических и сельскохозяйственных исследований». - М., 2012. - С. 7-9.

8. Тимофеев, В.А. Карбоксиметилцеллюлоза как ингредиент косметических муссов [Текст] / В.А. Тимофеев, О.С. Восканян // VI Международная научно-практическая конференция «Тенденции и перспективы развития современного научного знания». - М., 2013. - С. 139-143.

9. Тимофеев, В.А. Исследование концентратов из листьев ежевики как ингибиторов активности матриксных металлопротеиназ [Текст] / В.А. Тимофеев, О.С. Восканян, Е.В. Середа // X Международная научно-практическая конференция «Современное состояние естественных и технологических наук». - М., 2013. -С. 17-20.

Подписано в печать 08.11.2013 Формат А5 Бумага 80 г/м2 Тираж 100 экз. Отпечатано ООО «РВК.ру» г. Москва, ул. Бутырский вал, 48

\

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ имени К.Г. РАЗУМОВСКОГО»

л, л л, На правах рукописи

04201365749 ^

ТИМОФЕЕВ ВЛАДИМИР АЛЕКСЕЕВИЧ

РАЗРАБОТКА РЕЦЕПТУРНОГО СОСТАВА И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ СОЗДАНИЕ ИННОВАЦИОННОГО КОСМЕТИЧЕСКОГО ПРОДУКТА ANTI-AGE

НАПРАВЛЕННОСТИ

Специальность: 05.18.06 «Технология жиров, эфирных масел и парфюмерно-косметических продуктов (технические науки)»

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Восканян О.С.

Москва-2013

I

А

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................................4

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ...............................................................................10

1.1 .Теории и механизмы старения кожи....................................................................10

1.1.1 .Молекулярно-генетические теории....................................................................11

1.1.2.Теломерная теория................................................................................................11

1.1.3.Элевационная (онтогенетическая) теория старения.........................................12

1.1 ААдаптационно-регуляторная теория...................................................................13

1.1.5.Стохастические (вероятностные) теории...........................................................15

1.1.6.Теория свободных радикалов..............................................................................15

1.1.7.Старение-это ошибка.........................................................................................17

1.1.8.Теория апоптоза (самоубийства клеток)............................................................17

1.1.9.Гликаци я................................................................................................................19

1.2.Старение и матричные металлопротеиназы (ММП)............................................23

1.2.1. Матриксные металлопротеиназы (ММР)..........................................................23

1.3.Факторы вызывающие старение кожи и организма.............................................33

1.4. Биологически- активные вещества, содержащиеся в растительных экстрактах в косметической продукции.........................................................................................36

1.5. Антиоксидантные системы в косметике..............................................................39

1.6. Технологии производства экстракционных продуктов......................................43

1.6.1. Методы экстрагирования....................................................................................49

1.7. Предварительная подготовка сырья для повышения эффективности экстракции......................................................................................................................53

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ...................................................................59

2.1. Структурная схема исследований представлена на рисунке 2.1.......................60

2.2. Объекты исследований...........................................................................................61

2.3. Метод определения эластазной активности [137,138]........................................62

2.4. Метод определения протеолитической (эластазной) активности (модифицированный метод Ансона)...........................................................................63

2.5. Определение влажности сырья..............................................................................69

2.6. Определение влаги и летучих веществ в подсолнечном масле по методу Фишера............................................................................................................................70

2.7. Экспресс-метод определения массовой доли металлов в подсолнечном масле ..........................................................................................................................................72

2.8. Газометрический метод определения скорости окисления подсолнечного масла................................................................................................................................73

2.9. Определение содержания мыла в нейтрализованном подсолнечном масле ....73

2.10. Определение масличности...................................................................................74

2.11. Определение содержания каротиноидов............................................................75

2.12. Определение токоферолов...................................................................................76

2.13. Определение кислотного числа (ГОСТ 52110-2003)........................................79

2.14. Определение перекисного числа (ГОСТ 51487-99)..........................................80

2.15. Определение коэффициентов распределения концентрации каротиноидов и токоферолов в двухфазных системах..............................................81

2.16. Определение стабильности качественных показателей в препаратах и продуктах........................................................................................................................82

2.17. Анизидиновое число - по ГОСТ Р 53099-2009 (ИСО 6885:2006)...................82

2.18. Органолептические показатели - по ГОСТ Р 52179-2003 ...............................83

2.19. Определение группового состават липидов......................................................83

2.20. Математическая обработка результатов эксперимента....................................83

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ............................................................85

3.1. Скрининг растительного сырья.............................................................................85

3.2. Изучение свойств экстрактов различных составляющих частей ежевики.......89

3.3. Влияние режимов экструзионной обработки растительного сырья на эффективность экстракционных процессов................................................................92

3.5. Получение витаминизированного растительного масла, обогащенного каротиноидами, токоферолами и ингибиторами ММР.............................................95

3.6. Исследование стабильности витаминизированного подсолнечного масла... 106

3.7. Разработка рецептуры косметического продукта с anti-age свойствами.......110

3.8. Исследования изменений жировой фракции крема при хранении.................114

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...........................................................................................................120

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА......................................................................123

ВВЕДЕНИЕ

Основные направления и актуальность исследования

В настоящее время важнейшим направлением развития косметической промышленности является разработка нового поколения anti-age косметики функционального назначения. Неотъемлемой частью этой продукции являются биологически активные вещества (БАВ), основным источников которых являются растения. Каждое растение характеризуется сбалансированным и свойственным

ч

только ему составом биологически активных веществ. Разработка новых косметических средств состоит в правильном способе получения натуральных экстрактов и подбора необходимого состава компонентов, обладающих заданными свойствами.

В последние годы внимание ученых привлек еще один механизм (с ним связывают появление типичных симптомов старения кожи таких, как морщины, дряблость, снижение эластичности) - возрастающая активность матриксных металлопротеиназ дермы (ММР - Matrix Métallo Proteinases), разрушающих компоненты внеклеточной матрицы, в том числе ее основные структурные элементы - коллаген, эластин. Прямым следствием того, что ММР активно разрушают матрицу дермиса, является преждевременное появление морщин и потеря эластичности кожи. Последние исследования специалистов (Ytuumann V., Vielhaber G et all, 2006, Rittie L, Fisher G.J., 2004, Harnebeck W. , 2003 и др.) подтверждают, что использование в косметических препаратах активных компонентов растительного происхождения, например, «Sym MATRIX», в значительной степени ингибируют действие ММР и влияют на состояние кожи.

Актуальность и обоснованность выбора темы исследования заключается в поиске активных ингредиентов растительного происхождения, расширяющих возможности создания anti-age косметических изделий нового поколения. Особую актуальность приобретают комплексные исследования, направленные на совершенствование и оптимизацию технологических параметров процессов

извлечения биологически активных веществ из сырья и создания новых эмульсионных кремов функционального назначения. Степень разработанности проблемы

Проведенные исследования основаны на научно-теоретических трудах и экспериментальных исследованиях ученых: В.П.Варламова, О.С. Восканян,

A.А. Кочетковой, А.Ю. Кривовой, Е.П. Корненой, А.П. Нечаева, В.Е.Тарасова,

B.А.Тутельяна, Ю.А. Тырсина, иностранных ученых V. Ytuumann, Vielhaber , L. Rittie, G.J. Fisher, W. Harnebeck, ученых Dr.Ron Kadir Laboratories Ltd.

Цель и задачи исследования

Целью диссертационной работы являлась разработка рецептурного состава и совершенствование технологий, обеспечивающих создание инновационного косметического продукта anti-age направленности, проведение комплексных исследований по поиску перспективных источников биологически активных веществ (БАВ) целевого назначения, совершенствование технологии экстракции биологически активных веществ из растительного сырья на стадиях подготовки сырья и разработка рецептурного состава на их основе новых эмульсионных косметических продуктов с функциональными свойствами.

В соответствии с поставленной целью исследований были сформулированы и решены следующие задачи:

- поиск перспективных источников растительного сырья с целью выделения ингибиторов ММР для создания косметических изделий нового поколения anti-age направленности;

- изучение характера влияния основных технологических параметров экструзии растительного сырья на формирование свойств экструдатов, определяющих степень их подготовленности к экстракции;

-оптимизация технологии и параметров получения витаминизированного

i

растительного масла, обогащенного витаминами и содержащего ингибиторы ММР;

научное обоснование и разработка рецептуры эмульсионного, косметического крема anti-age направленности;

- изучение физико-химических процессов, протекающих в косметических изделиях, содержащих витаминизированное масло с ингибитором ММР при хранении и влияние этих процессов на качество продукта и срок годности.

Научная новизна работы

В диссертационной работе лично автором получены следующие научные результаты:

- проведен поиск перспективных источников ингибиторов ММР для создания anti-age косметических изделий нового поколения;

- научно обоснована и экспериментально подтверждена необходимость использования экструзионной обработки сырья, установлено влияние режимных параметров экструзии на изменение функциональных свойств экструдатов;

- обосновано увеличение глубины извлечения ингибиторов ММР и витаминного состава (каротиноидов и токоферолов) за счет снижения поверхностного натяжения на границе раздела фаз системы «масло-вода» при миксе спиртового экстрагена и дезодорированного подсолнечного масла в процессах экстракции из растительного сырья;

- высокое качество и окислительная стабильность витаминизированного масла, полученного по разработанной технологии, подтверждены исследованиями кинетических изменений показателей перекисного и анизидинового чисел, а также общей степени окисленности и скорости окисления при хранении масла;

установлена и экспериментально подтверждена эффективность использования витаминизированного масла содержащего ингибитор ММР, как ингредиента anti-age косметики;

- научно обоснован ингредиентный состав рецептуры и разработан способ получения эмульсионного, косметического продукта anti-age направленности, качественные и функциональные свойства которого обусловлены ингибирующим ММР комплексом и витаминным составом;

-квалифицирование разработанного косметического крема, как продукта anti-age направленности для профилактического применения.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается:

-в разработке и научном обосновании технологии получения витаминизированного растительного масла, содержащего ингибитор ММР: влажность исходного сырья 20%, п=170 об/мин, экстрагирование 40% этанолом (2:3) в присутствии дезодорированного растительного масла (1:1), настаивание в течение 3 часов при 40°С с последующим вакуум - выпариванием и фильтрацией;

-в повышении эффективности технологических процессов экстракции из растительного сырья за счет использования комплексного спирто-водного экстрагена, способствующего увеличению выхода каротиноидов и токоферолов. Получено витаминизированное масло, содержащее в своем составе в 14 раз больше каротиноидов, чем в исходном дезодорированном подсолнечном масле и на 43% больше токоферолов. Наряду с этим, в полученном продукте содержится ингибитор ММР, позволяющий достичь 89% ингибирования эластазы при введении 0,1%;

-в расширении и обновлении ассортимента косметической продукции за счет производства инновационных продуктов, способствующих оптимизации комплексного ухода за кожей anti-age направленности;

- в разработке алгоритма менеджмента и определении критериев качества технологии получения нового эмульсионного косметического крема, составлении технологической инструкции процесса производства. Проведены производственные испытания по выработке косметического крема на ОАО КО «Свобода», получена опытная партия нового продукта в промышленных условиях соответствующая по своим показателям требованиям ГОСТ Р 523432005 «Кремы косметические» и Технологическому регламенту Таможенного союза 009/2011 «О безопасности парфюмерно-косметической продукции»;

- применении результатов научных и экспериментальных исследований в учебных процессах по специальности «Технология жиров, эфирных масел и парфюмерно-косметических продуктов» при: чтении лекций, выполнении лабораторных и практических работ, научно- исследовательских дипломных и курсовых работах студентов, разработке учебно-методических пособий, выполнении научно - исследовательских работ.

Основные положения, выносимые на защиту

На защиту выносятся следующие положения:

1. Скрининг растительного сырья с целью выявления компонентов для получения ингибиторных комплексов ММР.

2. Разработка и оптимизация технологий подготовки растительного сырья и самого процесса извлечения ингибиторных комплексов ММР из растительного сырья.

3. Повышение эффективности извлечения витаминов (каротиноидов и токоферолов) из растительного сырья посредством масло-спиртовой экстракции.

4. Разработка ингредиентного состава эмульсионного косметического продукта с заданными свойствами.

5. Определение окислительной стабильности витаминизированного масла и эмульсионного косметического продукта, обоснование срока годности последнего.

Личный вклад соискателя

Научное обоснование и постановка цели и задач исследования, организация, планирование и проведение эксперимента, обработка и обобщение результатов исследований, совершенствование технологий, подготовка результатов к опубликованию, участие в проведении производственных испытаний.

Степень достоверности и апробация результатов работы

Достоверность полученных результатов подтверждена применением современных физико-химических методов анализа, актами выработки и испытаний опытно промышленной партии эмульсионного косметического крема (по рецептурной карте с включением витаминизированного масла, содержащего ингибирующий ММР комплекс и полученного по усовершенствованной технологии экстракции) согласно разработанной технологической инструкции и осуществленной на производственных мощностях ОАО КО «Свобода».

Основные результаты исследований доложены на следующих конференциях: конференция «Управление торговлей: теория, практика, инновации» (Москва, 2011); Всероссийская научно-практическая конференция

«Научное обеспечение устойчивого развития АПК» (Уфа, 2011); II Международная научно-практическая конференция «Интеграции науки и практики, как механизм эффективного развития современного общества» (Москва, 2012); III Международная научная конференция «Естественнонаучные вопросы технических и сельскохозяйственных исследований» (Москва, 2012); VI Международная научно-практическая конференция «Тенденции и перспективы развития современного научного знания» (Москва, 2013); X Международная научно-практическая конференция «Современное состояние естественных и технологических наук» (Москва, 2013); VII Международная научно-практическая конференция «Теория и практика современной науки» (Москва, 2012); конференция «Круглого стола» «Инновационные технологии для производства продуктов питания функционального назначения» (Москва, 2012).

Публикации. Всего опубликовано 9 научных трудов, в том числе 3 статьи в журналах по утвержденному списку ВАК РФ.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа включает введение, обзор литературы, экспериментальную часть, заключение, список использованной литературы и 6 приложений. Содержание работы изложено на 135 странице основного текста, включающего 22 рисунков, 18 таблиц, 139 источников литературы.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Само по себе старение - комплексный биологический процесс метаболических и структурно-функциональных изменений организма, захватывающий как внутренние органы и системы, так и ткани, составляющие внешний облик. К тканям, составляющим внешний облик можно отнести кожу, а также некоторые мышцы, в частности, мимическую мускулатуру лица и шеи [1]. Процессы старения кожи связаны со всеми ее слоями и отражают старение организма в целом. С возрастом меняется также и гормональная регуляция организма, что, в свою очередь, не может не отразиться на нашем внешнем виде и на состоянии кожных покровов. Обычно выделяют два типа старения -естественное и преждевременное с