Основные преимущества сверхкритических СО2 экстрактов как натуральных активных ингредиентов косметических и лечебно-профилактических средств и мифы об их недостатках

Как известно, все биологически активные природные вещества, содержащиеся в растениях, можно условно разделить на жирорастворимые (липофильные) и водорастворимые (гидрофильные).

Наиболее глубоким способом экстрагирования жирорастворимых веществ является экстракция растительного сырья сжиженным диоксидом углерода (СО2), находящимся в процессе экстракции в сверхкритическом состоянии (температура выше 31 градуса С, давление выше 71 атм). В таком состоянии углекислый газ обладает одновременно и растворяющей и проникающей способностью, а после осаждения экстракта в специальных сосудах (сборниках), полностью испаряется. За счет относительно высокого давления разрушается клеточная структура растительного материала и растворитель получает доступ к труднодоступным биологически активным веществам, содержащимся в растении.

За более чем двадцатилетний период работы (с 1999 года) ООО «НИЦ ЭР «ГОРО» было проведено свыше 5 000 исследований биологического состава экстрактов, полученных разными способами экстрагирования (с помощью разных растворителей), что дает нам возможность четко понимать преимущества и особенности основных технологий экстракции, продукты которых представлены на рынке ингредиентов для косметических (лечебно-профилактических) средств.

К сожалению, в процессе работы с клиентами нам периодически приходится развеивать мифы, распространяемые отдельными участниками рынка косметических ингредиентов, о так называемых недостатках сверхкритической флюидной СО2 экстракции как способа производства натуральных косметических ингредиентов.

К счастью, при аргументированном разговоре с опытными компетентными технологами эти мифы достаточно легко опровергаются. Тем не менее, специалисты, не имеющие большого опыта в разработке косметических средств, делающие первые шаги в этом направлении, либо не имеющие достаточных практических знаний в сфере экстрагирования биологически активных веществ, могут быть введены в заблуждение настойчивыми продавцами.

Поэтому, ООО «НИЦ ЭР «ГОРО», как предприятие более 20 лет успешно развивающее сверхкритическую СО2 экстракцию как современную эффективную технологию экстрагирования биологически активных компонентов из растительного сырья, а также изучающее развитие данной технологии в таких странах как Германия, Франция, США считает необходимым еще раз акцентировать внимание на основных потребительских преимуществах сверхкритических СО2 экстрактов, понять и развеять мифы о технологии сверхкритической флюидной СО2 экстракции.     

Основные преимущества СК СО2 экстрактов

Преимущество № 1. Богатый базовый биологический состав экстракта, отсутствие в экстракте посторонних (не присущих исходному растительному материалу) примесей.

Широкий диапазон рабочих параметров сверхкритической СО2 экстракции (давление от 71 до 400 бар; в отдельных случаях до 1000 бар; температура экстракции в основном от 30 до 50 градусов С; возможность применения сорастворителей и модификаторов; скорость подачи растворителя и сорастворителя; фракционирование в сборниках экстракта) позволяет экстрагировать все группы жирорастворимых биологически активных веществ и частично водорастворимые биологически активные вещества. Соответственно, СК СО2 экстракт содержит максимально возможный по сравнению с другими способами экстракции диапазон жирорастворимых и частично водорастворимых биологически активных соединений, содержащихся в исходном растительном материале.

При этом, СК СО2 экстракт представляет собой чистую смесь биологически активных веществ и соединений, выделенных из экстрагируемого растения и полностью натурален, так как не содержит остатков растворителя (СО2) и каких-либо других посторонних примесей.

Преимущество № 2. Вариативность состава и консистенции экстракта в зависимости от цели применения, совместимость с рецептурами большинства косметических (лечебно-профилактических) продуктов.

При производстве СК СО2 экстракта, за счет возможности управлять широким диапазоном экстракционных параметров, возможно получение разных продуктов по составу, биологической активности, консистенции (например, как с растительными восками, так и без них) и ценовым параметрам, что в меньшей степени доступно другим типам экстракции.

Известно, что для производства ряда косметических продуктов требуются натуральные экстракты средней и низкой ценовой категории, в тоже время обладающие биологической активностью. Для производства таких СК СО2 экстрактов используется сверхкритическая СО2 экстракция с сорастворителем (различные растительные пищевые масла), применяющимся до экстракции (замачивание сырья) и непосредственно в процессе экстракции (в т.ч.подача через форсунку в мелкодисперсном состоянии). Такой тип экстракции позволяет получить большее количество экстрактивных веществ из растительного материала за счет увеличения экстрагирования жирорастворимых веществ при воздействии сорастворителя. Такой продукт имеет более мягкую консистенцию и относительно низкую цену (за счет большего количества экстрактивных веществ), в том числе полиненасыщенных жирных кислот, но меньшего содержания основного действующего биологически активного вещества.

При этом важно, что непосредственно в экстракт растительное масло не добавляется, что на наш взгляд, является более справедливым и честным способом производства продукта невысокой ценовой категории, по сравнению с продуктами, «доведенными до нужных кондиций» и низкой цены, например, простым смешиванием экстракта с растительным маслом, содержание которого может достигать 99 %.

Преимущество № 3. Высокая биологическая активность экстракта в товарных формах с высоким и средним содержанием основных биологически активных веществ.

Товарные формы СК СО2 экстракта верхней ценовой категории (с высоким содержанием целевых биологически активных веществ, в т.ч. фракционированные экстракты) производятся на специально подобранных технологических параметрах без использования сорастворителя. Такие экстракты обладают наиболее высокой биологической активностью (более активным продуктом будет являться субстанция, получаемая далее из экстракта в медицинских целях с применением специальных технологий в фармацевтической промышленности).

При подборе оптимальных норм ввода такого экстракта в косметический (лечебно-профилактический) продукт, содержание биологически активных веществ в этом продукте будет достаточно высоко для оказания наилучшего функционального эффекта.

Кроме того, жирорастворимые (неполярные) биологически активные вещества (т.н. агликоновые формы биологически активных веществ), из которых преимущественно состоит СК СО2 экстракт, обладают по сравнению с гидрофильными (полярными) биологически активными веществами, большей скоростью и глубиной проникновения в кожу за счет относительно маленького заряда и меньшего размера молекулы.

Преимущество № 4. Сравнительно высокая экономическая эффективность применения СК СО2 экстрактов при производстве косметических (лечебно-профилактических) продуктов.

Технология сверхкритической флюидной СО2 экстракции позволяет производить как продукт, содержащий высокую концентрацию заданных биологически активных веществ и необходимый для производителей лечебно-профилактических средств, профессиональной косметики высокой и средней ценовой категории, так и продукт с меньшей концентрацией БАВ, идеально подходящий по цене и составу для производства недорогих косметических продуктов.

Нормы внесения СК СО2 экстракта могут колебаться от 0,003-0,2 %, а для отдельных лечебно-профилактических продуктов, профессиональной косметики от 2-5 %, что позволяет использовать различные товарные формы СК СО2 экстракта для производств готовых продуктов разной ценовой категории, в том числе за счет применения нижних значений рекомендуемых норм ввода.

При относительно низких нормах ввода, и соответственно меньших весовых объемах необходимой заказчику партии СК СО2 экстракта (например, по сравнению с водорастворимыми экстрактами), преимуществом может являться компактность, что удобно для внутреннего перемещения и хранения экстракта на складе.

Преимущество № 5. Богатый научно-исследовательский и производственный опыт ООО «НИЦ ЭР «ГОРО» в области СК СО2 экстракции (более 20 лет), который обеспечивает высокое качество и стабильность продукта, оперативность выполнения заказов, грамотное консультирование по вопросам использования экстрактов.

Данное преимущество имеет на первый взгляд косвенное отношение к достоинствам СК СО2 экстракции, тем не менее, для производителя косметического продукта имеет достаточно высокое значение.

Поскольку СК СО2 экстракт это продукт, как богатый, так и сложный по своему составу, может иметь различные товарные формы, а ассортимент экстрактов весьма широк, разработчику косметического продукта бывает необходима консультация опытного и практически грамотного специалиста в этом вопросе, в т.ч. для того, чтобы наиболее оптимально использовать возможности технологии для решения конкретной производственно-технологической задачи.

Также очевидно, что стабильность и качество экстракта как ингредиента, безусловно, важны при промышленном производстве косметического продукта, равно как и оперативность выполнения заказа, удобство упаковки, необходимая сопроводительная документация на партию товара и т.д.

На наш взгляд, это основные преимущества СК СО2 экстракта, влияющие на его выбор разработчиками и производителями косметических (лечебно-профилактических) средств.  

Более глубокое изучение преимуществ и особенностей сверхкритической флюидной экстракции лежит больше в научно-прикладной сфере и подробно изложено в соответствующей литературе.

Мифы о недостатках

Теперь перечислим основные мифы о сверхкритической флюидной экстракции и соответственно о СК СО2 экстракте как ингредиенте косметических (лечебно-профилактических) продуктов.

Миф № 1. СК СО2 экстракт обычно содержит лишние вещества, так называемый «балласт» в виде природных растительных восков, экстрагируемых при высоком давлении (некоторое время назад на рынок также был вброшен термин «грязная» экстракция).

Данный миф выгоден продавцам, которые не могут предложить покупателю современный, богатый по биологическому составу продукт по выгодной цене (учитывая низкие нормы ввода в готовую продукцию) и пытаются убедить его в том, что СК СО2 экстракт ему не нужен, а вместо него надо использовать более «простые», дешевые продукты, которые «и так содержат все необходимое».

Реальность. Технология сверхкритической флюидной экстракции действительно дает наиболее широкий спектр извлекаемых групп биологически активных веществ по сравнению с другими методами экстракции, поэтому в экстракте возможно и наличие растительных восков. Эти вещества являются неотъемлемыми биологическими компонентами растений.  В тоже время, управляемость процесса СК СО2 экстракции за счет варьирования времени экстракции, скорости подачи растворителя, температуры и давления в экстракторе и в сборниках экстракта,  использования в процессе экстракции сорастворителей и модификаторов (спиртов, растительных масел и т.д.), позволяет регулировать состав экстракта и при необходимости производить продукт без содержания растительных восков.

Таким образом, сверхкритическая СО2 экстракция может осуществляться как на давлении 300-400 бар, так и 80-100 бар, а для получения, например, натуральных красителей, до 1 000 бар; температура экстракции может быть как 32, так и 50 градусов С, в зависимости от технического задания; сорастворители могут как использоваться, так и не использоваться; в сборниках экстракта может осуществляться фракционирование, а может «собираться» тотальный, «суммарный» экстракт (в зависимости от заданных параметров) и т.д.  И во всех случаях продуктом будет сверхкритический СО2 экстракт, только различной консистенции и отличиями в составе.

Поэтому, все вопросы по составу, консистенции, нормам ввода экстракта в косметический (лечебно-профилактический) продукт прорабатываются с каждым заказчиком индивидуально, и подавляющее большинство требований к СК СО2 экстракту возможно удовлетворить, обладая необходимыми знаниями, опытом и технологическими возможностями производственного оборудования.

Мы видим, что сегодня на рынке производителю косметических средств часто предлагается приобрести дешевый продукт, представляющий из себя простую смесь натурального экстракта и растительного масла (как правило, подсолнечного). Содержание постороннего наполнителя в таком продукте может доходить до 99 %, т.е. по сути, покупателю предлагается приобрести 1 литр подсолнечного растительного масла по цене многократно (иногда на порядок) превышающей его стоимость даже в объектах розничной торговли. Функциональная активность таких продуктов мизерная, если вообще существует, а содержание не присущего данному растению наполнителя делает экстракт не вполне натуральным. При этом надо учитывать, что проверить точное фактическое соотношение настоящего экстракта и постороннего наполнителя в таком продукте практически невозможно, поэтому покупателю приходится рассчитывать исключительно на добросовестность продавца.

По нашему мнению, в подобном случае производителю косметического средства целесообразнее и выгоднее приобрести полностью натуральный и качественный, но более дорогой ингредиент (как с «родными» растительными восками, так и без них) и использовать низкие нормы ввода, чем приобретать дешевую смесь экстракта с посторонним продуктом.

Что касается выражения «грязная экстракция», то использование подобного определения на наш взгляд неуместно и неприемлемо как по отношению к самой технологии и ее продукту, так и в целом при работе на рынке натуральных биологически активных ингредиентов.

К сожалению, применение таких определений характерно для продавцов, пытающихся любым способом реализовать свой товар, и оказать эмоциональное воздействие на покупателя, используя  терминологию, направленную на формирование отрицательных ассоциаций с конкурирующим продуктом.

Миф № 2. Температура сверхкритической СО2 экстракции, по мнению распространителей мифа, относительно высокая, что «убивает» часть биологически активных веществ.

Этот миф используют производители, заявляющие более низкие температурные параметры используемых ими способов экстракции, и выдающие это за явное преимущество экстракционного продукта.

Реальность. Основной рабочий температурный диапазон сверхкритической СО2 экстракции находится в интервале 30-50 градусов С, что сопоставимо с другими технологиями экстракции, и значительно ниже температурных режимов, например, водной экстракции.

Использование более низкого температурного режима (ниже 30 градусов С) характерно для экстрагирования эфирной части растения (например при докритической СО2 экстракции, которая успешно применяется для производства вкусоароматических пищевых ингредиентов). Для высококачественного экстрагирования ряда биологически активных веществ необходимо создание сверхкритических условий, в частности более высокой температуры экстракции (как правило, 31-50 градусов С).  При этом действительно может не происходить полного экстрагирования эфирных веществ. Но поскольку основной целью СК СО2 экстракта как ингредиента косметического (лечебно-профилактического) средства является его биологическая активность, а не вкусоароматические свойства, данное обстоятельство является скорее преимуществом СК СО2 экстракта, а не его недостатком.

Биологический состав СК СО2 экстракта определяется хромотографическим анализом, в результате которого, как правило, видно, что биологически активные вещества сохранили при переходе в экстракт свою исходную структуру и не были подвержены разрушению в процессе экстракции.

Миф № 3. Полиненасыщенные жирные кислоты, выделенные в процессе экстракции сверхкритическим СО2  (при воздействии высокого давления) в последствии могут прогоркать в экстракте и у него появляется посторонний запах.

Этот миф выгоден производителям, обладающим меньшими технологическими возможностями, и пытающимся выявить «минусы» в технологических возможностях сверхкритической СО2 экстракции (в частности, относительно высокое рабочее давление).

Реальность. Если бы этот миф был правдой, СК СО2 экстракты использовало бы гораздо меньшее количество производителей косметических средств, включая ведущие косметические и пищевые компании, на которых, как правило, высокоорганизован входящий контроль качества ингредиентов, а также при необходимости контроль состояния ингредиента в течение всего срока хранения (если ингредиент сразу не идет в производство). На таких предприятиях экстракты проходят многоступенчатое тестирование, а также периодически организуется внешний аудит системы качества на предприятии-производителе экстракта.

СК СО2 экстракт (как и любой жирорастворимый продукт) может «прогоркнуть» при грубом нарушении достаточно мягких требований по условиям его хранения (отсутствие попадания прямого солнечного света, температура хранения не выше 25 градусов С, срок хранения до 2 лет, целостность и герметичность упаковки).

Также причиной «прогоркания» любого жирорастворимого экстракта может являться присутствие в нем воды, которая действительно может переходить из растительного сырья в экстракт в небольшом количестве. Однако, в процессе сверхкритической СО2 экстракции используется технологическая процедура отделения воды от экстракта, что исключает дальнейшее взаимодействие жирных кислот, содержащихся в экстракте, с водой и, соответственно, их последующее окисление.

Что касается воздействия высокого давления, то оно служит в основном для разрушения клеточной структуры растения и обеспечивает доступ растворителя к «труднодоступным» биологически активным веществам. Соответственно, в данном случае некорректно говорить о создании в процессе экстракции каких-либо неприемлемых для биологически активных веществ условий, оказывающих на них разрушительное влияние.

Миф № 4. СК СО2 экстракт дорогой продукт, тем более для производства косметических средств низкой ценовой категории.

Это миф выгоден продавцам, реализующим экстракты в нижних ценовых категориях, делающим акцент преимущественно на низкой цене продукта.

Реальность. Основным фактором, влияющим на экономическую выгоду использования ингредиента, является норма ввода ингредиента в конечный продукт. При норме ввода СК СО2 экстракта от 0,03-0,2%, что характерно для продуктов низкой и средней ценовой категории, доля СК СО2 экстракта в себестоимости готового продукта в большинстве случаев, будет ниже, чем у других видов экстрактов.

Простые арифметические подсчеты показывают, что при цене, например,  пропиленгликолевого экстракта 200 руб./кг и его норме ввода 2 % его вес в себестоимости косметического продукта составит 4 рубля на 1 кг; а при цене СК СО2 экстракта, например, 4 000 рублей и норме ввода 0,05 % (достаточной для достижения аналогичного эффекта), его вес в себестоимости косметического продукта составит 2 рубля на 1 кг.

Что касается косметических (лечебно-профилактических) средств верхней ценовой категории с высокой заявленной или предполагаемой функциональной активностью, то и для таких средств доля СК СО2 экстракта (при максимальных нормах ввода от 2-5 %, а для фракционированного экстракта возможна меньшая норма ввода) в себестоимости 1 кг готового продукта будет более чем приемлема. Тем более, что в таких средствах СК СО2 экстракт выступает, как правило, в качестве основного активного ингредиента.

Вероятно, это не все мифы о сверхкритической СО2 экстракции, с которыми приходится сталкиваться специалистам предприятий-производителей при выборе ингредиентов для рецептур косметических (лечебно-профилактических) средств. Мы постарались развеять основные из них, которые нам иногда приходится слышать.

В то же время, мы полностью согласны с теми добросовестными производителями экстрактов (в т.ч. конкурирующими с СК СО2 экстрактами), которые справедливо и открыто отмечают преимущества и особенности каждой из известных и применяемых технологий экстракции.

Так, например, трудно оспаривать преимущества докритических СО2 экстрактов для производства некоторых групп пищевых продуктов (за счет выраженных вкусоароматических свойств), либо удобство применения гидролатов, пропиленгликолевых и водно-глицериновых экстрактов в прозрачных жидких косметических средствах, либо экономическую выгоду от использования в отдельных косметических средствах сверхдешевых экстрактов и их растворов, а также удобство применения сухих экстрактов в отдельных видах продуктов (хотя во всех этих случаях использование сверхкритических СО2 экстрактов также возможно). Поэтому, ООО «НИЦ ЭР «ГОРО» параллельно основному производству, осваивает и развивает другие технологии экстракции, что позволяет предложить покупателю более полный спектр натуральных активных ингредиентов (экстрактов).

Тем не менее, основываясь на двадцатилетнем опыте работы, считаем, что для подавляющего большинства косметических (лечебно-профилактических) средств оптимальным решением является применение СК СО2 экстракта в качестве биологически активного натурального ингредиента, в товарной форме, наиболее подходящей для конкретного косметического продукта.

Соответственно, при продвижении продукции на рынке, при работе с действующими и потенциальными клиентами, ООО «НИЦ ЭР «ГОРО» по-прежнему делает упор на продуктах сверхкритической флюидной СО2 экстракции, как, по нашему мнению, наиболее эффективной технологии извлечения жирорастворимых биологически активных веществ и их соединений.