Το σύστημα HLB

Το σύστημα HLB είναι κάτι για το οποίο μάλλον δεν θα έχετε ξανακούσει. Είναι το απόλυτο εργαλείο προσδιορισμού της ποσότητας γαλακτωματοποιητή που πρέπει να χρησιμοποιηθεί σε κάθε συνταγή καλλυντικού για τον αρχάριο αλλά και τον επαγγελματία του χώρου.

Όταν φτιάχνουμε καλλυντικά συνήθως δουλεύουμε με έτοιμες συνταγές. Χρησιμοποιούμε γαλακτωματοποιητές και σχεδόν ποτέ δε γνωρίζουμε το ακριβές αποτέλεσμα που θα έχουμε στη κρέμα ή το γαλάκτωμα μας. Απλά ακολουθούμε τη συνταγή που βρήκαμε, προσθέτουμε την απαιτούμενη ποσότητα και έτσι παράγεται το προϊόν μας. Αν θέλουμε να δημιουργήσουμε τη δική μας συνταγή, ή να επαληθεύσουμε αυτή που έχουμε ήδη στα χέρια μας, πρέπει αν συμβουλευτούμε τον πίνακα HLB.

Λίγα λόγια για το σύστημα HLB
Το σύστημα HLB (Hydrophilic - Lipophilic Balance system), με κλίμακα τιμών από 0-20, δημιουργήθηκε το 1949 από τον χημικό William Griffin (φωτό δεξιά), ως μέσο προσδιορισμού του τύπου γαλακτωματοποιητή που πρέπει να χρησιμοποιηθεί για τη γαλακτωματοποίηση του εκάστοτε προϊόντος.
Οι γαλακτωματοποιητές αποτελούνται από δύο τμήματα· ένα υδρόφιλο, το οποίο αποτελείται από υδατοδιαλυτά μόρια, και ένα λιπόφιλο, το οποίο αποτελείται από λιπαρά οξέα ή λιπαρές αλκοόλες. Με το λιπόφιλο τμήμα τους "τυλίγονται" γύρω από τα μόρια του ελαίου και έτσι το αποτρέπουν να επανενωθεί με τα υπόλοιπα λιπαρά μόρια και να ξανασχηματίσει μια ξεχωριστή λιπαρή φάση. Με λίγα λόγια η δράση του γαλακτωματοποιητή αποτρέπει το διαχωρισμό της υδατικής και λιπαρής φάσης, σχηματίζοντας και σταθεροποιώντας το γαλάκτωμα.
Όσο πιο υψηλή η τιμή HLB τόσο περισσότερο υδρόφιλος και κατά συνέπεια τόσο πιο υδατοδιαλυτός θα είναι ο γαλακτωματοποιητής (το χρησιμοποιούμε σε γαλακτώματα oil in water). Όσο μικρότερη τιμή HLB έχει ο γαλακτωματοποιητής, τόσο λιγότερο υδρόφιλος και περισσότερο λιπόφιλος είναι (το χρησιμοποιούμε σε γαλακτώματα water in oil).
Σε γενικές γραμμές οι γαλακτωματοποιητές με HLB 3-8 δίνουν γαλακτώματα w/o ενώ οι γαλακτωματοποιητές με HLB άνω του 9 είναι πιο υδατοδιαλυτοί και δίνουν γαλακτώματα o/w.
Η τιμή HLB ενός γαλακτωματοποιητή προσδιορίζεται από το υδρόφιλο τμήμα του μορίου του. Η εξίσωση έχει ως εξής:

Δε χρειάζεται να γνωρίζετε την εξίσωση για να μεταχειριστείτε το σύστημα HLB. Θα  αναλύσουμε όμως παρακάτω διεξοδικά το τρόπο χρήσης του συστήματος.

Με την επιλογή του κατάλληλου γαλακτωματοποιητή και τη χρήση του στη σωστή αναλογία μπορούμε όλοι μας να φτιάξουμε γαλακτώματα, δίχως να απαιτούνται εξαιδικευμένες γνώσεις χημείας.

Σημείωση: Πολλά υλικά δεν είναι διαθέσιμα σε εμάς τους ερασιτέχνες γιαυτό θα αναφερθούμε μεν στα περισσότερα, αλλά δε μπορώ να σας εγγυηθώ οτί μπορείτε να έχετε πλήρη πρόσβαση σε αυτά τα υλικά.

Μερικοί βασικοί ορισμοί

Γαλάκτωμα είναι το μίγμα δυο υγρών τα οποία δεν είναι εξίσου διαλυτά. Εάν το μίγμα αναταραχθεί αρκετά, το ένα από τα δύο συστατικά διαιρείται σε σφαιρίδια, στην αποκαλούμενη ασυνεχή ή φάση διασποράς. Το άλλο αποτελεί τη συνεχή φάση. Το γάλα αποτελεί ένα γαλάκτωμα, στο οποίο το λίπος του βουτύρου είναι η ασυνεχής φάση.

Διαλυτότητα ενός μορίου σημαίνει πως αυτό θα διαλυθεί σε έναν διαλύτη και θα γίνει τμήμα ενός ομογενοποιημένου μίγματος. Η διαλυτότητα αυξάνεται με τη θερμοκρασία, ένας από τους λόγους που θερμαίνουμε και διατηρούμε αυτή τη θερμοκρασία για μερικά λεπτά, όταν φτιάχνουμε γαλακτώματα. Επιπλέον οι περισσότεροι γαλακτωματοποιητές βρίσκονται σε μορφή νιφάδων ή κόκκων, οπότε η θέρμανση είναι ο μοναδικός τρόπος να ενσωματωθούν στο μίγμα μας. 

Αποσταθεροποίηση γαλακτώματος

Παρόλο που οι γαλακτωματοποιητές βοηθούν να σταθεροποιηθεί το μίγμα της υδατικής και λιπαρής φάσης τα γαλακτώματα παραμένουν ασταθή μίγματα με τάσεις διαχωρισμού. Η ταχύτητα διαχωρισμού του γαλακτώματος εξαρτάται από τη σύσταση τους και γίνεται με τρεις τρόπους:

1. Δημιουργία υμένα ή καθίζηση

Όπως το νωπό γάλα διαχωρίζεται σε υγρό και κρέμα γάλακτος, αν παραμείνει αδρανές, έτσι ακριβώς συμβαίνει και με ένα γαλάκτωμα. Μπορεί να αντιστραφεί με μηχανικά μέσα (ανάδευση).

2. Κροκίδωση

Τα σταγονίδια του γαλακτώματος ενώνονται σχηματίζοντας ένα μεγαλύτερο. Η κροκίδωση μπορεί και αυτή να αναστραφεί με μηχανικά μέσα (ανάδευση).

3. Συσσωμάτωση

Είναι μη αναστρέψιμη κατάσταση και συμβαίνει όταν έχουμε πλήρη διαχωρισμό των δύο υγρών.

Πίνακας τιμών HLB για διάφορα έλαια και λιποδιαλυτές ουσίες

Σύμφωνα με το σύστημα HLB όλες οι λιπαρές ουσίες έχουν μια απαιτούμενη τιμή HLB. Για παράδειγμα αν θέλετε να γαλακτωματοποιήσετε το ελαιόλαδο, που έχει τιμή HLB 7 πρέπει να χρησιμοποιήσετε ένα γαλακτωματοποιητή ή συνδυασμό τους που να έχει τιμή ή άθροισμα τιμών HLB ±7.

• Αμύγδαλο λάδι [6]
• Avocado λάδι [7]
• Βερίκοκο λάδι [7]
• Babassu λάδι [8]
• Βαζελίνη [7]
• Borage λάδι [7]
• Brazil Nut λάδι [8]
• C12-15 Alkyl Benzoate [13]
• Canola λάδι [7]
• Caprylic/Capric Triglyceride [5]
• Cetearyl Alcohol [15.5]
• Cetyl Alcohol [15.5]
• Cetyl Esters [10]
• Cetyl Palmitate [10]
• Diisopropyl Adipate [9]
• Dimethicone [5]
• Ελαιόλαδο [7]
• Emu λάδι [8]
• Ηλιέλαιο [7]
• Isopropyl Myristate [11.5]
• Isopropyl Palmitate [11.5]
• Jojoba λάδι [6.5]
• Κάνναβη λάδι [7]
• Καρθαμέλαιο [9]
• Κακάο βούτυρο [6]
• Καρότο λάδι [6]
• Καρύδα λάδι [8]
• Καστορέλαιο [14]
• Κηριζίνη [8]
• Κρόκος αυγού [4]
• Λανολίνη [10]
• Μέλισσας κερί [12]
• Macadamia λάδι [7]
• Mango βούτυρο [8]
• Myristyl Myristate [8.5]
• Νυχτολούλουδο λάδι [7]
• Ροδόμηλα λάδι (Rose Hip Oil) [7]
• Σταφυλοκουκουτσέλαιο [7]
• Παραφινέλαιο [10.5]
• Ρυζιού πίτουρο λάδι [7]
• PPG-15 Stearyl Ether [7]
• Retinyl Palmitate [6]
• Σησαμέλαιο [7]
• Σογιέλαιο [7]
• Shea βούτυρο [8]
• Στεατικό οξύ [15]
• Stearyl Alcohol [15.5]
• Τοκοφερόλη (βιταμίνη Ε) [6]
• Φυστικέλαιο [6]

Πίνακας τιμών HLB για τους διάφορους γαλακτωματοποιητές

Cetearyl Glucoside = 11
Ceteth-10 = 12.9
Ceteth-2 = 5.3
Ceteth-20 = 15.7
Glyceryl Laurate = 5.2
Glyceryl Stearate (and) PEG-100 Stearate = 11
Glyceryl Stearate = 3.8
Glyceryl Stearate SE = 5.8
Glycol Distearate = 1
Glycol Stearate = 2.9
Isoceteth-20 = 15.7
Isosteareth-20 = 15
Laureth-23 = 16.9
Laureth-4 = 9.7
Lecithin = 2 - 8

Συχνά οι γαλακτωματοποιητές, όπως η λεκιθίνη σόγιας, υπόκεινται επεξεργασία που ρυθμίζει την τιμή HLB, ώστε να είναι κατάλληλοι για χρήση σε διάφορες εφαρμογές. Η υγρή λεκιθίνη έχει τιμή HLB ανάμεσα στο 2 και το 4, ενώ η λεκιθίνη που έχει υποστεί απολίπωση (έχει αφαιρεθεί δηλαδή το λιπαρό στοιχείο και τη βρίσκουμε σε μορφή κόκκων) εμφανίζει τιμή HLB στο 7 με 8. Η υγρή λεκιθίνη συνηθέστερα χρησιμοποιείται σε γαλακτώματα water in oil (την προσθέτουμε στη λιπαρή φάση), ενώ αντίθετα η απολιπωμένη λεκιθίνη δρα καλύτερα σε γαλακτώματα oil in water (την προσθέτουμε στην υδατική φάση). Αυτό σημαίνει πως οι δύο μορφές είναι πολύ διαφορετικές μεταξύ τους και δε μπορεί να αντικαταστήσει η μία την άλλη. Προσοχή στο τι σας ζητάει η συνταγή, ώστε να έχετε το σωστό τελικό αποτέλεσμα.

Methyl Glucose Sesquistearate = 6.6

Oleth-10 / Polyoxyl 10 Oleyl Ether NF = 12.4
Oleth-10 = 12.4
Oleth-2 = 4.9
Oleth-20 = 15.3
PEG-100 Stearate = 18.8
PEG-20 Almond Glycerides = 10
PEG-20 Methyl Glucose Sesquistearate = 15
PEG-25 Hydrogenated Castor Oil = 10.8
PEG-30 Dipolyhydroxystearate = 5.5
PEG-4 Dilaurate = 6
PEG-40 Sorbitan Peroleate = 9
PEG-60 Almond Glycerides = 15
PEG-7 Olivate = 11
PEG-7 Glyceryl Cocoate =10
PEG-8 Dioleate = 8
PEG-8 Laurate = 13
PEG-8 Oleate = 11.6
PEG-80 Sorbitan Laurate = 19.1
Polysorbate 20 = 16.7
Polysorbate 20 NF = 16.7
Polysorbate 60 = 14.9
Polysorbate 60 NF = 14.9
Polysorbate 80 = 15
Polysorbate 80 NF = 15
Polysorbate 85 = 11
Propylene Glycol Isostearate = 2.5
Sorbitan Isostearate = 4.7
Sorbitan Laurate = 8.6
Sorbitan Monostearate NF = 4.7
Sorbitan Oleate = 4.3
Sorbitan Sesquioleate = 3.7
Sorbitan Stearate (and) Sucrose Cocoate = 6
Sorbitan Stearate = 4.7
Sorbitan Trioleate = 1.8
Stearamide MEA = 11
Steareth-100 = 18.8
Steareth-2 = 4.9
Steareth-20 = 15.3
Steareth-21 = 15.5

Πως χρησιμοποιούμε το σύστημα HLB
Για να παρασκευάσουμε μια κρέμα ή lotion, σχεδόν ποτέ δε χρησιμοποιούμε μόνο ένα γαλακτωματοποιητή, αλλά συδυασμό τουλάχιστον δύο διαφορετικών. Χρησιμοποιούμε ένα γαλακτωματοποιητή με χαμηλό HLB (αυτόν που αγαπά περισσότερο το λάδι) και έναν με υψηλό HLB (αυτόν που θέλει το νερό περισσότερο) σε αναλογίες τέτοιες ώστε να καλυφθεί η λιπαρή φάση της κρέμας μας. Η πρακτική αυτή έχει αποδειχτεί πως δημιουργεί πιο σταθερά γαλακτώματα από την αποκλειστική χρήση ενός μόνο γαλακτωματοποιητή.
Δυστυχώς δεν υπάρχει συγκεκριμένη δοσολογία γαλακτωματοποιητή για κάθε συνταγή κρέμας ή lotion. Πολλές πηγές αναφέρουν σαν αρχική δοσολογία ένα 2% επί του βάρους των ελαίων, εσείς όμως ξεκινήστε με ένα 4-5%. Θα δείτε πολλές συνταγές να κυκλοφορούν με διαφορετικές ποσότητες γαλακτωματοποιητών. Η σωστή ποσότητα προσδιορίζεται με τη χρήση λίγων βασικών μαθηματικών και με το συνεχή πειραματισμό. Πάρτε χαρτί και μολύβι, τα υλικά σας και πάμε να δούμε ένα παράδειγμα.

Οι περισσότερες κρέμες και τα γαλακτώματα του εμπορίου αποτελούνται από:

1. Υδατική φάση
Νερό
Υγροσκοπικό μέσο
Συντηρητικό

2. Λιπαρή φάση
Μαλακτικοί παράγοντες (5-10%)
Αντιοξειδωτικές ουσίες (0,05-0,2%)
Γαλακτωματοποιητής Α (1-2%)
Γαλακτωματοποιητής Β (1-2%)
Κήροι (0,5-2%)
Σιλικόνες (0,5-5%)

3. Λοιπά συστατικά
Συντηρητικό
Άρωμα
Χρωστική (0,1-1%)

Υποθετική συνταγή για μια βασική lotion
Ας υποθέσουμε οτί έχουμε την εξής συνταγή:

1. 70% νερό
2. 7% ελαιόλαδο
3. 8% λάδι βερίκοκο
4. 5% βούτυρο shea
5. 3% κετυλική αλκοόλη
6. 4% γαλακτωματοποιητής
7. 1% άρωμα ή αιθέριο έλαιο
8. 0,5-1% συντηρητικό

Υπάρχουν δύο φάσεις στον υπολογισμό με το σύστημα HLB· ο προσδιορισμός του HLB των συστατικών και έπειτα η ανεύρεση του σωστού γαλακτωματοποιητή ή του συνδυασμού τους με βάση τη τιμή HLB. Πως γίνεται αυτό; Θα το δούμε παρακάτω.

Α. Βήματα για να προσδιορίσουμε την τιμή HLB των συστατικών μας

1. Προσδιορίζουμε ποιά συστατικά έχουν τιμή HLB
Τυπικά τα συστατικά της λιπαρής φάσης είναι αυτά που έχουν τιμή HLB. Στη παραπάνω συνταγή έχουμε ένα ποσοστό 23% λιπαρών συστατικών (λάδια, βούτυρο και κετυλική αλκοόλη). Κάθε ένα από αυτά έχει μια τιμή HLB:

• Ελαιόλαδο = 7
• Λάδι βερίκοκο = 7
• Βούτυρο shea = 8
• Κετυλική αλκοόλη = 15,5

2. Προσδιορίζουμε τα ποσοστά από κάθε συστατικό που έχουμε στη συνταγή
Έχουμε ελαιόλαδο 7%, λάδι βερίκοκο 8%, βούτυρο shea 5% και κετυλική αλκοόλη 3%. Δηλαδή το 23% της συνολικής συνταγής.

3. Πολλαπλασιάζουμε αυτή τη τιμή με τη συνολική ποσότητα της λιπαρής φάσης ώστε να πάρουμε ένα ποσοστό
Γνωρίζουμε πως το συνολικό ποσοστό των ελαίων της συνταγής είναι 23%. Τώρα πρέπει να προσδιορίσουμε τι ποσοστό καταλαμβάνει το κάθε ένα στη λιπαρή φάση. Διαιρούμε το ποσοστό % που καταλαμβάνει στη συνολική συνταγή το κάθε συστατικό με το συνολικό ποσοστό των ελαίων.

• Ελαιόλαδο: 30,5% της λιπαρής φάσης (7 / 23 = 0,305)
• Λάδι βερίκοκο: 34,8% της λιπαρής φάσης (8 / 23 = 0,348)
• Βούτυρο Shea: 21,7% της λιπαρής φάσης (5 / 23 = 0,217)
• Κετυλική αλκοόλη: 13% της λιπαρής φάσης (3 / 23 = 0,130)

Το άθροισμα των παραπάνω τιμών πρέπει να είναι 100%.

4. Πολλαπλασιάζουμε το ποσοστό του βήματος 3 με την τιμή HLB του κάθε συστατικού
Δηλαδή:
Το ελαιόλαδο καταλαμβάνει το 30,5% (0,305) της λιπαρής φάσης και έχει τιμή HLB 7, άρα 7 x 0,305 = 2,135
Το λάδι βερίκοκο καταλαμβάνει το 34,8% (0,348) της λιπαρής φάσης και έχει τιμή HLB 7, άρα 0,348 x 7 = 2,436
Το βούτυρο shea καταλαμβάνει το 21,7% (0,217) της λιπαρής φάσης και έχει τιμή HLB 8, άρα 0,217 x 8 = 1,736
Η κετυλική αλκοόλη καταλαμβάνει το 13% (0,130) της λιπαρής φάσης και έχει τιμή HLΒ15,5, άρα 0,130 x 15,5 = 2,015

5. Προσθέτουμε μεταξύ τους αυτές τις τιμές ώστε να πάρουμε το συνολικό HLB της λιπαρής φάσης
2,135 + 2,436 + 1,736 + 2,015 = 8,322 (στρογγυλοποιώντας 8,3)

Β. Βήματα για να προσδιορίσουμε την τιμή HLB του ή των γαλακτωματοποιητών

1. Αναζητούμε έναν γαλακτωματοποιητή με υψηλό και έναν με χαμηλό HLB
Στη προκειμένη περίπτωση επιλέξαμε να χρησιμοποιήσουμε στεατική γλυκόλη (glycol distearate), με τιμή HLB 1 και ceteareth-20 με τιμή HLB 15,2 σε συνολικό ποσοστό 4%.

2. Δουλεύουμε με τα ποσοστά (μέσο όρο) ώστε να βρούμε μια αναλογία που να είναι κοντά στο HLB των συστατικών και υπολογίζουμε τη ποσότητα που θα χρειαστούμε
Αν χρησιμοποιήσουμε 50% glycol distearate και 50% ceteareth-20 θα πάρουμε ένα μέσο όρο HLB 8,1. Αρκετά κοντά δηλαδή.
Αυτό προκύπτει ως εξής:
Glycol distearate: 0,50 x 1 = 0,5
Ceteareth-20: 0,5 x 15,2 = 7,6
Άθροισμα = 8,1

Τώρα έχουμε την τελική συνταγή:

1. 70% νερό
2. 7% ελαιόλαδο
3. 8% βερίκοκο λάδι
4. 5% βούτυρο shea
5. 3% κετυλική αλκοόλη
6. 4% γαλακτωματοποιητής (2% στεατική γλυκόλη, 2% ceteareth-20)
7. 1% άρωμα ή αιθέριο έλαιο
8. 0,5-1% συντηρητικό

Εδώ θα βρείτε έναν αυτοματοποιημένο υπολογιστή τιμών HLB.

Θέλω να πιστεύω πως δε σας μπέρδεψα περισσότερο με τα μαθηματικά και τους υπολογισμούς. Κάπως έτσι χονδρικά δουλεύουμε τις ποσότητες των συστατικών στα καλλυντικά.

Credits: swiftcraftymonkey, chemistscorner, pharmcal, iatronet