Betulin für tensidfreie Emulsionen

Betulin für tensidfreie Emulsionen

Von Rolf Daniels und Melanie Laszcyk

Ein ideales Pflegeprodukt für trockene und empfindliche Haut sollte frei von Tensiden und Konservierungsmitteln sein und möglichst wenig Inhaltsstoffe enthalten. Gelingen könnte dies durch die Stabilisierung von Emulsionen durch Betulin, einem Trockenextrakt aus weißem Birkenkork.

Die meisten Hautpflegeprodukte sind Emulsionen. Um eine ausreichende Lagerstabilität zu gewährleisten, müssen bei ihrer Herstellung Emulgatoren eingesetzt werden. Meist sind dies Tenside, die neben der Stabilität auch die sensorischen Produkteigenschaften positiv beeinflussen. Allerdings können klassische Emulgatoren auch zahlreiche Wechselwirkungen mit der Hautbarriere eingehen, zum Beispiel die Hautlipide emulgieren und so die Barriere schädigen. Vor allem für den Einsatz bei trockener und empfindlicher Haut besteht daher schon lange der Wunsch nach tensidfreien Emulsionen.

Bei sensibler Haut erscheint es darüber hinaus sinnvoll, Produkte mit möglichst wenigen und in ihrem Irritations- und Sensibilisierungspotenzial überschaubaren Inhaltsstoffen zu verwenden. Viele Handelsprodukte sind allerdings komplexe Vielstoffgemische mit zum Teil mehr als 20 Einzelkomponenten. Hierzu zählen meist auch Mischungen verschiedener Konservierungsmittel, die in wasserhaltigen Formulierungen für eine ausreichende mikrobiologische Stabilität nach Anbruch sorgen. Dabei muss das allergene Potenzial dieser Substanzen toleriert werden, um das Hygienerisiko zu minimieren.

Vor diesem Hintergrund sollte ein ideales Pflegeprodukt für trockene und empfindliche Haut möglichst  tensidfrei und  ohne Konservierungsmittel sein und eine möglichst geringe Anzahl an Inhaltsstoffen haben. Vielversprechende Ansätze mit dem Ziel, ausreichend stabile und kosmetisch ansprechende Produkte zu erhalten, ergeben sich aus dem Einsatz von Polymer- und Feststoffemulgatoren. Vor allem Letztere sind Gegenstand aktueller Forschungsarbeiten.

100 Jahre Pickering-Emulsionen

Feststoffstabilisierte Emulsionen wurden erstmals vor 100 Jahren beschrieben. So veröffentlichte Spencer Umreville Pickering 1907, dass eine Pflanzenschutzemulsion für den Weinbau, bestehend aus Kalkwasser, Kupfersulfat und dünnflüssigem Paraffin, stabil war. Er erkannte, dass kleine Feststoffpartikel, die sich an der Grenze zwischen Öl- und Wasserphase anordnen, die Emulsion stabilisieren. Nach ihm heißen feststoffstabilisierte Emulsionen auch Pickering-Emulsionen.

Voraussetzung für die Ausbildung stabiler Emulsionen ist, dass der Feststoff von Öl- und Wasserphase benetzt wird, jedoch zu den beiden Phasen eine unterschiedliche Affinität aufweist. Dies drückt sich im jeweiligen Benetzungswinkel aus. Hat der Feststoff eine höhere Affinität zur Wasserphase, ergibt sich ein Benetzungswinkel  unter 90°, und es werden O/W-Emulsionen stabilisiert. Benetzungswinkel über 90° sind dagegen für eher lipophile Feststoffe charakteristisch, die bevorzugt W/O-Emulsionen stabilisieren.

Neben dem Benetzungsverhalten ist die Größe der stabilisierenden Feststoffe entscheidend. Diese sollte mindestens um den Faktor zehn kleiner sein als die gewünschte Tropfengröße der Emulsion. Das heißt: Bei einer mittleren Tropfengröße von 2 bis 5 µm braucht man Partikel unter 200 nm.

Als Beispiele für Feststoffe mit diesen Eigenschaften findet man in der Literatur häufig anorganische Pigmente. Sie sind in Wasser und Öl unlöslich und in der erforderlichen Teilchengröße verfügbar. Die modernen Methoden der Nanotechnologie ermöglichen das Aufbringen einer entsprechenden Oberflächenbeschichtung, um so die gewünschten Benetzungseigenschaften zu erzielen. Unter optimierten Bedingungen gelingt es so, Pickering-Emulsionen zu formulieren, deren Koaleszenzstabilität sehr hoch ist und nur geringfügig von der Lagertemperatur, dem pH-Wert und dem Elektrolytgehalt der Wasserphase beeinträchtigt wird.

Ein Nachteil beim Einsatz anorganischer Pigmente ist ihre hohe Dichte, die ohne  zusätzliche Verdickung der Außenphase häufig zu sichtbarer Sedimentbildung führt. Zur Konsistenzerhöhung werden meist zusätzliche Verdickungsmittel benötigt, da mit den Pigmenten allein eine entsprechende Netzwerkbildung oft erst bei kosmetisch inakzeptabel hohen Konzentrationen beobachtet wird. Der Einsatz von Betulin als Stabilisator für Emulsionen wird hier als vielversprechende Innovation gesehen.

Betulin zeigt positive Hauteffekte

Betulin wurde 1788 erstmals isoliert und beschrieben. Es wird als Trockenextrakt zusammen mit Betulinsäure, Lupeol, Erythrodiol und Oleanolsäure aus dem weißen Birkenkork gewonnen. Die gaschromatographische Analyse ergibt, dass diese fünf definierten Substanzen einen Anteil von 87 Prozent am gesamten Extrakt ausmachen. Betulin ist mit circa 80 Prozent die Hauptkomponente und wird als Namensgeber für den Extrakt verwendet. Die Triterpene im Extrakt werden als Betuline bezeichnet.

Betulin zeigt interessante pharmakologische Wirkungen an der Haut: Zahlreiche Publikationen bescheinigen der Substanz und nahe verwandten Triterpenen antientzündliche, antiproliferative, antimikrobielle, antivirale, hepatoprotektive und wundheilende Wirkungen.

Betulin wurde toxikologisch und sicherheitspharmakologisch nach internationalen Kriterien geprüft. Demnach soll es nicht toxisch, sensibilisierend oder allergen sein und keine krebserregenden oder erbgutverändernden Eigenschaften haben.

Betulinpartikel bilden Netz

Der Triterpentrockenextrakt aus Birkenkork ist ein Pulver mit einer mittleren Partikelgröße von 2 bis 3 µm und einer spezifischen Oberfläche von 41 ± 2 m²/g. Das rasterelektronenmikroskopische Bild zeigt Partikelaggregate mit rauer, zerklüfteter Oberfläche, deren Primärteilchen kleiner als 1 µm sind.

Betuline sind in Wasser praktisch unlöslich (0,1 µg/ml). In verschiedenen Pflanzenölen wurde die Löslichkeit mit 0,15 bis 0,3 Prozent (m/m) bestimmt, wobei Lupeol am besten und die Triterpensäuren am schlechtesten löslich sind. Suspendiert man Betulin in Öl, so erhält man ab etwa 2,5 Prozent (m/m) eine stabile Trübung ohne Sedimentation, was auf die Ausbildung eines Netzes hindeutet. Tatsächlich zeigen mikroskopische Aufnahmen, dass sich die Betulinpartikel aneinanderlagern und eine Netzstruktur ausbilden.

Bei höheren Betulin-Konzentrationen im Öl (etwa 8 Prozent) bildet sich ein thixotropes Gel. Die Fließgrenze eines achtprozentigen Betulin-Oleogels liegt im Bereich von 10 bis 20 Pa und damit etwas unter dem Wert von Wasserhaltiger Hydrophiler Salbe. Das Verhalten in verschiedenen pflanzlichen Ölen wie Mandel-, Avocado-, Sonnenblumen-, Sesam-, Rizinusöl und dem natürlichen Wachs Jojobaöl sowie synthetischen Lipiden wie Isopropylmyristat ist sehr ähnlich.

Bei Zugabe von Wasser zu Betulin-Oleogelen bilden sich stabile W/O-Emulsionen, die selbst nach dreijähriger Lagerung nicht gebrochen sind. Die Wasseraufnahmefähigkeit der Olegele liegt bei über 60 Prozent. Eine fluoreszensmikroskopische 3-D-Aufnahme zeigt eine W/O-Emulsion mit Tröpfchen unter 5 µm. Vorteilhaft gegenüber anorganischen Pigmenten ist die geringe Dichte des Betulins (0,9 g/cm³). Sie liegt damit im Bereich des Öls, sodass der dispergierte Feststoff praktisch nicht sedimentiert.

Darüber hinaus wirken sich die antimikrobiellen Eigenschaften des Betulins günstig aus, da ohne Zusatz eines Konservierungsmittels eine mikrobiologisch stabile Formulierung resultiert. Sie entspricht der Prüfung auf ausreichende Konservierung nach dem Europäischen Arzneibuch.

... bei den Verfassern

Anschriften der Verfasser:

Professor Dr. Rolf Daniels

Pharmazeutische Technologie

Eberhard-Karls-Universität

Auf der Morgenstelle 8

72076 Tübingen

Melanie Laszcyk

Carl-Gustav-Carus-Institut

Am Eichhof 30

75223 Niefern-Öschelbronn

oder

Betulin-Institut e.V.

Blumenstr. 25

64297 Darmstadt

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