Analysing the impact of different emulsifiers on skin properties

Abstract

Emulsifiers play a crucial role in the production of cosmetic products. Emulsifiers enable the combination of water- and oil-soluble ingredients with distinct chemical properties. This integration of diverse ingredient groups is made possible by the emulsifiers. Given their presence in all semisolid cosmetic preparations, it is imperative to understand the impact of emulsifiers on the skin. Thus, the objective of this thesis was to examine how different emulsifiers (specifically oil-in-water, O/W, and, water-in-oil, W/O) affect certain skin properties. The measurements included skin hydration, firmness, lipid content, shine, elasticity and transepidermal water loss (TEWL). Formulations comprising water, oil, thickener, preservative, and various emulsifiers were prepared as stock formulation, applied to the skin, and their effects were measured and compared.In this thesis, six emulsifiers certified by COSMOS for natural cosmetics and two silicon-oil-based products commonly used in regular cosmetics, known for their low biodegradability were tested. To ensure an unbiased comparison, consistent concentrations of emulsifier components, pH values, and manufacturing processes across all samples were maintained. Test sites were selected on the inner forearm of each participant, including negative control areas. The emulsions were applied twice a day to specific skin areas, and measurements were taken at three time points: T0 (baseline), T1 (30 minutes after application), and T2 (two weeks after application of emulsion two times a day). Various methods were used to evaluate skin properties, including TEWL assessed through an “open chamber” technique, which measures temperature and relative humidity. Firmness was determined by measuring the force required to create an indentation with a pin, elasticity was measured using a suction method, hydration was assessed through capacitive measurements, gloss was measured via reflection of light, and sebum levels were evaluated using grease spot photometry.This thesis compared emulsifier groups (W/O and O/W), as well as emulsifiers within each group and against a negative control. COSMOS-certified and silicone-oil-based emulsifiers were examined. The control and test areas of all study participants were treated the same to assess external influences. Significant differences were observed when comparing treated and untreated skin areas (negative control).The results showed that emulsifiers improved skin hydration. All eight emulsifiers had a significant impact on skin hydration, sebum levels, and skin shine at T1. However, differences were observed for the long-term effects (T2). For sebum levels, the application of most of the emulsifiers did not show a significant difference for the long-term effect. For the parameters firmness, elasticity and TEWL different effects resulted.

Emulgatoren spielen bei der Herstellung von kosmetischen Produkten eine entscheidende Rolle, da sie die Kombination von wasser- und öllöslichen Inhaltsstoffen mit unterschiedlichen chemischen Eigenschaften ermöglichen. Da sie in allen halbfesten Zubereitungen enthalten sind, ist es unerlässlich, die Auswirkungen von Emulgatoren auf die Haut zu verstehen. Ziel dieser Arbeit war es daher zu untersuchen, wie verschiedene Emulgatoren (insbesondere Öl-in-Wasser, O/W, und Wasser-in-Öl, W/O) bestimmte Hauteigenschaften beeinflussen. Gemessen wurden unter anderem Hautfeuchtigkeit, Festigkeit, Lipidgehalt, Glanz, Elastizität und transepidermaler Wasserverlust (TEWL). Formulierungen, die Wasser, Öl, Verdickungsmittel, Konservierungsmittel und verschiedene Emulgatoren enthalten, wurden als Basisproben hergestellt, auf die Haut aufgetragen und ihre Auswirkungen gemessen und verglichen.In dieser Arbeit wurden sechs Emulgatoren, die von COSMOS für Naturkosmetik zertifiziert sind, und zwei Produkte auf Silikonölbasis, die üblicherweise in herkömmlichen Kosmetika verwendet werden und für ihre geringe biologische Abbaubarkeit bekannt sind, untersucht. Um einen unbeeinflussten Vergleich zu gewährleisten, wurden die Konzentrationen der Emulgatorkomponenten, die pH-Werte und die Herstellungsverfahren für alle Proben gleich gehalten. Die Teststellen wurden auf der Innenseite des Unterarms jedes Teilnehmers ausgewählt, und beinhalten auch die negativen Kontrollbereiche. Die Emulsionen wurden zweimal täglich auf die Hautstellen aufgetragen, und die Messungen wurden zu drei Zeitpunkten durchgeführt: T0 (Ausgangswert), T1 (30 Minuten nach der Anwendung) und T2 (zwei Wochen bei zweimaliger Anwendung pro Tag). Zur Bewertung der Hauteigenschaften wurden verschiedene Methoden angewandt, u. a. die TEWL-Messung mittels einer offenen Kammer", bei der Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit gemessen werden. Die Straffheit wurde durch Messung der Kraft bestimmt, die erforderlich ist, um mit einem Stift eine Vertiefung zu erzeugen, die Elastizität wurde mit einer Saugmethode gemessen, der Feuchtigkeitsgehalt wurde durch kapazitive Messungen ermittelt, der Glanz wurde durch Reflexion von Licht gemessen, und der Talggehalt wurde durch Fettfleckenphotometrie bewertet.In dieser Arbeit wurden Emulgator Gruppen (W/O und O/W) sowie Emulgatoren innerhalb jeder Gruppe immer in Bezug auf eine unbehandelte Teststelle verglichen. Die Kontroll- und Testflächen aller Studienteilnehmer wurden gleich behandelt, um äußere Einflüsse zu bewerten. Beim Vergleich von behandelten und unbehandelten Hautstellen (Negativkontrolle) wurden signifikante Unterschiede festgestellt.Die Ergebnisse zeigten, dass Emulgatoren die Hautfeuchtigkeit verbesserten. Alle acht Emulgatoren hatten bei T1 einen signifikanten Einfluss auf die Hautfeuchtigkeit, den Talgspiegel und den Hautglanz. Bei den Langzeiteffekten (T2) wurden jedoch Unterschiede festgestellt. Bei der Talgmenge zeigte die Anwendung der meisten Emulgatoren keinen signifikanten Unterschied für die Langzeitwirkung. Für die Parameter Festigkeit, Elastizität und TEWL ergaben sich unterschiedliche Effekte.