Das Biopolymer Chitosan

Das Biopolymer Chitosan ist ein ausladend verfügbarer Rohstoff, mit dem verschiedene natürliche Quellen die Menschheit nachhaltig versorgen kann: Er wird aus Chitin als Basis-Naturstoff gewonnen. Chitosan ist ein nicht toxisches, lineares, kationisches Polymer, das durch N-Deacetylierung aus Chitin gewonnen wird. Wenn der Deacetylierungsgrad bei über 50 % liegt und das Chitin einen Stickstoffgehalt von mehr als 7 % erreicht bzw. der Deacetylierungsgrad 60 % übersteigt, kann man von einer Umsetzung zu Chitosan sprechen. Das Monomer ist Glucosamin.

Die speziellen Eigenschaften des Naturrohstoffes Chitosan sind weitreichend – insbesondere die:

  • antimikrobielle Wirkung,
  • antibakterielle Wirkung,
  • antifungale Wirkung,
  • Filmformation.

Einer der entscheidenden Punkte ist, das Chitosan verfügbar zu machen, da Chitosan als solches in Wasser unlöslich ist. Diese Verfügbarkeit liefern Produkte des Kompetenzzentrum bpc raw materials. Sie ist eine bedeutende Voraussetzung, um folgende Ansätze darstellen zu können:

  • Ersatz von Mikroplastik durch Biopolymer-Komplexe,
  • Ersatz von Konservierungsmitteln durch Biopolymerkomplexe, z.B. im Lebensmittelsektor,
  • Ersatz von Mikro- und Nano-Verkapsulierungstechnologien durch Biopolymerkomplexe,
  • Einsatz von Biopolymerkomplexen in Hygieneformulierungen zur besseren Hautverträglichkeit und nachhaltigeren Wirksamkeit.

Verfügbarkeit von Chitosan im Speziellen

Die kovalente Modifikation des Chitosans führt zu einer besseren Verfügbarkeit – das Molekül Chitosan wird folglich verändert – jedoch ist meist die Filmformationseigenschaft des Derivates suboptimal. Die Verkapsulierung des Chitosans als Sphären führt dazu, dass Carrier-Funktion erlangt werden. Eine Verkapsulierung von Chitosan selbst oder als Teil der Kapsel ist im Nano- sowie im Mikro-Maßstab realisierbar.

Solvat-Bildungen von Chitosan, insbesondere auf Basis organischer Säuren, führen dazu, dass das Chitosan wasserlöslich „vergelt“. Im Vergleich zur Verkapsulierung handelt es sich um einen wasserlöslichen Komplex, der einphasig auftritt und in der Folge im Vergleich zur Verkapsulierungstechnologie deutlich schneller verfügbar ist. Weiterhin werden die Filmformationseigenschaften gefördert.

Synergievorteil von Solvat-Komplexen

Neben der hervorragenden Filmformationseigenschaft der bezeichneten Solvat-Komplexe ergeben sich Synergieeffekte durch den Komplexpartner.
Hier sind insbesondere die LL-Komplexe interessant: zwei wasserunlösliche Komplex-Partner komplexieren zu einem wasserlöslichen Produkt. Hier ausgewählte, wichtige Applikationsbeispiele:

Applikationsbeispiel 1:

Einsatz von LL-Solvat-Komplexen in Desinfektionsmitteln mit signifikant minimiertem Haut-Irritationsrisiko

Während klassische Desinfektionsmittel auf Ethanol-, Isopopanol- oder auch quarternärer Basis ein ernst zu nehmendes Haut-Irritationsrisiko darstellen, kann durch Einsatz von Biopolymeren ein Irritationsrisiko signifikant reduziert werden.

TEWL-Messungen weisen genau dies nach: Über eine spezielle Tewameter-Sonde lässt sich die Abdampfrate von Wasser am Haar und an der Haut bestimmen. Es lassen sich Informationen über den Wassergehalt des Haares bzw. des Wasserverlustes gegenüber Umwelteinflüssen (z.B. Föhnen, oder Glätten) in Abhängigkeit von Haarbehandlungsmitteln gewinnen. Bezüglich der Haut lässt sich eine Aussage über den Wasserverlust der Haut oder applizierter Cremes/Lotionen machen. Somit lässt sich eine Aussage über die Beeinflussung der Moisture-Balance von Haut und Haar treffen. Der Induzierte Wert zeigt die Abdampfrate in g/h/m*m an.

Rezepturbeispiel:

WHO-Rezeptur

Rohstoff w(aktiv)
Ethanol 79,37 %
Wasserstoffperoxid 0,15 %
Glycerin 2,26 %
denaturiertes Wasser 13,18 %

Biopolymer-Rezeptur

Rohstoff w(aktiv)
Ethanol 79,37 %
Wasserstoffperoxid 0,15 %
Glycerin 2,26 %
LL-Solvatkomplex 1,00 %
denaturiertes Wasser 12,18 %

TEWL-Werte (Mittelwerte – 35 Probanden):

Vor der Desinfektion: 10,1 g/h/m*m
Nach der Desinfektion: 32,4 g/h/m*m

TEWL-Werte (Mittelwerte – 35 Probanden):

Vor der Desinfektion: 10,1 g/h/m*m
Nach der Desinfektion: 12,6 g/h/m*m

Applikationsbeispiel 2:

Einsatz von LL-Solvat-Komplexen als organischer Konditionierer (Mikroplastik-Substituent), Konservierer und Foam-Booster in Shampoo-Formulierungen

Bei Einsatz von 4% Biopolymerkomplex in folgender Formulierung:

AQUA, COCAMIDOPOPYLBETAINE, BIOPOLYMERKOMPLEX, PARFUM

ergeben sich die im anstehenden Schaubild zu erkennenden Eigenschaften der Haaroberfläche:

vorher

nacher

Fazit: Die Haaroberfläche wird ohne einen Coatingeffekt sichtbar geglättet und das Haar gewinnt an Substanz. Dies ist Folge einer Vergrößerung des Haardurchmessers (Volumeneffekt).

Applikationsbeispiel 3:

Einsatz von LL-Solvat-Komplexen als organischer Konditionierer (Mikroplastik-Substituent) in Hautcreme-Formulierungen

Hautoberfläche vorher

Hautoberfläche nachher

Die Hautoberfläche wird alleine durch den Biopolymerkomplex geglättet. Die Folgen: Ein sichtbar jüngeres Hautbild bei spürbar glatterer Haut und gleichzeitiger Linderung von Hautirritationen.