ŠŠto su emulzije i emulgatori?


Sudar dva svijeta

Već smo rekli da su emulzije sudar dva svijeta. Maknimo se od ove definicije iz SF žanra, pa recimo da se radi o smjesi dviju faza, uljne i vodene, koje se ne otapaju. Još ste u osnovnoj školi pokušali na prvim satovima kemije pomiješati ulje i vodu. U početku se ulje rasprši u vodi, ali se u roku nekoliko sekundi odvoji sloj ulja iznad vode. Iza ove pojave stoji cijela vojska formula iz kemije i fizike koja i mene ostavlja pomalo zbunjenim, ali recimo da ovo svemiru ne odgovora. Ako vam se to ne sviđa, uvijek ste slobodni promijeniti svemir ili naći neki kutak gdje dosadni zakoni termodinamike ne vrijede. Bit će vam lakše ako prihvatite pomoć tvari od kojih ste i sami sazdani, a to su emulgatori. Emulzije su po tome smjese u kojime je jedna faza raspršena u drugoj, a sve je to stabilizirano emulgatorom. Kakva tautologija! Fuj. Idemo sada narodnim jezikom.

Emulgatori, koji omogućuju nastajanje emulzija, jednako su sretni i u vodi i u ulju, odnosno jedan dio njihove molekule više voli ulja, a jedan više voli vodu. I to ste učili u kemiji u osnovnoj i srednjoj školi. Takve molekule zovemo amfipatske molekule. Promotrimo prirodni emulgator lecitin. Molekula lecitina sastoji se od alkohola glicerola na koji su vezane dvije molekule masne kiseline te jedna skupina fosfatne kiseline i molekule kolina. Masne kiseline mogu biti vrlo raznolike, baš kao u slučaju masti i ulja, odnosno triglicerida, i ovisi o tome iz koje se izvora dobivaju. Na slici je prikazana molekula koje se sastoji od oleinske i palmitinske kiseline.

Masne kiseline su dio koji, gle čuda, voli masti i obožava se otopiti u njima, dok prilično zazire od vode i želi od nje pobjeći. Fosfatna skupina i kolin pak obožavaju vodu. Dapače, i fosfat i kolin na sebi čak i imaju naboj, što ih čini da još više vole vodu. Prirodno, lecitin se može otopiti i u ulju i u vodi, ali najviše voli biti otopljen u sustavu gdje ima i jednog i drugog. Ponovite li sada eksperiment iz osnovne škole s miješanjem ulja i vode i dodate li unutra lecitin, tada će lecitin dijelom molekule koji voli ulja (masne kiseline) ući u kapljicu ulja, a dio molekule koji voli vodu okrenut će se vodenom okolišu. Tako će svaka kapljica ulja biti okružena gomilom molekula emulgatora i nastat će emulzija. I takav sustav svemir voli, jer su sada svi sretni. Odmah malo razočaranje – krema od lecitina ne pravi se tako jednostavno! Još ćemo malo sačekati dok to ne savladamo. Ovo je samo radi učenja teorije, a praksa je uvijek malo kompliciranija.

Prema tome, emulzija se smjesa raspršene uljne i vodene faze koja opstaje kao takva bez odvajanja, jer emulgator sprječava spajanje uljnih ili vodenih kapljica u veće. Prava emulzija je upravo definirana ovakvim zakonitostima.

Pseudoemulzije

U doba kada je na ovom svijetu puno toga pseudo, tako imamo i pseudoemulziju. Znači, sliči na emulziju ali to nije. Naziv podsjeća na našu državu, čini se da je samostalna, ali je u vlasništvu, preko dužničkog ropstva, stranih banaka i velikih novčarskih institucija. Čak su inštalirale i zbor pajaca koji ponavlja kako je to super, neovisno o tome da li se izmjenjuju zborovi s plavim ili crvenim odijelima. Riječ pseudo zarazno je primjenjiv i okrutno istinit prefiks, a možete ga primijeniti na sve, od demokracije i odabira u našim trgovinama, pa sve do odnosa u obitelji. Pseudoemulzija je nešto benignija pojava od pseudodržava, a svakako je i ugodnija za kožu i njeno zdravlje. Kod nje su kapljice jedne faze raspršene u drugoj, baš kao kod emulzija, ali raspad tog sustava sprečavaju neke druge zakonitosti. Koje?

Pseudoemulzije u gelu

Vratimo se na tren na gelove. Jakim miješanjem gelova i malo ulja, dolazi do raspršivanja ulja u sitne kapljice, koje se ne mogu spajati (raspad emulzije) zbog viskoznosti (čvrstoće) gela. Znači, ako uspijete raspršiti jednu fazu u drugoj, a spriječite kapljice da se spoje u sve veće i veće uz pojavu raspada na dva sustava, eto vam pseudoemulzije. Nisu svi gelovi dizajnirani za pseudoemulzije. Gel crvenih algi i ksantan gradi vrlo nestabilne pseudoemulzije. Karbopolni gel je jedan od najboljih za građenje pseudoemuzija i na tržištu imate niz proizvoda takvog tipa, najčešće se radi o gelovima protiv bolova u kojim su raspršena eterična ulja ili, na žalost, sintetski mentol i kamfor.

Pseudoemulzije u čvrstoj uljnoj fazi

Postoji još jedan primjer. Dodate li u balzam s voskom manju količinu tople vode i uporno miješate, gustoća voska spriječit će da se kapljice vode spoje. Kremu s voskom, uljima i vodom izumio je još prije dvije tisuće godina grčki liječnik Galen i zato se još zna nazivati i Galenova krema. Ozbiljno sumnjam da je to izmislila njegova baka koju je tome naučila njena baka, ali je Galen to zapisao. Ipak, puno je poznatija pod nazivomcold krema iliti hladna krema. Neki ljudi krivo misle kako je cold krema emulzija ili gel s mentolom koji hladi. To nije točno. Cold krema, odnosno Galenova krema, izaziva specifični osjećaj hlađenja kože jer se pod utjecajem topline kože vosak otapa i oslobađa kapljice vode koje potom hlade kožu. Za razliku od cold krema, prave emulzije su homogeni sustav i cjelokupna emulzija prodire u kožu. Naravno, dio vode iz pravih emulzija hlapi s kože, ali se i upija. Zbog ovog genijalnog izuma liječnika Galena, još uvijek ćete naći podatak kako je vosak prirodni emulgator. Sada smo naučili da to nije točno jer voskovi nisu amfipatske molekule. Oni samo zgušnjavaju ulje i omogućuju nastanak pseudoemulzija. Vrlo slično se desi kada uzmete neki maslac, poput shea maslaca, otopite i dodate vodu, oko 30-40%. Miješate uporno uz hlađenje u hladnoj vodenoj kupelji i dobit ćete vrlo lagani “maslac”, pseudoemulziju.

Ipak, pseudoemulzije imaju ponekad elemente ponašanja emulzija. Primjerice, kupuasu i shea maslac sadrže i veću razinu sterola koji se djelomično mogu ponašati kao emulgatori. Tehnički gledano, oni su prije svega pseudoemulgatori i samo čvrstina maslaca sprječava izdvajanje vodene faze.

Pogledajmo sada na slici što je to prava emulzija. Svjesni smo da je i kod pseudoemulzije i emulzije jedna faza raspršena u drugoj:

No, kod prave emulzije, kada uvećamo kapljicu, nju ne drži “čvrstoća” okolnog medija, već same molekule emulgatora. Na slici je prikazan idealiziran oblik emulzije s lecitinom kao emulgatorom. Lipofilni dio emulgatora nalazi se u kapljici ulja, dok hidrofilni dio emulgatora dolazi u kontakt s okolnim, vodenim medijem.