Objective: In this study, the biopolymers whey protein and chitosan were used to create a thermoresponsive emulsion. The impact of the inclusion of chitosan and inclusion of specific oils on the rheological properties and response to temperature were investigated by a stepwise build-up from simple solutions to oil-in-water (O/W) emulsions. Whey protein (WP) concentration and chitosan concentration were varied. The results may help develop strategies for incorporating thermoresponsive materials in stable and high-performing formulations for use in cosmetics.
Methods: Solutions of whey protein concentrate (WPC) by itself, chitosan by itself and the combination of the two at various concentrations were tested with flow sweeps, temperature sweeps and frequency sweeps. Then, three different oils of jojoba, avocado and silicone were included to form emulsions and the tests were repeated to determine flow behaviour, response to temperature and structure.
Results: By comparing 15 wt. % and 20 wt. % WP solutions, it was found that 15 wt. % WP could provide good viscosities and modulus at a lower amount of material used. The solution composed of 15 wt. % WP, and 0.5 wt. % chitosan was found to have the greatest structural response to temperature compared to solutions with 1.0 wt. % and 1.5 wt. % chitosan. Compared to the addition of 10 wt. % silicone and 10 wt. % avocado oil to form emulsions, the addition of 10 wt. % jojoba oil further strengthened the gel network the most. The final emulsion with pigment added had improved viscosity and thermoresponsive behaviour. The WP and chitosan emulsions were shear thinning, elastically dominated and behaved as classical gels. The behaviour of the emulsions was dependent upon the hydrophobic interactions between the protein and the oil and the electrostatic interactions between the protein and the chitosan.
Conclusion: An emulsion composed of 15 wt. % WP, 10 wt. % jojoba oil and 0.5 wt. % chitosan solution was found to have the greatest structural response to temperature. This study of an O/W emulsion containing whey protein concentrate and chitosan demonstrated that different oils and conditions can be used to tune thermoresponsive and rheological behaviour.
Objectif: Dans cette étude, les biopolymères protéine de lactosérum et chitosan ont été utilisés pour créer une émulsion thermosensible. L’impact de l’intégration du chitosan et d’huiles spécifiques sur les propriétés rhéologiques et la réponse à la température a été étudié par une accumulation progressive de solutions simples à des émulsions huile dans eau (O / W). La concentration en protéines de lactosérum (WP) et la concentration en chitosan ont varié. Les résultats peuvent aider à développer des stratégies pour incorporer des matériaux thermosensibles dans des formulations stables et très performantes pour une utilisation dans les cosmétiques. MÉTHODE: Des solutions de concentré de protéines de lactosérum (WPC), de chitosan par lui-même et la combinaison des deux à diverses concentrations ont été testées avec des balayages d’écoulement, des balayages de température et des balayages de fréquence. Ensuite, trois huiles différentes de jojoba, d’avocat et de silicone ont été ajoutées pour former des émulsions et les tests ont été répétés pour déterminer le comportement d’écoulement, la réponse à la température et la structure. RÉSULTATS: En comparant des solutions de 15 % en poids et de 20 % en poids de WP, il a été constaté que 15 % en poids de WP pouvaient fournir de bonnes viscosités et un bon module à une quantité inférieure de matériau utilisé. La solution composée de 15 % en poids de WP et de 0,5 % en poids de chitosan s’est avérée avoir la plus grande réponse structurelle à la température par rapport aux solutions avec 1,0 % en poids et 1,5 % en poids de chitosan. Par rapport à l’ajout de 10 % en poids de silicone et de 10 % en poids d’huile d’avocat pour former des émulsions, l’ajout de 10 % en poids d’huile de jojoba a encore renforcé le réseau de gel. L’émulsion finale avec pigment ajouté avait amélioré la viscosité et le comportement thermorsensible. Les émulsions WP et chitosan étaient minces par cisaillement, dominées élastiquement et se comportaient comme des gels classiques. Le comportement des émulsions dépendait des interactions hydrophobes entre la protéine et l’huile et des interactions électrostatiques entre la protéine et le chitosan.
Conclusion: Une émulsion composée de 15 % en poids de WP, de 10 % en poids d’huile de jojoba et de solution de chitosan à 0,5 % en poids s’est avérée avoir la plus grande réponse structurelle à la température. Cette étude d’une émulsion O /W contenant du concentré de protéines de lactosérum et du chitosan a démontré que différentes huiles et conditions peuvent être utilisées pour ajuster le comportement thermorsensible et rhéologique. RÉSUMÉ GRAPHIQUE: Cette étude a réalisé la conception de la formulation de systèmes d’émulsion huile-dans- eau thermosensible durables avec les biopolymères protéine de lactosérum et chitosan. Différentes concentrations de matières premières et d’huiles ont été utilisées pour identifier l’accord du comportement thermoréactif et rhéologique afin de les rendre utiles dans diverses applications cosmétiques.
Keywords: biopolymers; colour cosmetics; emulsions; temperature response; viscoelastic properties; viscosity.
© 2021 Society of Cosmetic Scientists and Societe Francaise de Cosmetologie.