Feststoffstabilisierte Emulsion auf der Basis von Betulinen – ist die „Betulsion“ eine neue Kategorie unter den Emulsionen?

Der Einsatz von Betulinen als Stabilisator für Emulsionen wird als vielversprechende Innovation gesehen. Diese vollkommen neue galenische Formulierung für die topische Anwendung erfordert auch einen neuen Begriff wie Betulin-Emulsion oder kürzer Betulsion. Es bleibt der Zeit überlassen, ob sich dieser Begriff durchsetzen wird.

Feststoffstabilisierte Emulsion – was ist das?

Eine Emulsion ist ein fein verteiltes Gemisch zweier normalerweise nicht mischbarer Flüssigkeiten wie z. B. Öl und Wasser. Zur Herstellung und Stabilisierung von Emulsionen werden Emulgatoren eingesetzt, die die Grenzflächenspannung an der Phasengrenzfläche herabsetzen und so das Gemisch stabilisieren.

Auch in der Hautpflege sind Emulsionen ein großes Thema. Hier werden entweder Öl-in-Wasser (O/W) oder Wasser-in-Öl (W/O) Emulsionen eingesetzt. Dabei liegt eine Flüssigkeit fein verteilt in der anderen Flüssigkeit vor. Auch in Cremes und Lotionen sorgen Emulgatoren dafür, dass Öl und Wasser miteinander verbunden bleiben und der Haut sowohl wasser- als auch fettlösliche Pflegestoffe zugeführt werden. Emulgatoren oder auch Tenside sind für die Haut nicht unproblematisch. Diese Hilfsstoffe können sich bei regelmäßiger Anwendung in den oberen Hautschichten anreichern und dort die Hautfette herauslösen. Deshalb besteht schon seit langem der Wunsch nach tensidfreien Emulsionen.

Aus anderen technischen Anwendungen ist die sogenannte feststoffstabilisierte Emulsion seit 100 Jahren bekannt. So veröffentlichte Spencer Umreville Pickering im Jahr 1907 seine Beobachtung, dass eine Pflanzenschutzemulsion für den Weinbau, bestehend aus Kalkwasser, Kupfersulfat und dünnflüssigem Paraffin, stabil ist. Er erkannte, dass kleine Feststoffpartikel, die sich an der Grenze zwischen Öl- und Wasserphase anordnen, die Emulsion stabilisieren. Nach ihm werden feststoffstabilisierte Emulsionen auch Pickering-Emulsionen genannt.

Voraussetzung für die Ausbildung stabiler feststoffstabilisierter Emulsionen ist, dass der Feststoff von der Öl- und der Wasserphase benetzt wird, jedoch zu beiden Phasen eine unterschiedliche Affinität besitzt. 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 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.

Feststoffstabilisierte Emulsion auf der Basis von Betulinen

Aus dem triterpenreichen Birkenkork der weißen Birke kann ein Trockenextrakt (TE) gewonnen werden, der zu ca. 80% aus Betulin besteht. Desweiteren sind andere Betuline, wie z.B. Lupeol, Betulinsäure, Erythrodiol und Oleanolsäure enthalten. Vom Hersteller wird es nach seiner Hauptkomponente Betulin benannt.

Mit einem patentierten Herstellungsverfahren lässt sich dieser betulin basierte TE als Pulver mit einer spezifischen Oberfläche von 41 ± 2 m²/g herstellen.
Er ist 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 den TE 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 Extraktpartikel aneinanderlagern und eine Netzstruktur ausbilden.
Bei höheren TE-Konzentrationen im Öl) bildet sich ein Gel. Da es sich um ein Gel auf der Basis einer lipophilen Flüssigkeit handelt, wird es als Oleogel bezeichnet. Die Fließgrenze eines achtprozentigen TE-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 TE-Oleogelen bilden sich stabile W/O-Emulsionen. Die Wasseraufnahmefähigkeit der Oleogele liegt bei über 60 Prozent. Ein Nachteil beim Einsatz anorganischer Pigmente zur Herstellung von feststoffstabilisierten Emulsionen 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 Vorteil des TE gegenüber anorganischen Pigmenten ist seine geringe Dichte (1,1 g/cm³). Sie liegt damit im Bereich des Öls, sodass der dispergierte Feststoff praktisch nicht sedimentiert.
Darüber hinaus wirken sich die antimikrobiellen Eigenschaften der Betuline als äußerst günstig aus, da ohne Zusatz eines Konservierungsmittels eine mikrobiologisch stabile Formulierung resultiert.

So gelingt es mit Betulinen eine stabile W/O-Pickering-Emulsion zu formulieren, die ohne weitere Hilfststoffe wie Konservierungsstoffe, Dickungsmittel und Emulgatoren auskommt. Gleichzeitig sollten die unter dermatologischen Gesichtspunkten interessanten pharmakologischen Effekte der Betuline nicht außer Acht gelassen werden.

Der Einsatz von Betulinen als Stabilisator für Emulsionen wird als vielversprechende Innovation gesehen. Diese vollkommen neue galenische Formulierung für die topische Anwendung erfordert auch einen neuen Begriff wie Betulin-Emulsion oder kürzer Betulsion. Es bleibt der Zeit überlassen, ob sich dieser Begriff durchsetzen wird.

Grundlegende Informationen zu Emulsionen finden Sie auch in "Emulsionen" von Gerd Kutz, Rolf Daniels, Hagen Trommer, erschienen 2010 im Editio Cantor Verlag.