Kozmetikler ve Farmasötik Hammaddelerin Oksidasyon Stabilitesi – Rancimat Testi Metodu ile Hızlı ve Kapsamlı Analiz

04 Ocak 2021

Kozmetik sektörü, son yıllarda hızla büyümekte olan sektörlerin başında gelmektedir. Yapılan araştırmalar bu büyümede kişisel bakımın önem kazanmasının yanısıra e-ticaretin gelişmesinin de önemli bir payı olduğunu göstermektedir. Dünya genelinde önemli ölçüde büyüme gösteren bu sektör için ürün kalitesine olan talep her geçen gün artmaktadır.

Kozmetik ve ilaç endüstrisinde kullanılan hammaddeler içindeki yağlar oksitlenme (yükseltgenme) eğilimindedirler. Bu nedenle ürün kalitesi değerlendirilirken izlenen tipik ana parametrelere ek olarak, oksidasyon stabilitesinin belirlenmesi de oldukça önem arz etmektedir. Bu çerçevede Rancimat testi metodu, kozmetik ve farmasötik hammaddelerin oksidasyon stabilitesinin hızlı ve güvenilir bir şekilde belirlenebilmesinde son yıllarda laboratuvarlarda uygulanan yaygın analiz teknikleri arasına girmiş bulunmaktadır.

Rancimat testi metodunda numune herhangi bir ön hazırlık gerektirmeden analiz edilebilmekte ve elde edilen sonuçlar doğrudan numunenin oksidasyon stabilitesi ile ilişkilendirilerek raf ömrü tahminleri gerçekleştirilebilmektedir.

Rancimat Testi Metodunun Prensibi

Ransidite, sıvı ve katı yağlarda kimyasal değişim sonucu oluşan maddelerin, yağın koku ve lezzetine etki etmesine yol açan durumdur. Oksidatif ransidite esnasında ilk adımda peroksitler ve hidroperoksitler gibi stabil olmayan birincil reaksiyon ürünleri açığa çıkmaktadır. Bu ürünler oksidasyon sürecinin sonraki aşamalarında aldehitler, alkoller ve karbonik asitler gibi ikincil reaksiyon ürünlerine dönüşmektedirler.

Şekil 1: Ransidite reaksiyon mekanizması

 

Rancimat test metodu, “hızlandırılmış oksidasyon testi” olarak da anılmaktadır. Haftalar ve aylar süren bozunma süreçlerini saatler bazına indiren bu teknik ile numunenin yaşlanma davranışı test edilebilmektedir.

Bu hızlandırılmış test esnasında numune yükseltilmiş sabit sıcaklık ve nemi alınmış bir hava akışı ile temas etmektedir.

Şekil 2: Rancimat testi ölçüm prensibi

 

Yağsı asitler, ısıtılan reaksiyon kabına gönderilen kapalı devre kuru hava akışı altında oksijen ile yükseltgenerek düşük moleküler organik asitleri oluşturmakta ve bu organik asitler aynı hava akışı yardımı ile ölçüm kabına taşınmaktadır. Ölçüm kabında bulunan düşük iletkenlikteki (tercihen 5 µS’ten az) saf su içine taşınan bu ürünler zamanla suyun iletkenlik değerini değiştirmekte ve kesintisiz canlı takip sayesinde zaman-iletkenlik eğrisi üzerinden yazılım yardımıyla “indüksiyon süresi” otomatik olarak hesaplanmaktadır.

Şekil 3: Tipik bir indüksiyon süresi grafiği

 

Rancimat testi metodu, adını Metrohm tarafından özellikle bu test için gıdasal yağ endüstrisi ile yakın iş birliği içinde geliştirilmiş olan Rancimat cihazından almış olup, günümüzde bu sistemin en güncel versiyonu 892 Professional Rancimat adı ile anılmaktadır.

Şekil 4: Metrohm 892 Professional Rancimat

 

892 Professional Rancimat cihazı aynı anda 2 farklı sıcaklık altında tek seferde toplam 8 adet numuneye kadar paralel çalışma olanağı sağlayabilen özel tasarımlı bir oksidasyon stabilite platformu olarak göze çarpmaktadır.

Sistem yönetimi, veri toplama ve değerlendirme süreçleri için FDA CFR21 Bölüm 11 uyumlu StabNet yazılımı kullanılmaktadır. StabNet’in ortaya koyduğu net kullanıcı arayüzü sayesinde 892 Professional Rancimat sistemi gerçek anlamda sezgisel olarak çalıştırılmaktadır.

Şekil 5: StabNet yazılımı sistem yönetim arayüzü

 

İndüksiyon zamanı, ölçüm verilerinden otomatik olarak hesaplanmakta ve tüm metot ve cihaz parametrelerini içeren analiz sonuçları şeklinde veritabanı dahilinde kayıt altına alınmaktadır.

Şekil 6: StabNet yazılımı sonuç veritabanı

 

Tekrarlı numune ölçümleri yapıldığında, StabNet hem relatif/mutlak standart sapma, hem de ortalama değer gibi ihtiyaç duyabileceğiniz istatistik değerleri sunmanın yanı sıra eğer sonuçlar yeniden değerlendirilirse, orijinal versiyon ile birlikte tüm değişiklikleri de arşivlemekte ve istenildiği zaman orjinal veriye geri dönülebilmesine olanak tanımaktadır. StabNet veritabanının sunduğu ileri seviye arama, filtreleme ve sıralama işlevleri sayesinde eski analizlerinizi kolayca bulabileceğiniz gibi, çeşitli trend kriterlerine uyan kontrol tabloları da üretebilmeniz mümkündür.

Rancimat testi metodunda ölçümler için seçilmiş olan sıcaklıklar test esnasındaki en önemli parametre olup, teorik olarak her 10°C’lik numune sıcaklık farkı indüksiyon süresinde iki katı değişime neden olmaktadır.

Şekil 7: StabNet yazılımı sonuç üst üste bindirme

 

StabNet yazılımının çarpıcı özelliklerinden bir diğeri de sonuç ekstrapolasyon fonksiyonu yardımıyla raf ömrü tahminleri gerçekleştirilebilmesidir. Arhenius veya Q10 yaklaşımları kullanılarak, aynı numune için farklı sıcaklıklarda elde edilen sonuçlar arasında matematiksel bağıntı kurulmakta ve böylece hedef saklama sıcaklığındaki teorik indüksiyon zamanı (yıl ve saat cinsinden) hesaplanabilmektedir.

Şekil 8: StabNet yazılımı ekstrapolasyon izleme

 

Deneysel İçerik ve İş Akışı

Bu çalışmada kozmetik yağların üretiminde kullanılan farklı hammaddelerin oksidasyon stabiliteleri 892 Professional Rancimat sistemi üzerinde tekrarlı bir şekilde çalışılmıştır.

Analizler öncesinde Metrohm 892 Professional Rancimat sisteminin tüm sıcaklık, hava akışı ve numune pozisyon iletkenlik ölçüm değerleri ilgili kalibrasyon ve doğrulama protokolleri çerçeve-sinde kontrol edilerek sistemin validasyonu gerçekleştirilmiştir. Numune ölçümleri öncesinde her iki sıcaklık bloğu için ayrı ayrı olmak üzere numune ısınma offset değerini belirleyen ΔT ölçümleri gerçekleştirilmiş ve sistem kullanıma hazır hale getirilmiştir. Her bir gerçek numune seti ölçümü başlangıcında sistem hedef sıcaklığa getirilmiş ve örnek pozisyonlarına ait iletkenlik izleme hücrelerine 60 mL saf su doldurularak entegre Pt ölçüm problarına sahip kapaklar takılmıştır. Numune ölçümleri için her bir reaksiyon kabına 3.00 ± 0.10 g ham madde tartılmış ve örnekler sıcaklık bloklarına yerleştirilerek ölçümler başlatılmıştır. Deneyler esnasında kullanılan parametreler Tablo 2’de belirtilmektedir.

Analiz Sonuçları

Bu çalışma dahilinde toplamda 50 adeti aşkın geniş bir yelpazeye yayılmış çeşitli farmasötik ve kozmetik hammadde yağ numunesi çalışılmıştır. Çalışma dahilinde analizleri gerçekleştirilmiş olan hammaddeler kalite veya
ekstraksiyon edilme şekilleriyle farklılık göstermektedir:

• Rafine edilmemiş.
•Rafine edilmiş.
• Kokusu giderilmiş.
• Soğuk preslenmiş.
• CO2 ekstraksiyon.
• Organik.
• Demeter.

Şekil 9: Rafine edilmiş mango yağının oksidasyon kararlılığı, indüksiyon zamanı.

 

Numune çalışmalarından elde edilen sonuçlar farklı özellikteki hammaddelerin farklı indüksiyon sürelerine yol açtığını göstermektedir. Oksidasyon kararlılığının aynı zamanda ham maddelerin ekstraksiyon şekline de bağlı olarak değişkenlik gösterdiği tespit edilmiştir. Çalışmalar sonucunda Rancimat testi metodunun analizi gerçekleştirilen numuneler için ss(rel) ≤10 seviyesinde kabul edilebilir değerler sunabildiği görülmektedir (Bakınız Tablo 3).

Tablo 3: 892 Professional Rancimat ile çeşitli ham maddelerin oksidasyon kararlılığı sonuçları (her bir yağ tipi için dört tekrar yapılmıştır).

Sonuç

Asit sayısı veya peroksit değeri gibi klasik yağ parametreleri sıvı ve katı yağların sadece mevcut durumunu tanımlamaktadır ancak bu değerler kozmetik endüstrisinde işlenen doğal katı ve sıvı yağların kalitesini belirlemede önemli bir faktör olan ürün stabilitesi hakkında yalnızca sınırlı tahminlerde bulunmak için kullanılabilmektedir. Bu bilgi açığı, ek bir yağ endeks parametresi olan indüksiyon süresi ile kapatılabilmektedir.

Çalışma dahilinde elde edilen sonuçlar, Rancimat testi metodunun kozmetik ve farmasötik hammaddelerin oksidasyon kararlılığını belirlemede bir kalite kontrol parametresi ve raf ömrü tahminleri için tutarlı bir araç olarak kullanılabileceğini göstermektedir.

Metrohm olarak bizler, özellikle başta ilaç ve kozmetik sektörleri olmak üzere birçok endüstri kolundaki analiz tekniklerine temel teşkil eden birincil kimya metodolojilerinde (potansiyometrik titrasyon, Karl Fischer titrasyonu, iyon kromatografi, direkt ölçümler, elektrokimya, vb.) global sektör lideri bir üretici olarak faaliyet göstermekteyiz. UIuslararası standartlar ile uyumlu geniş bir yelpazeye yayılmış sistem, yazılım ve uygulama portföyümüz ile tam entegre, hızlı, hassas ve güvenilir çözümleri tek çatı altında doğrudan beğeninize sunmaktayız.

Kaynaklar: 1. Metrohm Stabilite Uygulama Notu AN-R-029, Oxidation stability of cosmetic and pharmaceutical raw materials
2. Metrohm Uygulama Çalışması AW ST CH7-0174-052020 Determination of the oxidation stability of pharmaceutical and cosmetic raw materials