TECHNOLOGY OF PRODUCTION OF COSMETIC INGREDIENTS USING SECONDARY PRODUCTS OF RICE PROCESSING

Разработка технологии переработки вторичных продуктов сельскохозяйственного сырья является актуальным направлением исследований. Одним из доступных источников возобновляемых многотоннажных отходов является рисовое зерно, при переработке которого образуется рисовая солома, рисовая шелуха и рисовая мучка. Урожай России составляет в среднем 1 миллион тонн риса. При таком объеме переработки образовывается ежегодно не менее 160 тысяч тонн рисовой шелухи и не менее 100 тысяч тонн рисовой мучки, содержащей в свое составе рисовое масло.

Разработка комплексной схемы глубокой переработки риса позволит решить такие задачи, как получение ингредиентов для пищевой и косметической промышленности, снижение себестоимости готовой продукции, расширение ассортимента и доступности сырья на отечественном рынке.

Основными технологическими этапами переработки риса и производства рисовой крупы являются очистка  риса-сырца, его аспирация, сушка, шелушение, шлифовка,  полировка, сортировка и упаковка готового продукта.

На этапе шелушения риса образуется один из самых объемных отходов производства – рисовая лузга, состоящая на 11,8-31,7% из диоксида кремния. Энерготехнологическая переработка рисовой лузги является традиционным способом утилизации. При сжигании образуется диоксид кремния различной чистоты, который используется в лакокрасочной и химической промышленности. При высокой степени очистки может использоваться в косметической и фармацевтической отрасли.

На этапе шлифовки риса образуется еще один вторичный продукт переработки риса – рисовая мучка. В процессе шелушения и шлифования  в мучку попадает значительное количество плодовых и семенных оболочек, что обусловливает высокое содержание клетчатки и рисовый зародыш. Химический состав рисовой мучки представлен в основном липидами, белковыми и безазотисто-экстрактивными веществами, причем липиды 13,5-15,8% и белковые вещества 10,3-17,4%. Содержание углеводов 33-47,1%.

В рисовой мучке сразу после отделения от рисового зерна запускаются процессы окислительного и липолитического прогоркания, что затрудняет процесс длительного хранения. Рисовая мучка должна быть стабилизирована или переработана уже через 24 часа после сбора. На Рисунке 1 представлена  схема комплексной переработки рисовой мучки из рисового зерна.

Рисунок 1 - Схема комплексной переработки риса и рисовой мучки

DOI:10.23670/IRJ.2024.141.23.1

Рисовая мучка стабилизируется с применением СВЧ-обработки или ИК-облучением с целью замедления роста кислотного числа липидов в процессе хранения и обеспечения ее микробиологической чистоты

Стабилизированная мучка может быть использована в качестве функционального ингредиента пищевых продуктов или направлена на дальнейшую переработку.

В схеме переработки предложена технология извлечения экстрактивных веществ углеводородным растворителем с целью получения обезжиренной рисовой мучки и рисового масла. Применение данного метода позволяет получить экстракционное масло, состав которого представлен сбалансированным жирнокислотным составом: ненасыщенные кислоты олеиновая (С18:1)  – от 38 до 39,58%, линоленовая (С18:2) – до 41,80%, линоленовая (С18:3) до 1,5%, эйкозеновая (С20:1) – до 0,54%; из насыщенных кислот миристиновая (С14:0) от 0,22 до 0,34 %, пальмитиновая (С16:0) – от 14,5 до 23,1%, стеариновая (С18:0) – от 1,32 до 3%, арахиновая  (С20:0) – от 0,69 до 0,75%. В состав экстракционного рисового масла входят фосфолипиды, стерины, моно- и диглицериды, свободные жирные кислоты, триацилглицериды, жирорастворимые витамина (каротиноиды и токоферолы), воскоподобные вещества и др.

Обезжиривание рисовой мучки возможно применением метода экстракции жидким диоксидом углерода (СО2). Однако диоксид углерода является селективным растворителем – в состоянии до критики и критики (температура от 24°С до 29°С и давлении  от 67 МПа – до 70 МПа)  в состав СО2-экстракта рисовых отрубей перейдут полярные липиды: фосфолипиды, моно- и диглицериды, жирорастворимые витамины и воскоподобнгые вещества

Экстракция углеводородным растворителем – гексаном позволяет получить на выходе рисовое масло и обезжиренную рисовую мучку с заданным составом и физико-химическими свойствами. В результате процесса экстрагирования образуется мисцелла и обезжиренный шрот рисовой мучки. Мисцелла – это смесь гексана и рисового масла. После отстаивания мисцелла дистиллируется для отгонки растворителя, затем масло проходит очистку путем фильтрации и рафинации

В косметике рисовое масло используется в рецептурах эмульсионных кремов для ухода за кожей лица и тела. Продукты, в составе которых рисовое масло, способствуют регенерации кожного покрова, предупреждает появление морщин, обладает противовоспалительным, увлажняющим действием.

Обезжиренный шрот рисовой мучки направляется в шнековый испаритель для удаления растворителя. Полученный продукт представляет собой белково-углеводную смесь с остаточной масличностью 0,1-0,15%. Удаление растворителя из шрота проводится под вакуумом и при температуре не выше кипения растворителя от 65°С до 69°С. Поэтому белки и входящие в них аминокислоты не утрачивают свою биологическую активность, а ферменты теряют свою способность катализировать соответствующие химические реакции. Стабилизация белков и удаление липидного комплекса позволяет рисовую мучку использовать в качестве сырьевого ингредиента  косметических средств с длительным сроком хранения.

Основными ингредиентами углеводного комплекса обезжиренной мучки являются крахмал, целлюлоза и моно- и дисахариды. Крахмал – высокомолекулярное вещество класса углеводов. Обладает хорошими абсорбционными свойствами. При нанесении на кожу оказывает смягчающее и защитное действие

Растительные белки их гидролизаты, пептиды и аминокислоты широко используются в составах косметических средств. Их можно использовать для улучшения эстетических характеристик кожи или для придания желаемых поверхностных свойств. Аминокислоты способны проникать в глубокие слои кожи. Входят в состав натурального увлажняющего фактора, повышают барьерные и защитные свойства кожи.

В составе средства по уходу за кожей лица и тела белково-углеводный комплекс риса будет выполнять такие функции как повышение вязкости, стабилизация дисперсной системы, улучшение совместимости с пленкообразующими веществами. Наполнитель заменит часть дорогостоящих компонентов без потери качества продукции.

Для подтверждения возможности использования обезжиренной рисовой мучки в качестве ингредиента косметических продуктов был проведен анализ косметических структур, подобрана оптимальная концепция для использования мучки и разработана рецептура альгинатной маски для кожи лица и тела. Рецептура маски представлена в Таблице 2.

В составе косметической маски альгинат натрия применяется в качестве природного гелеобразователя и стабилизатора. При взаимодействии с сульфатом кальция в составе рецептуры образовывает гель. Пирофосфат натрия используется в альгинатных масках в качестве пластификатора и стабилизатора структуры. Сорбит существенно влияет на структуру маски, придавая ей особую мягкость, пластичность, бархатистость. Экстракт ламинарии служит источником ценных биологически активных компонентов такими как полисахариды, аминокислоты, витамины А, D, В2, Е, минеральными веществами, а также хлорофиллом, жирными кислотами. Обладает регенерирующим, противовоспалительным, ранозаживляющим и увлажняющим свойствами. Регулирует активность сальных желез, борется с угревой сыпью, эффективно очищает и дезинфицирует кожу. Краситель, придающий косметическому изделию красивый оттенок, создает привлекательный вид косметической маске. Отдушка придаёт косметическому изделию легкий приятный аромат.

Косметическая маска является порошкообразным продуктом. Перед использованием маску растворяют в воде в пропорции 1:3, перемешивают до однородной пастообразной консистенции и наносят на поверхность кожи

Проведенные испытания маски, в состав которой входила рисовая мучка в качестве основного ингредиента, подтвердили безопасность готового косметического продукта на соответствие требованиям ТР ТС 009/2011 Технического регламента Таможенного союза «О безопасности парфюмерно-косметической продукции». Результаты представлены в Таблице 3.

Подтверждена эффективность применения альгинатной маски с рисовой мучкой с помощью прибора  DermaLab Combo.

Анализ эффективности применения косметического продукта проводился с помощью прибора DermaLab Combo. Это прибор, объединяющий ультразвуковой сканер для мгновенной оценки структуры кожи с датчиками для измерения более традиционных параметров, таких как эластичность, увлажненность, жирность, трансэпидермальная потеря воды.

Оценка содержания влаги в коже с помощью модуля влаги устройства SkinLab Combo. Этот метод относится к процедурам измерения электропроводимости, и на выходе выдается сигнал в единицах микро-Сименс (μS). Точечный датчик имеет восемь штыревых контактов и обеспечивает отличную работоспособность в случае применения с сухой кожей, на неровных поверхностях кожи и на коже черепа. Наличие штырьков и вентилируемая конструкция снижают помехи при позиционировании датчика, тем самым, минимизируя аккумулирование воды на коже, покрытой датчиком. Датчик имеет пружинно-нагруженное действие, которое инициирует измерение, когда датчик прижимается к коже. Точечный датчик поступает с вентилируемой проставкой, и облегчает приложение постоянного измерительного давления и снижает аккумулирование воды на участке измерения.

На экране гидратации можно выполнить до 8 измерений гидратации со средней (C), которая постоянно обновляется для каждого нового измерения. Измерения гидратации могут меняться, и в большинстве протоколах измерения гидратации можно сделать от 3 до 8 измерений, и затем среднее используется как окончательный результат. На экране выше выполняется 8 измерений. Принцип измерения: электропроводность, одночастотный. Увлажненность: от 0 до 9999 мкСм (разрешение 1 мкСм). Точность измерений 5 %. Воздействие на пружинный механизм измерительной головки запускает/останавливает измерение.

Оценка транс-эпидермального водопоглощения измерялось устройством SkinLab Combo, которое основывается  на методе контроля перепада давления пара Нильссона, методе открытой камеры при минимальном воздействии на кожу, подлежащей исследованию, обеспечивает очень малую ошибку показания. Два комплекта датчиков температуры/влажности установлены в измерительной камере на разных высотах выше поверхности кожи. Измерительная камера открыта для того, чтобы кожа свободно «дышала», а скорость испарения соответствует Закону диффузии Фика: Скорость = P x (c1 - c2) / T, где  P = коэффициент проницаемости мембраны, (c1 - c2) = градиент концентрации, T = толщина мембраны.

Для получения сравнительных и воспроизводимых результатов при измерении транс-эпидермального водопоглощения настоятельно рекомендуется использовать стандартизированные процедуры измерения.

Принцип измерения: диффузионный градиент водяного пара в камере открытого типа. Диапазон: от 0 до 250 г/м³/ч, разрешение: 0,1  г/м³/ч.  Точность измерения 5%. Проверка состояния окружающей среды: относительная влажность и температура. Критерии остановки: предустановленное среднеквадратическое отклонение.

Измерение телесного цвета, меланина (пигментация) и эритемы осуществлялась с помощью детектора активного цвета. Подсветка формируется двумя белыми светодиодами высокой интенсивности.

Принцип измерения: высокочувствительный чип для определения цветовых характеристик. Источник света: 2 высокоинтенсивных светодиода белого цвета. Датчик определения цвета: 4*16 активных элементов. Целевая область 7 мм. Пигментация (меланин): 0,0 — 99,9. Эритема (гемоглабин): 0,0 -99,9. Цветовое пространство CIELAB: L, a, b (разрешение 0,1). Точность 5%.

Меланина – это индекс пигментации кожи. Это измерение используется для оценки уровня пигмента в коже. Чем выше это значение, тем больше пигмента в коже. Эритема – это индекс красноты кожи. Это измерение используется для оценки уровня красноты кожи. Чем выше это значение, тем больше краснота кожи. CIE L*a*b* – это цвет кожи, кодированный в цветовом диапазоне CIELab. Это измерение используется для определения цвета кожи. Каждое измерение дает 3 значения (L*, a*, b*), где L* – это светлота цвета, а (a*, b*) – это вектор, представляющий цвет.

Проведено многопараметрическое исследование кожи с помощью прибора DermaLab Combo в соответствии с методикой описанной разделе Методы.

Исследовалось состояние кожи до нанесения альгинатной маски и после процедуры нанесения. Результаты представлены в таблице 3.

Увлажненность кожи после применения маски на основе рисовой мучки на 29%. Транс-эпидернальная потеря влаги после применения маски-прототипа снизилась после применения маски альгинатной на основе рисовой мучки снизилась на 13%. Цвет кожи после применения альгинатной маски изменился на 12%. Результаты оценки параметров кожи подтверждают косметический эффект альгинатных масок на основе рисовой мучки.

Физико-химические, органолептические и микробиологические показатели безопасности альгинатной маски с рисовой мучкой представлены в таблице 4.

Результаты проведенных исследований подтверждают возможность использования обезжиренной рисовой мучки в косметических продуктах и целесообразность дальнейших исследований в данной области. Предложенная схема переработки вторичных продуктов риса предусматривает комплексную технологию, позволяющую получить на выходе востребованные сырьевые ингредиенты для пищевой, косметической и химической промышленности. Концепция переработки рисовой мучки с целью экстрагирования рисового масла, а также использование обезжиренной рисовой мучки в качестве косметического ингредиента с заданными свойствами. Предложенная технология позволяет решить задачу перерабатывающей промышленности с точки зрения снижения уровня отходов, повышения эффективности производства и развитию отечественной промышленности.