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Wirkstoffe für die Kosmetik

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COSMETICS

KONSERVIERUNGSHELFER

H. Nerenz* J. M. Quadflieg* A. Schräder* V. Becker**, B. Becker**

Phytoalexine als antimikrobielle Pflanzen

Wirkstoffe für die Kosmetik

• Einleitung

Die vergangenen Jahre zeigten im Kos

metikbereich einen stark wachsenden

Trend zu sogenannten Natur- bzw.

Bio-Produkten (3). Parallel zu dem be

schriebenen Trend sind in der Kosmetik

zahlreiche traditionelle chemisch-syn

thetische Wirk- und Hilfsstoffe in die

öffentliche Kritik gelangt und finden zusehends geringere Verwendung. Im Rahmen eines Forschungsvorhabens wurde die Eignung pflanzenbasierender Abwehrstoffe, sogenannter Phytoale xine (1), als antimikrobielle Wirkstoffe für die Kosmetik untersucht. Phytoa

lexine werden von vielen Pflanzen als Abwehrantwort auf Stressfaktoren wie z. B.

Abstract

Durch die abnehmende öffentliche Akzeptanz bewährterKonser

vierungsstoffe und den anhaltenden Trend hin zu Natur- und Bio- Produkten ergibt sich ein Bedarf an natürlichen antimikrobiellen Al

ternativen für kosmetische Mittel. Im Rahmen des AlF-Forschungsprojektes

17182N »Phytoalexine als multlfunktionelle pflanzliche Wirkstoffe für die Kosmetik« wurde die Eignung pflanzlicher Abwehrstoffe, sogenannter Phy toalexine, als antimikrobielle Wirkstoffe untersucht. Die untersuchten Phy toalexine und Pflanzenextrakte zeigen signifikante antimikrobielle Wirksam keiten im Konservierungsbelastungstest und in der Durchflusszytometrie. So ist eine ausreichende Produktstabilisierung ohne den Einsatz von Konservie

rungsstoffen möglich. Ein weiterer potentieller Anwendungsbereich sind An- tischuppenprodukte. Chlorogensäure, Artischocken- und Bartflechten-Extrakt

zeigen eine Wirkung gegen schweißzersetzende Bakterien und besitzen damit ein Potential als mögliche Wirkstoffe im Bereich der Deoprodukte.

Einschränkungen ergeben sich im Einzelfall aus einer schwierigen Einarbei tung in Tensidprodukte, einerdosisabhängigen Beeinflussung der organo- leptischen Produkteigenschaften (Farbe, Geruch) und einer Farbveränderung im Lagertest. Hier zeigen sich die pflanzenbasierenden Alternativen einem synthetischen Referenzprodukt (Phenoxyethanol/Parabene) unterlegen.

10

Kälte, UV-Strahlung, Bakterien- oder Pilzbefall ausgeschüttet und gehören sehr unterschiedlichen Stoffgruppen an. In die Untersuchung wurden Rein

substanzen und Pflanzenextrakte ein

bezogen. Potentielle Einsatzbereiche

sind der Produktschutz (Konservie

rung) sowie Deo- bzw. Antischuppen-

produkte.

• Einarbeitung in Emulsionen und Reinigungsprodukte

Untersucht werden die Phytoalexine Chlorogensäure und Hinokitiol sowie ein ca. 50% Chlorogensäure enthal tender Artischocken-Trockenextrakt Daneben werden ein ölbasierender Bartflechten COz-Extrakt (4% Usnin- säure) sowie ein Ingwer COz-Trocken- extrakt (20 %Gingeroi) untersucht, de ren Leitsubstanzen keine Phytoalexine im eigentlichen Sinn darstellen, jedoch eine literaturbeschriebene antimikro bielle Wirksamkeit aufweisen. Zum Vergleich wird eine verbreitete synthe

tische Konservierungsstoffmischung

(Phenoxyethanol/Parabene) eingesetzt Nach vorangehenden Lösungsversu chen werden die genannten Proben mit Einsatzkonzentrationen von 0 i 0.5 und 1.0% in eine praxisnahe PEG- freie 0/W-Modellemulsion (Abb. 1) und in eine Shampooformulierung (Abb. 2)

eingearbeitet.

Im Gegensatz zur synthetischen Refe renz zeigen einzelne Phytoalexine bzw.

Pflanzenextrakte eine Beeinflussung der

organoleptischen Eigenschaften der Mo dellformulierungen (Tabelle 1). So weist Hinokitiol einen deutlichen aromatischen

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Eigengeruch auf, während Bartflech ten- und Ingwerextrakt zu einer gelb lichen Färbung der Testformulierungen führen. Während die Einarbeitung in Emulsionen unproblematisch ist. lassen sich nicht in jedem Fall transparente Shampooformulierungen herstellen. So ist der untersuchte Artischockenextrakt nicht vollständig wasserlöslich, weshalb resultierende Shampoos eine leichte bis deutliche Trübung sowie Bodensatz durch ungelöste Anteile zeigen.

• Lagerstabilitätsprüfung

Mit den Emulsions- und Shampoomo- dellformulierungen werden dreimo natige Lagerstabilitätsprüfungen in Labortestgläsern unter den für Kosme- tika üblichen Bedingungen (4 °C, Raum

temperatur und 40 °C sowie Kurzzeit-

und Wechselteste +50°C: -10/+20°C;

-10/+40X: Einzelergebnisse s. Tabelle 1) durchgeführt. Geprüft werden organo- leptische Parameter, pH-Wert und Vis kosität. Dabei zeigen die Emulsionen mit der Referenz (Phenoxyethanol/Paraben- mischung), Hinokitiol, Bartflechten- und Ingwer-Extrakt keine Auffälligkeiten.

Die Kombination von 0.5 o/o Hinokitiol und 0.5 o/o Artischockenextrakt ist in der

Stabilitätsprüfung ebenfalls unauffällig.

Das Emulsionsmuster mit Chlorogensäu- re zeigt bei 40°C eine Gelbfärbung.

Folgende Shampooformulierungen

zeigen über drei Monate keine Auffäl

ligkeiten; Referenz (Phenoxyethanol/

Parabenmischung), Hinokitiol und Bart flechten-Extrakt (max. 0.5o/o). Auffäl ligkeiten werden bei folgenden Sham pooformulierungen nach Lagerung beobachtet: Chlorogensäure führt zu einer dosisabhängigen Dunkelfärbung bei Raumtemperatur und bei 40 °C. Die Dunkelfärbung bei 40 "C lässt sich durch Zusatz von 0.1 o/oTocopherol leicht mini mieren. Der Ingwer-Extrakt zeigt bei 0.5

und 1.0 o/o Einsatzkonzentration einen

Bodensatz nach bereits vierwöchiger Lagerung.

Antimikrobielle Wirksamkeit

Die mikrobiologischen Untersuchungen

werden an anderer Stelle ausführlich

dargestellt (2), so dass hier nur ausge wählte Einzelergebnisse aus den Konser-

12

vierungsbelastungstests nach Ph. Eur. 7, Grundwerk 2011, gezeigt werden. Bei der Betrachtung der Wirksamkeiten ist der unterschiedliche Wirkstoffgehalt der Proben zu berücksichtigen.

Antibakterielle Wirkung

Unter Berücksichtigung der Keimreduk tion, die schon durch die 0/W-Emulsion

ohne Wirkstoffzusatz erzielt wird, be

dingen die Phytoalexine Chlorogen-

Phase Pos.

Rohstoff/INCI (EU)

Funktion

% w/w

1

Potassium Cetyl Phosphate Emulgator

1.5

A

2 Cetearyl Alcohol

Konsistenzgeber

2.0

3 Glyceryl Stearate

Konsistenzgeber

2.0

4

Caprylic/Capric Triglyceride

Emollient 15.0

5

Aqua Lösungsmittel

ad 100

B

6 Disodium EDTA Chelatblldner 0.1

7 Xanthan Gum

Hydrokolloidbildner

0.3

8

Glycerin

Feuchthaltemittel 3.0

C 9 Testsubstanz Wirkstoff

0.1/0.5/1.0

D 10 Citric Acid bzw. Sodium

Hydroxide

pH-Stellmittel

qs

100.0 Homogcne Creme vom Emulsionstyp O/W

pH-Wcrl (direkt): 4.7-5.4

Hcrslclliino Labormaßstab

Phase A: Pos. 1-4 werden bei ca. SO"Cgeschmotzen.

Phase B: Pos.7 wirdin der Lösung aus Pos. 5,6 und 8 homogengequollen.DieLösung wird auf 80 "Cerhitzt.

Phase C: Pos.9 wird separat bereitgestellt. Die Verarbeitung wird individuell an Stabilität und Lösungseigenschaften angepasst und ist tabellarisch aufgeführt.

1. Unter Rühren wird zu der heißen FcttphascA langsam und portionsweise die heiße Wasserphase B zugegeben und bis zur vollständigen Emufgierung dispcrgiert. DerAnsatz wird unter Rühren auf 40 "C abgekühlt.

2. Die Testsubstanz (Phase C)wird unter Rühren zugegeben.

3. Der Ansatz wird auf < 25 *0 kaltgerührt.

4. Oer pH-Werl ist ggf. mit Pos. 10 (Phase D) einzustellen.

5. Abschließend wirdder Ansatzfcindispcrgiert (Zahnkranzdispergiermaschine Homozenta. Fa.Zehnder) und unter Vakuum entlüftet.

Abb. 1 PEG-freie 0/W-Testemulsion.

Pos. Rohstoff/INCI (EU) Funktion

% w/w

1

Aqua Lösungsmittel

ad 100

2 Sodium Laureth Sulfate

Tensid (anionisch)

11.2

3

Cocamidopropyl Betaine Co-Tensid (amphoter)

3.8

4 Disodium EDTA Chelatblldner 0.1

5

Propanediol Lösungsmittel

3.0

6

PPG-3 Myristyl Ether Lösungsmittel (3.0)

7 Sodium Chloride

Verdickungsmittel

1.5

8

Citric Acid / Sodium Hydroxide pH-Stellmittel

qs

9 Testsubstanz Wirkstoff

0.1/0.5/1.0

100.0 pH-Wert (direkt): 5.2 - 5.8

Herslellunu Labormaßstab

Die Testsubsianz Pos. 9 wird entweder in denTensiden (Pos. 2 und3) oder in einem geeigneten Salvens (Pos 1. S-ü) gelost K labelle 1) Die Lösung (sov/cit ohne Tcnside) wird in dieTensidmischung (Pos. 2 und 3)eintjerührl. Nacheinander werden unter Rühren liei Raiim- temperalur Pos. I und 4 zugegeben. Zur Verdickung wird Natriumehlnrid (Pos. 7) eingerührt Bei verschiedenen lipophileii Fxtrakicii (öarifleetilen- und Inywerexlrafcl) führt Natriumchlorid zu einer Produktlrübung, sodass es in den betreffenden Fornuilierungeii inchl eingesetzt wird.Falls erforderlich, wirdabschließend der pH-Wert der Modellforimilierung mit verdünnter L'itniiiensaun li/w Nalronluutn auf einen praxisrtlevanlen Wert einyeslelM.

Abb. 2 Shampooformulierung.

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COSMETICS

KONSERVIERUNGSHELFER

säure und Hinokitiol in Iproz. Konzen

tration eine Reduktion der Escherichia

co//-Zellzahl um 2,5 bzw. 4,5 log-Stufen (Abb. 3]. Der Artischockenextrakt ver ursacht eine Reduktion um 2.5 log-Stu fen. Ingwer- und Bartflechten-Extrakt zeigen keine antimikrobielle Wirkung gegenüber E. coli, wohingegen eine

Kombination aus Hinokitiol und Arti

schockenextrakt (jeweils 0,5 %) zu einer

deutlichen Reduktion der E. coli Zahl

von bis zu 4,5 log-Stufen im Lagerzeit raum von zwei Tagen führt.

Wirkung gegen Hefen

Aufdie Hefe Malassczia furfurzclgtök un- konservierte Q/W-Testemulsion im Unter suchungszeitraum keine Wirkung (Abb. 4).

Hinokitiol bzw. die Kombination aus Hinoki tiol und Artischockenextrakt bewirken eine

Reduktion der Zellzahl um nahezu 5 log- Stufen. Eine ähnliche Wirkung wird auch gegen die Hefe Candida albicans beobach tet (Einzelergebnisse nicht dargestellt].

Diese Ergebnisse bestätigen eine literatur beschriebene fungizide Wirkung für Hino kitiol (4). M. furfur \st an der Entstehung

von Kopfschuppen beteiligt. Hinokitiol

sowie Hinokitiol + Artischockenextrakt

zeigen somit ein Potential als mögliche Antischuppenwirkstoffe. Durch Bartflech ten- bzw. Ingwer-Extrakt kann die Zellzahl von M. furfur im Untersuchungszeitraum um ca. 2 log reduziert werden. Keine bzw.

eine sehr schwache Wirkung zeigen Chlo- rogensäure bzw. Artischocken-Extrakt.

Wirkung gegen Schimmelpilze

Die unbehandelte 0/W-Emulsion hat keinen Einfluss auf den Schimmelpilz

Testsubstanz

IReferenz (synthetische Konservie

rungsstoffmischung für den Einsatz in Kosmetika)

IINCI: PHENOXYETHANOL, METHYLPARA BEN, BUTYLPARABEN, ETHYLPARABEN, PROPYLPARABEN, ISOBUTYLPARABEN

Chlorogensäure

(GAS 327-97-9; Gehalf. 95'

Artischocken-Trockenextrakt DEC

(ca. 50% Chlorogensäure)

Hinokitiol; (^-Thujaplicin (GAS 499-44-5; Gehalt: 99%)

Bartflechten GO;-Extrakt (4% Usninsäure; GAS 125-46-2 (Racemat)}

Ingwer CO^-Trockenextrakt (20% Gingeroi; GAS 39886-76-5 (Rai'cmat))

Löslichkeit Verarbeitung in Modellformulierungen Stabilitätsprüfung (3 Monate)

Gut öllöslich, schwer wasserlöslich

Löslich in heißem Wasser

Nicht vollständig wasserlöslich

Sehr gut löslich in 1,3-Propandiol (1 g Hinokitiol löslich in 3 g Propandio!)

wasscrdispergierbar

Emulsion: Herstellung ohne Auffälligkeiten bei 0.1,0.5 und 1.0%; weiße Creme

Shampoo: Herstellung ohne Auffälligkeiten bei 0.1,0.5 und 1.0%; farbloses transparentes Tensidgel

Emulsion: Herstellung ohne Auffälligkeiten bei 0.1, 0.5 und 1.0% (bei 0.5 und 1.0% ist der pH-Wert zu korrigieren); weiße Creme Shampoo: Herstellung ohne Auffälligkeiten bei 0.1 % (bei 0.5 und 1.0% ist der pH-Wert zu korrigieren); farbloses transparentes Tensidgel;

bei 0.5 und 1.0% leicht gelbes transparentes Produkt (pH ca. 5.5)

Emulsion: 0.2 % leicht beigefarbene Creme mit krautigem Geruch; 1.0 % beige; stark krautiger Geruch; 2.0% braun; sehr stark krautiger

Geruch.

Shampoo: Bei 0.1, 0.5 und 1.0% Färbung des Tensidgels (dunkelgelb bis dunkel braun); 0.1 %-Muster leicht trüb; 0.5%- und 1.0 %-Muster trüb / Bodensatz (ungelöste Anteile)

Emulsion: Bei 0.1 % schwacher Eigengeruch, bei 0.5 und 1.0% deutlicher aromatischer Ei gengeruch; weiße Creme. Kombination 0.5% + 0.5 % Artischockenextrakt DEC (50 % Chloro gensäure) beigefarbene Creme

Shampoo: Bei 0.1 % schwacher Eigengeruch,

bei 0.5 und 1.0 % deutlicher aromatischer Eigengeruch; gelbliches transparentes Tensidgel Emulsion: Herstellung ohne Auffälligkeiten bei 0.1,0.5 und 1.0%; weiße Creme bei 0.1; bei 0.5 bzw. 1.0 % elfenbeinfarben bzw. leicht gelb Shampoo: Zusatz Lösungsmittel Pos. 6. Bei 0.1 % transparentes, leicht gelbliches Tensidgel (0.5% trüb durch ungelöste Anteile; 1.0%- Musterzeigt Ausfällungen, nicht eingelagert).

Emulsion: Bei 0.1, 0.5 und 1.0% Einsatzkon zentration Färbung der Creme (leicht gelblich bis dunkelgclb)

Shampoo: ZusatzLösungsmittel Pos. 6. Bei 0.1,0.5 und 1.0% Färbung desTensidgels (leicht gelblich bisdunkelgelb); 0.1 %-Muster leicht opak; 0.5- und 1.0%-Muster trüb (durch ungelösteAnteile)

Öllöslich (geprüft

in CAPRYLIC/CAPRIC TRIGLYCERIDE)

Emulsion und Shampoo: ohne Auffälligkeiten

Emulsion: Bei 4 'C und Raumtemp. ohne Auf fälligkeiten; bei 40 °C Gelbfärbung und leichter Viskositätsabbau

Shampoo: Alle Konzentrationen bei Raum temp. etwas dunkler nach 1 und 3 Monaten;

bei 40 °C deutlich dunkler nach 1 und 3 Monaten (1.0 %-Muster dunkelbraun); 4°C-Muster unauffällig. Durch Antioxidantien (0.1 % Tocopherol) leichte Farbstabilisierung.

Emulsion: Bei 4°C und Raumtemp. ohne Auffälligkeiten; bei 40 °C Farbvertiefung und Viskositätsabbau

Shampoo: Aufgrund der Trübung nicht geprüft.

Emulsion: ohne Auffälligkeiten. Kombination 0.5 % + 0.5 % Artischockenextrakt ohne Auf fälligkeiten bis auf minimale Dunkelfärbung bei 40 °C

Shampoo: ohne Auffälligkeiten

Emulsion: ohne Auffälligkeiten

Shampoo: Muster mit 0.1 % etwas dunkler bei Raumtemp. und 40 °C

Emulsion: ohne Auffälligkelten

Shampoo: Muster mit 0.1 % 3 Monate ohne Auffälligkeiten; 0.5- und 1.0%-Muster zeigen

nach 4 Wochen Bodensatz

Tabelle 1 Ergebnisse der galenlschen Handhabung der Testsubstanzen (Stabilitätsprüfung über drei Monate bei 4°C, Raumtemp., 40 "C; Kurzzeit- und Wechselteste -i-50 °C: -10/+20°C; -10/-I-40 °C).

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Aspcrgillus nigcr im Untersuchungszeit raum von 28 Tagen (Abb. 5). Die Zugabe der Kontrollsubstanz Phenoxyethanoi-

Parabene führt zur erwarteten deutlichen

Keimzahlreduktion von A niger. Chloro- gensäure bedingt nur eine vernachlässig bar schwache Reduktion von A niger. Ei

ne deutliche Reduktion wird durch den

Einsatz von Iproz. Hinokitiol erreicht (4 log-Stufenj. Auch die Kombination aus Hinokitiol und Artischockenextrakt redu

ziert die Zellzahl um fast 3 log-Stufen im Untersuchungszeitraum. Bartflech ten- und Ingwerextrakt bedingen ledig lich eine nicht signifikante Abnahme der Zellzahl um Vi log-Stufe.

• Zusammenfassung

Die untersuchten Phytoalexine und Pflanzenextrakte zeigen interessante an- timikrobielle Wirksamkeiten, die für den Einsatz in kosmetischen Mitteln genutzt

werden können. So ist eine ausreichende

antimikrobielle Produktstabilisierung oh ne den Einsatz von Konservierungsstoffen möglich. Weitere Anwendungsbereiche sind Antischuppenprodukte. Chloro- gensäure, Artischocken- und Bartflech

ten-Extrakt zeigen eine Wirkung gegen schweißzersetzende Bakterien [Staphylo-

coccus epidermidis, Micrococcus luteus und Corynebacterium xerosis] und be sitzen damit ein Potential als mögliche Wirkstoffe im Bereich der Deoprodukte (durchflusszytometrische Ergebnisse) (2).

Einschränkungen ergeben sich im Einzel fall aus einer schwierigen Einarbeitung in Tensidprodukte, einer dosisabhängigen Beeinflussung der organoleptischen Pro dukteigenschaften (Farbe. Geruch) und einer Farbveränderung im Lagertest.

Hier zeigen sich die pflanzenbasierenden Alternativen dem synthetischen Refe renzprodukt (Phenoxyethanol/Parabene) unterlegen. Sinnvoll können synergis tisch wirksame Mischungen, wie z. B. aus

Hinokitiol und Artischockenextrakt sein.

Bei einem möglichen Einsatz der unter suchten Substanzen ist injedem Fall deren toxikologisches Profil zu beachten.

Das IGF-Vorhaben 17182N der For

schungsgemeinschaft für die kosmetische

Industrie e. V. wurde über die AiF im Rah

men des Programms zur Förderung der In dustriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)

16

vom Bundesministerium für Wirtschaft

und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Literatur

(1) J.A. Bailey.J. l^. Monsfield [Hrsg.], Phytoale- xins, Blackie, Glasgow u. London. 1982.

1,00E»O7

1,O0E-O6

1,00E»05

1,O0E'O4

1,00E»03

1,00E'02

l.OOE^Ol

l.OOE'OO

(2) V. Becker, H. Nerenz, A. Schräder, 8. Becker.

Einsatz der Durchflusszytometrie zum Nach weis der antimikrobiellen Wirkung von Phy- toaiexinen und Pflanzenextrakten, SOFW- Journal 2014, 140 (5), 24-30.

(3) K. Henning, Bio-, Natur- und Ökokosmetik

- alles natürlich oder was?, SOFW-Journal 2007, 133 (9), 72-82.

Chlotogeiisaute i «v

Afiischocken-Eiii.iki

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Miiiokiliol 0.5 "i • Ailis.h.i'fci

Abb. 3 Wirksamkeit gegen das gramnegative Bakterium £ coli'm Konservierungs- belastungstest (Ph. Eur.); 0/W-Testemulsion ohne und mit ausgewählten Phytoale- ixinen/Pflanzenextrakten. Die Einzelsubstanzen wurden 1 o/oig, die Wirkstoffkombi- , nation jeweils 0.5 o/oig in die Emulsion eingearbeitet, (rote Linie: in die Testemulsion leingeimpfte Ausgangskeimzahl; Nachweisgrenze 100 KbE/g; Einwirkzeit; 2-28 Tage).

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•Abb.4 Wirksamkeit gegen die Hefe M. furfurm Konservierungsbelastungstest (Ph. Eur.): 0/W-Testemulsion ohne und mit ausgewählten Phytoalexinen/Pflanzen- .extrakten. Die Einzelsubstanzen wurden 1 o/oig, die Wirkstoffkombination jeweils

0.5 %ig in die Emulsion eingearbeitet, (rote Linie: in die Testemulsion eingeimpfte Ausgangskeimzahl; Nachweisgrenze 100 KbE/g; Einwirkzeit: 2-28 Tage).

SOFW-Journal I 140 M 1 2014

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COSMETICS

KONSERVIERUNGSHELFER

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Abb. 5 Wirksamkeit gegen den Schimmelpilz A. niger im Konservierungsbelastungs- test (Ph. Eur.): 0/W-Testemulsion ohne und mit ausgewählten Phytoalexinen/Pflan- zenextrakten. Die Einzelsubstanzen wurden 1 %ig, die Wirkstoffkombination jeweils 0.5 o/oig in die Emulsion eingearbeitet, (rote Linie: in die Testemulsion eingeimpfte Ausgangskeimzahl: Nachweisgrenze 100 KbE/g; Einwirkzeit; 2-28 Tage).

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(4) N.Komaki, T. Watanabe, A.Ogasawara, N.Sato, T. Mikami, T. Matsumoto, Antifungal mecha- nism of hinokitiol against Candida albicans, Biol. Pharm. Bull, 2008, 31(4). 735-737.

Anschriften der Autoren:

"Heiko Nerenz

Jutta Maria Quadflieg

Andreas Schräder Wissenschaftliches Institut der FKI e. V.

Max-Planck-Str. 6, 37603 Holzminden E-Mail: webmaster@fki-ev.de

""Verena Becker Barbara Becker

Hochschule Ostwestfalen-Lippe, Fachbereich Life Science Technologies Liebigstr. 87, 32657 Lemgo E-Mail: verena.becker@hs-owl.de

barbara.becker@hs-owl.de

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