บริการวัดความหนืด (Viscosity) และพฤติกรรมการไหล (Rheology) สำหรับครีม เซรั่ม โลชั่น เครื่องสำอางอิมัลชัน และผลิตภัณฑ์ไซรัป

ความหนืด (Viscosity) คือความต้านทานการไหลของของเหลว น้ำผึ้งจึงไหลช้ากว่าน้ำเพราะหนืดกว่า ส่วนรีโอโลยี (Rheology) คือศาสตร์ที่ศึกษาการไหลและการเสียรูปของวัสดุ ซึ่งบอกว่าความหนืดของผลิตภัณฑ์เปลี่ยนไปอย่างไรเมื่อถูกบีบ เท หรือทา ข้อมูลทั้งสองจึงใช้ควบคุมทั้งเนื้อสัมผัสที่ผู้ใช้รับรู้และความคงตัวของผลิตภัณฑ์ตลอดอายุการเก็บรักษา

ในห่วงโซ่อุปทานเครื่องสำอางและผลิตภัณฑ์เสริมอาหารของไทย ความหนืดเป็นคุณสมบัติที่ผู้บริโภครับรู้ได้ตั้งแต่วินาทีแรกที่บีบหลอดหรือเปิดขวด ครีมที่ไหลเร็วเกินไปทำให้ผู้บริโภครู้สึกว่าเนื้อบางและไม่คุ้มราคา เซรั่มที่หนืดเกินไปทำให้รู้สึกหนักผิวและล้างออกยาก โลชั่นที่ความหนืดเปลี่ยนไประหว่างเดือนแรกกับเดือนที่หกทำให้ผู้บริโภคสงสัยว่าสินค้าเสีย ส่วนไซรัปผลิตภัณฑ์เสริมอาหารที่หนืดไม่พอจะพยุงอนุภาคให้แขวนลอย (Suspend) จะมีสารออกฤทธิ์ตกตะกอน ปริมาณสารที่ผู้บริโภคได้รับในแต่ละครั้งจึงไม่เท่ากัน

ความหนืดและพฤติกรรมการไหลไม่ใช่ตัวเลขเดียว แต่เป็นชุดข้อมูลที่อธิบายว่าผลิตภัณฑ์มีพฤติกรรมอย่างไรในสภาวะต่าง ๆ ครีมที่ออกแบบรีโอโลยีมาดีมีความหนืดสูงขณะอยู่นิ่ง (ความหนืดที่อัตราเฉือนเข้าใกล้ศูนย์ หรือ Zero-shear Viscosity) เพื่อพยุงหยดน้ำมันไว้ แต่ไหลออกง่ายเมื่อบีบและเกลี่ยได้เรียบเนียนเมื่อทาด้วยปลายนิ้ว ซึ่งเป็นพฤติกรรมความหนืดลดลงเมื่อถูกเฉือน (Shear-thinning) อิมัลชันที่มีแรงเฉือนเริ่มไหล (Yield Stress) เหมาะสมช่วยป้องกันการแยกชั้น (Phase Separation) ในระยะยาว ส่วนพฤติกรรมทิกโซโทรปี (Thixotropy) ที่ออกแบบอย่างเหมาะสมทำให้ลิปกลอสหรือมาสคาราหนืดในหลอดจนคงรูปทรงได้ แต่ลื่นไหลและกระจายตัวเรียบเนียนเมื่อทา

ห้องปฏิบัติการวิสไบโอให้บริการวัดความหนืดและพฤติกรรมการไหลด้วยเครื่องวัดความหนืดแบบหมุนและเครื่องวัดพฤติกรรมการไหล (Rheometer) ภายในห้องปฏิบัติการเอง ครอบคลุมครีม โลชั่น เซรั่ม เจล ไซรัป น้ำมัน และระบบอิมัลชันหลายรูปแบบ ใช้ได้ทั้งในงานพัฒนาสูตร การตรวจปล่อยล็อต และการติดตามความหนืดระหว่างการทดสอบความคงตัว (Stability Test)

ความหนืดและพฤติกรรมการไหลเป็นคุณสมบัติสำคัญที่กำหนดประสบการณ์ของผู้ใช้เครื่องสำอางและผลิตภัณฑ์ของเหลว แบรนด์จำนวนมากจึงให้ความสำคัญกับการออกแบบรีโอโลยี เพราะเป็นจุดที่สร้างความแตกต่างเชิงคุณภาพได้แม้สูตรพื้นฐานจะคล้ายกับคู่แข่ง ในมุมเชิงพาณิชย์ ความหนืดที่ออกแบบมาดีช่วยให้สินค้าวางตำแหน่งในระดับราคาที่สูงขึ้นได้ และผู้ซื้อแบบองค์กรธุรกิจ (Business-to-Business: B2B) มักคัดเลือกผู้รับจ้างผลิต (OEM) จากความสามารถในการส่งมอบสินค้าที่ตรงข้อกำหนดเชิงรีโอโลยีทุกล็อต

นอกจากมิติด้านประสบการณ์ ความหนืดยังเป็นกลไกป้องกันการแยกชั้นและการตกตะกอนของระบบสูตร ในเครื่องสำอางอิมัลชัน ความหนืดที่อัตราเฉือนต่ำซึ่งสูงพอจะชะลอการเคลื่อนที่ของหยดน้ำมันในวัฏภาคต่อเนื่อง (Continuous Phase) ตามกฎของสโตกส์ (Stokes’ Law) จึงช่วยป้องกันการลอยตัวของหยดน้ำมัน (Creaming) และการตกตะกอนในระยะยาว ในไซรัปและสารแขวนลอย (Suspension) ของผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร ความหนืดทำหน้าที่พยุงอนุภาคของสารออกฤทธิ์ที่ไม่ละลายให้กระจายตัวสม่ำเสมอตลอดอายุการเก็บรักษา ส่วนในเครื่องดื่มสมุนไพรที่เติมสารให้ความข้นกลุ่มไฮโดรคอลลอยด์ (Hydrocolloid) เช่น แซนแทนกัม (Xanthan Gum) พฤติกรรม Shear-thinning ช่วยพยุงเนื้อผลไม้หรืออนุภาคละเอียดให้แขวนลอยขณะวางนิ่ง แต่ยังรินเทได้ง่าย

ในมุมการกำกับดูแล ความหนืดเป็นหัวข้อหนึ่งของคุณสมบัติทางกายภาพที่ผู้ผลิตกำหนดไว้ในข้อกำหนดเฉพาะ (Specification) เพื่อควบคุมคุณภาพให้เป็นไปตามกฎหมายของผลิตภัณฑ์แต่ละประเภท ได้แก่ พระราชบัญญัติเครื่องสำอาง พ.ศ. 2558 พระราชบัญญัติผลิตภัณฑ์สมุนไพร พ.ศ. 2562 และพระราชบัญญัติอาหาร พ.ศ. 2522 ช่วงความหนืดที่ยอมรับได้ขึ้นกับชนิดสูตร ผู้ผลิตบางรายกำหนดไว้ประมาณ ±20% ถึง ±25% จากค่าเป้าหมาย สินค้าที่ความหนืดเบี่ยงเบนเกินช่วงที่กำหนดถือว่าไม่เป็นไปตามข้อกำหนดเฉพาะ ส่วนในตลาดส่งออก ผู้ซื้อบางรายกำหนดเพดานความเบี่ยงเบนของความหนืดไว้ในข้อตกลง และขอให้แสดงค่าในใบรับรองผลการวิเคราะห์ (Certificate of Analysis: COA)

ในทางฟิสิกส์ ความหนืดคืออัตราส่วนของแรงเฉือน (Shear Stress) ต่ออัตราการเฉือน (Shear Rate) มีหน่วยเป็นปาสกาล-วินาที (Pa·s) หรือเซนติพอยส์ (Centipoise: cP) โดย 1 cP เท่ากับ 1 มิลลิปาสกาล-วินาที (mPa·s) ของไหลแบบนิวโทเนียน (Newtonian) มีความหนืดคงที่ไม่ขึ้นกับอัตราการเฉือน เช่น น้ำ น้ำมันบริสุทธิ์ และน้ำเชื่อมใส ส่วนของไหลแบบนอนนิวโทเนียน (Non-Newtonian) มีความหนืดเปลี่ยนตามอัตราการเฉือน จึงต้องระบุสภาวะที่วัดทุกครั้งเพื่อให้ผลเปรียบเทียบกันได้

ของไหลแบบนอนนิวโทเนียนแบ่งตามพฤติกรรมได้เป็นกลุ่มหลัก ดังนี้

• Shear-thinning (Pseudoplastic): ความหนืดลดลงเมื่ออัตราการเฉือนเพิ่มขึ้น เช่น ครีมบำรุงและโลชั่น พฤติกรรมนี้ทำให้สินค้าหนืดในขวด แต่ลื่นไหลเมื่อบีบและทาได้เรียบเนียน
• Shear-thickening (Dilatant): ความหนืดเพิ่มขึ้นเมื่ออัตราการเฉือนเพิ่มขึ้น พบได้น้อยในเครื่องสำอาง
• Bingham Plastic: ต้องได้รับแรงเฉือนถึงค่าต่ำสุดค่าหนึ่ง (Yield Stress) ก่อนจึงเริ่มไหล เช่น มายองเนสและยาสีฟันบางสูตร
• Thixotropy: ความหนืดลดลงเมื่อถูกเฉือนต่อเนื่องเป็นเวลานาน และค่อย ๆ คืนตัวเมื่อหยุดเฉือน เช่น ลิปกลอสและเจลแต่งผม

การวัดทำด้วยเครื่องมือสองประเภทหลัก ซึ่งห้องปฏิบัติการวิสไบโอมีทั้งสองประเภท ประเภทแรกคือเครื่องวัดความหนืดแบบหมุน (Rotational Viscometer) ซึ่งหมุนหัวหมุน (Spindle) ในตัวอย่างที่ควบคุมอุณหภูมิ แล้วรายงานความหนืดเป็นค่าเดียวที่หัวหมุนและความเร็วรอบที่กำหนด ผลจึงต้องระบุหัวหมุน ความเร็วรอบ และอุณหภูมิทุกครั้ง เครื่องประเภทนี้ใช้แพร่หลายในงานตรวจปล่อยล็อต (United States Pharmacopeial Convention, 2023) ประเภทที่สองคือเครื่องวัดพฤติกรรมการไหล (Rheometer) ซึ่งควบคุมแรงเฉือนหรืออัตราการเฉือนได้ในช่วงกว้าง จึงวัดกราฟการไหล (Flow Curve) ค่าแรงเฉือนเริ่มไหล และพฤติกรรมทิกโซโทรปีได้ (International Organization for Standardization, 2021)

บริการของห้องปฏิบัติการวิสไบโอครอบคลุมตัวอย่างห้ากลุ่ม

• เครื่องสำอางอิมัลชัน: ครีม โลชั่น เซรั่ม บีบีครีม (BB Cream) ครีมกันแดด และครีมนวดผมแบบไม่ต้องล้างออก
• เครื่องสำอางเจลและของเหลว: เจลทาผิว โทนเนอร์ เอสเซนซ์ เจลล้างหน้า เจลแต่งผม และเซรั่มบำรุงผมแบบไม่ต้องล้างออก
• ผลิตภัณฑ์ที่มีสารลดแรงตึงผิว: แชมพู ครีมอาบน้ำ และผลิตภัณฑ์ทำความสะอาด
• ผลิตภัณฑ์ไซรัป: ไซรัปสมุนไพร ยาน้ำเชื่อม น้ำผึ้ง และเครื่องดื่มเชิงฟังก์ชันเนื้อข้น
• ผลิตภัณฑ์น้ำมัน: น้ำมันบำรุงผิวหน้า น้ำมันบำรุงผิวกาย และน้ำมันบำรุงเส้นผม

ผลการวัดใช้ได้ในหลายช่วงของผลิตภัณฑ์

• ขั้นวิจัยและพัฒนา: ใช้กราฟการไหล (Flow Curve) เปรียบเทียบสูตรต้นแบบ เพื่อเลือกสารปรับรีโอโลยี (Rheology Modifier) ที่ให้เนื้อสัมผัสตรงกับที่แบรนด์ต้องการ และใช้ทดสอบผลของการเปลี่ยนผู้ส่งวัตถุดิบหลัก เช่น คาร์โบเมอร์ (Carbomer) แซนแทนกัม หรืออนุพันธ์ของเซลลูโลส (Cellulose Derivatives)
• ขั้นก่อนเปิดตัว (Pre-launch): ใช้เป็นค่าตั้งต้น (Baseline) และตั้งเกณฑ์การเปลี่ยนแปลงของความหนืด (Viscosity Drift) ที่ยอมรับได้สำหรับการปล่อยล็อต
• ขั้นการผลิตเชิงพาณิชย์: ใช้เป็นเกณฑ์ปล่อยล็อต และใช้คู่กับการศึกษาความคงตัวเพื่อยืนยันว่าพฤติกรรมการไหลยังเป็นไปตามข้อกำหนดเฉพาะตลอดอายุการเก็บรักษา ทั้งในการศึกษาในสภาวะจริง (Real-time) ในสภาวะเร่ง (Accelerated) และแบบแช่แข็งสลับละลายเป็นรอบ (Freeze-Thaw Cycling)
• ขั้นส่งออก: ใช้เป็นเอกสารแนบใบรับรองผลการวิเคราะห์ เพื่อรองรับการตรวจรับของผู้ซื้อ

ความหนืด (Viscosity) คืออะไร

ความหนืดคือความต้านทานการไหลของของเหลว ในทางฟิสิกส์คืออัตราส่วนของแรงเฉือนต่ออัตราการเฉือน มีหน่วยเป็น Pa·s หรือ cP โดย 1 cP เท่ากับ 1 mPa·s ของเหลวที่หนืดมาก เช่น น้ำผึ้ง ไหลช้ากว่าของเหลวที่หนืดน้อย เช่น น้ำ

ความหนืดกับรีโอโลยี (Rheology) ต่างกันอย่างไร

ความหนืดเป็นค่าที่บอกความต้านทานการไหล ส่วนรีโอโลยีคือศาสตร์ที่ศึกษาการไหลและการเสียรูปของวัสดุทั้งหมด ซึ่งรวมถึงการเปลี่ยนแปลงของความหนืดเมื่อผลิตภัณฑ์ถูกบีบ เท หรือทา ค่าแรงเฉือนเริ่มไหล และพฤติกรรมทิกโซโทรปี

ทำไมผลการวัดความหนืดต้องระบุหัวหมุน ความเร็วรอบ และอุณหภูมิ

เพราะครีม โลชั่น และเจลส่วนใหญ่เป็นของไหลแบบนอนนิวโทเนียน ความหนืดจึงเปลี่ยนตามอัตราการเฉือน ค่าที่วัดด้วยหัวหมุนหรือความเร็วรอบต่างกันจึงเทียบกันตรง ๆ ไม่ได้ ส่วนอุณหภูมิก็มีผลต่อความหนืดเช่นกัน

Shear-thinning กับ Thixotropy ต่างกันอย่างไร

Shear-thinning คือความหนืดลดลงทันทีเมื่ออัตราการเฉือนเพิ่มขึ้น เช่น ครีมที่ไหลง่ายเมื่อบีบ ส่วน Thixotropy คือความหนืดลดลงเมื่อถูกเฉือนต่อเนื่องเป็นเวลานาน และค่อย ๆ คืนตัวเมื่อหยุดเฉือน เช่น ลิปกลอสที่หนืดในหลอดแต่ลื่นไหลเมื่อทา

ความหนืดเกี่ยวกับความคงตัวของครีมและไซรัปอย่างไร

ความหนืดที่อัตราเฉือนต่ำซึ่งสูงพอจะชะลอการเคลื่อนที่ของหยดน้ำมันตามกฎของสโตกส์ จึงช่วยป้องกันการลอยตัวของหยดน้ำมันและการแยกชั้นในครีม ส่วนในไซรัปและสารแขวนลอย ความหนืดช่วยพยุงอนุภาคของสารออกฤทธิ์ให้กระจายตัวสม่ำเสมอตลอดอายุการเก็บรักษา

ห้องปฏิบัติการวิสไบโอรับวัดความหนืดของตัวอย่างประเภทใดบ้าง

รับตัวอย่างห้ากลุ่ม ได้แก่ เครื่องสำอางอิมัลชัน เช่น ครีม โลชั่น และครีมกันแดด เครื่องสำอางเจลและของเหลว เช่น เจลทาผิวและโทนเนอร์ ผลิตภัณฑ์ที่มีสารลดแรงตึงผิว เช่น แชมพูและครีมอาบน้ำ ผลิตภัณฑ์ไซรัป เช่น ไซรัปสมุนไพรและน้ำผึ้ง และผลิตภัณฑ์น้ำมันบำรุงผิวและเส้นผม

เอกสารอ้างอิง:

1. International Organization for Standardization. (2021). Rheology — Part 2: General principles of rotational and oscillatory rheometry (ISO 3219-2:2021). ISO.
2. United States Pharmacopeial Convention. (2023). Viscosity — Rotational methods (USP <912>). USP.
3. ราชกิจจานุเบกษา. (2522, พฤษภาคม 13). พระราชบัญญัติอาหาร พ.ศ. 2522. ราชกิจจานุเบกษา, 96(79 ก), 1–24.
4. ราชกิจจานุเบกษา. (2558, กันยายน 8). พระราชบัญญัติเครื่องสำอาง พ.ศ. 2558. ราชกิจจานุเบกษา, 132(86 ก), 1–22.
5. ราชกิจจานุเบกษา. (2562, เมษายน 30). พระราชบัญญัติผลิตภัณฑ์สมุนไพร พ.ศ. 2562. ราชกิจจานุเบกษา, 136(56 ก), 116–161.

ห้องปฏิบัติการวิสไบโอช่วยเปลี่ยนความรู้สึกเวลาบีบ เท และทาผลิตภัณฑ์ให้เป็นตัวเลขที่ใช้ตั้งเกณฑ์ ตรวจปล่อยล็อต และติดตามได้ตลอดอายุการเก็บรักษา ค่าความหนืดและข้อมูลรีโอโลยีที่วัดเก็บไว้ตั้งแต่เริ่มโครงการยังช่วยหาสาเหตุเมื่อมีข้อร้องเรียนเรื่องเนื้อสัมผัสหรือการบีบและทาหลังวางตลาด ว่ามาจากวัตถุดิบ กระบวนการผลิต บรรจุภัณฑ์ปฐมภูมิ หรือสภาวะการเก็บรักษาที่ปลายทาง วิสไบโอเป็นห้องปฏิบัติการภายนอกที่ไม่ได้ผลิตหรือจำหน่ายผลิตภัณฑ์ของลูกค้า ผลการทดสอบจึงเป็นกลาง

หากองค์กรของท่านต้องการหลักฐานเชิงตัวเลขเพื่อยืนยันความสม่ำเสมอของความหนืดระหว่างล็อต พฤติกรรมการไหลที่ตรงกับเนื้อสัมผัสที่แบรนด์ต้องการ หรือความคงตัวของระบบสูตรตลอดอายุการเก็บรักษา ติดต่อห้องปฏิบัติการวิสไบโอเพื่อรับคำปรึกษาและขอใบเสนอราคาได้ทางช่องทางต่อไปนี้

• แบบฟอร์มติดต่อ: https://visbio.co.th/contact-us/
• LINE Official Account: @visbio
• อีเมล: service@visbio.co.th
• โทร: 098-635-4197
• ระยะเวลาดำเนินการ: สอบถามเจ้าหน้าที่ได้โดยตรง