Emulsiones en cosmética: estabilidad

Hoy, vamos a profundizar en el concepto de emulsiones en cosmética. Cuando ponemos en el mercado un nuevo producto cosmético debemos de asegurar al consumidor que dicho producto será seguro en condiciones de utilización normales o razonablemente previsibles durante toda su vida útil.

Para ello, es necesario realizar una serie de estudios de estabilidad adecuados al producto. En este artículo vamos a explicar este proceso aplicado a emulsiones.

¿Qué es una emulsión?

Se entiende como emulsión un sistema constituido por varias fases líquidas inmiscibles, una de las cuales (fase dispersa o interna) se dispersa a través de la otra (fase externa o dispersante) en forma de gotas muy pequeñas (diámetros de entre 0.1 y 20 µm)  estabilizadas por un agente emulsionante.

Habitualmente las emulsiones están constituidas por una fase acuosa y una fase oleosa.

Si la fase interna de la emulsión la componen los aceites, se conocen como emulsiones de aceite en agua (oil-in-water, O/W). Si por el contrario, el aceite se encuentra en la fase externa se tratará de emulsiones de agua en aceite (water-in-oil, W/O).

El tipo de emulsión que se formará dependerá del balance entre las propiedades hidrófobas e hidrófilas de los emulsionantes utilizados. Este balance habitualmente está expresado mediante una escala denominada HLB (balance hidrófilo-lipófilo). 

Una emulsión en cosmética es por definición un sistema termodinámicamente inestable, ya que no se producen de manera espontánea, si no que necesitan de la acción de una fuerza (agitación) así como de la aplicación de una temperatura determinada para producirse, por lo que es imprescindible comprobar su estabilidad.

Estabilidad en un producto cosmético

Podemos definir estabilidad cosmética de un producto como el periodo durante el cual sus características organolépticas, así como su actividad química y microbiológica no cambian de forma apreciable a lo largo de su tiempo de vida útil.

Distinguimos, por tanto, entre diferentes tipos de estabilidad: microbiológica, química y física.

Estabilidad microbiológica: Para lograr este tipo de estabilidad es imprescindible que, al desarrollar un producto cosmético, se tenga en cuenta el posible crecimiento microbiano. Debemos asegurar que éste no ocurre de manera descontrolada para evitar así que el número de microorganismos sobrepase los límites indicados por la normativa. Para ello deberemos realizar controles a las materias primas, revisar el método de fabricación, y, sería muy recomendable introducir en la formulación ingredientes con actividad conservante. 

Estabilidad química: Durante el desarrollo del producto, tendremos en cuenta las posibles reacciones químicas entre ingredientes que pudieran alterar las características del producto. También tendremos en cuenta la posibilidad de interacciones entre el envase y la fórmula, realizando también un estudio de compatibilidad envase-producto.

Estabilidad física: Para conseguir la estabilidad física de una emulsión, deberemos utilizar el sistema emulsionante y dosificación adecuados evitando así cambios en la viscosidad o la separación de fases, por ejemplo. También será importante determinar el proceso de fabricación adecuado, así como el equipo utilizado (Tª de las fases antes de emulsionar, velocidad, tiempo de agitación…).

¿Cómo puedo saber la estabilidad de una emulsión en cosmética?

No es fácil confirmar que una emulsión cosmética va a ser estable ya que el mejor modo de determinarlo es dejar transcurrir el tiempo de vida útil previsto y ver su comportamiento. Teniendo en cuenta que no es ni temporal ni económicamente viable realizar este proceso, someteremos al producto a condiciones extremas mediante diversos ensayos acelerados para intentar emular su comportamiento con el paso del tiempo. Para ello, es muy importante que dejemos asentar la fórmula un mínimo de 24h antes de someterla a cualquier tipo de ensayo.

Los ensayos más recomendables en este caso son: 

• Envejecimiento acelerado en estufa durante un mínimo de tres meses a 40ºC: Con ello podremos ver si la emulsión mantiene sus características dentro de unos parámetros aceptables (color, olor, viscosidad…).
• Centrifugación: Sometiendo al producto durante 30 minutos a 3000rpm a Tª ambiente podremos obtener una simulación de su comportamiento físico posterior.
• Challenge Test: Estas pruebas se basan en realizar una contaminación artificial del producto cosmético con cinco microorganismos a unas concentraciones determinadas y hacer un seguimiento de su supervivencia durante 28 días siguiendo la UNE-EN ISO 11930:2019.

¿Cuáles son los principales problemas de estabilidad a los que nos enfrentaremos en una emulsión?

La separación de fases es el problema más frecuente que nos encontraremos a la hora de desarrollar emulsiones en cosmética. Hay diferentes tipos:

• Cremado (Creaming): Se trata de un proceso causado por la acción de la gravedad que provoca que la fase interna se concentre en la parte superior. Varía por tanto la concentración de las gotas en las distintas partes del producto pero no así la distribución de tamaño de las mismas. En las emulsiones más habituales, las O/W, será éste el proceso de ruptura más habitual, ya que las gotas de aceite de la fase interna son menos densas que las de la fase externa acuosa.
• Sedimentación: Proceso de iguales características al creaming con la diferencia de que en este caso será la fase externa la que se concentre en la parte superior, quedando la interna sedimentada. Este proceso es provocado, de igual modo, por la acción de la gravedad. Tampoco variará la distribución de tamaño de las gotas que componen la emulsión.
• Floculación: Se trata de la adhesión de las gotas entre sí sin llegar a fusionarse. Como en los casos anteriores tampoco habrá una variación en la distribución de tamaño de las gotas.
• Coalescencia: Es la fusión de varias gotas en gotas más grandes provocando así la eliminación de una parte de la interfase líquido/líquido. Es un cambio irreversible que necesitaría un aporte de energía extra para recuperar las características originales.
• Inversión de fases: Este proceso ocurre cuando una emulsión O/W se transforma en una emulsión W/O. También es un fenómeno irreversible y tendremos que reformular el producto.

Generalmente, la inestabilidad de las emulsiones en cosmética suele provocarse por la combinación de los procesos descritos anteriormente, ya que estos pueden ocurrir a diferentes velocidades de manera simultánea.

Otro de los principales problemas es la contaminación microbiológica. Como ya explicamos anteriormente, es indispensable realizar un Challenge Test a la fórmula final y así anticiparnos a una posible contaminación del producto.

La variación de pH puede provocar que el cosmético desarrollado no sea aceptable para el uso habitual o razonablemente previsible. Por ello, es muy recomendable incorporar un sistema tampón o buffer que evite las posibles alteraciones. Será muy importante comprobar, en el caso de una bajada del pH, que no se trata de contaminación microbiológica, ya que la mayoría de los microorganismos tienden a acidificar el medio.

¿Cómo evitar los problemas de estabilidad en una emulsión?

• Realizando una adecuada elección del sistema emulsionante y de su dosificación evitaremos la separación de fases. También nos ayudará a ello la adecuación del proceso y de la maquinaria necesaria para llevarlo a cabo.
• El Challenge Test nos indicará si el sistema conservante utilizado permite asegurar que el producto no se contaminará a lo largo de su vida útil. Si no sale bien, deberemos modificar la fórmula, ya sea sustituyendo el conservante, incorporando otro que actúe frente a otros microorganismos diferentes o simplemente aumentando su porcentaje. A la hora de elegir el sistema conservante debemos tener en cuenta el pH del producto final, ya que éste puede afectar a su eficacia.
• La elección del sistema tampón dependerá del pH final que queramos que tenga nuestro producto. Los tampones más utilizados en cosmética son el ácido láctico/lactato de sodio y el ácido cítrico/citrato de sodio. Utilizaremos el sistema tampón cuyo pKa sea más cercano al pH deseado para evitar así fluctuaciones.

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Referencias

1. Evaluating the Stability of Double Emulsions— A Review of the Measurement Techniques for the Systematic Investigation of Instability Mechanisms (Nico Leister  and Heike P. Karbstein Institute of Process Engineering in Life Sciences, Chair of Food Process Engineering, Karlsruhe Institute of Technology, 76131 Karlsruhe, Germany; Published: 31 January 2020 )

2. Guidelines on Stability Testing of Cosmetic products (CTFA and Colipa, March 2004)

3. Tips to improve emulsion stability from the view point of “Merely Emulsion, Nevertheless Emulsion” (Yuji Yamashita,a Kazutami Sakamotob, Acc. Mater. Surf. Res. 2016)

4. Elaboración y caracterización de emulsiones estabilizadas por polímeros y agentes tensioactivos (Aranberri, Binks, Clint, & Fletcher, 2006)

5. Evaluation of Short-Term and Long-TermStability of Emulsions by Centrifugation and NMR. (Tcholakova, N. Denkov, I. B. Ivanov, R. Marinov, 2003)

6. Protocolo para ensaios físico-químicos de estabilidade de fitocosméticos. (Isaac, V.L.B.; Cefali L.C.; Chiari, B.G.; Oliveira, C.C.L.G.; Salgado H.R.N.; Corrêa, M.A, 2013)