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Publicação
The influence of preservative systems in cosmetic gel formulations prepared from natural rheological modifiers
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Orientador(es)
Resumo(s)
Gels are two-component semi-rigid systems in which the liquid continuous phase is immobilized by a cross linked three-dimensional network consisting of particles or solvated macromolecules in the disperse phase. Gel have protective, therapeutic, or prophylactic effect.
Rheological modifiers are additives which are primarily used to increase the viscosity or impart a desired rheological profile to a formulation. They can sometimes be multifunctional and perform secondary roles such as gelling agents, emulsifiers, conditioners or film formers.
Preservatives are natural or synthetic chemicals which are added to several products as pharmaceuticals, cosmetics and food to prevent microbial contamination or undesirable chemical changes. Another purpose of the preservative addition is to prolong shelf life of the products. Preservative systems consist in an association of two or more preservatives to give a broader spectrum of activity.
Stability is referred as the absence of separation of the dispersion over a period of time. The stability of a cosmetic product is defined as the properties of the product to maintain the set of physico-chemical characteristics, organoleptic, microbiological and functional that made it responsive to its purpose of use. Stability becomes therefore an essential requirement because it depends on other key requirements that define the quality of the cosmetic product: security, agreeableness, compliance and effectiveness for use in a broad sense.
Multiple light scattering is a technique used to determine light flux transmitted through and backscattering from a product. The value obtained with this measurement gives information on the homogeneity of the sample and is characteristic of the dispersion. It enables to detect, to deep understand and to predict destabilization phenomena which take place during ageing or shelf-life tests.
The aim of the work is to evaluate the influence of preservative systems in cosmetic gel formulations prepared from natural rheological modifiers. In order to study this influence, it was prepared gels in different combinations of rheological modifier, preservative and surfactant. Then, organoleptic aspect, pH, rheology, stability and microbiological control were analysed.
The gels were prepared with different concentrations of rheological modifiers, preservatives and surfactants. After preparation, all gels were homogenous. Some were clear and other opalescent because of the components used. Generally, the presence of Verstatil® TBG, decyl glucoside, SolagumTM AX, SolagumTM Tara and Sucrathix VX becomes the gel opalescent.
Parameters as pH and viscosity were analysed. pH was measured at time zero and after 1 month. The pH of most of the samples did not change significantly (pH variation less than ±0,5). The pH change can influence the efficacy of the preservatives which are pH-depended and the gel stability. Viscosity was measured by rotational viscometer. For all viscosity measurements, spindle number 3 was used. The viscosity values were obtained by multiplying the dial reading for factor. By increasing speed from 0,5 to 100 rpm., it is possible to trace a viscosity curve and thus obtain a rheological profile. All measurements were performed at 20°C. Samples with cellulose gum (CMC), SolagumTM AX (SAX), Sucrathix VX (SVX) and xanthan gum (XG) show a pseudo-plastic behaviour. Samples with beta-glucan (Beta), carrageenan (Car) and SolagumTM Tara (ST) show a dilatant flow.
The stability of the gels was monitored by organoleptic evaluation and by multiple light scattering by Turbiscan Tower. Turbiscan is an innovative automatized optical analyser, working in the near-infrared region with a double detection mode: transmission and backscattering. Gels for multiple scattering measurement were transferred into cylindrical glass tubes and submitted to Turbiscan Tower stability analysis. For each sample was performed one cycle at 20°C for 6 hours, one cycle at 4°C for 6 hours and finally a third cycle at 20°C for 6 hours. For clear samples transmission values were measured; for opalescent samples backscattering profile was evaluated. According with the results, sedimentation, phase separation with clarification and flocculation are the most common instability phenomena in the samples. The samples become more instable in the presence of surfactant and dermosoft® 688 eco.
Microbiological assay aims to evaluate if there is no microbial growth inside the sample and consequently if the preservative system has not been inactivated. Eugon LT100 broth (9 ml) was added to 1 ml of sample (9:1 broth:sample) in order to neutralize the preservative system. 1 ml of the previous mixture were transferred into culture medium: Tryptic Soy Agar for bacterial and Sabouraud Chloramphenicol Agar for fungi. Samples for bacteria were incubated at 37ºC for 48 hours and for fungi at 20°C for 3-5 days. For all samples tested, there were no fungal growth. On the other hand, samples with the dermosoft® 688 eco preservative showed bacterial growth because this preservative is fair for Gram+ and Gram- bacteria.
The factorial analysis is multivariate statistic technique of data exploratory. The purpose of this method is to discover and analyse the structure of a set of interrelated variables to construct a measurement scale for factors which somehow control the original variables. The factorial analysis calculates the correlation between the variables. Thus, variables with the modulus value greater than 0,15 have significance in the gel stability. A negative correlation value show that the variable contributes for the gel stability and a positive correlation value causes the gel instability. According to the results, the factors which the most influence the gels stability are the presence of cellulose gum, Sucrathix VX, Verstatil® PC, dermosoft 688® eco, decyl glucoside, polysorbate 60, the combination of Verstatil® TBG and decyl glucoside, the combination of Verstatil® TBG and polysorbate 60 and the pH variation.
Os geles são preparações semissólidas para uso farmacêutico com efeito protetor, terapêutico ou profilático. Os geles são sistemas semirrígidos de dois componentes, nos quais a fase contínua líquida é imobilizada por uma rede tridimensional reticulada constituída por partículas ou macromoléculas solvatadas na fase dispersa. As propriedades de coesão dos sólidos e as propriedades de difusão dos líquidos estão combinadas nos geles. Os modificadores reológicos são adicionados às formulações com o objetivo principal de aumentar a viscosidade ou conferir um determinado perfil reológico. Também podem ter outras funções, como por exemplo, agentes gelificantes e emulsionantes. Os conservantes são químicos naturais ou sintéticos que são adicionados às formulações para prevenir a contaminação microbiológica ou alterações químicas indesejáveis e também para aumentar o tempo de estabilidade do produto. Os sistemas de conservantes consistem na associação de dois ou mais conservantes para obter ao mesmo tempo uma atividade antibacteriana e antifúngica, originando, portanto, um espectro de ação mais alargado. A estabilidade é referida como a ausência de separação da dispersão ao longo de um período de tempo. Na estabilidade de um produto cosmético, as propriedades dos produtos devem ser mantidas de forma a que o conjunto de características físico-químicas, organoléticas, microbiológicas e funcionais sejam adequadas ao fim a que se destinam. A estabilidade torna-se, portanto, um requisito essencial porque depende de outras condições essenciais que definem a qualidade do produto cosmético: segurança, conveniência, conformidade e eficácia para uso num sentido amplo. Multiple light scattering é uma técnica utilizada para determinar o fluxo de luz transmitido e a retrodifusão de uma amostra. O valor obtido fornece informações sobre a homogeneidade da amostra. Além disso, este método permite detetar, compreender e prever fenómenos de instabilidade que ocorrem durante o envelhecimento ou tempo de prateleira. O presente trabalho dedica-se ao estudo da influência dos sistemas de conservantes na estabilidade das formulações de geles para uso cosmético preparadas a partir de modificadores reológicos naturais. O objetivo é prever pelo método multiple light scattering se as formulações são estáveis no tempo. Se não forem estáveis, a finalidade é determinar o fenómeno de instabilidade. Assim, foram preparados geles com diferentes concentrações de modificadores reológicos, conservantes e tensioativos. Os modificadores reológicos utilizados foram Cellulose Gum (CMC), Sodium Carboxymethyl Betaglucan (Beta-glucan) (Beta), Carrageenan (Car), Acacia Senegal Gum & Xanthan Gum (SolagumTM AX) (SAX), Caesalpina Spinosa Gum (SolagumTM Tara) (ST), Microcrystalline Cellulose & Cellulose Gum & Xanthan Gum (Sucrathix VX) (SVX) e Xanthan Gum (XG), nas concentrações de 0,5%, 1% e 2%. Utilizou-se Phenoxyethanol & Caprylyl Glycol (Verstatil® PC) (PC), Triethyl Citrate & Glyceryl Caprylate & Benzoic Acid (Verstatil® TBG) (TBG) e p-Anisic Acid (dermosoft® 688 eco) (688) como conservantes e Decyl Glucoside (DG) e Polysorbate 60 (PS) como tensioativos. Após a preparação, todos os geles eram homogéneos. Alguns eram claros e outros opalescentes devido aos componentes utilizados. Geralmente, a presença de Verstatil® TBG, decil glucosídeo, SolagumTM AX, SolagumTM Tara e Sucrathix VX tornam o gel opalescente. Parâmetros como o pH e a viscosidade foram analisados. O pH foi medido no tempo zero (logo após a preparação) e após um mês, de forma a verificar se não houve alteração do valor de pH. O pH da maioria das amostras não alterou significativamente (variação de pH inferior ou igual a 0,5). A alteração de pH pode influenciar a eficácia dos conservantes que dependem do pH e a estabilidade do gel. A viscosidade foi medida por um viscosímetro rotacional com a agulha número 3 a 20°C. O valor de viscosidade foi obtido multiplicando o valor de leitura pelo fator e a curva de viscosidade traçada através do aumento da velocidade de 0,5 para 100 rpm. O perfil tixotrópico dos geles foi representado. As amostras com goma de celulose (CMC), SolagumTM AX (SAX), Sucrathix VX (SVX) e goma xantana (XG) têm um fluxo pseudoplástico, pois a viscosidade diminui quando a taxa de cisalhamento aumenta. Por outro lado, as amostras com beta-glucano (Beta), carragenina (Car) e SolagumTM Tara (ST), apresentam um fluxo dilatante, porque a viscosidade aumenta quando a taxa de cisalhamento aumenta. A estabilidade dos geles foi monitorizada por avaliação organolética e pelo método multiple light scattering através do equipamento Turbiscan Tower. O Turbiscan é um inovador analisador ótico automatizado, trabalhando na região do infravermelho próximo com um modo de deteção dupla: transmissão e retrodifusão. Os geles foram transferidos para tubos de vidro cilíndricos e submetidos à análise de estabilidade pelo Turbiscan Tower. Para uma avaliação ótima, é importante que não existam bolhas de ar dentro da amostra e a amostra esteja homogeneamente distribuída. Para cada amostra foi realizado um ciclo a 20°C durante 6 horas, um ciclo a 4°C durante 6 horas e finalmente um terceiro ciclo a 20°C durante 6 horas. Para amostras transparentes, os valores de transmissão foram medidos; e para amostras opalescentes, o perfil de retrodifusão foi avaliado. De acordo com os resultados obtidos, a sedimentação, a separação de fases com clarificação e floculação são os fenómenos de instabilidade mais comuns nas amostras. As amostras tornam-se mais instáveis na presença de tensioativo e dermosoft® 688 eco. Além disso, amostras com menor concentração de tensioativo são mais estáveis. A maioria das amostras com Verstatil® TBG torna-se instável na presença de tensioativo. Amostras com beta-glucano e polisorbato 60, carragenina e decil glicosídeo, SolagumTM AX e decil glucosídeo, SolagumTM Tara e decil glucosídeo e goma xantana e decil glucosídeo são instáveis. Todas as amostras com goma de celulose e tensioativo são instáveis. Por outro lado, as amostras com Sucrathix VX são as mais estáveis. O controlo microbiológico foi realizado um mês após a data de preparação das amostras com a finalidade de avaliar se durante um mês, após a preparação da formulação, não houve desenvolvimento microbiano. Ao fim deste tempo, o conservante foi neutralizado com a adição de 9 ml de Eugon LT100 a 1 ml de amostra, retirou-se 1 ml e adicionou-se ao meio de crescimento para bactérias e outro 1 ml ao meio de crescimento para fungos. As culturas foram a incubar 48 horas a 37°C para bactérias e a 20°C por 3-5 dias para os fungos. Em todas as amostras não se verificou crescimento para os fungos, no entanto as amostras com o conservante dermosoft® 688 eco apresentaram crescimento bacteriano, um resultado esperado dado que, este conservante não é recomendado como eficiente para bactérias Gram+ e Gram-. A análise fatorial é uma técnica estatística multivariada de dados exploratórios. O objetivo deste método é descobrir e analisar a estrutura de um conjunto de variáveis inter-relacionadas para construir uma escala de medição para fatores que de alguma forma controlam as variáveis originais. Variáveis com o valor do módulo maior que 0,15 têm significância na estabilidade do gel. Um valor de correlação negativa mostra que a variável contribui para a estabilidade do gel e um valor de correlação positivo causa a instabilidade do gel. A presença de goma de celulose, dermosoft® 688 eco, decil glucosídeo, polisorbato 60, combinação de Verstatil® TBG e decil glucosídeo, a combinação de Verstatil® TBG e polisorbato 60 e a variação do pH contribuem para a instabilidade do gel. No entanto, a presença de Sucrathix VX e Verstatil® PC contribui para a estabilidade do gel. Os resultados da análise fatorial são consistentes com os resultados observados. O presente trabalho permitiu concluir que os sistemas de conservantes, utilizados nas formulações em estudo, têm influência na estabilidade dos geles, sendo que a presença de tensioativo foi o fator que mais contribuiu para a instabilidade do gel.
Os geles são preparações semissólidas para uso farmacêutico com efeito protetor, terapêutico ou profilático. Os geles são sistemas semirrígidos de dois componentes, nos quais a fase contínua líquida é imobilizada por uma rede tridimensional reticulada constituída por partículas ou macromoléculas solvatadas na fase dispersa. As propriedades de coesão dos sólidos e as propriedades de difusão dos líquidos estão combinadas nos geles. Os modificadores reológicos são adicionados às formulações com o objetivo principal de aumentar a viscosidade ou conferir um determinado perfil reológico. Também podem ter outras funções, como por exemplo, agentes gelificantes e emulsionantes. Os conservantes são químicos naturais ou sintéticos que são adicionados às formulações para prevenir a contaminação microbiológica ou alterações químicas indesejáveis e também para aumentar o tempo de estabilidade do produto. Os sistemas de conservantes consistem na associação de dois ou mais conservantes para obter ao mesmo tempo uma atividade antibacteriana e antifúngica, originando, portanto, um espectro de ação mais alargado. A estabilidade é referida como a ausência de separação da dispersão ao longo de um período de tempo. Na estabilidade de um produto cosmético, as propriedades dos produtos devem ser mantidas de forma a que o conjunto de características físico-químicas, organoléticas, microbiológicas e funcionais sejam adequadas ao fim a que se destinam. A estabilidade torna-se, portanto, um requisito essencial porque depende de outras condições essenciais que definem a qualidade do produto cosmético: segurança, conveniência, conformidade e eficácia para uso num sentido amplo. Multiple light scattering é uma técnica utilizada para determinar o fluxo de luz transmitido e a retrodifusão de uma amostra. O valor obtido fornece informações sobre a homogeneidade da amostra. Além disso, este método permite detetar, compreender e prever fenómenos de instabilidade que ocorrem durante o envelhecimento ou tempo de prateleira. O presente trabalho dedica-se ao estudo da influência dos sistemas de conservantes na estabilidade das formulações de geles para uso cosmético preparadas a partir de modificadores reológicos naturais. O objetivo é prever pelo método multiple light scattering se as formulações são estáveis no tempo. Se não forem estáveis, a finalidade é determinar o fenómeno de instabilidade. Assim, foram preparados geles com diferentes concentrações de modificadores reológicos, conservantes e tensioativos. Os modificadores reológicos utilizados foram Cellulose Gum (CMC), Sodium Carboxymethyl Betaglucan (Beta-glucan) (Beta), Carrageenan (Car), Acacia Senegal Gum & Xanthan Gum (SolagumTM AX) (SAX), Caesalpina Spinosa Gum (SolagumTM Tara) (ST), Microcrystalline Cellulose & Cellulose Gum & Xanthan Gum (Sucrathix VX) (SVX) e Xanthan Gum (XG), nas concentrações de 0,5%, 1% e 2%. Utilizou-se Phenoxyethanol & Caprylyl Glycol (Verstatil® PC) (PC), Triethyl Citrate & Glyceryl Caprylate & Benzoic Acid (Verstatil® TBG) (TBG) e p-Anisic Acid (dermosoft® 688 eco) (688) como conservantes e Decyl Glucoside (DG) e Polysorbate 60 (PS) como tensioativos. Após a preparação, todos os geles eram homogéneos. Alguns eram claros e outros opalescentes devido aos componentes utilizados. Geralmente, a presença de Verstatil® TBG, decil glucosídeo, SolagumTM AX, SolagumTM Tara e Sucrathix VX tornam o gel opalescente. Parâmetros como o pH e a viscosidade foram analisados. O pH foi medido no tempo zero (logo após a preparação) e após um mês, de forma a verificar se não houve alteração do valor de pH. O pH da maioria das amostras não alterou significativamente (variação de pH inferior ou igual a 0,5). A alteração de pH pode influenciar a eficácia dos conservantes que dependem do pH e a estabilidade do gel. A viscosidade foi medida por um viscosímetro rotacional com a agulha número 3 a 20°C. O valor de viscosidade foi obtido multiplicando o valor de leitura pelo fator e a curva de viscosidade traçada através do aumento da velocidade de 0,5 para 100 rpm. O perfil tixotrópico dos geles foi representado. As amostras com goma de celulose (CMC), SolagumTM AX (SAX), Sucrathix VX (SVX) e goma xantana (XG) têm um fluxo pseudoplástico, pois a viscosidade diminui quando a taxa de cisalhamento aumenta. Por outro lado, as amostras com beta-glucano (Beta), carragenina (Car) e SolagumTM Tara (ST), apresentam um fluxo dilatante, porque a viscosidade aumenta quando a taxa de cisalhamento aumenta. A estabilidade dos geles foi monitorizada por avaliação organolética e pelo método multiple light scattering através do equipamento Turbiscan Tower. O Turbiscan é um inovador analisador ótico automatizado, trabalhando na região do infravermelho próximo com um modo de deteção dupla: transmissão e retrodifusão. Os geles foram transferidos para tubos de vidro cilíndricos e submetidos à análise de estabilidade pelo Turbiscan Tower. Para uma avaliação ótima, é importante que não existam bolhas de ar dentro da amostra e a amostra esteja homogeneamente distribuída. Para cada amostra foi realizado um ciclo a 20°C durante 6 horas, um ciclo a 4°C durante 6 horas e finalmente um terceiro ciclo a 20°C durante 6 horas. Para amostras transparentes, os valores de transmissão foram medidos; e para amostras opalescentes, o perfil de retrodifusão foi avaliado. De acordo com os resultados obtidos, a sedimentação, a separação de fases com clarificação e floculação são os fenómenos de instabilidade mais comuns nas amostras. As amostras tornam-se mais instáveis na presença de tensioativo e dermosoft® 688 eco. Além disso, amostras com menor concentração de tensioativo são mais estáveis. A maioria das amostras com Verstatil® TBG torna-se instável na presença de tensioativo. Amostras com beta-glucano e polisorbato 60, carragenina e decil glicosídeo, SolagumTM AX e decil glucosídeo, SolagumTM Tara e decil glucosídeo e goma xantana e decil glucosídeo são instáveis. Todas as amostras com goma de celulose e tensioativo são instáveis. Por outro lado, as amostras com Sucrathix VX são as mais estáveis. O controlo microbiológico foi realizado um mês após a data de preparação das amostras com a finalidade de avaliar se durante um mês, após a preparação da formulação, não houve desenvolvimento microbiano. Ao fim deste tempo, o conservante foi neutralizado com a adição de 9 ml de Eugon LT100 a 1 ml de amostra, retirou-se 1 ml e adicionou-se ao meio de crescimento para bactérias e outro 1 ml ao meio de crescimento para fungos. As culturas foram a incubar 48 horas a 37°C para bactérias e a 20°C por 3-5 dias para os fungos. Em todas as amostras não se verificou crescimento para os fungos, no entanto as amostras com o conservante dermosoft® 688 eco apresentaram crescimento bacteriano, um resultado esperado dado que, este conservante não é recomendado como eficiente para bactérias Gram+ e Gram-. A análise fatorial é uma técnica estatística multivariada de dados exploratórios. O objetivo deste método é descobrir e analisar a estrutura de um conjunto de variáveis inter-relacionadas para construir uma escala de medição para fatores que de alguma forma controlam as variáveis originais. Variáveis com o valor do módulo maior que 0,15 têm significância na estabilidade do gel. Um valor de correlação negativa mostra que a variável contribui para a estabilidade do gel e um valor de correlação positivo causa a instabilidade do gel. A presença de goma de celulose, dermosoft® 688 eco, decil glucosídeo, polisorbato 60, combinação de Verstatil® TBG e decil glucosídeo, a combinação de Verstatil® TBG e polisorbato 60 e a variação do pH contribuem para a instabilidade do gel. No entanto, a presença de Sucrathix VX e Verstatil® PC contribui para a estabilidade do gel. Os resultados da análise fatorial são consistentes com os resultados observados. O presente trabalho permitiu concluir que os sistemas de conservantes, utilizados nas formulações em estudo, têm influência na estabilidade dos geles, sendo que a presença de tensioativo foi o fator que mais contribuiu para a instabilidade do gel.
Descrição
Trabalho Final de Mestrado Integrado, Ciências Farmacêuticas, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2017
Palavras-chave
Gels Natural rheological modifiers Preservatives Stability Multiple light scattering Mestrado Integrado - 2017