ESTABILIDAD DE EMULSIONES. DISEÑO, PRUEBAS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS DE LOS ESTUDIOS.

Publicado en la revista PHARMATECH páginas 72-78.

Las emulsiones son formas galénicas de gran interés en la industria farmacéutica y cosmética. Permiten el uso simultáneo de sustancias tanto hidrosolubles como liposolubles y son muy versátiles tanto por la elección de los ingredientes que entran en su composición como por la obtención de productos de diferente textura y sensorialidad para satisfacer las necesidades del consumidor.

Las emulsiones son sistemas complejos de formular y requieren de un buen sistema de estabilización para evitar su rotura. Los estudios de estabilidad son fundamentales para determinar la seguridad y calidad de la emulsión, además de ser un requisito imprescindible para el cumplimiento de la legislación.

Abordemos en este artículo todo lo relacionado con la estabilidad de las emulsiones de uso cosmético.

Palabra clave

Emulsión, estabilidad, vida útil, estabilidad acelerada, shelf life.

Emulsiones. Generalidades:

Las emulsiones son dispersiones de dos o más fases inmiscibles, generalmente una fase acuosa y otra oleosa estabilizadas mediante la adición de emulsionantes. Los emulsionantes son componentes cuya estructura molecular incluye una parte polar capaz de unirse a las sustancias hidrófilas y una parte apolar que se une a las sustancias hidrófobas, disminuyendo la tensión interfacial entre las dos fases, de esta forma se consigue estabilizar la emulsión.

El comportamiento de los emulsionantes viene determinado por su índice HLB (balance hidrófilo-lipófilo) que determina la fuerza o atracción que experimentan las dos fases. Este comportamiento va a determinar el tipo de emulsión a obtener. De modo que los emulsionantes que forman emulsiones de fase externa oleosa (A/O) su valor HLB está comprendido entre 4 y 6, mientras los emulsionantes que dan lugar a emulsiones de fase externa acuosa (O/A) su valor HLB está comprendido entre 8 y 18.

Tipos de emulsiones:

Para hablar de una emulsión, hay que definir las fases que la constituyen. La fase interna, dispersa o discontinua y la fase externa, dispersante o continua.

• Emulsión A/O: Agua en aceite. Fase interna acuosa y fase externa oleosa. Lo que le confiere un tacto graso.
• Emulsión O/A: Aceite en agua. Fase interna oleosa y externa acuosa. No dejan residuo graso.
• Emulsión A/S: fase interna acuosa y externa silicónica. Ideal para pieles acneícas.
• Emulsiones múltiples: una emulsión dentro de otra, pueden ser agua en aceite en agua (A/O/A) o emulsiones inversas de aceite en agua en aceite (O/A/O). Este tipo de emulsiones tienen un uso cosmético limitado.

Proceso de preparación de una emulsión: Emulsificación.

• Calentar las dos fases a la misma temperatura (la temperatura viene marcada por el punto de fusión de las grasas).
• Enfriamiento controlado.
• Adición de los componentes sensibles al calor (activos, perfumes y conservantes) a temperaturas inferiores a 30 grados.

Independientemente del proceso, la utilización de los polímeros con función gelificante/viscosizante como las gomas y los carbómeros también ayudan a estabilizar las fórmulas para disminuir la probabilidad de rotura de las emulsiones y separación de las fases.

Estabilidad de las emulsiones.

Las emulsiones con el paso del tiempo pueden sufrir cambios físicos, químicos o microbiológicos originando una pérdida de estabilidad.

El principal objetivo de realizar pruebas de estabilidad a los productos cosméticos es asegurar la seguridad y eficacia del producto a lo largo de su vida útil. Esto implica garantizar que el producto mantenga sus propiedades físicas, químicas y microbiológicas sin cambios adversos desde el momento de su fabricación hasta el final de su vida útil indicada en la etiqueta

Este objetivo principal se desglosa en varios aspectos clave: Seguridad del Consumidor, evitar que el producto se degrade en sustancias dañinas que puedan causar problemas de salud. Asegurar que los ingredientes activos permanezcan estables y efectivos durante todo el periodo de uso del producto. Mantener la integridad de las características sensoriales y físicas del producto (como textura, color y olor) para asegurar la satisfacción del consumidor. Adherirse a las regulaciones y normativas que requieren pruebas de estabilidad para la comercialización de productos cosméticos. Establecer una fecha de caducidad confiable que garantice la calidad del producto durante su vida útil esperada.

Es importante recalcar que las pruebas de estabilidad deben adaptarse al producto cosmético. Es necesario establecer procedimientos específicos a seguir y recopilar la correspondiente documentación y registros.

Según la monografía IFSCC (International Federation of Cosmetic Chemists) “El objetivo de una prueba de estabilidad es determinar si un producto en el envase en el que se comercializará tiene una vida útil adecuada en las condiciones de almacenamiento razonablemente previsibles. La vida útil, en términos simples, es el tiempo que un producto permanece dentro de sus especificaciones bien almacenado. Por lo tanto, estos ensayos proporcionan información sobre el comportamiento del producto, en determinados intervalos de tiempo, frente a condiciones ambientales a las que pueda ser sometido, desde la fabricación hasta el final de su vida útil”.

El objetivo principal de estas pruebas es demostrar, por tanto, que el producto no sufre cambios significativos que puedan afectar su calidad (p.e. cambios en las características organolépticas) y seguridad (p.e. cambios del índice de fotoprotección SPF).

Estabilidad: Aspectos normativos.

Reglamento 1223/2009⁽¹⁾ Anexo I. Parte A.2. De obligado cumplimiento: “Características fisicoquímicas y estabilidad del producto cosmético.

Las características físicas y químicas de las sustancias o mezclas, y del producto cosmético.

La estabilidad del producto cosmético en las condiciones de almacenamiento razonablemente previsibles”.

Norma ISO 18811/2018(2) Directrices para las pruebas de estabilidad de productos cosméticos. Las normas no son de obligado cumplimiento, pero son documentos de referencia para las autoridades.

Estabilidad: Aspectos generales.

Las pruebas deben realizarse para asegurar:

Estabilidad química: Asegurarse de que no existe incompatibilidad entre ingredientes. No utilizar ingredientes que puedan reaccionar químicamente entre sí. Para ello, nos debemos apoyar en la documentación de los proveedores de materia prima e impurezas.

Estabilidad física: La inestabilidad física puede conducir a la separación de las fases. Por lo que el formulador debe asegurar que durante la vida útil del producto y almacenado en condiciones razonablemente previsibles, la emulsión sigue intacta. Pérdida de viscosidad puede ser indicativo de la posible separación de fases. Ante estos cambios, se necesita reformular para asegurar la estabilidad.

Estabilidad microbiológica: Las emulsiones pueden sufrir contaminación microbiana, normalmente asociada a cambios físicos o químicos. Es importante la realización de test de eficacia del conservante (challenge test) para asegurar que el conservante utilizado va a impedir la contaminación microbiana durante la vida útil del cosmético, así como controles microbiológicos durante toda la etapa del estudio de estabilidad. Es importante advertir al consumidor en el etiquetado sobre el uso correcto de su modo de empleo.

Factores que influyen en la estabilidad de las emulsiones.

Muchos factores pueden afectar a la estabilidad de una emulsión como los propios ingredientes que forman parte de su composición, método de fabricación, material de acondicionamiento, condiciones ambientales por lo que se pueden clasificar como factores extrínsecos o factores intrínsecos.

Factores extrínsecos:  Hacen referencia a los factores externos de exposición

• Tiempo: Con el paso del tiempo, las emulsiones pueden sufrir alteraciones que pueden afectar a las características organolépticas y a su calidad microbiológica.
• Temperatura/Presión: Temperaturas y/o presiones extremas pueden dar lugar a alteraciones de las emulsiones que pueden afectar a la viscosidad, color u olor.
• Luz y oxígeno: La exposición de la emulsión a la luz y al aire puede desencadenar reacciones de oxidación. Hay ciertos ingredientes especialmente sensibles a la luz y oxígeno como por ejemplo el retinol. En este caso es aconsejable acondicionar en envase opaco y con cierre hermético tipo airless.
• Material de acondicionamiento: El material de acondicionamiento puede influir en la estabilidad de la emulsión por incompatibilidad de material del envase con algún ingrediente de la emulsión. Por esta razón es importante la realización de pruebas de compatibilidad envase-cosmético.
• Contaminación: Las emulsiones son formas cosméticas cuyo componente mayoritario es el agua. Por lo que son suceptibles a la contaminación microbiana. Hay que hacer una buena elección de conservantes en la fórmula además de comprobar la eficacia del conservante mediante la realización de un “challenge test”
• Tranporte: Pruebas de choque mecánico pueden simular los movimientos durante el transporte. Las emulsiones pueden sufrir separación de fases con el estrés mecánico.

Factores intrínsecos: Son factores que dependen de la composición de la fórmula. Puede ser incompatibilidad entre ingredientes de la emulsión, incompatibilidad entre envase y emulsión, cambios de PH, reacciones oxidativas que conducen a la formación de peróxidos entre otros.

Diseño de pruebas de estabilidad de emulsiones.

Un estudio de estabilidad se debe iniciar en la etapa de desarrollo. Antes de iniciar un estudio de estabilidad hay que determinar el número de muestras necesarias en función de las pruebas a realizar. Utilizar frascos transparentes para que sea más fácil la evaluación de algunas características organolépticas como el color o la separación de fases, además de envases comerciales. Para el diseño de las pruebas nos podemos guiar por la norma ISO 18811:2018⁽²⁾ que nos proporciona directrices a seguir para la evaluación de los productos.

Estabilidad preliminar: Estudio que se realiza a escala de laboratorio durante el desarrollo del cosmético. En el caso de las emulsiones nos va a servir para elegir los emulsionantes más robustos. Durante esta etapa además de la evaluación de las características organolépticas (color, olor y textura), parámetros físico-químicos (viscosidad, pH…) se puede someter la emulsión a altas temperaturas además de pruebas centrífugas para asegurar que las fases no se separan. La permanencia del estudio habitualmente es de quince días y favorece la elección de la formulación, los ciclos (24h) de calentamiento son realizados en estufas y varían entre temperaturas de 37 hasta 50 ± 2° C, y los ciclos (24h) de enfriamiento manejan temperaturas bajas desde los -10°C hasta los 5 ± 2° C. El efecto causado por la luz también debe ser evaluado, y regularmente se hace frente a una fuente de luz ultravioleta, en este tipo de estudios lo que se persigue es investigar el efecto dañino o no de la luz solar, y predecir así el daño en función del tiempo. Si en esta estabilidad se presentan cambios, el diseñador debe analizar la formulación y realizar los cambios o ajustes respectivos.

Estabilidad acelerada: Se lleva a cabo en condiciones de estrés. Este tipo de estudio nos va a servir para predecir la estabilidad a largo plazo además de predecir la vida útil del cosmético y determinar la compatibilidad entre producto y envase. Los estudios de estabilidad a corto plazo o conocidos también como estudios de estabilidad acelerada tienen como fin determinar y asignar una vida útil tentativa al producto y del mismo modo exponer las condiciones más beneficiosas de almacenamiento, lo favorable de este estudio es que permite adelantar el conocimiento del comportamiento del producto, esto se logra cuando los análisis o ensayos utilizados permiten acelerar el grado de descomposición física y química de los componentes o de su formulación.

Para este tipo de estudio, se puede realizar con muestras a nivel de laboratorio, aunque lo ideal es utilizar muestras de una fabricación piloto para simular condiciones reales.

Las pruebas se deben realizar en envases comerciales. Aunque también además de los envases comerciales, se pueden usar envases transparentes para hacer más fácil la detección de ciertos cambios como el cambio de color o la separación de fases.

La duración de las pruebas suele ser de 3 meses con evaluaciones a intervalos de 0, 1, 2 y 3 meses, de modo que 1 mes corresponde a 12 meses de uso recomendado, 2 meses a 24 meses de uso recomendado y 3 meses a más de 30 meses, en este último caso si el producto supera este tiempo se puede poner PAO o PAO y caducidad de 30 meses en base al artículo 19 del Reglamento (CE) Nº 1223/2009: “La indicación de la fecha de duración mínima no será obligatoria para aquellos productos cosméticos cuya duración mínima exceda de treinta meses. Para estos productos cosméticos se indicará el plazo después de la apertura durante el que el producto es seguro y puede utilizarse sin daño alguno para el consumidor. Salvo cuando el concepto de duración tras la apertura no sea pertinente, esta información se indicará mediante el símbolo que figura en el punto 2 del anexo VII, seguido del plazo (en meses o meses y años)”

• Los parámetros evaluados van a depender de las características de la emulsión. Por lo general se evalúan:

Características organolépticas: Aspecto, color y olor. Se trata de un examen visual con o sin microscopio haciendo fotos siempre con la misma luz

Características físico-químicas: Densidad, viscosidad, pH, pérdida de peso, índice de acidez, índice de peróxidos.

Características microbiológicas: La estabilidad microbiológica sólo puede determinarse sobre pruebas microbiológicas. La probabilidad de contaminación microbiana de una emulsión es alta debido a su alto contenido de agua por lo que requieren de conservantes eficaces para impedir la contaminación durante su vida útil.

El crecimiento de una microbiota incontrolada puede inducir a cambios físicos o químicos en la emulsión. Se realiza un recuento microbiano para la determinación microorganismos totales aerobios. Los resultados para cosméticos de uso general se consideran fuera de límites si los microorganismos totales aerobios mesófilos son > 2000 UFC/g o ml según Farmacopea Europea.

• Pruebas a realizar:

Temperatura: La temperatura utilizada en el estudio dependerá del tipo de producto, de la zona climática donde se va a distribuir, así como de las condiciones de transporte. Por lo tanto, la empresa decidirá las temperaturas para la realización de los estudios.

Por norma general, los estudios de estabilidad acelerada se llevan a cabo a 37, 40 o 45 grados. Los ciclos de temperatura y/o las pruebas de “congelación y descongelación” pueden revelar algunos tipos de deficiencias más rápidamente que el almacenamiento a una temperatura constante. Se deben considerar pruebas de congelación y descongelación para ciertos tipos de productos. Los posibles problemas detectados pueden ser derivados del producto como la cristalización o derivados del envase como fugas o grietas.

Hay que tener en cuenta que las pruebas a altas temperaturas aceleran los cambios que pueden ocurrir en condiciones normales de almacenamiento, pero esto no significa que ocurran los cambios en condiciones normales de almacenamiento.

Humedad: Pruebas a diferentes niveles de humedad relativa (normalmente 60%, 75% o 80%).

Pruebas de luz (fotosensibilidad) y oxígeno: Las emulsiones pueden ser sensibles a la exposición a la radiación ultra violeta ya que puede producir la degradación de ciertos ingredientes que la componen. El oxígeno puede dar lugar a la formación de radicales libres y desencadenar reacciones de óxido-reducción.

Las pruebas de luz consisten en la colocación de la emulsión en ventanas para la evaluación tanto de las características organolépticas y físico-químicas como las que afectan al envase y embalaje como grietas, roturas o decoloración de la caja. Estas pruebas se realizan generalmente para productos en envase no opacos. Que son los que pueden ser afectados por la luz.

Pruebas centrífugas: Las emulsiones contienen materiales de diferentes gravedades. Los componentes de la fase acuosa tienen una gravedad más alta a los de la fase oleosa. En una emulsión de aceite en agua, los componentes de la fase oleosa tienden a subir a la parte superior de la emulsión formando gotitas de aceite.

Las pruebas centrífugas para emulsiones nos sirven para predecir la posible separación de fases y se realizan normalmente a 3000 rpm y temperatura de 40 grados.

Pruebas de estrés mecánico: Se realizan pruebas de choque mecánico para determinar si los movimientos durante el envío pueden afectar el cosmético y/o su embalaje.

Pruebas de compatibilidad producto-envase: Estas pruebas se realizan para comprobar la funcionalidad del envase, ausencia de deformación, grietas, colapso del envase. Así como la comprobación de la posible migración de componentes desde el envase al producto.

Al finalizar las pruebas, hay que elaborar un informe donde se detallan las condiciones del estudio, las pruebas a realizar y la interpretación de los resultados obtenidos.

Hay que tener en cuenta que las pruebas de estabilidad acelerada aceleran los cambios que pueden ocurrir en condiciones normales de almacenamiento, pero esto no significa que ocurran los cambios en condiciones normales de almacenamiento. Por este motivo es importante llevar a cabo la estabilidad a tiempo real.

Estabilidad a tiempo real (shelf life): Estos estudios tienen como objetivo estimar el tiempo de vida útil real de un producto, se lleva a cabo sobre producto terminado en el envase primario final, y se efectúa almacenando los productos en condiciones ambientales similares (luz solar o luz artificial, humedad, y temperatura) a las que estaría sometido durante el periodo de comercialización y utilización. Su objetivo principal es validar el periodo de uso recomendado determinado durante las pruebas de estabilidad acelerada. El formulador debe establecer un protocolo a seguir en el que se determina la frecuencia de realización de las pruebas por lo que hay que almacenar un numero de muestras suficiente para la realización de todas las pruebas necesarias. Se puede diseñar un estudio a tiempo real a tiempo 0, 10 meses, 20 meses y 30 meses donde se evalúa el aspecto, color, olor, medidas de PH, análisis microbiológico, así como la pérdida de peso entre otros.

Es importante recalcar que los resultados de la estabilidad a tiempo real son más representativos. Por lo que si cuando concluyen estos estudios los resultados son distintos a los de la estabilidad acelerada, son los válidos para determinar el periodo de uso recomendado.

Otros factores importantes que hay que tener en cuenta a la hora de realizar los estudios de estabilidad son el transporte marítimo donde las condiciones de humedad pueden afectar al producto o el transporte aéreo donde las condiciones de presión son drásticas.

Bibliografía

1. REGLAMENTO (CE) No 1223/2009 DEL PARLAMENTO EUROPEO Y DEL CONSEJO de 30 de noviembre de 2009 sobre los productos cosméticos.
2. ISO/TR 18811:2018. Cosméticos: Directrices para las pruebas de estabilidad de productos cosméticos.
3. CTFA Cosmetic, Toiletry and Fragance Association. Colipa. GUIDELINES ON STABILITY TESTING OF COSMETIC PRODUCTS March 2004
4. IFSCC – International Federation of the Scienties of Cosmetics – monografia no 2, The Fundamental of Stability Testing. Micelle Press: Weymouth, 23p., 1992.
5. IFSCC – International Federation of the Scienties of Cosmetics – monografia no 2, The Fun-damental of Stability Testing. Micelle Press: Weymouth, 23p., 1992.
6. Monografía no 4, Introduction to Cosmetic Emulsions and Emulsification. Micelle Press Weymouth, 62p., 1997.
7. Orientación para la industria. Q1A (R2) Pruebas de estabilidad de nuevos fármacos y productos. Revisión 2. Noviembre de 2003.
8. Guía de aplicación de métodos para la evaluación de la estabilidad. IRAM 37028:2008.