Formulação de produtos de beleza limpos com ultra-sons

Ingredientes naturais e orgânicos (INCIs) combinados com alta eficácia e biodisponibilidade são as caraterísticas de produtos de beleza limpos e inovadores. Ultrasonication é usado como técnica altamente eficiente e confiável para misturar, misturar, dispersar, nano-emulsionar e nano-encapsular ingredientes cosméticos.

Por que razão deve utilizar a ultra-sons para os seus produtos de beleza limpos?

Misturar, combinar, dispersar, emulsionar ingredientes e encapsular moléculas bioactivas são processos fundamentais no fabrico de produtos cosméticos, de cuidados da pele, de beleza e cosmecêuticos. A execução fiável, eficiente e homogénea destes processos centrais é essencial para obter produtos cosméticos de alta qualidade com efeitos elevados, potência e eficiência do produto final. Os ingredientes modernos de alta tecnologia são substâncias altamente desenvolvidas, que requerem uma incorporação sofisticada no produto final para obter os efeitos desejados.

Sonicação – Um vasto espetro de aplicações

A sonicação é uma técnica altamente eficiente e fiável de homogeneização de suspensões líquido-líquido e sólido-líquido. A encapsulação de moléculas em transportadores lipídicos de dimensão nanométrica (por exemplo, lipossomas, niosomas, nanopartículas lipídicas sólidas, transportadores lipídicos nanoestruturados, micelas, etc.) é outra aplicação importante da ultra-sons de alto desempenho.
A ultra-sons pode ser aplicada a muitos passos na produção de produtos cosméticos, de beleza e de cuidados da pele limpos, totalmente naturais e orgânicos e melhorar a eficiência das aplicações de mistura e encapsulamento. Uma vez que os misturadores de ultra-sons proporcionam uma mistura e homogeneização intensas, a utilização de aditivos químicos que são normalmente adicionados para obter uma estabilidade prolongada e um prazo de validade pode ser minimizada ou completamente evitada.
A sonicação dá-lhe uma vantagem competitiva ao produzir resultados superiores num processo rápido e eficiente que resulta em suspensões uniformes e homogéneas. Isto afecta positivamente a estabilidade do produto, o prazo de validade e a biocompatibilidade.

Sonicação – Um tratamento puramente mecânico

A ultra-sonificação é um tratamento suave, não térmico, que não degrada as matérias-primas pelo calor. Muitos ingredientes, tais como lípidos, moléculas bioactivas ou óleos essenciais são sensíveis ao calor e beneficiar, portanto, muito pelo processamento controlado de baixa temperatura. Os dispositivos ultra-sónicos da Hielscher são controláveis com precisão, facilmente ajustáveis e podem ser monitorizados e operados através do controlo remoto do navegador. O software inteligente protocola automaticamente os parâmetros de processamento num cartão SD incorporado. Estas caraterísticas facilitam a normalização do processo e da qualidade, bem como a implementação de Boas Práticas de Fabrico (BPF).

O princípio de funcionamento da Sonicação

Uma vez que a sonicação é um tratamento puramente mecânico, não são adicionados quaisquer aditivos químicos, que interfeririam com a filosofia de cosméticos limpos. As aplicações ultra-sónicas, como a mistura, a combinação, a emulsificação, o encapsulamento e a extração, baseiam-se no princípio de funcionamento da cavitação acústica.
As ondas ultra-sónicas de alta potência são acopladas através de um processador ultrassónico do tipo sonda na pasta. As ondas de ultra-sons altamente energéticas viajam através do líquido criando ciclos alternados de alta pressão/baixa pressão, o que resulta no fenómeno de cavitação acústica. A cavitação acústica ou ultra-sónica conduz localmente a temperaturas extremas, pressões, taxas de aquecimento/arrefecimento, diferenciais de pressão e elevadas forças de cisalhamento no meio. Quando as bolhas de cavitação implodem na superfície de partículas ou gotículas, os microjactos e a colisão interparticular geram efeitos como a descamação da superfície, a erosão, a quebra de partículas, a sonoporação, bem como a rutura de gotículas e células. Além disso, a implosão de bolhas de cavitação em meios líquidos cria macro-turbulências e micro-misturas. A irradiação ultra-sónica representa uma forma eficiente de melhorar os processos de transferência de massa, uma vez que a sonicação resulta em cavitação e nos seus mecanismos relacionados, tais como micromovimentos por jactos de líquido, compressão e descompressão no material com a subsequente rutura de gotículas, bem como elevadas taxas de aquecimento e arrefecimento.
Os ultrasonicadores do tipo sonda podem gerar amplitudes muito elevadas, o que é necessário para gerar cavitação de impacto. A Hielscher Ultrasonic fabrica processadores ultra-sônicos de alto desempenho, que podem facilmente criar amplitudes de 200µm em operação contínua 24/7. Para amplitudes ainda maiores, a Hielscher oferece sonotrodos (sondas) de alta amplitude especificados.
Para intensificar a cavitação, são utilizados reactores ultra-sónicos pressurizáveis e células de fluxo. Com o aumento das pressões, a cavitação e as forças de cisalhamento cavitacionais tornam-se mais destrutivas e melhoram assim os efeitos ultra-sónicos.

Vantagens da mistura e emulsificação por ultra-sons

A produção de misturas homogéneas, dispersões, emulsões e nano-emulsões por sonificação tem despertado o interesse dos formuladores de cosméticos devido à sua excecional eficiência energética, à necessidade de instrumentos de mistura de baixo custo, à fácil manipulação do sistema e, mais importante ainda, ao seu baixo custo de produção. A mistura ultra-sónica, a mistura e a emulsificação aumentam a flexibilidade para selecionar o surfactante e as estruturas internas das emulsões. (cf. Marzuki et al. 2019)

O tamanho da molécula é importante

As moléculas de tamanho submicrónico e nanométrico apresentam uma taxa de permeação transdérmica significativamente maior. Enquanto as moléculas grandes ficam na parte superior da pele e não conseguem penetrar na pele devido ao seu tamanho, as moléculas mais pequenas conseguem atravessar a epiderme.
Isto significa que os compostos bioactivos são transportados para as camadas dérmicas mais profundas, onde podem realizar o seu "trabalho", nutrindo ou reparando a pele.
Um exemplo proeminente da relevância do tamanho molecular é o ácido hialurónico, uma molécula de cadeia longa. Se o ácido hialurónico tiver um peso molecular elevado, não consegue atravessar a barreira cutânea e permanece como uma película na sua camada exterior. O ácido hialurónico de baixo peso molecular, por outro lado, é transportado para as camadas mais profundas da pele, onde exerce os seus efeitos hidratantes.
Outro exemplo da importância do tamanho das partículas é o dióxido de titânio e o óxido de zinco. Ambos são utilizados como ingredientes activos em produtos naturais de proteção solar (por exemplo, loções, hidratantes, sprays). Um tamanho de partícula uniformemente pequeno é importante para evitar a obstrução dos poros da pele e para prevenir o aparecimento de borbulhas. Além disso, com partículas mais pequenas, o efeito de branqueamento e brilho dos protectores solares é reduzido ou evitado.

A nano-emulsificação ultra-sónica é utilizada para produzir nano-emulsões carregadas, lipossomas e nanopartículas sólido-lipídicas. A sonicação produz uma distribuição estreita das gotículas e partículas nano-estruturadas.

Penetração melhorada na pele

Os potenciadores químicos da penetração cutânea incluem materiais como a l-α-lecitina, a ureia, os ácidos gordos, o etanol e os glicóis.

• Os potenciadores da penetração cutânea vesicular incluem os transportadores vesiculares, como os lipossomas e os niosomas. Os transportadores vesiculares são sistemas de entrega potentes para moléculas activas. Devido à sua composição, oferecem a vantagem de transportar moléculas hidrofílicas e lipofílicas. As moléculas hidrofílicas são encapsuladas no núcleo aquoso e as moléculas lipofílicas são incorporadas na membrana lipídica que envolve o núcleo aquoso. Uma vez que as paredes das vesículas são constituídas por bicamadas de fosfolípidos para os lipossomas e por tensioactivos sintéticos para os niosomas, respetivamente, as vesículas são solúveis em água e, por conseguinte, altamente biocompatíveis.
  Leia mais sobre os lipossomas produzidos por ultra-sons!
• Os potenciadores enzimáticos da penetração cutânea incluem enzimas como a HMGCoA redutase e a acetil CoA carboxilase, que inibem as principais enzimas da síntese de lípidos epidérmicos e alteram a relação molar crítica dos principais lípidos do estrato córneo.
• A ureia, também conhecida como carbamida, é utilizada para melhorar a absorção de outros ingredientes cosméticos activos, uma vez que aumenta a permeabilidade da pele.

Biodisponibilidade ultrassónica melhorada de activos nos cuidados da pele

A biodisponibilidade é definida como a taxa de penetração de um composto ativo para atingir o seu local de ação. A chamada taxa de fluxo ou a quantidade de substância ativa que penetra ao longo do tempo é determinada em microgramas/cm²/hora. No caso de ingredientes activos em produtos cosméticos, o local alvo de ação de um ingrediente é normalmente a epiderme inferior. As excepções são os activos como o óxido de zinco ou o dióxido de titânio, ingredientes comuns em loções e sprays de proteção solar, uma vez que estas substâncias têm o seu local de ação na superfície da pele, onde as partículas podem conter a sua capacidade máxima de absorção de UV.
A biodisponibilidade dos ingredientes activos é fortemente influenciada pelos tipos de formulações cosméticas utilizadas. As formulações comuns em produtos de beleza e de cuidados pessoais são as emulsões de óleo em água (O/W), as emulsões de água em óleo (W/O), as emulsões de água em óleo em água (W/O/W), as emulsões de poliol em óleo, bem como os hidrogéis. (Os polióis utilizados nas formulações cosméticas naturais são o sorbitol, o manitol, etc.).

Preparação ultra-sónica de uma emulsão (água vermelha / óleo amarelo). Alguns segundos de sonicação transformam as fases separadas de água/óleo numa emulsão fina.

Sonicação para aumentar a permeabilidade da pele

A permeabilidade da pele e, consequentemente, a biodisponibilidade dos activos cosméticos e cosmecêuticos podem ser aumentadas influenciando a barreira cutânea ou aumentando a solubilidade das moléculas activas.
Para diminuir a barreira cutânea e facilitar o transporte das moléculas activas para a epiderme inferior, várias substâncias, como solventes, fosfolípidos e vesículas surfactantes feitas de fosfolípidos, bem como esfoliantes, podem melhorar a penetração dos activos nas camadas mais profundas da pele.

• Os solventes utilizados incluem dimetil isossorbida, etoxidiglicol, etanol e ácido oleico. Estes solventes são altamente compatíveis com os processos de mistura, combinação e emulsificação por ultra-sons.
• Os fosfolípidos são conhecidos por aumentarem a penetração cutânea de moléculas solúveis em óleo e em água. Os fosfolípidos habitualmente utilizados são a lecitina, a lecitina hidrogenada, a lisolecitina e o fosfato de tocoferilo. Beneficiam do processamento ultrassónico, uma vez que a sonicação distribui os fosfolípidos uniformemente na suspensão.
• Vesículas de surfactantes: Os tensioactivos podem formar vesículas multilamelares e unilamelares com substâncias activas. Os lipossomas e as nanopartículas de lípidos sólidos são exemplos proeminentes de vesículas penetrantes na pele que transportam compostos bioactivos para locais-alvo. Ultrasonication é o método mais eficiente e eficaz para produzir lipossomas, nanolipossomas e nanopartículas sólido-lipídicas (SLNs) com uma alta carga ativa, eficiência de encapsulamento (% Ee), estabilidade e biodisponibilidade.
• Os esfoliantes químicos incluem os ácidos lático, glicólico, salicílico e N-acetil-glucosamina. Os peelings mecânicos incluem partículas abrasivas minúsculas de carvão, flocos de coco ou esfoliante de café. Todas estas substâncias podem ser dispersas eficazmente por ultra-sons.

A solubilidade dos ingredientes activos nos cosméticos pode ser aumentada através de complexos de inclusão, encapsulamento, sub-micron-/nano-emulsões, bem como através da solubilização eficiente na formulação.

• A complexação de inclusão utilizando ciclodextrinas (tais como alfa-, gama-, hidroxipropil beta-ciclodextrina) é conseguida por ultra-sons. Os complexos de ciclodextrina exibem uma cavidade na qual os ingredientes bioactivos são encapsulados. O encapsulamento / complexação torna os compostos activos solúveis em água e, assim, biodisponíveis. Leia mais sobre a complexação por infusão ultra-sónica!
• O fitoglicogénio é uma nanopartícula de hidratos de carbono (polissacáridos) de alta densidade, de origem vegetal, com uma cavidade que pode encapsular muitos tipos diferentes de activos. O octenil succinato de fitoglicogénio (PG-OS) é uma nanopartícula anfifílica de hidratos de carbono, cuja adição confere às emulsões uma elevada estabilidade oxidativa lipídica. A emulsificação ultra-sónica melhora a geração de emulsões homogéneas e estáveis de fitoglicogénio.
• As submicrónicas e as nanoemulsões são utilizadas como sistemas de administração minuciosos, que tornam os compostos solúveis em água e permitem o transporte dos ingredientes activos para o local-alvo. O tamanho reduzido das gotículas à escala nanométrica aumenta a permeabilidade através da barreira cutânea até às camadas mais profundas da pele.
• Os emolientes altamente polares são normalmente utilizados em formulações para solubilizar ingredientes hidrofóbicos/insolúveis em água, uma vez que apenas algumas substâncias activas são apolares. São frequentemente utilizados os seguintes emolientes altamente polares: lauroil sarcosinato de isopropilo, lactato de laurilo, benzoato de fenil etilo, maleato de dioctilo e isossorbida de dioctilo. Vários tipos de protectores solares são também conhecidos por serem potenciadores da penetração. A mistura e dispersão ultra-sónicas garantem uma mistura homogénea de emolientes polares e ingredientes activos.

Misturadores ultra-sónicos de alto desempenho para produtos de beleza limpos

Como tratamento de mistura puramente mecânico, a sonicação pode ser utilizada para a produção de todos os tipos de produtos cosméticos naturais certificados. Os sistemas da Hielscher Ultrasonics são máquinas fiáveis utilizadas na produção de cosméticos e terapêuticas de alta qualidade para formular compostos bioactivos nano-emulsionados e encapsulados em lipossomas com uma taxa de absorção e biocompatibilidade superiores. Para atender às demandas de seus clientes, Hielscher fornece ultrasonicators do homogeneizador de laboratório portátil compacto e ultrasonicators de bancada para sistemas ultra-sônicos totalmente industriais para a produção de grandes volumes de formulações cosméticas. Os processos de formulação ultra-sônica de cosméticos e cosmecêuticos podem ser executados como lote ou como processo contínuo em linha usando um reator de fluxo ultra-sônico. Uma ampla gama de sonotrodos ultra-sônicos (sondas) e vasos de reator estão disponíveis para garantir uma configuração ideal para a sua produção de lipossomas. A robustez do equipamento ultrassónico da Hielscher permite um funcionamento 24 horas por dia, 7 dias por semana, em ambientes exigentes e assegura um longo ciclo de vida da máquina.
O controlo preciso de todos os parâmetros importantes do processo, como a amplitude, a pressão, a temperatura e o tempo de sonicação, torna o processo ultrassónico fiável e reproduzível. A Hielscher Ultrasonics sabe da importância de uma qualidade de produto continuamente elevada e apoia os fabricantes de cosméticos na implementação da normalização do processo e das BPF (Boas Práticas de Fabrico) através de software inteligente e registo automático de dados. Os nossos homogeneizadores ultra-sónicos digitais registam automaticamente todos os parâmetros do processo ultrassónico num cartão SD incorporado. Os ecrãs tácteis digitais e o controlo remoto do navegador permitem a monitorização contínua do processo e permitem ajustar os parâmetros do processo com precisão sempre que necessário. Isto facilita significativamente a monitorização do processo e o controlo de qualidade.
O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons: