Objetivos
·
Preparar una
emulsión.
·
Identificar
el tipo de emulsión preparado y los tipos de emulsiones de seis preparaciones
comerciales.
Introducción
Las emulsiones son sistemas coloidales constituidos por dos
líquidos, los cuáles no se disuelven el uno en el otro. De los dos líquidos,
uno se encuentra disperso en pequeñas gotas dentro del otro. Si los dos
líquidos se juntan y se mezclan, al dejarlos en reposo, se separan en dos
capas; pero si se añade un emulgente, la emulsión es más estable, y tarda mucho
más tiempo en separase en las dos capas (Maron, et. al., 2006).
De forma general una emulsión posee los siguientes
componentes:
a.- Fase Dispersa o interna: Consta
de las gotas suspendidas
b.- Fase Continua o externa: Fase
en la que están suspendidas las gotas
c.- Emulsionantes: Conocidos
también como agentes emulsionantes, emulgentes o surfactantes; son utilizados
para mantener las gotas de un líquido suspendidas en otro líquido siendo
originalmente los dos líquidos inmiscibles.
Las mezclas aceite en una fase continua de agua (Ac / Ag) y
Agua en una fase continua de aceite (Ag/Ac) son los tipos de emulsiones más
comunes. Las emulsiones tienen diversas funciones importantes en los alimentos:
algunos alimentos están en la naturaleza como emulsiones; otros son por sí
mismos agentes emulsionantes y la consistencia o estructura de algunos alimentos
preparados depende del desarrollo y mantenimiento de una emulsión. Las
emulsiones se utilizan como vehículos para adicionar agentes aromatizantes,
para diluir ingredientes y para ocultar olores o sabores no deseables. Las
emulsiones alimentarias pueden presentarse de forma natural, como en la leche o
ser preparadas en alimentos como la mayonesa y las masas pasteleras (Fauli, et. al., 1993).
Este sistema
posee una estabilidad mínima que puede ser controlada añadiendo un tensoactivo
o sólidos finamente divididos. La estabilidad de una emulsión es la propiedad
más importante, y el sistema no será clasificado como emulsión sino cumple con
un mínimo de estabilidad. Se mide la estabilidad por la velocidad con la cual
las gotas de la fase dispersa se agrupan para formar una masa de líquido cada
vez mayor que se separa por gravedad. Las emulsiones formadas a partir de dos líquidos puros forman raramente
emulsiones estables, aunque si pueden formar hidrosoles estables. El agente
emulsificante no es siempre un cuerpo soluble, sino quizás un sólido muy
finamente dividido, insoluble en los dos líquidos. Para las emulsiones
industriales se busca generalmente una buena estabilidad en condiciones
normales de almacenaje (Villafuerte, 2002).
Los dos factores
más importantes para la estabilidad de las emulsiones son:
a)
La existencia de una película interfacial que se puede considerar como
una envoltura alrededor de cada glóbulo dispersado.
b)
Una débil tensión interfacial
gracias a agentes tensoactivos que se adsorben positivamente en la interfase.
La formación de
una película interfacial ha sido explicada en términos de su naturaleza física
y química. Esta teoría satisface en gran medida las particularidades de la
emulsificación. Los efectos de carga eléctrica, de potencial y de extensión de
fases parecen ser secundarios sí la película es muy resistente Así mismo, se ha
concluido que, ni el tipo ni la estabilidad de una emulsión son determinados
por la carga eléctrica del emulsificante, es decir el componente de la película
interfacial (Aulton, 2004).
Los sistemas en
emulsión comportan no solamente dos fases líquidas, sino también existe un
tercer componente, el cual es normalmente soluble en una de las fases líquidas:
un agente emulsificante.
En ocasiones
puede haber más de un emulsificante; así mismo, puede ser un sólido finamente
dividido insoluble en los dos líquidos.
Figura 1. Cuando la emulsión se forma, (emulsión
aceite en agua) el emulsificante o tensoactivo se coloca en la interfase entre
el agua y el aceite con su cadena hidrófoba orientada hacia el aceite y el
grupo hidrófilo orientado hacia el agua. Para el caso de una emulsión agua en
aceite, el grupo hidrófilo está dirigido hacia el interior de los glóbulos
acuosos mientras que la parte hidrófoba hacia la fase continua (Maron, et. al., 2006).
Desarrollo experimental
Resultados
Tabla 1. Resultados de las pruebas de identificación de las soluciones
comerciales
Emulsión comercial
|
Método de la dilución de la gota
|
Método del indicador
|
Método del papel filtro
|
Observación
al microscopio
|
Mostaza
|
O/W
|
O/W
|
O/W
|
O/W
|
Crema comestible
|
O/W
|
O/W
|
O/W
|
O/W
|
Emulsión Scott
|
O/W
|
O/W
|
----**
|
O/W
|
Mayonesa
|
O/W
|
O/W
|
O/W
|
O/W
|
Margarina
|
W/O
|
W/O
|
W/O
|
W/O
|
Crema corporal
|
O/W
|
O/W
|
O/W
|
O/W
|
Emulsión preparada
|
O/W
|
O/W
|
O/W
|
O/W
|
* O/W= Aceite en agua, W/O=Agua en aceite
** No se observó la presencia de un halo de color violeta debido a
que la emulsión ya era colorida (véase
Discusión).
Tabla 2. Composición de la emulsión preparada para 100 g de formulación.
Componente
|
Naturaleza*
|
Cantidad (g)
|
Ácido esteárico
|
A
|
1.5
|
Alcohol cetílico
|
A
|
0.4
|
Aceite mineral
|
A
|
2.5
|
Lanolina
|
A
|
0.25
|
Cera de abejas
|
A
|
0.25
|
Cutina M.D.
|
A
|
0.1
|
Emulgín B1
|
A
|
0.1
|
Agua
|
B
|
c.b.p.
|
Glicerina
|
B
|
0.5
|
Trietanolamina
|
B
|
0.25
|
* A=liposoble, B=hidrosoluble
Discusión
El método de la dilución se basa en que no importa la cantidad que
se agregue o aumente de medio dispersante, el medio disperso siempre permanecerá
en emulsión si la cantidad de éste se mantiene constante. Por tanto, para las
emulsiones que contienen aceite disperso en agua (O/W) es posible adicionar
cualquier cantidad de agua y no se romperá la emulsión. Así, aquellas
emulsiones O/W eran “solubles” en agua, mientras que aquellas que eran W/O eran
“solubles” en aceite. Usamos el término soluble aunque no debería ser pues no
se trata de una solución real (soluto+solvente) sino más bien de una emulsión
diluida.
Para el método del colorante se usó un colorante soluble en grasa,
SUDAN III (rojo), y otro soluble en agua, colorante marca McCormick (azul).
El SUDAN III es un tinte
diazo del tipo lisocromo (soluble en grasa). Tiene aspecto de cristales
rojizos. Se usa en farmacia para la identificación de ácidos grasos en las
heces, en las que las grasas ácidas adquieren un color rojizo mientras que las
grasas minerales son incoloras.
El colorante azul marca McCormick contenía según datos de la
etiqueta: propilenglicol, colorantes artificiales, amarillo 4, rojo 17, azul 1,
rojo 14 y 0.1% de propilparabeno como conservador. De acuerdo a su composición,
con diluyente propilenglicol, deberá ser soluble en agua.
El método del colorante se basa en que el medio dispersante es el
medio continuo que si se puede teñir por el colorante pues forma una matriz
continua que si tiene contacto con la superficie de la gota. Mientras que el
medio disperso no tiene acceso al colorante, pues se encuentra rodeado por la
matriz del medio dispersante. Entonces, el colorante tiñe el medio dispersante.
Así, las emulsiones O/W se teñirán de azul, pues la fase dispersante es acuosa
y el colorante acuoso es azul. Las emulsiones W/O se teñirán de rojo.
Figura 2. Molécula de Sudan III, color rojo lisocromo.
El método de cloruro de cobalto se basa en el cambio visible de
color del CoCl2 de pasar de la forma deshidratada (violeta) a la
forma hidratada (azul). Como se puede observar en el acercamiento de la Figura
13 (Anexos) el papel filtro presentaba un ligero color azul característico de
la forma no hidratada. Cuando se adicionaba una emulsión cuya fase dispersante
era agua, el cloruro de cobalto se hidrataba y formaba un halo color violeta.
Se debía observar un halo alrededor de la gota pues no era posible observar
debajo de ésta, solo en el pequeño anillo de humectación de la gota sobre el
papel filtro. Sin embargo, como muestra la Figura 13 no era perfectamente
visible el halo, por dos razones: 1) la humedad en el medio ambiente causaba
que el CoCl2 se hidratara y tornara violeta haciendo difícil
identificar dónde sí había un halo y dónde no, y 2) porque al calentar el papel
filtro se evaporaba el agua que contenía la emulsión. Es por el último punto
que se procedió a realizar el experimento por triplicado, primero calentando el
papel y después agregando la muestra, y también primero agregando la muestra y
luego calentando el papel. Ambos experimentos dieron el mismo resultado.
El cloruro de cobalto (II) es usado como indicador de humedad
su uso frecuente es para la detección de humedad, por ejemplo en agentes
desecantes como el gel de sílica (usado para hacer cromatografías, por
ejemplo), además de ser utilizado para fabricar tintas simpáticas y para
producir instrumentos recreativos que pronostican el tiempo.
Figura 3. Cloruro de cobalto (II) hexahidratado (Izquierda) y amhidro
(Derecha).
El método del microscopio tenía el mismo fundamento que el método
de la tinción con dos colorantes. Para éste método se usaron los mismos
colorantes. Para el caso del SUDAN III teñía la parte oleosa por lo que en
emulsiones O/W se observarían gotas rojas mientras que en W/O se observarían
gotas incoloras envueltas en una matriz roja. Para el azul acuoso marca
McCormick se debieron observar gotas azules para W/O y gotas incoloras para O/W.
A diferencia del método de dilución, y gracias a la ayuda de un microscopio, se
pueden observar las pequeñas tinciones que hay en las gotas del medio disperso
pues la capa que la luz debe atravesar para llegar a nuestros ojos de medio
dispersante es menor que para una gota grande como en el método de las
tinciones.
La Tabla 2 muestra la composición de la emulsión preparada en el
laboratorio. Según las pruebas realizadas se trataba de una emulsión O/W (Tabla
1). La siguiente tabla muestra la función de cada uno de los excipientes de la
formulación:
Tabla 3. Función de cada uno de los componentes de la formulación preparada.
Componente
|
Función
|
Ácido esteárico
|
Solubilizante y emulsificante
|
Alcohol cetílico
|
Emulsificante,
emoliente
|
Aceite mineral
|
Agente hidratante
|
Lanolina
|
Agente
hidratante y suavizante de la piel
|
Cera de abejas
|
Emoliente y aporta nutrientes
|
Cutina M.D.
|
Espesante
|
Emulgín B1
|
Emulsificante
|
Agua
|
Diluyente
|
Glicerina
|
Hidratante
|
Trietanolamina
|
Buffer
|
Metilparabeno
|
Conservador
|
Según el
Hanbook of Pharmaceutical Excipients, (Rowe, et. al., 2009):
El ácido esteárico se usa como agente emulsificante y
solubilizante. Cuando se neutraliza con trietanolamina se usa en la preparación
de cremas. No se puede neutralizar con hidróxidos metálicos pues es
incompatible, así como con agentes oxidantes. El ácido esteárico parcialmente
neutralizado con trietanolamina y mezclado con 5-15 veces su propio peso en
solución acuosa forma una buena base para cremas. La apariencia y plasticidad
de la crema vendrá determinada por la proporción de trietanolamina que se use.
En la formulación usamos (100/1.5)=66 veces el peso de formulación respecto al
peso de ácido esteárico. Debimos usar al menos 6.7 gramos de ácido esteárico
para cumplir con el mínimo sugerido por Rowe, 2009.
El alcohol cetílico es ampliamente utilizado en cosméticos y
formulaciones farmacéuticas, tales como supositorios, sólidos de liberación
controlada, emulsiones, cremas, lociones y pomadas. En cremas se usa debido a
su capacidad emoliente, absorbente de agua y propiedades emulsificantes. La
palabra emoliente viene del latin emollientis
que significa suavizante o ablandador, y que hace referencia a la capacidad de
ablandar o suavizar tejidos superficiales del cuerpo. Se debe usar a una
concentración de 2-5% peso para que sea emoliente y emulsificante. Nosotros lo
usamos a una concentración de 0.4%.
El aceite mineral es una mezcla de alcanos líquidos saturados de
14 a 18 carbonos que se extrae del petróleo. En soluciones O/W además de
emoliente actúa como lubricante y vehículo oleoso, en caso que se quisiera
adicionar un fármaco a la crema que tuviera lipoafinidad. Para emulsiones
tópicas se usa del 1.0-32% en peso. Nosotros usamos 2.5%, que está dentro del
rango de lo recomendado.
La lanolina es una cera natural
producida por las glándulas sebáceas de
algunos mamíferos,
especialmente del ganado ovino,
preparada y que se aplica para diversos usos industriales, farmacéuticos y
domésticos. Se puede emplear como vehículo hidrofóbico de
fármacos en cremas W/O. Cuando se mezcla con aceites vegetales o parafina (en
nuestro caso aceite mineral) produce cremas emolientes que penetran la piel y
facilitan la absorción del fármaco. Las mezclas de lanolina deben ser alrededor
de veinte veces su peso de agua para producir emulsiones estables que no se rancían
en condiciones de almacenamiento. También debería contener antioxidantes. Para
la formulación usamos 400 veces su peso de agua.
La cera de abejas también conocida como cera blanca, es un
purificado de la cera amarilla que tiene aplicaciones similares a ésta.
Consiste en una mezcla de 70-75% de varios ésteres monohídricos con cadenas de
c-24 a C-35. Es un agente estabilizante. Además aporta nutrientes a la piel por
su origen natural. También actúa como emoliente. Se usa en concentraciones de
5-20%. Usamos el 0.25%.
La cutina
M.D. La Cutina MD, se emplea como factor de consistencia en ungüentos, cremas
y emulsiones cosméticas y farmacéuticas de tipo O /W y W /O, así como, en
preparados anhidros y productos en forma de barra. Es una materia básica neutra
con buenas propiedades de almacenamiento, es afino a la piel y a las mucosas y
puede perfumarse fácilmente en preparaciones cosméticas. Se emplea como factor
de consistencia, no autoemulsionante, conjuntamente con emulsionantes, en la
elaboración de pomadas, cremas y emulsiones líquidas farmacéuticas y
cosméticas.
El emulgín B1 se trata de gliceril estereato. Es un emulgente no
iónico apropiado para la elaboración de emulsiones O/W. Las emulsiones
elaboradas con éste emulgente se caracterizan por su grado de finura, y además
es apropiado para preparados difíciles de emulsionar o para sustancias nocivas
a la emulsión. Es emulgente para emulsiones especialmente fluidas o
consistentes en preparados farmacéuticos o cosméticos. Se emplea en combinación
con factores de consistencia como los alcoholes grasos, en nuestro caso el
alcohol cetílico y esteárico. La concentración adecuada es de aproximadamente
20% de las sustancias grasas empleadas. Nosotros usamos el 1.9% w/w respecto a
los compuestos marcados con A. La concentración total no debe superar en
cualquier caso el 4%. Nosotros lo hicimos al 0.1% del peso total.
La trietanolamina es tanto una amina terciaria
como un tri-alcohol.
Como trialcohol es una molécula con
tres grupos hidróxilos,
poseyendo la fórmula química C6H15NO3.
Como otras aminas, la trietanolamina actúa como una base química débil debido
al par
solitario de
electrones en el átomo de nitrógeno.
Se
utiliza como ingrediente para balancear el pH en
preparaciones cosméticas, de higiene y en productos de limpieza. Entre los
productos cosméticos y de higiene en el cual es usado con este fin se incluyen
lociones para la piel, geles para los ojos, hidratante y espumas para afeitar.
El metilparabeno es un parabeno de
fórmula química: CH3(C6H4(OH)COO). Es el metil ester del ácido p-hidroxibenzóico.
Por sus propiedades antibacterianas (generalmente
de las Gram-positivas)
y antifungicidas se suele emplear en la industria alimentaria como un aditivo conservante denominado
con la codificación E 218. Se debe emplear en concentraciones por debajo
de 0.1%.
Figura 4. a) Emulgín B1, ,b) Trietanolamina, c) glicerina, d)alcohol cetílico ,
e)ácido esteárico, f) metilparabeno
Conclusiones
·
La
preparación III es una emulsión O/W.
·
Las
emulsiones de mostaza MCCORMICK, crema comestible-. ALPURA,
emulsión Scott SCOTT y crema corporal NIVEA son
emulsiones O/W.
·
La margarinaIBERIA
es una emulsión W/O.
·
En la
emulsión Scott es difícil hacer la prueba del cloruro de cobalto debido a su
color. Deberá intentarse buscar una presentación menos colorida o sustituirla
en prácticas posteriores.
·
Todos los
métodos coinciden en los resultados para cada una de las emulsiones comerciales
y la emulsión preparada.
Aplicaciones en la industria farmacéutica
·
Ciertos agentes medicinales que tienen un sabor
desagradable se han hecho más aceptables por vía oral cuando se formulan como
emulsiones. Por lo tanto, el aceite mineral (un laxante), el ácido valproico
(un anticonvulsionante), las vitaminas liposolubles, los aceites vegetales y
las preparaciones para alimentación entérica se formulan a menudo en la forma
de una emulsión (O/W) para mejorar su sabor.
·
En el sector de los cosméticos, las cremas
hidratantes, protectoras para los rayos UV, también son emulsiones de
partículas aceitosas dispersas en agua.
·
En el sector farmacéutico, las emulsiones pueden
servir para encapsular los fármacos activos y después liberarlos cuando se
encuentran en la corriente sanguínea.
Bibliografía
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Lachman, L. y Lieberman, H. (1986). The theory and practice of
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978-0-85369-792-3
·
Villafuerte, L. (2002). Estabilidad
de medicamentos (1a ed.). México: Instituto Politécnico Nacional
ANEXOS
MÉTODO DEL INDICADOR
Figura 5. Método del indicador para determinar la naturaleza de las emulsiones
utilizadas. “Aceite” se refiere al colorante base oleosa y “Agua” se refiere al
colorante base acuosa (véase Discusión).
Figura
6. Método del indicador para determinar la naturaleza de la emulsión
preparada y la crema corporal. Aceite se refiere al colorante SUDAN III y Agua
al colorante soluble en agua. Ambas emulsiones son solubles en agua. Son
emulsiones O/W.
MÉTODO DE DILUCIÓN DE LA GOTA
Figura 7. Método de dilución de gota para la margarina marca IBERIA. Se observa
que se disuelve bastante bien en aceite y no en agua. Entonces se trata de una
emulsión W/O.
Figura 8. Método de dilución de gota para crema corporal marca NIVEA. Se
disuelve bien en agua pero no en aceite. Ello prueba que es una emulsión O/W.
Figura 9. Método de dilución de la gota para mostaza marca McCormick en 5 mL de
aceite comestible o agua. Se disuelve bien en agua pero no en aceite, lo que es
indicativo de una emulsión O/W.
Figura
10. Prueba de la dilución de la gota para la emulsión SCOTT. Se disuelve
en agua mientras que en aceite la dilución es poca y forma esférulas visibles.
Es una emulsión O/W.
Figura
11. Método de la dilución de la gota para la mayonesa marca McCormick. Se
disuelve bien en agua pero no en aceite donde se observa poca afinidad formando
grumos. Es una emulsión O/W.
Figura
12. Método de la dilución de la gota para la emulsión preparada
(Formulación III, véase tabla 2). Se trata de una emulsión O/W.
MÉTODO DEL CLORURO DE COBALTO
Figura
13. Método del cloruro de cobalto para determinar la naturaleza de las
emulsiones comerciales. Se observa un halo color violeta en las muestras de
crema comestible, mostaza, mayonesa y crema corporal. La margarina no presenta
halo y la emulsión Scott no permite observarlo.
Figura
14. Acercamiento del método de cobalto para la crema comestible marca
ALPURA. Apenas es visible el halo violeta alrededor de la gota de crema. En
éste caso ello indicó que la crema comestible es una emulsión O/W.
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