Técnicas para avaliação da estabilidade de emulsões

2.3.1. Microscopia óptica

A técnica de microscopia óptica consiste na observação de imagens através de lentes de aumento sob um foco de luz. É possível diferenciar colorações e formas de diversos componentes, bem como interfaces entre sistemas, baseando-se na diferença entre os índices de refração dos materiais. Através da microscopia óptica é possível verificar a dispersão dos materiais em um campo definido, e em alguns casos é possível fazer a determinação do tamanho dos glóbulos, quando é realizada uma varredura estatística. As principais vantagens da microscopia óptica são a conveniência e a relativa simplicidade na preparação da amostra. Entretanto, essa técnica apresenta resolução limitada (limite teórico de 0,2 mm) e a preparação da amostra geralmente destrói algumas estruturas presentes (Chang & Hartel, 2002). A microscopia óptica é utilizada para caracterizar fenômenos de superfície e de dispersão.

É uma técnica amplamente utilizada para a análise morfológica de glóbulos de óleo ou água em emulsões e pode ser utilizada para determinar indícios iniciais de instabilidade de formulação. Geralmente esta técnica é associada a outras para que se obtenha o mapeamento

do comportamento completo da emulsão. A microscopia óptica pode ser utilizada para auxiliar na elucidação dos mecanismos de organização de tensoativos e outros componentes que atuem na interface dos glóbulos, como proteínas (Dickinson,1992).

A microscopia óptica é a técnica mais amplamente utilizada para caracterizar fenômenos de instabilidade de emulsões, como floculação, por ser relativamente barata, acessível em diversos laboratórios e por fornecer informações importantes sobre as propriedades dos flocos (Dickinson, 2007; Loren et al., 2007).

É preciso ter cuidado na interpretação da microestrutura de emulsões floculadas, pois a preparação da amostra pode alterar as características dos flocos de forma que estes não sejam representativos da emulsão original (Aguilera et al., 1999).

2.3.2. Microscopia de luz polarizada

A microscopia de luz polarizada é uma técnica analítica bastante utilizada para avaliar a microestrutura cristalina de gorduras e emulsões estabilizadas por cristais lipídicos. Essa técnica explora o alto contraste entre a microestrutura sólida birrefringente e a fração líquida não-birrefringente, que pode circundar o material cristalino. Este contraste é possível, pois a polarização permite a distinção entre materiais isotrópicos e anisotrópicos. Os materiais isotrópicos têm um único índice de refração, e assim apresentam as mesmas propriedades ópticas em todas as direções. Por outro lado, os materiais anisotrópicos têm propriedades ópticas que variam de acordo com a orientação da luz incidente (Campos, 2005). A análise de microscopia de luz polarizada pode ser realizada em diversas temperaturas e com isso é possível visualizar a organização de cristais e a influência da temperatura na estruturação.

2.3.3. Reologia

A reologia é o estudo do comportamento dos fluidos frente à aplicação de taxas de deformação ou tensão de cisalhamento. Diferentes medidas reológicas podem ser utilizadas para investigar as propriedades dos fluidos. Ensaios rotacionais caracterizam o comportamento, em estado estacionário, frente a variações contínuas de cisalhamento, em outras palavras, estes ensaios avaliam a relação da tensão e taxa de deformação do fluido. Estes ensaios devem ser

conduzidos com escoamento em regime laminar (Re < 2100). Ensaios oscilatórios são utilizados para determinar as propriedades viscoelásticas de materiais (Steffe, 1996).

O estudo reológico de emulsões é bastante utilizado na área acadêmica e industrial, pois fornece informações importantes sobre o comportamento do produto nas condições de processo, sobre a estrutura das emulsões formadas, além de possibilitar a antecipação de atributos sensoriais. Desta forma, o comportamento reológico e as propriedades frente a variações térmicas são de fundamental importância para sua caracterização e exercem grande efeito sobre a qualidade do produto final (Tadros, 2004). As emulsões cosméticas variam muito em consistência, desde loções sprays a cremes de alta viscosidade. O volume de fase dispersa, a distribuição de tamanho dos glóbulos, presença de redes cristalinas ou a adição de modificadores reológicos são alguns dos responsáveis pela ampla faixa de viscosidade que as emulsões cosméticas podem apresentar (Tadros, 1994; Tadros, 2013). A viscosidade destes sistemas pode, no entanto, variar significativamente frente as tensões de cisalhamento e taxas de deformação e o tempo em que estas são aplicadas, além de variações de temperatura e pressão, e por isso são classificados como fluidos não-Newtonianos (Brummer & Gorderskty, 1999; Marchesini et al., 2012).

A estabilidade das emulsões pode ser investigada a partir de diversas técnicas de análise reológica. Tadros (2004) discute em detalhes o uso de medidas reológicas para avaliação da estabilidade das emulsões, correlacionando os resultados com processos como sedimentação, cremeação e floculação de emulsões.

Na área farmacêutica, o perfil reológico de colírios foi correlacionado ao piscar dos olhos, determinando o tempo de ação do ativo na córnea e com isso propondo mucoadesividade de polímeros para uso ocular (Ceulemans & Ludwig, 1999).

Na área cosmética, a relação entre a tensão e a taxa de deformação obtido através das análises reológicas é de extrema importância para estimar as condições de produção, envase, distribuição, armazenamento e aplicação do produto (Lee et al., 2008). Ainda utilizando essa técnica, é possível definir a influência das matérias primas no produto final, permitindo a seleção de formulações mais estáveis.

Dentre as formulações mais estudadas estão os sistemas semi-sólidos, como por exemplo cremes, loções, pastas e géis, nos quais as propriedades reológicas estão diretamente relacionadas às expectativas dos consumidores (Park & Song, 2010). É possível separar a

percepção do consumidor em duas etapas: o sensorial primário, conhecido como espalhabilidade, referente à viscosidade máxima e à necessidade de energia para que ocorra o início do escoamento do produto; e o sensorial secundário, percebido como a sensação que ocorre no final da aplicação, quando o produto foi completamente disperso sobre a pele, correlacionado com a viscosidade do produto medida a taxas de deformação elevadas (Bekker et al., 2013).

2.3.4. Analisador de dispersões

A técnica de análise de dispersões utiliza a avaliação de espalhamento de luz, assim como os analisadores de tamanho de partícula, porém as amostras não são diluídas e o tamanho dos glóbulos é determinado localmente em diversos pontos do tubo de amostra. Existem técnicas que fazem a varredura na amostra estática ou em movimento centrífugo, acelerando o processo.

Segundo a ANVISA, o primeiro passo para a avaliação da estabilidade de produtos cosméticos deve ser a centrifugação da amostra a 3.000 rpm durante 30 minutos. O produto deve permanecer estável e qualquer sinal de instabilidade indica a necessidade de reformulação. Se aprovado nesse teste, o produto pode ser submetido aos testes de estabilidade (ANVISA, 2004). Neste sentido, os equipamentos disponíveis para analisar dispersões acompanham os fenômenos de separação de fases numa amostra através da medição de transmissão de luz ao longo do tempo, de forma acelerada (sob centrifugação) e/ou aquecimento. Estes equipamentos funcionam como uma centrífuga analítica controlada e integrada com detector óptico em tempo real. O equipamento emite luz em diferentes comprimentos de onda, possibilitando a varredura de todo o recipiente de amostra (desde a base até o topo), detectando a densidade de partículas, a velocidade de separação e a distribuição de tamanho de partículas de forma pontual. Os ensaios de estabilidade são realizados conforme ISO TR 13097:2013 (2013). Basicamente os detectores ópticos determinam a intensidade de luz transmitida em função do tempo e posição simultaneamente. Os perfis de transmissão são reportados na forma de transmitância em tempos e posições radiais determinadas. Com esses dados é possível determinar parâmetros cinéticos que podem caracterizar a amostra sem necessidade de diluição. Assim, é possível determinar fenômenos como agregação, floculação e dispersão dos glóbulos de óleo ou água na emulsão. Uma caracterização completa da estabilidade de uma emulsão requer o conhecimento da

localização dos glóbulos na emulsão em função do tempo. Na prática, a estabilidade tipo creaming é geralmente caracterizada através da determinação da variação temporal na concentração dos glóbulos com a altura de emulsão (McClements, 2007).

Através da técnica de centrifugação analítica é possível determinar possíveis fenômenos de exsudação, o que pode ser visto como uma indesejada instabilidade de formulações ou a desejada liberação de ativos a partir de matrizes (Harel et al., 2013).