Esperanza Antonia Medina De Miranda; Katerine Lucero Marron Carcausto

Objetivo

Estudiar el proceso de elaboración de una crema dermatológica en base a aceite esencial de naranja, emulsificantes naturales y goma de tara, evaluando el efecto de la formulación y de la dinámica de la emulsificación, en el comportamiento reológico del producto obtenido y en su estabilidad.

Resumen:

Una crema dermatológica, es una emulsión con características especiales que cumplen el propósito de nutrir o curar la piel, así como protegerla de distintos tipos de agresiones del entorno, en particular del clima, del polvo y otros contaminantes presentes en el medio ambiente. Cuando se incluye un principio activo como el d-limoneno, presente en el aceite esencial de naranja, se agrega un valor significativo al producto, pues dicho compuesto en cantidades específicas, contribuye a mantener la textura de la piel, controla el exceso de grasa e incluso posee propiedades anticancerígenas (Parija y Mandal, 2022; Chao, et. al., 2017 citado en Castañeda, et al, 2018). Preparar este tipo de cremas implica obtener emulsiones del aceite en agua (o/w), que son las que garantizan la penetración intracutánea de los principios activos (Cerdán. s.f. ; Zschimmer & Schwarz, 2020). El proceso de emulsificación es complejo, pues depende de las cantidades y formas en las que se mezclan los distintos componentes que intervienen, tales como: agentes emulsificantes, principios activos, y gomas (hidrocoloides), entre otros, que aportan a la estabilidad, a la reología y propiedades físico-mecánicas del producto. Resulta entonces imprescindible estudiar las características dinámicas y energéticas del proceso de emulsificación respectivo, en correspondencia con las características reológicas de la crema, aspectos que constituyen los objetivos de la presente investigación. Asimismo, se utilizará en su formulación, compuestos naturales como el aceite esencial de naranja, la cera de abeja, aceite de oliva y goma de tara, logrando cremas dermatológicas con alto valor agregado, potenciando a la par, la producción agroindustrial local y nacional de dichas materias primas e insumos. Específicamente, se evaluará la influencia de la formulación (cantidades de aceite esencial, aceite de oliva, cera de abeja y goma de tara) y de las características dinámicas de la emulsificación (velocidad de agitación), sobre la viscosidad aparente, tipo de fluido, velocidad de cremado y tamaño de gota del producto. Las formulaciones se determinarán aplicando el método del Balance Hidrofílico-Lipofílico, las cuales serán sometidas a un rango de niveles de agitación, hasta 20000 rpm. Se emplearán para la experimentación, equipos, instrumentos y técnicas que asegurarán el rigor científico exigido. El equipo a utilizar será el Homogeneizador T25 ULTRA-TURRAX y se aplicarán las técnicas de Dispersión de Luz Dinámica (DLS) y Test de Tixotropía de Tres Intervalos (3ITT) para el análisis de variables. Se espera demostrar que la crema dermatológica es tixotrópica y se adapta al modelo de Weltman y que su estabilidad se puede explicar a través de la Ley de Stokes. Así mismo, se determinarán las condiciones de proceso para los mejores resultados en calidad del producto y en el manejo de recursos materiales y energéticos, aplicando criterios de sustentabilidad. Es así como este estudio, generará conocimiento útil, tanto científico como tecnológico, tomando en cuenta el impacto ambiental del proceso productivo, por lo que sus resultados aportarán a la promoción de emprendimientos de alto valor agregado, con enfoque sustentable.

Palabras clave

Cremas dermatológicas, emulsificación, tixotropía, d-limoneno, emulsificantes naturales.

Problema central

Una crema dermatológica, es una emulsión con características especiales que aseguran una aplicación segura, efectiva y amigable, para cumplir su propósito de nutrir la piel y protegerla de agresiones del entorno, en particular del clima, del polvo y otros contaminantes presentes en el medio ambiente. Cuando se incluye un principio activo determinado, tal como el d- limoneno presente en el aceite esencial de naranja, de manera que se obtenga los beneficios que dicho compuesto otorga a la piel, es recomendable el uso de emulsiones de aceite en agua (o/w), pues éstas garantizan una penetración intracutánea de los principios activos. (Cerdán M. s.f., Zschimmer & Schwarz, 2020). La formación de emulsiones, por su parte, es un proceso complejo que depende de su formulación, que incluye la presencia de agentes emulsificantes y de otros componentes como las gomas (hidrocoloides), las que son capaces de modificar la viscosidad, así como propiedades físico-mecánicas que contribuyen con la calidad del producto. De otro lado, las características dinámicas del proceso de emulsificación respectivo, en correspondencia con las características reológicas de la crema, son determinantes de su estabilidad; factores de agregación de valor, indispensables para su uso y comercialización. Con el propósito de contribuir a reducir el impacto ambiental de los procesos productivos, haciéndolos cada vez más sustentables, conviene estudiar la utilización de emulsificantes naturales, como la cera de abeja o el aceite de oliva, de los que se reporta buenos resultados (Zschimmer & Schwarz, 2020); generando así, conocimiento útil que aporte tanto a enriquecer el estudio de tan importante área de investigación, a la par que promueva emprendimientos con enfoque sustentable. En este panorama, obtener una crema dermatológica en cuya formulación intervengan el aceite esencial de naranja, emulsificantes naturales y goma de tara, componentes que agregan significativo valor al producto, requiere conocer a profundidad los distintos factores y sus interacciones que forman parte de su preparación, y que directamente influyen en el comportamiento de la crema en su aplicación, asegurando su estabilidad en un tiempo prudencial para su comercialización. Sin embargo, para este caso, en el que intervienen varios componentes no tradicionales, se desconoce la formulación adecuada y los efectos de la dinámica del proceso de emulsificación, en el comportamiento reológico de la crema y en su estabilidad, siendo ambos factores esenciales de su calidad.

Hipótesis planteada

Hipótesis global (o única) Se presume que tanto la formulación de la crema, como la dinámica de su preparación, influyen significativamente en el comportamiento reológico del producto obtenido y su estabilidad. Hipótesis del Objetivo específico1; Se estima que la crema en estudio presenta un comportamiento reológico tixotrópico descrito por el modelo de Weltman: σ = A - B ln (t)(Ecuación N°1) Donde: σ es el esfuerzo cortante (Pa); t es el tiempo (s); A, es el parámetro que expresa el esfuerzo cortante a tiempo cero (Pa); y B, es el parámetro que expresa la velocidad de ruptura estructural (Pa/s). La dinámica de la emulsificación, en términos de la velocidad de agitación, influye de manera directamente proporcional, en la velocidad de ruptura (B); mientras que el efecto de la formulación se aprecia en el esfuerzo cortante a tiempo cero (A). Hipótesis del objetivo específico 2: El efecto de las variables independientes, velocidad de agitación y formulación, en la estabilidad de la crema, se presume que estaría determinada tanto por la Ley de Stokes que permite estimar la velocidad de separación de un sistema emulsionado, como por el número de Weber que correlaciona el tamaño de gota con las condiciones de emulsificación. El modelo de Stokes toma en cuenta el tamaño de gota de la fase dispersa, así como la densidad y viscosidad de ambas fases. Complementariamente, el número de Weber relaciona los parámetros del emulsificador, como diámetro del impulsor y velocidad del impulsor, con el tamaño de gota obtenido en la emulsión, puesto que, a valores muy bajos del número de Weber el tamaño de partícula es muy grande y viceversa. Ley de Stokes v_stokes=-(g(𝜌2-𝜌1)d^2)/(18𝜂1 ) (Ecuación 2) Donde, v_stokes es la velocidad de cremado o sedimentación de la fase dispersa, g es el campo gravitatorio (N/kg), d es el diámetro de la gota (µm),𝜌1es la densidad de la fase continua (kg/cm3), 𝜌2 es la densidad de la fase dispersa (kg/cm3), 𝜂1 es la viscosidad aparente de la fase continua (N.s/m2). Número de Weber We=𝜌(N^2 D^3)/α(Ecuación 3) Donde,𝜌 = densidad de la emulsión (kg/cm3), N=velocidad del impulsor (rpm), D=diámetro del impulsor (cm), α= tensión interfacial (mN/m)

Resultados esperados

1. Artículo científico publicado en revista indizada: Web of Science o Scopus
2. Tesis pregrado

Impactos esperados

TRL 1: Principios básicos reportados de la nueva tecnología propuesta