Conservantes antimicrobianos

La contaminación microbiana se da principalmente por bacterias, levaduras y hongos.
Metabolizan los ingredientes del cosmético usando una variedad de enzimas que causan cambios adversos en el producto.

Algunos de los cambios físicos y químicos que producen son:
        • Cambios en el color y olor
        • Cambios adversos en el pH
        • Ruptura de la emulsión
        • Alteraciones en la viscosidad
        • Oxidación de los ácidos grasos produciendo enranciamiento

Un conservante es un agente químico que previene el crecimiento bacteriano en un producto, asegurando la vida útil de este y sus propiedades cosméticas.

Factores desencadenantes de la infección microbiana

Entre los posibles factores que pueden incurrir en la aparición de microorganismos en un cosmético y que generen un medio favorable para su crecimiento son:
        • El contenido de agua
        • Los valores de pH
        • Efecto de otros componentes
        • La temperatura de almacenamiento
        • El envase
        • Mala higiene durante la manipulación y elaboración del producto

El contenido de agua

El agua es la principal fuente de contaminación microbiana.

Los productos con mayor riesgo de contaminación son aquellos que son elaborados con un alto porcentaje de agua:

         • Geles
         • Lociones
         • Champús
         • Emulsiones del tipo aceite en agua u O/A

Los microorganismos prefieren un alto contenido en agua, usualmente por encima del 15%.
Las emulsiones del tipo agua en aceite (A/O) son menos susceptibles de contaminación porque su fase oleosa (fase en mayor cantidad) actúa como una barrera impidiendo el desarrollo y penetración de microorganismos en la fase acuosa.
De todos modos, la fase oleosa de la emulsión A/O puede sufrir alteraciones debido a las enzimas oxidasas de las bacterias produciendo enranciamiento de las grasas.

En parte los cosméticos anhidros también pueden necesitar un sistema de conservación.

Sobre aceites anhidros o polvos se puede generar un film de agua cuando la humedad se acumula en la superficie durante la exposición al aire, por lo que un crecimiento bacteriano se puede dar.
Se debe evitar la condensación del agua sobre el producto. Para ello se incorpora un conservante soluble en agua que al disolverse puede prevenir el crecimiento.

Los valores de pH

El intervalo de pH de tolerancia para microorganismos se encuentra entre 2 y 11, aunque la mayoría de bacterias, levaduras y hongos tienen altos índices de actividad entre 4 y 8.

Las bacterias necesitan un medio cercano a pH neutro para su crecimiento.

En cambio, las levaduras, hongos y moho generan su multiplicación en medios ácidos.

Efecto de otros componentes

Algunos activos y aditivos que se incorporan en una fórmula puede ser la causa del crecimiento microbiano por:
        • Inactivar la acción del conservante
        • Disminuir la actividad del conservante

Esto se debe a que pueden reaccionar con el conservante, absorberlo o bien disolverlo.

La inactividad puede ser total o bien mantienen una actividad residual.

Principalmente, estos activos y aditivos son:
        • Sólidos en suspensión:
                o Carbonatos
                o Silicatos
                o Talco
                o Óxidos metálicos como el óxido de zinc
         • Lecitina
         • Lanolina
         • Hidrolizados de proteínas
         • Gomas
         • Polisacáridos: celulosa, almidones o gelatina

Los tensioactivos de tipo aniónico y los jabones tienen poder antibacteriano y potencian la acción del conservante.
Alcalinizan el producto por lo que hay menor grado de crecimiento bacteriano, incluyendo bacterias.

En cambio, el uso de tensioactivos no iónicos son una de las principales causas de que haya crecimiento microbiano en un producto.
Se formulan en valores de pH neutro o ligeramente ácidos por lo que potencia el crecimiento microbiano.

El tensioactivo no iónico crea micelas (un tipo de estructura molecular en forma de glóbulos que puede contener en su interior otros componentes).

En el interior de esta micela se incorpora una gran cantidad de conservante por lo que deja menos conservante en la fase acuosa del producto.

Se ha podido determinar que en una emulsión con un 5% de tensioactivo no iónico, el 75% del conservante se encontraba en el interior de la micela y el 25% restante se repartía entre las dos fases de la emulsión por lo que disminuía la capacidad de protección del conservante.

Los tensioactivos no iónicos naturales que generan más problemas son los siguientes:

         • Polisorbatos* 20, 40, 60 y 80
         • Gliceril monooleato y monoestearato
         • Sucrosa palmitato y monolaurato
         • Derivados del sorbitan

La ventaja del uso de tensioactivos no iónicos frente a los tensioactivos aniónicos es que los no iónicos forman emulsiones de alta estabilidad y no generan irritación.

La temperatura de almacenamiento

Las bacterias crecen en medios cuya temperatura está entre 30 y 37°C.
Los hongos y las levaduras a temperaturas entre 20 y 25°C.

Un cosmético que se mantiene en un lugar a temperatura ambiente es menos susceptible de un crecimiento bacteriano que un producto que se conserva en un recipiente en contacto con calor y humedad constante, como en el baño.

A mayor temperatura mayor es la pérdida de la efectividad del conservante.

El envase

En los envases de plástico (tipo PET) el conservante puede llegar a migrar del interior del producto a las paredes del envase, por lo que se aconsejan envases de vidrio, siendo oscuros o ámbar los ideales.

Criterios de selección de un conservante antimicrobiano

No hay un sistema definido de selección del conservante o sistema de conservación ideal.
Cada cosmético se debe ver como una única fórmula con un sistema propio de conservación.

Un conservante ideal debería tener las siguientes propiedades:

        • Amplio espectro de actividad antimicrobiana
        • Seguro y no producir signos de sensibilización cutánea
        • Ser completamente soluble en la fase acuosa
        • Estable en todos los extremos de pH y temperatura
        • Compatible con todos los ingredientes y el envase
        • No impartir olor o color
        • Ser barato

Solubilidad

El conservante o conservantes deben ser solubles en agua a una concentración efectiva donde el crecimiento bacteriano pueda darse.
A menor solubilidad en agua, mayor cantidad de conservante será necesario y más especialmente si en la fórmula hay presencia de tensioactivos de tipo no iónico.

Se cree que la mayor concentración de conservante es la más efectiva.

En concentraciones bajas el conservante solo puede inhibir el crecimiento, en cambio, a concentraciones más altas genera la muerte del agente microbiano.
A concentraciones altas aumenta la actividad antimicrobiana, pero puede dar lugar a irritaciones o efectos tóxicos sobre la piel.
A concentraciones más bajas puede ser inefectivo o incluso estimular el crecimiento bacteriano.

La concentración mínima donde el conservante es efectivo recibe el nombre de MIC (Mínimum Inhibitory Concentration o Concentración Mínima Inhibitoria).
Es la concentración más baja en la que el conservante inhibe el crecimiento bacteriano.
No es la concentración que se debe utilizar para la protección del producto final, sino que es una indicación sobre la concentración de conservante ideal.

Algunos valores MIC de algunos conservantes son:
         • Ácido sórbico y sales 0.2
         • Ácido benzoico y sales 0.1
         • Alcohol bencílico 0.32

Los microorganismos viven en la fase acuosa o en la interfase agua-aceite.
En una emulsión el conservante se reparte mayoritariamente en la fase acuosa y el resto entre la fase oleosa y el emulsionante.

La acción del conservante también depende de su solubilidad en el agua.
El conservante debe estar en la fase acuosa y en una concentración efectiva.
El conservante ideal debería tener un coeficiente de reparto entre aceite-agua bajo.
Cuando el coeficiente de reparto es bajo, la mayor parte del conservante se encuentra en la fase acuosa y cuanto mayor sea el ratio entre aceite y agua mayor será la efectividad del conservante en la fase acuosa.

Si el coeficiente es alto, gran parte del conservante se encuentra en la fase oleosa y cuanto mayor sea el ratio entre aceite y aceite se reduce la efectividad en la fase acuosa.

Los sistemas con alto coeficiente de reparto se suele dar en cosmética natural por la incorporación de aceites vegetales por lo que requiere una concentración algo más elevada de conservante.

Además de este coeficiente de reparto, se debe tener en cuenta el emulsionante seleccionado porque incluso puede disminuir la efectividad (como en el caso del uso de emulsionantes de tipo no iónico).

Los coeficientes de reparto se puede calcular, pero los fabricantes suelen darlos en las fichas técnicas.

Espectro de actividad

Los conservantes deben tener un amplio espectro de protección microbiana frente a bacterias, levaduras, hongos y moho.

El uso de un conservante que presente una mayor actividad sobre unos organismos y una baja actividad sobre otros puede provocar la aparición de organismos insensibles al conservante.

Algunos factores como el MIC o el coeficiente de reparto agua/aceite pueden ayudar a la hora de seleccionar el conservante o generar un sistema de conservantes.

La sinergia entre conservantes siempre amplia el espectro de acción, consigue mayor efecto de inhibición y limitación de crecimiento bacteriano y reduce las concentraciones de uso de los conservantes por separado.

El pH del medio

El efecto del pH se encuentra relacionado con la efectividad antimicrobiana de un conservante y debe ser el primer factor a tener en cuenta a la hora de diseñar una fórmula.
Algunos conservantes son inestables o pierden efectividad a ciertos pH.
Las bacterias prefieren un medio neutro o ligeramente alcalino, los hongos prefieren medios ligeramente ácidos.

Es prudente proteger a los cosméticos de todos los valores de pH contra bacterias, levaduras y hongos.

Los ácidos débiles (sórbico, benzoico o dehidroacético) y sus sales son los conservantes más activos frente a microorganismos, pero su efectividad se pierde cuando aumenta el pH.

Estos conservantes actúan según su disociación en medio acuoso.

En solución acuosa los ácidos se encuentran en equilibrio en forma de ácidos y de sales:

                                    Ácido ⇌ Anión + Catión
                                     RCOOH ⇌ RCOO- + H+

En un medio ácido, los ácidos débiles contienen protones (H+).
Cuando el pH aumenta disminuye la concentración de protones, y una mayor parte del ácido se convierte en forma disociada y no activa.

Al aumentar el pH del medio, la capacidad antimicrobiana del conservante es más débil.

Cuando disminuye el pH, aumenta la concentración de protones.

Estos protones pueden penetrar las membranas celulares de las bacterias.
En el interior de la célula, estos protones hacen aumentar la concentración de protones del citoplasma.
Este aumento produce una disminución de la energía celular y el crecimiento se puede inhibir o ralentizar.
Para que esto se cumpla el pH del medio debe estar entre 5.5 o menor.

En el siguiente cuadro podemos ver como a diferentes valores de pH, el porcentaje de acción de las moléculas de la forma activa de algunos conservantes varía:

  pH 4 pH 5 pH6
Ácido sórbico 86% 37% 6%
Ácido benzoico 60% 13% 1.5%

Por ejemplo a un pH de 4, un 86% del ácido sórbico se encuentra en forma activa mientras que tan solo un 14% se encuentra en forma disociada o inactiva.

Otros aspectos

Uno de los factores que a la hora de seleccionar un conservante es la “actividad del agua”.
Se representa con aw e indica la cantidad de agua disponible para el crecimiento bacteriano en relación con el total de la cantidad de la fase acuosa.
Cada microorganismo tiene su propio valor mínimo de aw en el que el crecimiento no es posible.

Valor de aw Tipo de microorganismos
0.97 Pseudomonas aeruginosa
  Escherichia coli
0.95 Salmonella
0.90 Staphylococcus aureus (anaaeróbico)
  Candida albicans
0.86 Staphylococcus aureus (aeróbico)
0.77 Aspergillus niger
0.60  No hay crecimiento microbiano

 

Otro aspecto a tener en cuenta es la posible presencia de iones calcio y de magnesio en el medio.
Estos iones estabilizan las membranas celulares de la bacteria y las hace más resistente al conservante.
Para ello es necesario incorporar agentes quelantes que no solo inactivan estos iones, sino que además ayudar a potenciar la acción del conservante.

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