Ritenzione di umidità di soluzioni di glicerina a varie concentrazioni: uno studio comparativo

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 10232 (2022) Citare questo articolo

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Vari metodi per valutare la ritenzione di umidità di un umettante hanno meccanismi unici. Pertanto, per progettare ingredienti avanzati o efficienti di prodotti cosmetici, è necessaria una chiara comprensione delle differenze tra i metodi. Lo scopo di questo studio era di analizzare la capacità di ritenzione dell'umidità della glicerina, un ingrediente comune nei prodotti cosmetici. Nello specifico, questo studio ha applicato l'analisi gravimetrica, l'analisi della perdita di acqua transepidermica (TEWL) e la calorimetria a scansione differenziale (DSC) per esaminare l'evaporazione di soluzioni di glicerina di diverse concentrazioni. I risultati hanno rivelato che la capacità di ritenzione dell’umidità della glicerina aumentava con la concentrazione di glicerina dallo 0 al 60% in peso e la glicerina ad una concentrazione del 60-70% in peso non mostrava variazioni di peso durante il processo di evaporazione. Quando la concentrazione di glicerina superava il 70% in peso, si verificava un assorbimento di umidità nella soluzione di glicerina. Inoltre, i risultati hanno rivelato una deviazione tra i tassi di evaporazione misurati utilizzando l'analisi gravimetrica e quelli misurati utilizzando l'analisi TEWL. Tuttavia, la normalizzazione dei risultati di queste analisi ha prodotto i tassi di evaporazione relativa dell’acqua, che erano coerenti tra queste due analisi. I termogrammi DSC hanno ulteriormente confermato i risultati coerenti e identificato due microstrutture di acqua idratata (acqua non congelabile e acqua libera) nelle soluzioni di glicerina, il che spiega perché il tasso di evaporazione misurato diminuisce con la concentrazione di glicerina. Questi risultati possono essere applicati per dimostrare la capacità di ritenzione dell'umidità di un umettante nei prodotti cosmetici mediante diversi metodi di misurazione.

La capacità di trattenere l'umidità degli ingredienti è fondamentale nei cosmetici1. Un efficace agente che trattiene l'umidità nei prodotti cosmetici può essere utile contro l'invecchiamento della pelle2,3. Un umettante è una sostanza igroscopica in grado di mantenere l'umidità e l'idratazione della pelle3,4. La perdita di idratazione cutanea provoca secchezza, rughe, rilassamento cutaneo e lassità cutanea. Di conseguenza, diversi studi hanno cercato umettanti che mostrassero un’elevata efficacia nel trattenere l’umidità sullo strato corneo umano5.

La capacità di ritenzione dell'umidità di un umettante può essere misurata attraverso vari metodi come l'analisi gravimetrica, l'analisi della perdita di acqua transepidermica (TEWL), la calorimetria a scansione differenziale (DSC), l'analisi termogravimetrica, la dilatometria, la spettroscopia a infrarossi e l'analisi del tempo di rilassamento basata sulla spettroscopia di risonanza magnetica nucleare6 ,7,8,9. Tra questi metodi, l'analisi gravimetrica può essere facilmente applicata per misurare la variazione di peso di un analita in un materiale attraverso l'evaporazione entro un periodo specifico; un basso livello di perdita di peso indica un'elevata ritenzione di umidità. Tuttavia, a causa del limite di rilevamento delle bilance utilizzate per l'analisi gravimetrica, è necessario molto tempo per accumulare variazioni di peso rilevabili al fine di misurare il tasso di evaporazione di una soluzione, che è un indicatore della ritenzione di umidità della soluzione10. Pertanto, nell'analisi gravimetrica, ottenere tassi di evaporazione accurati è un processo che richiede tempo11.

In generale, TEWL si riferisce alla quantità di vapore acqueo che permea una determinata area della membrana per unità di tempo e può essere misurata utilizzando una sonda. Una sonda TEWL è un sistema a camera aperta che applica due coppie di sensori di temperatura e umidità su un cilindro per determinare la perdita d'acqua (in grammi all'ora per metro quadrato) attraverso l'evaporazione12. Il principio di misurazione di una sonda TEWL si basa sulla legge di diffusione di Fick, che si riferisce alla velocità di trasferimento di massa dell'acqua per unità di superficie in un periodo specifico. Rispetto ai metodi di misurazione della perdita d'acqua che implicano la pesatura di un analita, una sonda TEWL può consentire una misurazione più stabile della perdita d'acqua in pochi minuti13.

La DSC è un potente strumento per esplorare la microstruttura e il comportamento termico di un campione liquido14; può essere applicato anche per valutare la ritenzione di umidità di un umettante15. Secondo il criterio della temperatura di congelamento, la microstruttura dell'acqua in un umettante può essere classificata in tre tipi: acqua non congelabile, acqua intermedia e acqua libera8,16,17,18,19, come mostrato nella Fig. 1 per tre tipi di acqua idratata . L'acqua non congelabile e l'acqua intermedia possono facilmente legarsi a un umettante attraverso il legame idrogeno e sono quindi chiamate acqua legata. L'acqua intermedia e l'acqua libera possono presentare transizioni di fase e sono quindi chiamate acqua congelabile20. L’acqua non congelabile si lega strettamente ai siti idrofili di un umettante e ha una bassa mobilità a causa delle forti interazioni acqua-umettante. Nello specifico, l'acqua non congelabile comporta interazioni acqua-acqua libere molto deboli. L'acqua intermedia è orientata attorno all'acqua non congelabile e all'umettante come un guscio di idratazione, formando strutture simili a gabbie attraverso le quali si ottiene il numero massimo di legami idrogeno nello spazio disponibile21. Le interazioni molecolari dell’acqua intermedia coinvolgono sia le interazioni acqua-umettante che quelle acqua-acqua. Le interazioni molecolari dell'acqua libera coinvolgono principalmente le interazioni acqua-acqua.