Optimization of cosmetic formulations development using Box-Behnken design with response surface methodology: physical, sensory and moisturizing properties

Considering the importance of an adequate composition of the formulation in the development of stable, safe and effective cosmetic products, experimental design techniques are tools that can optimize the formulation development process. The objective of this study was to develop topical formulations using the Box-Behnken design with response surface methodology and evaluate its physical, sensory and moisturizing properties. The experimental design used in the first step allowed to identify and to quantify the influence of raw materials, as well as the interaction between them. In the second step, the analysis identified the influence of soy lecithin, the phytantriol and capric acid triglyceride and caprylic on the consistency index, stickiness and greasiness and skin hydration. Cetearyl alcohol, dicetyl phosphate and cetyl phosphate 10EO and acrylates/C10-30 alkylacrylate crosspolymer showed effects in rheological parameters. The addition of soy lecithin had significant effects in terms of consistency index, stickiness, oiliness and immediate moisturizing effects. Phytantriol showed effects on increasing consistency index and oiliness sensation. Thus, the experimental design was shown to be an effective tool for research and development of cosmetics, since it allowed the assessment of the individual and interaction effects of raw materials in the responses: rheological parameters, sensory and clinical efficacy.

Active ingredients, mechanisms of action and efficacy tests of antipollution cosmetic and personal care products

Urban population around the globe is direct exposed to the pollution caused by several sources (vehicles, industries, smokes etc.) and primary pollutants are divided in particulate matter and toxic gases. Current researches in populous countries indicated that exposure to pollution could affect sebum composition, stratum corneum quality and signs of skin aging. Hair and scalp are also affected by the excessive exposure to pollutants, resulting in a dull, dry and lifeless appearance. Cosmetics have been evolved conceptual and scientifically to achieve substantial effectiveness against pollution damaging on the cutaneous tissue, involving the development of innovative multipurpose active ingredients and efficacy tests, skilled to prove the protection and benefits of such personal care products. In this review, we highlighted the skin and hair/scalp damages provoked by the main environmental pollutants and the active substances used in antipollution cosmetics/personal care products with the respective mechanisms of action. Likewise, in vitro and in vivo efficacy tests were discussed concerning the antipollution claim substantiating

Moisturizing effect of a cosmetic formulation containing pequi oil (Caryocar brasiliense) from the Brazilian cerrado biome

Caryocar brasiliense, popularly known in Brazil as “pequi”, is a species widely distributed in the Brazilian Cerrado. The seeds are surrounded by a woody endocarp coated with a yellow fleshy mesocarp rich in oil and vitamin A, whose oil has a useful role in the treatment of skin aging and protection of human skin against UV-induced damage and skin hydration. The aim of this study was to evaluate the effect of cosmetic formulations containing pequi oil (Caryocar brasiliense) on skin hydration, after a single application. Hydration effect assessment was performed by applying the formulations under study (Control – no formulation, vehicle, and vehicle + pequi oil) onto forearm skin of 30 human volunteers. Skin capacitance and Transepidermal Water Loss (TEWL) measurements were analyzed before, and at 1, 2 and 3 hours after, a single application. Evaluation results of a single application of the vehicle containing pequi oil showed an increase in stratum corneum water content, indicating a skin moisturizing effect. Results of the evaluation of immediate effects of TEWL demonstrated that the vehicle containing pequi oil significantly increased skin moisture during the 3 h evaluation period. The formulations containing pequi oil showed clinical efficacy, increasing stratum corneum water content and enhancing skin barrier function.

Caryocar brasiliense, popularmente conhecido como “Pequi”, é uma espécie amplamente distribuída no Cerrado Brasileiro. O fruto é composto por sementes com endocarpo rígido e lenhoso, recoberto pelo mesocarpo carnoso, amarelado, rico em óleos e vitamina A, útil na proteção da pele contra raios UV, no tratamento das marcas senis da pele, bem como na hidratação cutânea. O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito cosmético de formulações contendo óleo de pequi (Caryocar brasiliense) na hidratação cutânea, após uma única aplicação. Este efeito foi avaliado instrumentalmente através de medidas da capacitância da pele e pela perda de água transepidérmica após 1, 2 e 3 horas de uma única aplicação das formulações em estudo (controle, veículo e veículo + óleo de pequi) na pele do antebraço de 30 voluntários. Por meio das avaliações, a formulação contendo óleo de pequi aumentou o conteúdo de água no estrato córneo após 1, 2 e 3 horas, além de diminuir a perda de água transepidérmica, aumentando, significativamente, a hidratação cutânea durante as 3 horas de avaliação. A formulação contendo óleo de pequi apresentou eficácia clínica, aumentando o conteúdo aquoso do estrato córneo, bem como promovendo o efeito barreira na pele.

Safety assessment of cosmetic products, with emphasis on the ocular area: regulatory aspects and validation processes

Before marketing a cosmetic product, a series of biological assays, such as ocular irritation tests, must be conducted in order to prove that the product is safe. However, a few scientific articles mention the discussion and evolution of cosmetic products testing performed in the eyes area. The aim of this study was to review the available literature on the evolution of tests carried out with cosmetics, in the ocular area, as well as to describe the methodologies that have been used and that are currently accepted. In Brazil, tests performed on animals are still allowed. However, the international laws strongly recommend the use of alternative methods for evaluating the risk of cosmetic ingredients and products. Regulatory requirements involving the registration of these products also request safety support of them in human beings. To perform ocular tests in human beings, it is necessary to involve an ophthalmologist for conducting clinical protocols. These protocols signed by the expert physician are sent to the National Health Surveillance Agency in order to endorse the product manufacturer concerning its safety. The safety support of a cosmetic product is very important, taking into account that the consumer has free access to these products of widespread use in today's society.

Com o objetivo de comprovar que um produto cosmético é seguro, antes que este seja colocado no mercado, este deve passar por uma série de ensaios biológicos, que avaliem sua segurança, como, por exemplo, os testes de irritação ocular. Porém, poucos artigos científicos trazem a discussão e a evolução sobre os testes de produtos cosméticos realizados na área dos olhos. O objetivo desse trabalho foi realizar uma revisão bibliográfica sobre a evolução dos testes realizados com cosméticos, na região ocular, bem como descrever as metodologias que já foram utilizadas e as que são aceitas atualmente. No Brasil, são ainda permitidos testes em animais, entretanto, as legislações internacionais indicam fortemente a utilização de métodos alternativos para avaliação de risco de ingredientes e produtos cosméticos. As exigências regulatórias que envolvem o registro desses produtos solicitam também a comprovação de segurança destes produtos em serem humanos. Para a realização dos testes oculares em humanos, é necessário o envolvimento de um oftalmologista na condução de protocolos clínicos. Esses protocolos assinados pelo médico especialista são enviados à Agencia Nacional de Vigilância Sanitária, a fim de respaldar o fabricante do produto sobre a segurança do mesmo. A comprovação da segurança de um produto cosmético é bastante importante, considerando-se o livre acesso aos consumidores e o amplo uso desses produtos na sociedade atual.

O uso de micro-ondas no preparo de emulsão e influência na estabilidade / Use of a microwave oven in preparation of emulsionand effect on stability

O creme base não iônico descrito no Formulário Nacional foi preparado com duas formas de aquecimento: uma clássica, em banho-maria e chapa com as duas fases separadas; e uma alternativa, em forno micro-ondas com as fases juntas. Procedeu-se o estudo da estabilidade preliminar onde foram avaliados variação dos valores de pH, condutividade, viscosidade e espalhabilidade entre as bases. Estas foram armazenadas em diferentes condições como preconizado no Guia de Estabilidade de Produtos Cosméticos. As bases não apresentaram diferença significativa em relação a pH, condutividade e espalhabilidade máxima. A avaliação reológica demonstrou comportamento não newtoniano, com fluxo plástico e tixotropia. A base aquecida em micro-ondas demonstrou maior viscosidade e menor espalhabilidade, provavelmente decorrente da maior homogeneidade das gotículas observadas na análise microscópica. Pode-se observar que a utilização de outra fonte de aquecimento mais rápida não modificou o produto, podendo ser utilizada como forma alternativa.

The non-ionic cream base described in the Brazilian National Formulary was prepared with two heating methods: one conventional, using a water bath and heating plate, with the two phases heated separately, and one alternative, in a microwave oven, with the phases heated together. A preliminary stability study assessed differences between the bases in pH, conductivity, viscosity and spreadability, after exposure to various treatments and at the end of a 15-day period at several temperatures, as recommended by the Cosmetic Products Stability Guide. No significant differences in pH, conductivity or maximum spreadability were observed. Rheological tests showed non-Newtonian behavior, with plastic flow and thixotropy. The base heated in the microwave oven showed higher viscosity and lower spreadability, probably due to the greater homogeneity of the droplets observed under the microscope. Thus, it can be concluded that the faster heating method did not change the product and may be used as an alternative approach to preparation of the cream base.

Stability and sensory assessment of emulsions containing propolis extract and/or tocopheryl acetate / Estabilidade e avaliação sensorial de emulsões que contêm extracto de própolis e / ou acetato de tocoferol

The prevention of skin aging has been one of the main aims of cosmetic products. Propolis and tocopheryl acetate can be promising substances because of their antioxidant properties. In this study, propolis extract was obtained and associated with tocopheryl acetate in a cream formulation, which then underwent stability and sensory assessment. The formulation containing propolis extract and tocopheryl acetate proved to be stable in the preliminary stability study, demonstrating gradual darkening and slight pH decrease when subjected to 60ºC for 28 days, but showing stability on rheological study. In the sensory analysis, the formulation containing these two components was preferred by the product testers over the base cream and creams containing propolis extract or tocopheryl acetate alone. In conclusion, given the stability of the formulation and the preference of the product testers for this formulation, this association proved promising for use in cosmetic formulations.

A prevenção do envelhecimento cutâneo tem sido um dos principais focos dos produtos dermocosméticos. A própolis contém substâncias com atividade antioxidante, bem como o acetato de tocoferila é conhecido por apresentar esta atividade. Porém, a própolis apresenta odor muito característico e intenso, que pode interferir no sensorial do produto. Assim, no presente trabalho, obteve-se o extrato de própolis, que foi associado ao acetato de tocoferila em uma formulação de uso tópico, que foi avaliada quanto à estabilidade e às características sensoriais. Conduziu-se um estudo de estabilidade, no qual as formulações contendo ambos os compostos apresentaram escurecimento gradual e ligeira queda no pH após 28 dias sob 60 °C, tendo sido estável no estudo reológico. Na análise sensorial, realizada com 28 provadores, a formulação contendo extrato de própolis em associação com acetato de tocoferila foi a preferida, quando comparada com o creme base e o creme contendo somente extrato de própolis ou acetato de tocoferila. Em conclusão, devido à preferência dos provadores e ao estudo de estabilidade, a associação de extrato de própolis e de acetato de tocoferila mostrou ser promissora para uso em produtos dermocosméticos.

Development of methodologies for dimethylaminoethanol glycolate assay in association with sunscreens in dermocosmetic formulation

DMAE glycolate (DG) and sunscreens have been used associated in anti-aging dermocosmetic formulations. Despite extensive use of these substances, methods for quantification of DG as raw material and in cosmetic formulations, especially when associated, are not described in the literature. RP-HPLC and non-aqueous titration methods, with determination potentiometric end-point (PT), were developed and validated for rapid assay of DG as raw material and in a topic emulsion in association with sunscreens. Both methods are simple, selective, linear, accurate and precise. The PT method was chosen for stability study of DG in the formulation developed. The proposed formulation presented good stability performance as regards aspect, pH, apparent viscosity, and SPF, with less than 5% of DG degradation compared to initial conditions.

Glicolato de DMAE (DG) e protetores solares têm sido utilizados associados em formulações dermocosméticas antiidade. Apesar da ampla utilização dessas substâncias, métodos de quantificação para DG matéria-prima e em formulações cosméticas, especialmente quando associados, não estão descritos na literatura. Neste trabalho foram desenvolvidas e validadas metodologias por CLAE-FR e titulação em meio não-aquoso, com determinação do ponto final por potenciométrica (TP), para a rápida análise de DG matéria-prima e em emulsão tópica em associação com fotoprotetores. Ambos os métodos são simples, seletivos, lineares, exatos e precisos. O método TP foi escolhido para o estudo da estabilidade do DG na formulação desenvolvida. A formulação proposta apresentou um bom desempenho no que se refere a estabilidade, aspecto, pH, viscosidade aparente e SPF, com menos de 5% degradação do DG comparado as condições iniciais.

Physical and physicochemical stability evaluation of cosmetic formulations containing soybean extract fermented by Bifidobacterium animalis / Avaliação da estabilidade física e físico-química de formulações cosméticas contendo extrato de soja fermentado por Bifidobacterium animalis

Peel off facial masks, based on polyvinyl alcohol (PVA), are formulations that, after application and drying, form an occlusive film over the face. After removing, they provide cleanness, tensor and moisturizing effects, removing dead cells, residues and other materials deposited on the stratum corneous. The soybean extract fermented by Bifidobacterium animalis has sugars, amino acids, peptides, proteins and free isoflavonoids in high concentrations, when compared to the unfermented extract, providing benefits to the cosmetic formulations like anti-aging effect, moisture, tensor action and emollience. The cosmetic bases of peel off facial masks, added with 5.0 percent w/w of fermented soybean extract, were submitted to Preliminary and Accelerated Stability Studies. Eight (8) preparations were evaluated in several conditions of temperature (-10.0, 5.0, 22.0 and 45.0 ºC) and time (maximum of 15 days), comparing the results with the initial condition (48 h after preparation). The variables observed were: organoleptic characteristics, pH and appearing viscosity value and film drying time. The preparation containing 17.0 percent w/w of PVA and 0.5 percent w/w of guar gum was selected between the eight preparations initially prepared, because it presented the best performance in the stability test, being recommended storage at low temperatures (5.0 ºC).

As máscaras faciais peel off a base de álcool polivinílico (PVA) são formulações que, após a aplicação e secagem, formam um filme oclusivo sobre a face e, após sua remoção, conferem limpeza, ação tensora e hidratação à pele, retirando células mortas do estrato córneo, resíduos e outros materiais depositados. O extrato de soja fermentado por Bifidobacterium animalis possui açúcares, aminoácidos, peptídeos, e alto teor de isoflavonas na forma livre, quando comparado ao leite não fermentado, propiciando benefícios às formulações cosméticas, como ação antienvelhecimento, hidratação, efeito tensor e emoliência. As bases cosméticas de máscaras faciais peel off, acrescidas de extrato de soja fermentado 5,0 por cento p/p, foram submetidas aos ensaios de Estabilidade Preliminar e Acelerada, avaliando-se 8 preparações em diversas condições de temperatura (-10,0; 5,0; 22,0 e 45,0 ºC) e tempo (máximo de 15 dias), em relação à condição inicial (48 h após o preparo). As variáveis observadas envolveram: características organolépticas, valor de pH, viscosidade aparente e tempo de secagem do filme. A preparação contendo 17,0 por cento p/p de PVA e 0,5 por cento p/p de goma guar foi a selecionada dentre as oito preparações elaboradas inicialmente, por ter apresentado melhor desempenho no teste de estabilidade, sendo recomendado o armazenamento em temperatura reduzida (5,0 ºC).

Mecanismos do envelhecimento cutâneo e o papel dos cosmecêuticos / Mechanisms of skin aging and the role of cosmeceuticals

A maioria dos mecanismos moleculares e celulares envolvidos no envelhecimento cutâneo intrínseco ou cronológico e extrínseco ou fotoenvelhecimento constitui objeto de muitos estudos de excelente qualidade e, portanto, são bem conhecidos. Contudo, existem aspectos ainda não completamente elucidados e até controversos. Por outro lado, a busca de tratamentos para prevenção, controle e reversão do envelhecimento, particularmente o fotoenvelhecimento, tem despertado muito interesse, nem sempre acompanhado do rigor científico necessário. Muitos ativos ditos antienvelhecimento são incorporados aos chamados cosmecêuticos que constituem uma classe de produtos tópicos intermediários entre os cosméticos e os medicamentos ou drogas. Como esses produtos são registrados como cosméticos, não há uma exigência rigorosa em relação aos estudos clínicos de eficácia e segurança, ou seja, são poucos os estudos controlados e randomizados. Em geral, eles não causam eventos adversos sérios, já que são utilizadas concentrações baixas dos ativos, muito aquém das que demonstram eficácia nos estudos pré-clínicos. Muitos, inclusive, não têm ação que comprovadamente possa interferir em qualquer dos mecanismos conhecidos do envelhecimento cutâneo. Não há como excluir a possibilidade de que tenham alguma utilidade, nem tampouco afirmar que possam produzir os resultados prometidos pela indústria cosmecêutica. Depende do bom senso dos dermatologistas decidir quando e qual produto indicar, assumindo com honestidade o real benefício esperado.Este artigo apresenta uma revisão dos mecanismos conhecidos do envelhecimento cutâneo e das principais substâncias ativas dos cosmecêuticos colocados no mercado nos últimos anos.

Avaliação da estabilidade e atividade antioxidante de uma emulsão base não-iônica contendo resveratrol / Evaluation of antioxidant activity and stability of an emulsion base containing non-ionic resveratrol

Vários são os fatores que podem ocasionar a instabilidade de uma emulsão, destacando-se a oxidação, reação prevenida pelo emprego de antioxidantes. O butil-hidróxi-tolueno (BHT) tem sido um dos antioxidantes sintéticos mais utilizados em formulações cosméticas, porém, a busca da indústria farmacêutica e cosmética pelo emprego de produtos de origem natural tem sido cada vez maior. Visto isso, o objetivo do presente trabalho foi a incorporação do resveratrol, um composto fenólico encontrado principalmente em uvas bem como em vinhos tintos, em uma emulsão base não-iônica para avaliação do perfil de estabilidade e atividade antioxidante em comparação a uma emulsão base não-iônica contendo o BHT. O perfil de estabilidade foi analisado pela observação das características organolépticas, determinação do pH e espalhabilidade, e atividade antioxidante através do teste com o radical livre 2,2-difenil-1-picrilhidrazila (DPPH). Em relação à estabilidade, a altas temperaturas, a emulsão contendo BHT mostrou-se superior à emulsão contendo resveratrol. Pela análise da atividade antioxidante, o resveratrol tanto na sua forma de extrato seco, como quando incorporado na emulsão, demonstrou significativa superioridade em relação ao BHT, podendo ser sua utilização uma alternativa viável em preparações cosméticas, devido ao seu grande potencial antioxidante.

There are several factors that can lead to the instability of an emulsion, highlighting the oxidation, a reaction prevented by the use of antioxidants. The butylated hydroxytoluene (BHT) has been one of the most used synthetic antioxidants in cosmetic formulations; however, pharmaceutical and cosmetic industries have shown considerable interest regarding the search for the use of natural products. Based on this, the objective of this work was the incorporation of resveratrol, a natural phenolic compound found mainly in grapes as well as in red wines, into a non-ionic emulsion basis for assessing the profile of stability and antioxidant activity, as compared with a non-ionic basis emulsion containing BHT. The profile of stability was examined by the observation of the organoleptic characteristics, determination of pH and spreadability, and the antioxidant activity through the Radical Scavenging DPPH test. The results showed that the emulsion containing BHT was more stable than the emulsion containing resveratrol, when high temperature was used. For the analysis of the antioxidant activity, the resveratrol, in both forms of incorporation, showed significant antioxidant activity in comparison to BHT, suggesting that resveratrol may be a viable antioxidant alternative to be used into cosmetic preparations.

Avaliação da eficácia e segurança do extrato de folhas de Rubus rosaefolius Sm. visando a aplicação como conservante em produtos cosméticos / Effectiveness and safety evaluation of Rubus rosaefolius Sm. leaves, regarding to the preservative use in cosmetic products

Os produtos cosméticos e farmacêuticos contendo componentes de origem natural têm aumentado significativamente nos últimos anos. Com o objetivo de utilizar esses componentes como conservante em formulações cosméticas, determinou-se a atividade antimicrobiana do extrato bruto de folhas de Rubus rosaefolius Sm. e suas frações. Aquele de melhor desempenho foi avaliado quanto à toxicidade in vitro e seu comportamento em formulações cosméticas (creme, gel e xampu), relacionado à estabilidade, eficácia do sistema conservante e compatibilidade epidérmica. A atividade antimicrobiana foi determinada pelo método de microdiluição e a concentração de 0,2% (p/v) do extrato bruto apresentou melhor desempenho. O teste de toxicidade do extrato bruto foi realizado por meio do método colorimétrico Cell Titer 96®, MTS, em cultura de queratinócitos humanos, constatando-se índice de citotoxicidade (IC50) de 1,0 mg/mL. As formulações cosméticas contendo o extrato foram analisadas quanto à estabilidade e as de melhor desempenho foram submetidas ao teste de eficácia do sistema conservante, de acordo com os procedimentos descritos na CTFA. O sistema conservante mostrou-se efetivo frente à Escherichia coli IAL 2393 (ATCC 10536), a Pseudomonas aeruginosa IAL 1874 (ATCC 9027), ao Staphylococcus aureus IAL 1875 (ATCC 6548), a Burkholderia cepacia IAL 1834 ATCC (17759) e a Candida albicans IAL 1611 (ATCC 10231). Avaliouse a compatibilidade epidérmica das formulações em equivalentes dermo-epidérmicos, sistema tridimensional cultivados na superfície ar-líquido. Os resultados mostraram que houve diferenças na compatibilidade epidérmica dependendo das características dos componentes das formulações. Concluiu-se que o extrato bruto de folhas de Rubus rosaefolius Sm. a 0,2% (p/v) pode ser utilizado como candidato a conservante em formulações cosméticas, sendo estável e apresentar compatibilidade epidérmica.

Cosmetic and pharmaceuticals products contained natural compounds have increased in the last few years. To verify the use of these compounds as preservative in formulations, the antimicrobial activity from the raw extract of the Rubus rosaefolius Sm. leaves and its fractions was determined. The toxicity in vitro and the behavior in cosmetic formulations (gel, emulsion and shampoo), regarding to the stability, effectiveness of the preservative system, and epidermal compatibility were evaluated in the extract, which had the best preservative action. The antimicrobial activity was determined by the micro dilution method, and the 0.2% concentration (w/v) of the raw extract had the best performance. The toxicity of the extract was analyzed by Cell Titer 96® colorimetric; MTS method in human keratinocytes culture, and the index of cytotoxicity (IC 50) found was 1.0 mg/mL. The cosmetic formulations with the raw extract were analyzed regarding to the stability and the best formulations were submitted to preservative challenge test, according to CTFA procedures. The preservative system was effective against Escherichia coli IAL 2393 (ATCC 10536), Pseudomonas aeruginosa IAL 1874 (ATCC 9027), Staphylococcus aureus IAL 1875 (ATCC 6548), Burkholderia cepacia IAL 1834 ATCC (17759), and Candida albicans IAL 1611 (ATCC 10231). The epidermal compatibility of the formulations was verified by skin (dermo-epidermal) equivalent, three-dimensional system, cultivated in the air-liquid surface. The results showed there were differences in the epidermal compatibility depended on the ingredient of formulation. In conclusion, the raw extract from the Rubus rosaefolius Sm leaves 0.2% (w/v) can be used as preservative candidate in the cosmetic formulations analyzed due to stability and it presented epidermal compatibility.

Análise térmica aplicada à cosmetologia / Thermal analysis applied to cosmetology

Este artigo apresenta a análise térmica para os estudos das propriedades físicas e químicas de compostos e de suas misturas no contexto da área de cosméticos. Os autores relatam alguns trabalhos da literatura em que diferentes técnicas termoanalíticas são usadas na caracterização de matérias-primas, produtos cosméticos e amostras de cabelo.

This paper presents the thermal analysis for the studies of the physical and chemical properties of compounds and their mixtures in the cosmetic area. The authors relate some papers in wich different thermoanalytic techniques have been used for characterization of raw material, cosmetic product and samples of hair.