Quem se lembra do Equilíbrio Hidrófilo-Lipófilo (EHL, ou HLB em inglês)? Aquele cálculo que se faz para determinar a combinação ideal de emulsificantes necessária para obter uma formulação estável… Pois é, amado por alguns e temido por outros, o EHL é uma ferramenta à disposição dos formuladores que, aparentemente, caiu em desuso. Afinal, para que perder tempo buscando informação e fazendo continhas se eu posso ir logo pra bancada e descobrir se deu certo ou não simplesmente testando, não é mesmo?
Sim, um formulador pode obter emulsões estáveis por meio do bom e velho método da tentativa e erro. Na verdade, essa era a única técnica disponível antes de Griffin introduzir a noção de EHL em 1948. Nas primeiras décadas após a sua introdução, tal método fora considerado revolucionário! Mas agora, quase sete décadas depois, parece que não há mais muito interesse entre os formuladores de cosméticos pelo método do EHL, com exceção talvez, daqueles que estejam na Academia. Mas será que ainda faz sentido usá-lo?

A estabilização de uma fase oleosa em uma fase aquosa ou vice e versa depende de um agente tensoativos e o EHL é uma ferramenta que auxilia neste processo.
Acima, apenas água e óleo antes e depois de agitar. O mito de que óleo e água não se misturam cai por terra com a adição de um agente emulsificante.
Foto: Cosmética em Foco.

O método de Griffin requer que se calcule o valor de EHL final da emulsão (creme ou loção!), de modo que é necessário saber previamente os valores de EHL de cada um de seus constituintes graxos (gordurosos), bem como, dos agentes emulsificantes que se pretende utilizar. O fato de que nem sempre o valor de EHL dos ingredientes está disponível e de que é preciso passar um tempo fazendo contas, faz com que muitos formuladores deixem de utilizar este método e partam diretamente para a prática. Contudo, apesar do tempo que se gasta “pensando”, o uso do método de Griffin tem algumas vantagens sobre a abordagem empírica:

  1. O método de Griffin é um meio mais científico e profissional de se formular. Em tempos de crise, saber usar o conhecimento pode ser a chave para se manter o ganha-pão!
  2. Tal método identifica a combinação mais adequada de emulsificantes, respeitando as características da emulsão que se pretende obter.
  3. A tentativa e erro consome tempo e recursos que poderiam ser poupados com uma abordagem mais fundamentada, por exemplo, a técnica de Griffin, o desenvolvimento fatorial ou o diagrama de fases.

O conceito de EHL reconhece que as substâncias tensoativas (emulsificantes) possuem uma porção hidrossolúvel (solúvel em água) e outra lipossolúvel (solúvel em matéria graxa), de modo que a solubilidade final da substância é o resultado da combinação entre essas porções. Esta combinação é traduzida por meio de um número que varia de 1 a 50, o valor de EHL, o qual aumenta à medida que a substância se torna mais afim da água. Assim, a hidro ou lipossolubilidade de uma substância torna-se menos vaga com a adoção deste parâmetro.

A imagem mostra exemplos de emulsões com drásticos problemas de estabilidade!
O EHL pode ser usado como uma ferramenta para evitar alguns problemas de estabilidade em emulsões.
(A) Não formou emulsão pois o emulsificante não era apropriado ou não foi usado em quantidade suficiente; (B) Separação de fases com cremeação (fase aquosa por baixo!); (C) Separação de fases com coalescência da fase oleosa e também com oxidação; (D) emulsão estável.
Foto: Cosmética em Foco.

O EHL de uma substância em particular pode ser encontrado na literatura ou calculado matematicamente. Nos livros, encontram-se diferentes fórmulas e meios de se determinar o EHL de um ingrediente; um deles utiliza o Índice de Saponificação (IS) e o Índice de Acidez (IA) para determinar o EHL exclusivamente de tensoativos do tipo éster, como os Spans (monoalquilato de sorbitano) e Tweens (monoalquilato de polioxietilenosorbitano):

EHL = 20 (1 – IS/IA)

No entanto, o valor de EHL também pode ser determinado experimentalmente.

No caso de uma substância oleosa, prepara-se uma série de emulsões contendo quantidades iguais da substância em análise, da fase aquosa e da mistura de dois emulsificantes de valor de EHL conhecido, combinados em proporções variáveis e lineares, de modo que resultem em sistemas com valores de EHL definidos. Após 24h, procede-se ao exame das emulsões e identifica-se aquela que for mais estável. Assim, admite-se que a substância em estudo tem valor de EHL correspondente à mistura de emulsificantes que resultou na formulação mais estável.

No caso de uma substância emulsificante com EHL desconhecido, pode-se utilizar o mesmo procedimento experimental descrito acima, mas desta vez o problema será o EHL do novo emulsificante, em vez da substância oleosa:

EHLemulsificante problema = (EHLsubstância oleosa – EHLemulsificante padrão x P)/N

Em que:
P: % de emulsificante padrão;
N: % de emulsificante problema.

Já o meio de se calcular o EHL da emulsão como um todo pode ser facilmente encontrado na internet ou em livros de farmacotécnica e de ciência das emulsões (por exemplo, veja aqui e aqui). Basicamente, desconsideram-se os constituintes não-poliméricos da fase aquosa e soma-se a contribuição de cada um dos constituintes da fase oleosa ao EHL final, ponderada pela proporção de cada constituinte na fórmula. Normalmente, emulsificantes secundários são considerados como parte da fase oleosa. E a combinação de emulsificantes primários deve equivaler ao EHL da emulsão.

Por exemplo, se a fórmula contém 10% em peso de ácido esteárico (EHL = 17,0) em um total de 42% de fase oleosa, a contribuição do ácido esteárico para o EHL final da emulsão é de:

EHLreferente ao ácido esteárico: 10/42 = 23,8% » (17,0 x 23,8)/100 = 4,05

O mesmo raciocínio deve ser considerado para cada constituinte da fase oleosa!

É muito comum encontrar exemplos com misturas de apenas dois emulsificantes, mas nada impede que os formuladores utilizem o método de EHL para trabalhar com 1, 2, 3 ou mais emulsificantes. Lembrem-se: o objetivo é encontrar uma combinação de emulsificantes que corresponda ao EHL final da emulsão! Vale ressaltar que gomas e espessantes também têm seu próprio valor de EHL e, em alguns casos, são utilizados como emulsificantes primários.

Escala de valores de EHL de Griffin

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Designação químicaEHL
Diestearato de etilenoglicol1,5
Triestearato de sorbitano (Span 65)2,1
Monoestearato de propilenoglicol3,4
Monoleato de sorbitano (Span 80)4,3
Monoestearato de sorbitano (Span 60)4,7
Octylphenol Etoxylated (Triton X-15)4,9
Monolaurato de dietilenoglicol6,1
Monopalmitato de sorbitano (Span 40)6,7
Sucrose dioleate7,1
Goma Acácia8,0
Álcool de lanolina (Vilvanolin L-101)8,0
Laureth-4 (Brij L4)9,7
Gelatina9,8
Octylphenol Ethoxylate (Triton X-45)9,8
Metilcelulose10,5
Monoestearato de Polyoxietileno (Myrj S8)11,1
Oleato de trietanolamina12,0
Goma Tragacanto13,2
Octylphenol Ethoxylate (Triton X-100)13,5
Polisorbato 60 (Tween 60)14,9
Polisorbato 80 (Tween 80)15,0
Polisorbato 20 (Tween 20)16,7
Poloxamer 188 (Pluronic F 68)17,0
Oleato de sódio18,0
Oleato de potássio20,0
Lauril sulfato de sódio40,0

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Em geral, no início do desenvolvimento de uma fórmula, fixa-se a mistura de emulsificantes primários entre 2 e 5% em peso da formulação total. Na maioria dos casos, esta quantidade é levemente excessiva e pode ser corrigida posteriormente (com base na estabilidade!). Uma quantidade de emulsificantes menor que o necessário pode resultar em emulsões instáveis e retrabalho. Já uma quantidade maior que o necessário pode resultar na formação de espuma e na maior incorporação de ar na fórmula. Além disso, o excesso abusivo de emulsificantes pode ser irritante para a pele e representa um custo desnecessário.

Mais recentemente, tem sido proposto o método de Diferença Hidrófila-Lipófila (DHL, ou HLD em inglês), que promete melhor desempenho que o método de Griffin. Basicamente, esta técnica defende que as emulsões são o resultado das propriedades de todo um sistema e não apenas do tensoativo, de modo que é preciso considerar também o tipo de fase oleosa, a temperatura, a salinidade da fórmula e a proporção água/óleo. Os interessados podem ler mais aqui.

A decisão de qual método usar depende das preferências do(a) formulador(a) e da cultura da empresa em que ele(a) trabalha. Algumas empresas adotam uma abordagem mais científica, outras pressionam por resultados rápidos. Ambas as abordagens podem funcionar corretamente, contudo, o método de tentativa e erro tem maior probabilidade de resultar em uma formulação que ao fim de três meses de estudo de estabilidade acelerada descobre-se inadequada! Pense nisso! Pense nos recursos e tempo desperdiçados e em como a ciência pode trabalhar em seu favor! É claro que todo método científico tem suas limitações, mas pelo menos as limitações dos métodos científicos são conhecidas… o que podemos dizer da falta de qualquer método?!

Até a próxima!

Leia mais:
Advances in Colloid and Interfaces Science
Drug Development and Industrial Pharmacy
International Journal of Cosmetic Science
PRISTA, L. N. et al. Tecnologia Farmacêutica. Vol. 1. 7. ed. Lisboa: Calouste-Gulbenkian, 2008. cap. 8.
ALLEN, L. V. A. et al. Ansel’s Pharmaceutical DOsage Forms and Drug Delivery Systems. 8th edition. Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins, 2005. Chapter 14.