Emulsi Kosmetik dan Lotion

Emulsi merupakan sistem multifase di mana salah satu fase (fase kontinyu) mengandung droplet fase yang lain (fase terdispersi). Biasanya emulsi perawatan kulit merupakan sistem dua fase di mana fase kontinyu memiliki volume relatif lebih besar daripada fase terdispersi. Selain bentuk emulsi yang sederhana, terdapat emulsi jenis lain yaitu multiple phase emulsion (misalnya emulsi O/W/O), emulsi liquid kristalin, dll.

Keuntungan penggunaan bentuk emulsi kosmetik antara lain :

1. Ditinjau dari sisi estetika, sediaan emulsi terlihat elegan, lebih menyenangkan dalam penggunaan karena kandungan air dalam sediaan dapat memberikan efek dingin pada kulit bila dibandingkan dengan sediaan yang hanya menggunakan minyak.

2. Dapat dibuat menjadi bermacam-macam bentuk sediaan dengan berbagai sifat

Emulsi dapat dibuat menjadi bermacam bentuk sediaan seperti krim, lotion, susu, dan pasta. Selain itu, emulsi memiliki bermacam sifat bahan penyusun mulai dari yang ringan sampai berat, dari yang berminyak sampai kering, dari yang mudah diabsorpsi sampai yang sulit diabsorpsi (membentuk lapisan film pada kulit).

3. Merupakan inklusi zat aktif karena emulsi dapat mengandung berbagai macam zat aktif, baik yang larut minyak maupun larut air.

4. Dapat menurunkan biaya secara keseluruhan karena adanya kandungan air.

Hal yang harus diperhatikan dalam proses pembuatan emulsi adalah ukuran partikel, energi yang dibutuhkan, dan kondisi selama pembuatan. Masalah yang paling utama dalam pembuatan emulsi kosmetik adalah minyak dan air tidak dapat bercampur. Hal ini disebabkan oleh tingginya tegangan permukaan antarfase sehingga surface energy system juga akan meningkat. Untuk mengatasi hal tersebut maka tegangan permukaan harus diturunkan.

Ada 2 cara yang dapat digunakan untuk menurunkan tegangan permukaan, yaitu :

1. Cara kimiawi (menggunakan surfaktan atau emulgator)

Emulgator merupakan molekul yang bersifat amfifatik sehingga dapat berikatan dengan fase air dan fase minyak.

2. Cara mekanik (menggunakan pengadukan).

Pengadukan dengan kecepatan tinggi akan menurunkan ukuran partikel fase terdispersi sehingga stabilitas semakin tinggi.

Ada beberapa faktor yang menentukan bentuk sediaan emulsi yaitu pemilihan emulgator, sifat fisika kimia dari komponen fase minyak, volume tiap fase, dan ukuran droplet.

Tipe Emulgator

Tipe-tipe emulgator yang dapat digunakan yaitu :

Emulgator anionik

Emulgator anionik yang diduga pertama kali digunakan adalah sabun. Sabun dihasilkan dari netralisasi asam stearat dengan natrium hidroksida. Sabun mempunyai sisi hidrofilik yang bermuatan dan sisi hidrofobik yang merupakan lemak. Kelemahan dari sabun adalah masalah pH dan mudah dipengaruhi oleh garam logam berat. Oleh karena itu, sabun tidak digunakan lagi sebagai emulgator.

Emulgator anionik yang lebih canggih yaitu minyak kelapa yang dimodifikasi. Minyak kelapa yang dimodifikasi tersebut membentuk basis dari emulgator anionik sulfat dan eter sulfat (seperti natrium lauril sulfat). Selain itu, substitusi eter pada rantai lemak akan mengurangi sifat hidrofobik rantai lemak sehingga menghasilkan sistem emulsi yang kurang menempel pada kulit.

Emulgator nonionik

Emulgator nonionik biasa digunakan dalam pelembab. Emulgator ini tidak mempunyai muatan. Rantai karbon tak jenuh mudah disubstitusi oleh etilen oksida. Proses etoksilasi yang berbeda dapat menghasilkan sifat amfifatik yang berbeda. Apabila panjang rantai karbon dan cabang rantai berbeda maka akan dihasilkan molekul yang berbeda yang dapat digunakan dalam pembuatan produk perawatan kulit.

Emulgator kationik

Emulgator kationik digunakan dalam formulasi produk perawatan kulit. Sebagian besar emulgator kationik dikenal memiliki aktivitas antimikroba. Emulgator tipe ini tidak stabil pada pH tinggi dan konsentrasi ion negatif yang tinggi. Permukaan kulit memiliki muatan negatif sehingga emulgator kationik akan terikat pada kulit.

Emulgator polimerik

Emulgator polimerik biasa digunakan dalam pelembab. Contoh emulgator tipe ini adalah silikon atau asam poliarilik. Polimer ini akan terdistribusi sepanjang permukaan air dan minyak. Sisi lipofilik akan berikatan dengan fase minyak dan sisi hidrofilik akan berikatan dengan fase air.

Pemilihan Emulgator

Sistem HLB (Hydrophilic / Lipophilic Balance) dikenalkan secara sederhana sekitar 50 tahun yang lalu. Nilai HLB menunjukkan keseimbangan antara ukuran dan kekuatan gugus hidrofilik (polar) dengan gugus lipofilik (non polar) dari emulgator.

Semakin polar suatu molekul maka emulgator akan semakin mudah masuk ke fase air dari emulsi tersebut. Sebaliknya semakin non polar bagian yang lain, maka emulgator akan semakin menjadi bagian dari fase minyak. Polaritas relatif tidak hanya akan mempengaruhi posisi akhir emulgator di permukaan tetapi juga mempengaruhi stabilitas dan fluiditas emulsi tersebut.

Sistem HLB menggunakan skala 1-20. Kombinasi emulgator dengan nilai HLB yang berbeda (misal HLB 5 dan HLB 15) dengan proporsi yang sama akan menghasilkan sistem HLB rata-rata (HLB 10). Sistem HLB ini dapat digunakan untuk menentukan emulgator yang tepat.

Faktor-faktor yang mempengaruhi HLB meliputi faktor kimia, stereokimia, kemurnian tiap emulgator, dan kemampuan untuk bercampur terhadap minyak dan air. Faktor-faktor ini bermanfaat dalam perhitungan HLB. Selain itu bermanfaat untuk menentukan apakah emulsi itu termasuk sistem w/o atau o/w.

Emulgator nonionik paling banyak dipilih karena sistem HLB-nya lebih seimbang daripada emulgator anionik dan kationik. Emulgator anionik lebih tepat digunakan untuk produk-produk leave-on. Campuran emulgator nonionik dan anionik berguna sebagai awal pembuatan emulsi dengan memadukan keuntungan dari kedua tipe emulgator. Emulgator nonionik memiliki keuntungan yaitu lebih stabil pada perubahan pH, sedikit terpengaruh oleh konsentrasi garam, dan lebih mudah dikombinasikan sebagai campuran emulgator.

Campuran emulgator dapat dibuat dengan menggunakan panjang rantai karbon yang sama dan derajat etoksilasi yang berbeda. Meskipun campuran emulgator memiliki HLB yang ekivalen dengan emulgator tunggal pada panjang rantai yang serupa, namun akan menghasilkan emulsi dengan kualitas yang lebih baik.

Stabilitas

Stabilitas adalah keadaan yang menggambarkan bagaimana produk dapat diterima dalam penyimpanan dan penggunaan setelah proses pembuatan, pengemasan, dan penyimpanan sementara di etalase toko.

Beberapa faktor masalah yang  dapat mempengaruhi stabilitas emulsi antara lain :

Masalah	Penyebab	Cara Mengatasi
Koalesensi dari droplet fase terdispersi	Kemungkinan droplet tidak stabil pada antarmuka minyak-air Gerak Brown	Meningkatkan tegangan antarmuka dengan memilih campuran emulgator yang lebih stabil Mengubah volume relatif tiap fase Mengentalkan fase kontinyu
Flokulasi dari droplet fase terdistribusi	Droplet berikatan secara van der waals sehingga menghasilkan droplet yang lebih besar.	Mengubah muatan permukaan droplet. Mengubah volume relatif tiap fase Mengentalkan fase kontinyu
Pengendapan atau floating dari droplet fase terdispersi	Perbedaan kecepatan pengendapan yang besar antara fase terdispersi dan fase kontinyu	Mengubah kecepatan pengendapan tiap fase Mengubah viskositas fase kontinyu Memperkecil ukuran partikel fase terdispersi
Pembalikan fase	Volume relatif yang tinggi Ketidakstabilan antarmuka minyak-air	Mengubah volume relatif tiap fase Mengubah campuran emulgator Mengubah proses dengan meningkatkan tekanan geser dan mengurangi ukuran partikel
Ostwald ripening	Terbentuknya droplet fase terdispersi yang besar, yang terbentuk dari gabungan droplet ukuran kecil Ketidakstabilan  permukaan minyak-air	Mengubah sifat kelarutan dari komponen fase terdispersi untuk mencegah migrasi atau perpindahan fase kontinyu

Masalah-masalah tersebut tidak berdiri sendiri-sendiri namun saling mempengaruhi. Sebagai contoh peningkatan viskositas dari fase kontinyu  akan mengurangi efek gerak Brown dari fase terdispersi. Penggunaan bahan tambahan seperti lilin (untuk fase kontinyu yang berupa minyak) atau polimer (untuk fase kontinyu yang berupa air) akan meningkatkan kecepatan pengendapan  dari fase kontinyu, mengubah tegangan antarmuka air-minyak, dan mempengaruhi sifat alir.

Masalah-masalah di atas dapat diatasi dengan penggunaan co-emulsi. Contohnya adalah setil alkohol CH₃(CH₂)₁₅OH di dalam sistem o/w. Bagian hidrofiliknya (alkohol) akan menempatkan diri pada bagian hidrofil dari emulgator utama. Bagian hidrofobiknya tidak akan compatible dengan fase air tetapi akan lebih mudah bergabung dengan bagian hidrofobik lainnya. Akibatnya beberapa bagian hidrofilik dari emulgator kedua ini akan diproyeksikan kembali ke arah fase air dan bagian hidrofobiknya akan berkumpul membentuk bilayer. Sebagai perluasan dari prinsip ini, sebuah jaringan dengan struktur lamela dapat membentuk matriks di seluruh fase kontinyu sehingga menghasilkan emulsi liquid kristalin.

Keuntungan struktur tersebut adalah dapat menambah stabilitas sistem dan menambah keuntungan dalam perawatan kulit karena efek long-term moisturization, serta memperbaiki estetika. Peningkatan stabilitas disebabkan oleh penggunaan polimer. Beberapa macam polimer yang digunakan pada sistem o/w adalah selulosa dan alginat. Polimer lain yang umum digunakan untuk menstabilkan emulsi adalah sistem co-polimer, polyacrylic acid (karbopol). Pada kasus yang ekstrim, dapat juga berperan sebagai emulgator tunggal dan karbopol termodifikasi dapat membuat emulsi yang “bebas emulgator”.

Pada prinsipnya, penambahan material akan menambah potensial interaksi yang dapat mengakibatkan ketidakstabilan emulsi. Oleh karena itu formulator harus mengerti sifat fisika kimia bahan mentah yang digunakan sehingga menghasilkan produk yang baik, yang sesuai dengan kebutuhan konsumen.

Ada berbagai metode yang digunakan untuk mengukur stabilitas emulsi :

Metode	Prinsip	Keterangan
Mikroskopis	Melihat perbedaan fase	Metode ini berguna untuk uji kualitatif Yang dapat diamati : dark field, kekontrasan fase, cahaya terpolarisasi, dan Nomarski optics Emulsi biasanya rusak selama proses
Laser particle sizer	Droplet akan berinteraksi dengan sinar laser yang proporsional dengan ukurannya	Dibutuhkan sampel yang cair
Tensiometer	Mengukur tekanan yang dibutuhkan untuk menarik cincin atau piringan melalui interval antara 2 lapisan	Memberikan informasi dasar tegangan antarmuka tetapi hanya dapat dilakukan jika luas permukaan interfase-nya besar
Rheometer	Mengukur perubahan sifat viskoelastis emulsi di bawah tekanan	Kondisi tekanan dan parameter interest spesifik terhadap tipe emulsi
Turbidometer	Memeriksa sifat bulk light scattering	Stabilitas yang besar dapat diuji secara cepat dengan tes percepatan

Stabilitas organoleptis dan fisikokimia

Karakteristik fisikokimia pada tabel di atas dapat membantu menentukan stabilitas. Viskositas dan penampilan mikroskopis biasanya digunakan untuk menentukan stabilitas. Perubahan viskositas yang cepat menunjukkan perubahan struktur emulsi. Peningkatan dan penurunan viskositas dapat mempengaruhi stabilitas dan pengeluaran dari pengemas.

Metode mikroskopis dapat membantu memahami alasan perubahan stabilitas. Dengan metode ini, struktur emulsi dan homogenitas droplet (dalam hal ukuran dan struktur) dapat digambarkan.

Kriteria lain penilaian stabilitas difokuskan pada aspek sensory seperti bau, warna, dan viskositas. Selain itu sifat-sifat objektif seperti pH dan viskositas mudah dicatat, sedangkan test stabilitas dengan sifat-sifat sensory membutuhkan referensi sampel standar, yang biasanya disimpan di suhu kamar.

Di antara faktor-faktor tersebut, pH produk adalah faktor yang paling sering dites dan perubahan pH dapat digunakan sebagai indikator keamanan. Hal ini hanya berlaku untuk emulsi o/w, dan perubahan pH pada formulasi w/o dapat mempengaruhi stabilitas produk keseluruhan.

Karakteristik stabilitas akan ditentukan oleh pengemas. Sementara itu, gelas memiliki sifat inert, sedangkan plastik dapat menyerap bahan baku. Beberapa ester yang digunakan dalam formulasi dapat melarutkan pengemas tipe tertentu. Efek yang dihasilkan bervariasi, mulai dari pelunakan pengemas dan deformasi pengemas sampai berkurangnya kemampuan pengemas sebagai pelindung dari pertukaran gas dan kerusakan oleh mikroba.

Stabilitas mikrobial

Kontaminasi mikroba dapat mempengaruhi keamanan produk. Sumber kontaminasi berasal dari bahan baku, proses dan penyimpanan bahan baku, pengemasan, penyimpanan produk akhir, dan penggunaan dan penyimpanan produk oleh konsumen.

Pengemas produk juga menjadi bagian penting. Pump pack dan squeeze bottles dapat mencegah kontaminasi dari kontak langsung dengan tangan.  Namun squeeze bottles mempunyai kekurangan yaitu dapat mengalami kontaminasi karena adanya peristiwa suck-back. Produk yang digunakan berkali-kali mempunyai ruang udara yang besar dan mengalami kondensasi pada sisi-sisi pengemas yang dapat menciptakan lingkungan yang cocok untuk tumbuhnya mikroba.

Penambahan pengawet dan penggunaan metode barrier (seperti pump pack,  single dose format) merupakan 2 strategi yang umum digunakan sebagai pelindung terhadap kontaminasi setelah proses produksi. Untuk mengurangi kontaminasi selama proses produksi, perlu mengikuti Good Manufacturing Practice (GMP). Bahan baku atau proses yang digunakan tidak boleh meningkatkan resiko kontaminasi mikroba.

BASIC MOISTURE LOTION

Tabel di bawah ini memberikan uraian tentang beberapa macam basis lotion yang berfungsi sebagai pelembab.

Basis lotion	Kegunaan	Keterangan
Air	Pelarut dari bahan aktif Memberikan efek dingin	Merupakan fase kontinyu
Paraffinum liquidum	Memberikan lapisan occlusiv dari emolient Menjaga dan membuat kulit menjadi halus	Merupakan disperse phase Harga murah Resiko oksidasi rendah Kemampuan untuk bercampur dengan fase air rendah
Gliserin	Humektan	Secara polar dapat mengikat air
Caprylic/capric triglycerid	Merupakan minyak mineral Memiliki estetika yang lebih baik  apabila strukturnya ester	Dengan rantai yang relatif pendek, caprylic/capric triglycerid dapat digunakan untuk mengatur karakteristik lotion dalam formulasinya.
Dimethicone	Membuat kulit menjadi licin Sebagai barrier dengan adanya fase minyak.	Adanya perbedaan tingkatan  minyak silikon dalam hal panjang ikatan dan viskositas, akan memberikan manfaat yang berbeda sebagai barier dan memberikan sensasi yang bebeda-beda di kulit.
Gliseril stearat	Emulgator nonionik	Lipofilik > lipofobik dengan HLB 4
PEG100 stearat	Emulgator nonionik	Lipofilik < lipofobik dengan HLB 18
Setil alkohol	Co-emulgator /lilin	Menstabilkan permukaan droplet fase pendispersi Berperan dalam menetukan viskositas
Karbomer	Cairan pengental	Menaikkan stabilitas, Menambahkan volume lotion
Natrium hidroksida	Penetral asam dari karbomer
Tetranatrium EDTA	Sebagai sequestrant, untuk mencegah ion logam berikatan dengan gugus kationik dari cairan pengental	Menjaga stabilitas mikrobial dengan menghilangkan ion logam
Parfum  dan persevative

Agar dapat menggunakan basis-basis di atas, fase minyak harus ada dalam bentuk cairan ketika berada pada suhu kamar. Fase minyak yang tetap berbentuk cair dalam suhu ruangan adalah ester rantai pendek. Selain itu, minyak mineral juga dapat dipakai dengan manfaat dan stabilitas yang lebih baik daripada ester. Resiko minyak mineral untuk menjadi tengik lebih rendah bila dibandingkan dengan ester. Selain itu, minyak mineral juga memiliki harga yang lebih murah. Akan tetapi, estetika yang dihasilkan oleh minyak mineral tidak terlalu bagus, sedangkan ester dapat menaikkan skin-feel tanpa mengurangi lubrisitas. Setil alkohol dapat membentuk stabilitas emulsi dan menjaga viskositas. Penambahan viskositas dari fase air tidak hanya menambah stabilitas, tetapi juga menambah volume lotion. Gliserin yang ditambahkan sebagai pelembab memiliki efektifitas yang lebih baik dibandingkan dengan jenis pelembab lain. Level dari pemakaian gliserin tergantung pada target pemasaran.