Objective: A combined treatment using both low-frequency (20 kHz) and high-frequency ultrasounds (1.63 MHz) is a promising new process to stabilize emulsions with minimalist formulation. In order to optimize process parameters, a Doehlert experimental design was performed with oil-in-water emulsions, presently used for cosmetic products, composed of water, caprylic/capric triglycerides and oleic acid.
Methods: Effects of treatment time, oil content and oleic acid content were studied on emulsion properties (droplet size, polydispersity index, ζ-potential and yield of oil incorporation) and on emulsion stability after a 28-day storage (creaming index, Turbiscan stability index (TSI) and oil release).
Results: From experimental data, a model was established that allowed to study effects of each parameter and their interactions on emulsion formation and stability. Oleic acid content had a great impact on emulsion formation: It reduced droplet size, PDI and ζ-potential and increased yield of oil incorporation. However, a critical value could be highlighted, beyond which oleic acid effects reversed. Treatment time had an important beneficial effect on emulsion stability as it decreased creaming index, TSI and oil release after 28 days of storage. Oil content had a negative effect on emulsion formation and on emulsion stability. However, treatment time and oil content often had a beneficial synergistic effect.
Conclusion: The optimized conditions for emulsion processing were obtained through a desirability approach. They were experimentally validated.
Objectif: Un traitement combiné utilisant à la fois des ultrasons à basse fréquence(20 kHz) et à haute fréquence (1,63 MHz) est un nouveau procédé prometteur pour stabiliser les émulsions avec une formulation minimaliste. Afin d'optimiser les paramètres du procédé, un plan d’expériences de Doehlert a été réalisé avec des émulsions huile-dans- eau, actuellement utilisées pour des produits cosmétiques, composées d'eau, de triglycérides capryliques/capriques et d'acide oléique.
Methodes: Les effets du temps de traitement, de la teneur en huile et de la teneur en acide oléique ont été étudiés sur les propriétés des émulsions (taille des gouttelettes, indice de polydispersité, potentiel-ζ et rendement d'incorporation de l'huile) et sur la stabilité des émulsions après un stockage de 28 jours (indice de crémage, indice de stabilité au Turbiscan (TSI) et relargage de l'huile).
Resultats: A partir des données expérimentales, un modèle a été établi et a permis d'étudier les effets de chaque paramètre et leurs interactions sur la formation et la stabilité des émulsions. La teneur en acide oléique a eu un impact important sur la formation des émulsions : elle a réduit la taille des gouttelettes, le PDI et le potentiel-ζ, et a augmenté le rendement d'incorporation de l'huile. Cependant, une valeur critique a pu être mise en évidence, au-delà de laquelle les effets de l'acide oléique s'inversent. Le temps de traitement a eu un effet bénéfique important sur la stabilité des émulsions car il a diminué l'indice de crémage, le TSI et le relargage d'huile après 28 jours de stockage. La teneur en huile a eu un effet négatif sur la formation des émulsions et sur leur stabilité. Cependant, le temps de traitement et la teneur en huile ont souvent eu un effet synergique bénéfique.
Conclusion: Les conditions optimisées pour le traitement des émulsions ont été obtenues par une approche de désirabilité. Elles ont été validées expérimentalement.
Keywords: Doehlert experimental design; emulsion; formulation; high-frequency ultrasounds (1.63 MHz); stability.
© 2023 Society of Cosmetic Scientists and Societe Francaise de Cosmetologie.