Introduzione: La sfida del rapporto di diluizione nelle emulsioni cosmetiche naturali
Nel settore dei cosmetici naturali, la stabilità delle emulsioni dipende in modo critico dal rapporto volumetrico tra fase dispersa e fase continua — il cosiddetto rapporto di diluizione — che modula la tensione interfaciale, la mobilità delle gocce e la cinetica di coalescenza. Un errore comune è sottovalutare l’effetto di questa proporzione, spesso basandosi su linee guida generiche piuttosto che su dati precisi e test sperimentali. Questo approfondimento, sviluppato sulla base delle fondamenta tecniche delle emulsioni (Tier 1) e sulla metodologia di ottimizzazione del rapporto di diluizione (Tier 2), fornisce una guida dettagliata per calcolare, testare e stabilizzare emulsioni stabili utilizzando emulsionanti vegetali come lecitine di soia, gomme arabiche e proteine del riso, con particolare attenzione ai casi reali e agli errori frequenti in ambito italiano.
“La stabilità di un’emulsione non è solo questione di emulsionante, ma di equilibrio dinamico tra volumi, interazioni intermolecolari e controllo termico.”
1. Fondamenti: come il rapporto di diluizione modula la stabilità emulsiva
Le emulsioni si formano quando due liquidi immiscibili — tipicamente un’acqua distillata e un burro vegetale come il karité — vengono forzati a mescolarsi grazie a un emulsionante. La stabilità dipende principalmente da due fattori: la capacità dell’emulsionante di ridurre la tensione interfaciale e la dimensione delle gocce disperse, influenzata dal rapporto tra volume fase dispersa (Vd) e volume fase continua (Vc), espresso come rapporto volumetrico r = Vd/Vc. Questo rapporto varia da 1:2 a 1:5, a seconda della natura chimica e fisica dell’emulsionante: emulsionanti idrosolubili (es. lecitine) richiedono rapporti più elevati (1:4–1:5), mentre quelli liposolubili (es. esteri di sorbitano naturali) funzionano meglio in proporzioni più basse (1:2–1:3).
Formula chiave:
r = Vd / Vc
dove r = rapporto di diluizione (volumetrico);
una tensione interfaciale ottimale (τ) si raggiunge quando Vd è contenuto entro 30-40% del totale, evitando aggregazione o coalescenza.
2. Metodologia di calcolo e test empirici per il rapporto di diluizione
Per determinare il rapporto ideale, si inizia con la definizione del volume totale finale desiderato (Vtot), suddiviso in fase dispersa (Vd) e fase continua (Vc):
Vtot = Vd + Vc → r = Vd / (Vtot − Vd)
Esempio pratico:
Per una base emolliente a base di burro di karité (Vtot = 500 mL), test con rapporti da 1:4 a 1:5:
– 1:4 → Vd = 125 mL, Vc = 375 mL, r = 0.333
– 1:5 → Vd = 125 mL, Vc = 375 mL, r = 0.333 (stabilità ottimale raggiunta)
Ma attenzione: se la fase dispersa supera il 40% del totale (Vd > 200 mL), la stabilità cala drasticamente a causa di instabilità termodinamica.
3. Selezione emulsionanti e calcolo HLB: il ruolo chiave del bilanciamento idrofilo-lipofilo
Il parametro HLB (Hydrophilic-Lipophilic Balance) è fondamentale per scegliere l’emulsionante giusto:
– HLB 3–6: emulsionanti idrosolubili (gomme arabiche, proteine vegetali)
– HLB 8–18: emulsionanti liposolubili (esteri di sorbitano naturali, lecitine modificate)
Per una emulsione O/A a base di burro di karité, si predilige un emulsionante con HLB 6–8, ad esempio la lecitina di soia (HLB ~7.2), facilmente solubile in fase acquosa e compatibile con emulsionanti liposolubili.
Tabella: HLB ideali per emulsionanti comuni
| Emulsionante | HLB Range | Solubilità | Tipo di emulsione tipica |
|———————–|———–|————————|————————–|
| Gomme arabica | 3–6 | Idrosolubile | O/A |
| Lecitina di soia | 6–8 | Liposolubile (parziale) | O/A, A/O (a seconda formulazione) |
| Esteri di sorbitano | 8–18 | Liposolubile | A/O |
| Proteine del riso | 4–6 | Idrosolubile | O/A, A/O (stabilità pH-sensibile) |
4. Fasi operative per l’aggiustamento preciso del rapporto di diluizione
Fase 1: Preparazione del pre-mix emulsionante
Sciogliere l’emulsionante (es. 200 mg di lecitina di soia in 50 mL di acqua distillata a 40°C con agitazione continua a 200 RPM, temperatura costante per 15 minuti, per garantire solubilità completa e formazione omogenea della fase continua).
Fase 2: Aggiunta graduale della fase dispersa
Introdurre la fase dispersa (burro di karité fuso a 60°C) a 10% del volume totale (50 mL), monitorando in tempo reale la viscosità con viscosimetro (valori target: 500–800 mPa·s). Aumentare progressivamente fino al rapporto r = 1:4, mantenendo agitazione continua.
Fase 3: Emulsione primaria
Utilizzare un omogeneizzatore a bassa velocità (500–1000 RPM) per 5 minuti, poi passare a alta velocità (1500–2000 RPM) per 5 minuti, riducendo dimensioni gocce a <1 µm.
Fase 4: Stabilizzazione termica
Riscaldare l’emulsione a 60–70°C per 15 minuti con agitazione continua, facilitando interazione molecolare e formazione di rete strutturale.
Fase 5: Raffreddamento controllato
Raffreddare a 25°C a 30 minuti con agitazione lenta (50 RPM), prevenendo cristallizzazione di componenti solidi sensibili.