Desenvolvimento de perfumes à base de água com nanoformulações de fragrância: caracterização e avaliação de propriedades físico-químicas

Abstract

A crescente demanda por cosméticos sustentáveis, dermatologicamente mais seguros, impulsiona o desenvolvimento de perfumes à base de água como alternativa às formulações alcoólicas, que emitem Compostos Orgânicos Voláteis (COVs). O principal desafio deste projeto reside na dispersão estável de fragrâncias, que são intrinsecamente oleosas, em um veículo aquoso. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo desenvolver e otimizar uma nanoemulsão de fragrância utilizando a Metodologia de Superfície de Resposta (MSR). Para isso, nanoemulsões óleo-emágua (O/A) foram preparadas com uma mistura de fragrância, surfactante não-iônico PEG-35 e tampão aquoso, empregando a ultrassonicação como método de emulsificação. A otimização foi conduzida em duas etapas: um Planejamento Fatorial para identificar as variáveis críticas e suas interações, seguido por um Planejamento Composto Central (PCC) para modelar as relações não-lineares do sistema. A análise estatística indicou uma forte e interdependente interação entre a concentração de fragrância e de surfactante, que governa não apenas propriedades como tamanho de partícula e viscosidade, mas a própria estrutura coloidal, podendo transitar de fase dentro dos vários tipos de soluções coloidais. A MSR foi capaz de modelar o comportamento curvilíneo das respostas, identificando trade-offs entre a minimização do tamanho de partícula, a homogeneidade do sistema (PDI) e a viscosidade. A otimização numérica, baseada na função de desejabilidade, permitiu a identificação de uma formulação ótima (17,75% de essência e 10,51% de surfactante), que foi validada experimentalmente em triplicata. A nanoemulsão otimizada apresentou diâmetro hidrodinâmico médio de 32,1 nm, baixo Índice de Polidispersividade (0,159), baixa viscosidade (4,73 mPa.s) e demonstrou estabilidade por no mínimo um mês. Conclui-se que o planejamento de experimentos é uma ferramenta competente para o desenvolvimento sistemático de perfumes à base de água, resultando em um protótipo de nanoemulsão estável e com propriedades físico-químicas adequadas para aplicação cosmética.

Abstract: The growing demand for sustainable and dermatologically safer cosmetics drives the development of water-based perfumes as an alternative to alcoholic formulations, which emit Volatile Organic Compounds (VOCs). The main challenge of this project lies in the stable dispersion of fragrances, which are intrinsically oily, in an aqueous vehicle. In this context, the present work aimed to develop and optimize a fragrance nanoemulsion using Response Surface Methodology (RSM). For this purpose, oil-inwater (O/W) nanoemulsions were prepared with a fragrance blend, the non-ionic surfactant PEG-35, and an aqueous buffer, employing probe ultrasonication as the emulsification method. The optimization was conducted in two stages: a Factorial Design to identify the critical variables and their interactions, followed by a Central Composite Design (CCD) to model the non-linear relationships of the system. Statistical analysis indicated a strong and complex interaction between the fragrance and surfactant concentrations, which governs not only properties such as particle size and viscosity but also the colloidal structure itself, with the potential to transition between different colloidal phases. The RSM was able to model the curvilinear behavior of the responses, identifying trade-offs between the minimization of particle size, system homogeneity (PDI), and viscosity. Numerical optimization, based on the desirability function, allowed for the identification of an optimal formulation (17.75% fragrance and 10.51% surfactant), which was experimentally validated in triplicate. The optimized nanoemulsion presented a mean hydrodynamic diameter of 32.1 nm, a low Polydispersity Index of 0.159, low viscosity (4.73 mPa.s), and demonstrated stability for at least one month. It is concluded that the design of experiments is an effective tool for the systematic development of water-based perfumes, resulting in a stable nanoemulsion prototype with physicochemical properties suitable for cosmetic application.