R&D Talk นักวิจัยขอเล่าเรื่อง EP.19 การทดสอบผลิตภัณฑ์เครื่องสำอาง ตอน ทดสอบความคงสภาพทางเคมี (Stability Test - Chemical)

     สูตรตำรับที่มีความคงสภาพหรือความคงตัวทางเคมีจะทำให้ผลิตภัณฑ์เครื่องสำอางคงคุณภาพตลอดอายุการใช้งาน หากเกิดการเปลี่ยนแปลงหรือเกิดการสลายตัวทางเคมี จะส่งผลต่อทั้งลักษณะทางกายภาพและความคงตัวทางเคมีของผลิตภัณฑ์ อาจส่งผลทำให้ผู้ใช้เกิดความไม่เชื่อมั่นในผลิตภัณฑ์ และสูญเสียความเชื่อมั่นในมาตรฐานและคุณภาพในการผลิตได้

     ความคงสภาพทางเคมี หมายถึง ผลิตภัณฑ์ที่ไม่เกิดการสลายตัวทางเคมีขององค์ประกอบทุกชนิดในตำรับ ได้แก่ สารออกฤทธิ์สำคัญ สารกันเสีย รวมถึงสารช่วยอื่น ๆ เช่น สารลดแรงตึงผิว สารประสานน้ำมันกับน้ำ สารแอนตี้ออกซิแดนท์ เป็นต้น เมื่อเวลาผ่านไปนาน ทำการตรวจหาสารออกฤทธิ์สำคัญจะต้องคงมีอยู่ในผลิตภัณฑ์ ไม่เสื่อมสลายหมดไป เพื่อให้เป็นไปตามฉลากเครื่องสำอาง

ซึ่งกลไกการสลายตัวทางเคมีมี 3 กลไก

1. ไฮโดรไลซีส (hydrolysis)
   การเกิดการสลายตัวได้ด้วยน้ำ เกิดจากโมเลกุลของน้ำทำปฏิกิริยากับอนุภาคของสารที่ละลายอยู่ในน้ำ โดยหมู่ฟังก์ชันของโครงสร้างทางเคมีที่พบการเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลสิสได้บ่อย ได้แก่ carboxylic acid, amide, lactone, lactam, imide, carbonate
2. ออกซิเดชัน (oxidation)
   ปฏิกิริยาออกซิเดชันเกิดจากการที่ระบบสูญเสียอิเล็กตรอน หรือสูญเสียอะตอมของโฮโดรเจน โดยหมู่ฟังก์ชันของโครงสร้างทางเคมีที่พบการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันได้บ่อย ได้แก่ hydroxyl bonded aromatic ring, conjugated dienes (vitamin A, unsaturated free fatty acid), heterocyclic aromatic rings (pyrimidine), nitroso และ nitrite derivatives, aldehydes (สารหอม)
3. การเสื่อมสลายด้วยแสง (photolysis)
   ปฏิกิริยาที่ต้องใช้แสงในการทำให้สารเกิดการสลายตัว ซึ่งมีสารหลายชนิดที่ไวต่อแสงและส่งผลให้เกิดการสลายตัว เช่น vitamin C, resveratrol, ferulic acid, สี เป็นต้น ผลของการสลายตัวอาจมีการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ เช่น สีจางลง เกิดการตกตะกอน หรือทางเคมี เช่น เกิดสลายสลายตัว การป้องกันการสลายตัว คือ เลือกภาชนะบรรจุที่เหมาะสมในการเก็บรักษา เช่นขวดทึบแสง หรือขวดสีชา

     ในสูตรตำรับเครื่องสำอางมักนำสารออกฤทธิ์สำคัญใส่ในปริมาณที่ใช้แล้วเห็นผล มีการอ้างอิงปริมาณที่ใส่ในฉลาก เพื่อใช้ทำการตลาดดึงดูดความน่าสนใจจากผู้บริโภค แต่เมื่อเวลาผ่านไปนานก็อาจมีการเสื่อมสลายของตัวสาร จึงได้มีการทดสอบความคงตัวทางเคมีหลังจากผ่านช่วงระยะเวลาสิ้นค้าหมดอายุ ว่าสารออกฤทธิ์สำคัญยังอยู่หรือไม่ โดยทดสอบภายใต้สภาวะต่าง ๆ
     ตามมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมสำหรับผลิตภัณฑ์ทาบำรุงผิวกำหนดไว้ว่า คุณลักษณะทางเคมีของผลิตภัณฑ์ทาบำรุงผิวซึ่งได้แก่

1. ความเป็นกรด - ด่าง (ยกเว้นผลิตภัณฑ์บำรุงผิวที่เป็นน้ำมัน) เกณฑ์ที่กำหนดไว้คือ 3.5 - 7.5
2. ต้องไม่มีส่วนผสมของสารต่อไปนี้ แต่หากมีปนเปื้อน

• ตะกั่ว mg/kg ไม่เกิน 20
• สารหนู (คำนวณเป็น As2O3) mg/kg ไม่เกิน 5
• ปรอท mg/kg ไม่เกิน 1
• แบเรียมที่ละลายได้ (soluble barium) ในรูปของเเบเรียมคลอไรด์ % (m/m) ไม่เกิน 0.05

ตัวอย่างการตรวจวิเคราะห์อื่นๆ เช่น

• ตรวจวิเคราะห์ปริมาณสารฟีนอลิก (phenolic) ด้วยวิธีต่าง ๆ เช่น HPLC, UV spectrophotometer
• ตรวจวิเคราะห์ฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระด้วยวิธีต่าง ๆ เช่น DPPH, FRAP, lipid peroxidation
• ตรวจวิเคราะห์ฤทธิ์ยับยั้งเอนไซม์อีลาสเทส
• ตรวจวิเคราะห์ฤทธิ์ยับยั้งเอนไซม์คอลลาจิเนส
• ตรวจวิเคราะห์ฤทธิ์ยับยั้งเอนไซม์ไทโรซิเนส

ตัวอย่างการทดสอบการสลายตัวของสารออกฤทธิ์สำคัญ

     ครีมที่มีส่วนผสมของสารสกัดใบบัวบก ซึ่งในสารสกัดใบบัวบกจะพบสารสำคัญคือ อะเซียติโคไซด์และกรดอะเซียติค นำครีมใบบัวบกก่อนเข้าสภาวะเร่งและหลังเข้าสภาวะเร่งมาตรวจสอบหาสารสำคัญ ด้วยวิธีวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีด้วยโคมาโทรกราฟี จากนั้นดูผลที่ได้จากการวิเคราะห์ว่ายังพบอะเซียติโคไซด์และกรดอะเซียติคอยู่หรือไม่ หากตรวจแล้วพบก็แสดงว่าสารสำคัญในสูตรตำรับนี้จะไม่สลายตัวในสภาวะเร่งที่ใช้ทดสอบ ดังนั้น ผลิตภัณฑ์เมื่อผ่านไปนานตัวสารสำคัญก็ยังคงอยู่นั่นเอง

สภาวะที่ใช้ทดสอบ

     ในการทดสอบความคงตัวของผลิตภัณฑ์ทุกครั้งจะต้องมี ตัวควบคุม (control) ที่ใช้ในการเปรียบเทียบ ซึ่งเก็บไว้ในที่มืด ที่อุณหภูมิห้อง ทำให้ผลิตภัณฑ์เกิดการเปลี่ยนแปลงได้น้อย เนื่องจากไม่มีตัวแปร อย่างเช่น แสงที่ทำให้สีเปลี่ยน และอุณหภูมิร้อนหรือเย็นจนเกินไปจนทำให้เกิดการแยกชั้น

การทดสอบความคงตัวทางเคมีจะทำการทดสอบหลายช่วงสภาวะ ได้แก่

1. สภาวะเร่ง (Accelerated) โดยการใช้อุณหภูมิต่ำสลับสูง ทำได้ 2 ลักษณะ คือ Heating cooling cycle และ Freeze-Thaw cycle การทดสอบนี้อาจทำให้เกิดการเร่งปฏิกิริยาต่อการเปลี่ยนขนาดอนุภาคในผลิตภัณฑ์ อาจส่งผลต่อความหนืด การแยกชั้น ทำให้สามารถสังเกตการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพได้
2. สภาวะปกติแบบระยะสั้น (short term) ที่อุณหภูมิห้อง เป็นเวลา 1-3 เดือน แล้วแต่ประเภทของผลิตภัณฑ์
3. สภาวะปกติแบบระยะยาว (long term) คือ การทดสอบความคงตัวแบบปกติตามอายุการเก็บรักษาจริง ที่อุณหภูมิห้อง เป็นเวลา 1-3 ปี แล้วแต่ประเภทของผลิตภัณฑ์

1. ความเป็นกรด-ด่าง (pH)
ความเป็นกรด-ด่างที่ไม่เหมาะสมกับสูตรตำรับสามารถเร่งอัตราการเสื่อมสลายของสารออกฤทธิ์สำคัญได้ เช่น วิตามินซีสามารถทำงานได้ดีในสภาวะที่เป็นกรด หากในสูตรปรับให้เป็นด่างมากเกินไป วิตามินซีจะทำงานได้ไม่ดีและเร่งอัตราการเสื่อมสลายได้ ดังนั้นจึงต้องมีการปรับความเป็นกรด-ด่างให้เหมาะสมกับสารแต่ละตัว เพื่อป้องกันการสลายของสาร

2. การเกิดสารประกอบเชิงซ้อน (complexation)
การเกิดสารประกอบเชิงซ้อนมีทั้งข้อดีและข้อเสีย นักวิจัยจะต้องพิจารณาสารแต่ละตัวให้ดี หากสารที่ใช้ร่วมกันในสูตรเกิดปฏิกิริยากันเป็นสารประกอบเชิงซ้อนที่ดี ก็จะช่วยลดอัตราการเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซีสและออกซิเดชันได้ ในทางตรงกันข้ามก็อาจส่งผลให้เกิดการปลดปล่อยสารที่ไม่พึงประสงค์ตัวอื่นได้ เช่น ฟอร์มาลดีไฮด์ หรือทำปฏิกิริยาจนเนื้อผลิตภัณฑ์เปลี่ยนสีได้

3. สารลดแรงตึงผิว (surfactants)
ผลิตภัณฑ์ที่ใช้สารลดแรงตึงผิวเป็นส่วนประกอบ ไม่ว่าจะเป็นชนิดไม่มีประจุ ประจุบวก หรือประจุลบ เมื่อสารกลุ่มนี้เกิดเป็นไมเซลล์ขึ้นมา สารออกฤทธิ์สำคัญที่เติมลงไปจะถูกกักเก็บอยู่ด้านในของไมเซลล์

4. โลหะหนัก (heavy metals)
โลหะหนัก เช่น ทองแดง เหล็ก โคบอลต์และนิกเกิล สามารถเร่งอัตราการเกิดอนุมูลอิสระทำให้เพิ่มอัตราการสลายตัวจากปฏิกิริยาออกซิเดชันได้ อย่างไรก็ตามเราสามารถป้องกันได้โดยใช้สารคีเลตซึ่งสามารถเกิดเป็นสารประกอบเชิงซ้อนกับโลหะหนักทำให้ป้องกันไม่ให้โลหะหนักไปเร่งการเสื่อมสลายของปฏิกิริยาออกซิเดชันได้ ตัวอย่างของสารคีเลต ได้แก่ ethylenediamine tetracetic acid (EDTA) กรดซิตริกและกรดทาร์ทาริก เป็นต้น

5. ตัวทำละลาย (solvent)
ตัวทำละลายไม่ได้จำกัดแค่น้ำเพียงอย่างเดียว แต่อาจประกอบด้วยตัวทำละลายอินทรีย์อื่น ๆ ที่เข้ากับน้ำได้ เช่น เอทานอลและกลีเซอรอล เป็นต้น ตัวทำละลายบางชนิดก็ไม่ถูกกับสารออกฤทธิ์สำคัญ อาจทำให้สารเสื่อมสภาพได้ 

6. แสง (light)
แสงสามารถเร่งให้เกิดปฏิกิริยาได้ โดยเฉพาะแสงยูวีที่ทำให้เกิดปฏิกิริยาโฟโตไลสิสได้มากกว่าแสงชนิดอื่น แสงอาจจะไปทำให้อนุภาคของสาร สี และโครงสร้างเปลี่ยนไป ควรเก็บเนื้อผลิตภัณฑ์ที่มีสารออกฤทธิ์ที่ไวต่อแสงในภาชนะทึบ มีความหนาเพียงพอต่อการป้องกันแสง

7. อุณหภูมิ (temperature)
ผลิตภัณฑ์เครื่องสำอางทุกประเภทควรเก็บรักษาในสภาวะอุณหภูมิที่เหมาะสม เพื่อหลีกเลี่ยงการเร่งอัตราการเสื่อมสลายของสารออกฤทธิ์สำคัญจากอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไป โดยทั่วไปแล้วเครื่องสำอางมักจัดเก็บที่อุณหภูมิห้อง (20-25 องศาเซลเชียส) เพื่อให้อายุของเครื่องสำอางอยู่ได้นาน 2 ปี หรือตามที่กำหนด

8. ความชื้น (moisture)
ความชื้น หรือน้ำทำให้เกิดการเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันและไฮโดรไลสิสได้ รวมถึงยังทำให้เชื้อจุลชีพเจริญเติบโตได้ดี ดังนั้นจึงควรเลือกวัสดุของบรรจุภัณฑ์ให้เหมาะสมเพื่อป้องกันไม่ให้ความชื้นซึมผ่านเข้าไปสัมผัสกับผลิตภัณฑ์ได้ง่าย 

9. ก๊าซออกซิเจนในอากาศ (oxygen)
ก๊าซออกซิเจนในอากาศ ทำให้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันกับสารออกฤทธิ์สำคัญบางชนิดได้ อาจป้องกันโดยใช้วิธีการเติมสารต้านออกซิเดชันลงไปในตำรับ เช่น sodium metabisulfite และ butylated hydroxyl toluene เป็นต้น

     การทดสอบความคงสภาพทางเคมีช่วยให้รู้ถึงคุณภาพของผลิตภัณฑ์ ซึ่งปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการเสื่อมสลายทางเคมีมีหลายอย่าง และเมื่อเกิดขึ้นแล้วยังส่งผลกระทบไปถึงลักษณะทางกายภาพของเนื้อผลิตภัณฑ์อีกด้วย นักวิจัยจึงจำเป็นต้องมีความรอบคอบและแก้ไขปัญหาที่เกิดขึ้นได้ เพื่อให้ผู้บริโภคมีความมั่นใจในการใช้ผลิตภัณฑ์ ที่ TNP มีการทดสอบคุณภาพของสินค้าในทุกกระบวนการ ใส่ใจในทุกรายละเอียด เพื่อให้สินค้ามีคุณภาพมากที่สุด

แหล่งข้อมูล
ตำราเคมีเกี่ยวกับยา สภาเภสัชกรรม กระทรวงสาธารณสุข
ประกาศกระทรวงอุตสาหกรรม ฉบับที่ 4470 มาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมผลิตภัณฑ์ทาบำรุงผิว