Cloruro di benzalconio: proprietà, usi, pro, contro, sicurezza

Il cloruro di benzalconio (INCI: Benzalkonium chloride) è un composto della famiglia dei sali di ammonio quaternario (“quats”), in pratica una miscela di alchil-benzil-dimetil-ammonio cloruri con catene alchiliche di diversa lunghezza. In cosmetica viene utilizzato soprattutto come conservante antimicrobico e, in alcune formulazioni, come tensioattivo cationico con effetto antistatico (in particolare su capelli). È un ingrediente efficace ma con un profilo “forte”: la formulazione deve essere progettata per evitare irritazione e contatto con mucose/occhi.

Come agente antibatterico venne presentato nel 1935 da Domagk.

Il nome definisce la struttura della molecola.

• Benz indica la presenza di un anello benzenico, che è una struttura ciclica a sei membri con tre doppi legami.
• alconio indica la presenza di un gruppo ammonio quaternario, che è un atomo di azoto con quattro sostituenti e una carica positiva.
• cloruro si riferisce all'anione cloruro (Cl-) che bilancia la carica positiva del catione alkonium.

Dal punto di vista chimico-funzionale, il cloruro di benzalconio è un surfattante cationico: la parte “ammonio quaternario” conferisce una carica positiva stabile, che interagisce con membrane microbiche e superfici caricate negativamente. Essendo una miscela di omologhi, non ha un’unica formula/peso molecolare “assoluti” validi per tutti i gradi, anche se in banche dati compaiono formule “rappresentative”.

Processo di produzione

Industrialmente è ottenuto tramite quaternizzazione (formazione del sale di ammonio quaternario) a partire da ammine terziarie e reagenti benzilici, seguita da purificazione e standardizzazione (titolo, distribuzione catene, residui). Per l’impiego cosmetico sono critici: controllo di purezza, gestione di impurezze e definizione del grado commerciale (titolo in attivo, solvente/veicolo, viscosità).

Principali composti presenti

Il componente funzionale è la miscela di alkylbenzyldimethylammonium chlorides (omologhi C12–C18 in proporzioni variabili). In tracce (entro specifica) possono essere presenti solventi/acqua del grado commerciale e residui di processo. Le prestazioni (antimicrobiche e sensoriali) dipendono soprattutto da titolo, distribuzione delle catene e compatibilità con il sistema tensioattivo/polimero della formula.

Dati di identificazione e specifiche

Proprietà chimico-fisiche (indicative)

Ruolo funzionale e meccanismo d’azione

Come conservante, agisce principalmente per interazione con le membrane dei microrganismi, alterandone permeabilità e vitalità. Come tensioattivo cationico/antistatico, può adsorbirsi su superfici (capello/pelle) riducendo cariche elettrostatiche e contribuendo a una sensazione “condizionante” in alcune formule haircare. In pratica, la sua efficacia può diminuire se la formula contiene elevate quantità di tensioattivi anionici o polimeri anionici, che possono inattivarlo o causare incompatibilità (torbidità/precipitazione).

Usi principali

Cosmetica
Tipico in:

• prodotti dove serve una funzione conservante antimicrobica (a basse dosi, entro limiti applicabili)

• alcuni prodotti haircare selezionati con obiettivo antistatico/condizionante (valutando attentamente la compatibilità con tensioattivi)

• prodotti “igienizzanti”/detergenti specifici, dove l’impostazione formulativa tollera un quat

Sicurezza cosmetica

E' un ingrediente soggetto a restrizioni V/54 e III/65 come Voce pertinente negli allegati del regolamento europeo sui cosmetici n. 1223/2009.  Sostanza o ingrediente segnalato: Benzalkonium chloride, bromide and saccharinate. 

Massima concentrazione nella preparazione pronta all'uso    0,1% (come cloruro di benzalconio)

Formulazione delle condizioni d'uso e degli avvertimenti    Evitare il contatto con gli occhi

Funzioni INCI

Agente antimicrobico. Questo ingrediente è in grado di sopprimere o inibire la crescita e la replicazione di un ampio spettro di microrganismi come batteri, funghi e virus rendendo lo strato corneo temporaneamente battericida e fungicida.

Agente antistatico. L'accumulo di elettricità statica ha un'influenza diretta sui prodotti e causa adsorbimento elettrostatico. L'ingrediente antistatico riduce l'accumulo di elettricità statica e la resistività superficiale sulla superficie della pelle e dei capelli.

Agente deodorante. Quando in formulazioni cosmetiche sono inserite sostanze che emanano un odore sgradevole (tipici esempi sono  il metil mercaptano e l'idrogeno solforato derivati dall'aglio) i deodoranti attenuano o cancellano le esalazioni sgradevoli.

Conservante. Qualsiasi prodotto contenente composti organici, inorganici, acqua, ha necessità di essere preservato dalla contaminazione microbica. I conservanti agiscono contro lo sviluppo dei microrganismi dannosi e contro l'ossidazione del prodotto.

Tensioattivo - Agente disperdente. Ingrediente tensioattivo con proprietà pulenti che funge da agente disperdente, in grado di creare una barriera tra le particelle disperdendole migliorando la separazione tra le particelle durante il procedimento di dispersione. Le particelle sono sottoposte a bagnatura, separazione e quindi a stabilizzazione della sospensione.

Pro e contro

Pro
Efficace come antimicrobico/conservante in sistemi appropriati.
Può dare un contributo antistatico utile in alcuni prodotti per capelli.
Ingredienti “di processo” relativamente semplici da standardizzare (titolo noto, qualità controllabile).

Contro
Potenziale irritazione cutanea/oculare: richiede formulazione prudente e target appropriato.
Compatibilità spesso critica con anionici (rischio di perdita di efficacia o instabilità).
Percezione sensoriale “forte” in alcune basi (può risultare sgrassante o poco tollerato in leave-on se non ben bilanciato).
Attenzione particolare alla gestione del contatto con gli occhi.

Sicurezza, normativa e ambiente

Profilo di sicurezza (pratico)
Il cloruro di benzalconio è un biocida efficace ma può essere irritante; la sicurezza del prodotto finito dipende da concentrazione, tipo di prodotto (rinse-off vs leave-on), area di applicazione e sistema formulativo. In Unione Europea è presente nelle liste dei conservanti ammessi con condizioni d’uso specifiche; inoltre, per utilizzi “non conservanti”, si applicano voci/limitazioni dedicate.

Allergene
Non è un allergene da profumo tipico. Le reazioni osservate sono più spesso di tipo irritativo o da sensibilizzazione da contatto in soggetti predisposti, soprattutto con esposizioni ripetute o concentrazioni non adeguate.

Controindicazioni e cautele
Cautela su cute molto sensibile, barriera compromessa, aree perioculari e prodotti ad alta frequenza d’uso. In formulazione: verificare stabilità, compatibilità con anionici e ridurre la probabilità di contatto con occhi/mucose (istruzioni d’uso, design prodotto).

Conclusione

Il cloruro di benzalconio è un ingrediente cosmetico con funzione primaria conservante antimicrobica, e secondariamente antistatica in alcuni contesti. È tecnicamente efficace, ma richiede un approccio formulativo rigoroso per limitare irritazione, garantire compatibilità e rispettare condizioni d’uso applicabili.

Studi

Disinfezione

Le soluzioni di cloruro di benzalconio per uso ospedaliero tendono ad essere neutre rispetto a quelle alcaline, non sono corrosive sulle superfici metalliche, non macchiano e sono sicure da usare su tutte le superfici lavabili. Viene anche aggiunto ai farmaci come conservante per contenitori a dose multipla (1).

Il cloruro di benzalconio (BAK) è usato come conservante in diversi agenti antiglaucomatosi oftalmici. Esistono numerose relazioni sugli effetti del BAK sulle cellule epiteliali corneali in vitro (2).

Sicurezza

Nel foglietto illustrativo di un collirio molto diffuso, Visumidriatic, in particolare nelle "Avvertenze e precauzioni" è scritto: Il Benzalconio cloruro può anche causare irritazione agli occhi specialmente se ha l’occhio secco o disturbi alla cornea (lo strato trasparente più superficiale dell’occhio). Se prova una sensazione anomala all’occhio, di bruciore o dolore dopo aver usato questo medicinale, parli con il medico.

Il cloruro di benzalconio (BAK) è il conservante per gocce oculari più comunemente usato ed è stato associato ad effetti tossici come "secchezza oculare" e degenerazione del reticolo trabecolare, ma il meccanismo biochimico sottostante della tossicità oculare del BAK non è chiaro. Questo studio propone una base meccanicistica per gli effetti avversi del BAK (3).

Questo studio del 2020 di Jingyi Wang ed altri avverte sulla tossicità del Cloruro di benzalconio per  le cellule epiteliali della ghiandola di Meibomio, che secerne, tramite i suoi dotti, il film lacrimale umano, fonte principale di lipidi (4).

Questo studio del 2022 anche se scritto da dipendenti di un'azienda privata, è ben documentato e ribadisce che Il Cloruro di benzalconio, utilizzato in circa il 70% delle formulazioni oftalmiche, è ben noto per causare danni citotossici alle cellule epiteliali congiuntivali e corneali, con conseguenti segni e sintomi di malattia della superficie oculare (5).

Cosmetica

E' un ingrediente soggetto a restrizioni V/54 e III/65 come Voce pertinente negli allegati del regolamento europeo sui cosmetici n. 1223/2009.  Sostanza o ingrediente segnalato: Benzalkonium chloride, bromide and saccharinate.

Agente antimicrobico. Questo ingrediente è in grado di sopprimere o inibire la crescita e la replicazione di un ampio spettro di microrganismi come batteri, funghi e virus rendendo lo strato corneo temporaneamente battericida e fungicida.

Agente antistatico. L'accumulo di elettricità statica ha un'influenza diretta sui prodotti e causa adsorbimento elettrostatico. L'ingrediente antistatico riduce l'accumulo di elettricità statica e la resistività superficiale sulla superficie della pelle e dei capelli.

Agente deodorante. Quando in formulazioni cosmetiche sono inserite sostanze che emanano un odore sgradevole (tipici esempi sono  il metil mercaptano e l'idrogeno solforato derivati dall'aglio) i deodoranti attenuano o cancellano le esalazioni sgradevoli.

Conservante. Qualsiasi prodotto contenente composti organici, inorganici, acqua, ha necessità di essere preservato dalla contaminazione microbica. I conservanti agiscono contro lo sviluppo dei microrganismi dannosi e contro l'ossidazione del prodotto.

Tensioattivo - Agente disperdente. Ingrediente tensioattivo con proprietà pulenti che funge da agente disperdente, in grado di creare una barriera tra le particelle disperdendole migliorando la separazione tra le particelle durante il procedimento di dispersione. Le particelle sono sottoposte a bagnatura, separazione e quindi a stabilizzazione della sospensione.

Su questo composto chimico sono stati selezionati gli studi più rilevanti con una sintesi dei contenuti:

Cloruro di benzalconio studi

• Formula molecolare: C₁₉H₃₄ClN
• Linear Formula C₆H₅CH₂N(CH₃)₂RCl (R=C₈H₁₇ to C₁₈H₃₇)  
• Peso molecolare: 311.938 g/mol
• CAS:     63449-41-2   68391-01-5   68424-85-1   85409-22-9  
• EC Number: 264-151-6    269-919-4    270-325-2    287-089-1 
• MDL number MFCD00145757
• Beilstein Registry Number 4062599

Sinonimi: 

• Alkyldimethylbenzylammonium chloride
• Alkyl dimethyl benzyl ammonium chloride
• Benzyldimethyldecylammonium chloride
• Benzenemethanaminium, N-Decyl-N,N-Dimethyl-, Chloride
• Benzenemethanaminium, N-decyl-N,N-dimethyl-, chloride
• N-Capryl-N,N-dimethylbenzylammonium chloride
• Quaternary ammonium compounds, benzyl-C8-18-alkyldimethyl, chlorides
• Benzyl(decyl)dimethylammonium chloride
• Benzenemethanaminium, N-decyl-N,N-dimethyl-, chloride (1:1)
• C8-18-Alkydimethylbenzyl ammonium chlorides
• Benzyldimethyl(mixed alkyl)ammonium chloride
• decyldimethylbenzylammonium chloride
• Alkylbenzyldimethylammonium chlorides, benzyl-C8-18-alkyldimethyl
• decyldimethylbenzyl ammonium chloride
• N-Benzyl-N-decyl-N,N-dimethylammonium chloride
• benzyl-decyl-dimethylazanium chloride
• Ammonium, alkyl(C14-16)dimethylbenzyl-, chlorides
• benzyl-decyl-dimethyl-ammonium chloride
• Roccal

Bibliografia __________________________________________________________________

(1) Ahn Y, Kim JM, Lee YJ, LiPuma J, Hussong D, Marasa B, Cerniglia C. Effects of Extended Storage of Chlorhexidine Gluconate and Benzalkonium Chloride Solutions on the Viability of Burkholderia cenocepacia. J Microbiol Biotechnol. 2017 Dec 28;27(12):2211-2220. doi: 10.4014/jmb.1706.06034.

Abstract. Chlorhexidine gluconate (CHX) and benzalkonium chloride (BZK) formulations are frequently used as antiseptics in healthcare and consumer products. Burkholderia cepacia complex (BCC) contamination of pharmaceutical products could be due to the use of contaminated water in the manufacturing process, over-diluted antiseptic solutions in the product, and the use of outdated products, which in turn reduces the antimicrobial activity of CHX and BZK. To establish a "safe use" period following opening containers of CHX and BZK, we measured the antimicrobial effects of CHX (2-10 μg/ml) and BZK (10-50 μg/ml) at sublethal concentrations on six strains of Burkholderia cenocepacia using chemical and microbiological assays. CHX (2, 4, and 10 μg/ml) and BZK (10, 20, and 50 μg/ml) stored for 42 days at 23°C showed almost the same concentration and toxicity compared with freshly prepared CHX and BZK on B. cenocepacia strains. When 5 μg/ml CHX and 20 μg/ml BZK were spiked to six B. cenocepacia strains with different inoculum sizes (10⁰ -10⁵ CFU/ml), their toxic effects were not changed for 28 days. B. cenocepacia strains in diluted CHX and BZK were detectable at concentrations up to 10² CFU/ml after incubation for 28 days at 23°C. Although abiotic and biotic changes in the toxicity of both antiseptics were not observed, our results indicate that B. cenocepacia strains could remain viable in CHX and BZK for 28 days, which in turn, indicates the importance of control measures to monitor BCC contamination in pharmaceutical products.

(2) Berdy GJ, Abelson MB, Smith LM, George MA. Preservative-free artificial tea