Polisorbato 20 (Polysorbate 20) è un tensioattivo non ionico e un emulsionante derivato dal sorbitolo e dagli acidi grassi, in particolare dall'acido laurico. È ampiamente utilizzato in cosmetici e prodotti per la cura personale per la sua capacità di stabilizzare emulsioni e migliorare la texture delle formulazioni. Il Polysorbate 20 è apprezzato per la sua delicatezza, rendendolo adatto a una varietà di applicazioni per la pelle e i capelli.

Composizione Chimica e Struttura

La composizione chimica del Polysorbate 20 include:

• Monolaurato di Sorbitano: La struttura di base è formata da sorbitolo e acido laurico, che viene poi reagito con ossido di etilene.
• Unità di Ossidazione di Etilene: L'aggiunta di ossido di etilene crea una catena polimerica idrofila, contribuendo alle sue proprietà di tensioattivo.

Strutturalmente, il Polysorbate 20 presenta una testa idrofila (derivante dalle unità di ossido di etilene) e una coda idrofobica (derivante dall'acido laurico), permettendogli di stabilizzare efficacemente le emulsioni olio-in-acqua.

Proprietà Fisiche

• Aspetto: Tipicamente un liquido chiaro o leggermente torbido.

• Solubilità: Solubile in acqua e vari solventi organici; ben compatibile con molti ingredienti cosmetici.

• pH: Generalmente neutro o leggermente acido, a seconda della formulazione.

• Odore: Leggero o inodore.

• Stabilità: Stabile in condizioni normali di conservazione; deve essere protetto da temperature estreme.

Processo di Produzione

• Sintesi: Il Polysorbate 20 è sintetizzato tramite la reazione del monolaurato di sorbitano con ossido di etilene in condizioni controllate per ottenere il grado desiderato di etossilazione.

• Purificazione: Il prodotto viene purificato per rimuovere eventuali materiali non reagiti e impurità, garantendo un'alta qualità.

• Formulazione: Il Polysorbate 20 purificato è incorporato in vari prodotti cosmetici per migliorarne le prestazioni.

Si presenta in forma di polvere bianca o di liquido viscoso giallastro stabile. Incompatibile con agenti ossidanti forti. Solubile in acqua, etanolo, metanolo,  carbinolo, isopropanolo, alcool isopropilico e altri solventi, insolubile in olio minerale.

A cosa serve e dove si usa

Agente ausiliario chimico, intermedio chimico, tensioattivo idrofilo e non ionico. Generalmente considerato come estere di sorbitano etossilato con acidi grassi.

Medicina e farmaceutica

Ampiamente utilizzato  nelle formulazioni biofarmaceutiche proteiche con funzione di eccipiente stabilizzante in emulsioni e sospensioni e con lo scopo di ridurre al minimo il loro legame alle superfici durante lo stoccaggio e la purificazione (1). E' un emulsionante olio-in-acqua, ed è utilizzato come solubilizzante, agente diffusore, agente antistatico, lubrificante in prodotti biofarmaceutici. Il Polisorbato 20 tra emulsionanti non ionici selezionati sulle caratteristiche fisico-chimiche delle nanodispersioni di astaxantina (un potente antiossidante)  prodotte da una tecnica di emulsione/evaporazione, ha dimostrato il più basso tasso di perdite di astaxantina (2). Questo dimostra come sia importante la scelta del tipo di emulsionante nelle formulazioni cosmetiche e farmaceutiche.

Un interessante comportamento del Polisorbato 20 è stato osservato in questo studio che ha analizzato anche un altro tensioattivo non ionico, il Poloxamer 188. I  cambiamenti strutturali delle proteine durante il congelamento/scongelamento  sono risultati differenti (3).

Infine, per quanto riguarda la sicurezza, il Polisorbato 20 è ritenuto sicuro, come eccipiente, a un livello simile a quello dell'albumina sierica umana anche nella somministrazione intramuscolare (4). E' da ricordare però che dose eccessiva di polisorbato 20 potrebbe causare irritazioni da lievi a moderate e che, se somministrato per via orale potrebbe  causare effetti ancor più gravi (5). 

Cosmetica

Tensioattivo non ionico con attività disperdente ed emulsionante in soluzioni olio-in-acqua per migliorare la solubilità e la stabilità delle formulazioni cosmetiche.

Tensioattivo - Agente emulsionante. Le emulsioni sono termodinamicamente instabili e sono utilizzate per lenire o ammorbidire la pelle ed emulsionare, quindi hanno necessità di un ingrediente specifico, stabilizzante. Questo ingrediente forma un film, abbassa la tensione superficiale e rende miscibili due liquidi immiscibili. Un fattore molto importante che influisce sulla stabilità dell'emulsione è la quantità dell'agente emulsionante. Gli emulsionanti hanno la proprietà di ridurre  la tensione interfacciale olio/acqua o acqua/olio, migliorare la stabilità dell'emulsione e anche di influenzarne direttamente stabilità, proprietà sensoriali e tensione superficiale anche dei filtri solari, modulando le prestazioni filmometriche. 

Tensioattivo - Agente di pulizia. I prodotti cosmetici utilizzati per detergere la pelle utilizzano l'azione tensioattiva che produce un abbassamento della tensione superficiale dello strato corneo facilitando la rimozione di sporco e impurità. 

Alimentazione

Ingrediente inserito nella lista degli additivi alimentari europei come E432 ed utilizzato come penetrante, solubilizzante ed emulsionante.

Sicurezza

Il gruppo di esperti scientifici dell'EFSA sugli additivi alimentari e le fonti di nutrienti ricorda che il Comitato congiunto di esperti sugli additivi alimentari (JECFA) dell'Organizzazione delle Nazioni Unite per l'alimentazione e l'agricoltura (FAO)/Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) ha stabilito una dose giornaliera accettabile (DGA) di 25mg/kg di peso corporeo (p.c./giorno (DGA di gruppo per i polisorbati 20, 40, 60, 65 e 80) e il Comitato scientifico dell'alimentazione umana (SCF) ha stabilito una DGA di gruppo di 10mg/kg di p.c./giorno.  Piccole quantità di poliossietilene sorbitano vengono assorbite. Ci si aspetta una tossicocinetica simile per tutti i polisorbati, in base alle loro somiglianze di struttura e destino metabolico.  La tossicità acuta è molto bassa.  Non ci sono preoccupazioni per quanto riguarda la genotossicità, la cancerogenicità o la tossicità per lo sviluppo.  Da un numero limitato di studi, non vi è alcuna indicazione di tossicità riproduttiva. Il gruppo di esperti scientifici ha raccomandato di rivedere i limiti massimi per le impurità di elementi tossici (arsenico, piombo, cadmio e mercurio) previsti dalle specifiche CE per i polisorbati (E432-E436), al fine di accertare che i polisorbati (E432-E436) come additivi alimentari non costituiscano una fonte significativa di esposizione a tali elementi tossici negli alimenti (6).

Altri usi

• Inibitore della cera per la produzione di petrolio.
• Agente antistatico, ammorbidente, lubrificante nell'industria tessile.
• Solvente per coloranti.
• Stabilizzante per plastiche espanse.
• Lubrificante e diffusore in pesticidi.

Per approfondire:   Polisorbato 20 studi

Caratteristiche tipiche del prodotto commerciale Tween 20

Prezzo

25 ml     $14.90

250 ml   $39.50

1 l         $ 75.00

• Formula molecolare       C₂₆H₅₀O₁₀
• Peso molecolare         604.813
• CAS  9005-64-5
• UNII    7T1F30V5YH
• EC Number   500-018-3
• DSSTox Substance ID  DTXSID3031949    DTXSID60922815    DTXSID70897060
• IUPAC  2-[2-[3,4-bis(2-hydroxyethoxy)oxolan-2-yl]-2-(2-hydroxyethoxy)ethoxy]ethyl dodecanoate
• InChI=1S/C26H50O10/c1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-24(30)34-19-18-31-20-22(32-15-12-27)26-25(35-17-14-29)23(21-36-26)33-16-13-28/h22-23,25-29H,2-21H2,1H3
• InChl Key      HMFKFHLTUCJZJO-UHFFFAOYSA-N
• SMILES   CCCCCCCCCCCC(=O)OCCOCC(C1C(C(CO1)OCCO)OCCO)OCCO
• MDL number  MFCD00165986
• PubChem Substance ID    
• NACRES NA.21
• FEMA   2915  
• RTECS   TR7400000
• HS Code        34021300

Sinonimi

• 2-[2-[3,4-bis(2-hydroxyethoxy)oxolan-2-yl]-2-(2-hydroxyethoxy)ethoxy]ethyl dodecanoate
• TW 20
• Tween 20
• Hexofuranoside, 2-hydroxyethyl 2-deoxy-3,5-bis-O-(2-hydroxyethyl)-6-O-[2-[[(9E)-1-oxo-9-octadecen-1-yl]oxy]ethyl]-
• Polyoxyethylene (20) sorbitan monolaurate
• polyoxyethylene sorbitan monolaurate
• hexofuranoside, 2-hydroxyethyl 2-deoxy-3,5-bis-O-(2-hydroxyethyl)-6-O-[2-[[(9E)-1-oxo-9-octadecenyl]oxy]ethyl]-
• 2-[2-[3,4-bis(2-hydroxyethoxy)oxolan-2-yl]-2-(2-hydroxyethoxy)ethoxy]ethyl dodecanoate

Bibliografia____________________________________________________________________

(1) Ionova Y, Wilson L. Biologic excipients: Importance of clinical awareness of inactive ingredients. PLoS One. 2020 Jun 25;15(6):e0235076. doi: 10.1371/journal.pone.0235076.

Abstract. Due to the complexity and fragility of biological drug products, several challenges exist in their formulation development. Excipients are added to increase product stability, maintain tonicity, and facilitate drug delivery. The potential implications of these additive substances merit clinical consideration. We assessed the safety risk of excipients on the basis of their type and variability through an assessment framework, which quantifies excipient complexity in 230 biological formulations, and identifies excipient-related adverse events through published case reports. A biologic on average contained 4.45 excipients, half of that found in oral medications. The frequency distribution was heavily skewed towards the most commonly occurring excipients: water (40.4%), sodium chloride (38.3%), polysorbate 80 (28.7%), sucrose (24.4%), and mannitol (20.9%), with 44.4% of formulations not listing the concentration of the most commonly occurring inactive ingredients. A literature search revealed only 17 case reports of excipient-related adverse events, suggesting the need for more clarity for clinicians on the safety of chemical additives. These cases included injection site reactions, anaphylaxis, hyperglycemia, and acute renal failure. With the expansion of the biopharmaceutical market, it is important to consider the safety data of biologic excipients, so that therapy can be tailored appropriately for a specific patient.

(2) Anarjan, N., & Tan, C. P. (2013). Effects of selected polysorbate and sucrose ester emulsifiers on the physicochemical properties of astaxanthin nanodispersions. Molecules, 18(1), 768-777.

Abstract. The effects of selected nonionic emulsifiers on the physicochemical characteristics of astaxanthin nanodispersions produced by an emulsification/evaporation technique were studied. The emulsifiers used were polysorbates (Polysorbate 20, Polysorbate 40, Polysorbate 60 and Polysorbate 80) and sucrose esters of fatty acids (sucrose laurate, palmitate, stearate and oleate). The mean particle diameters of the nanodispersions ranged from 70 nm to 150 nm, depending on the emulsifier used. In the prepared nanodispersions, the astaxanthin particle diameter decreased with increasing emulsifier hydrophilicity and decreasing carbon number of the fatty acid in the emulsifier structure. Astaxanthin nanodispersions with the smallest particle diameters were produced with Polysorbate 20 and sucrose laurate among the polysorbates and the sucrose esters, respectively. We also found that the Polysorbate 80- and sucrose oleate-stabilized nanodispersions had the highest astaxanthin losses (i.e., the lowest astaxanthin contents in the final products) among the nanodispersions. This work demonstrated the importance of emulsifier type in determining the physicochemical characteristics of astaxanthin nano-dispersions.

(3) Yuan X, Krueger S, Shalaev E. Protein-surfactant and protein-protein interactions during freeze and thaw: a small-angle neutron scattering study of lysozyme solutions with polysorbate and poloxamer. J Pharm Sci. 2022 Aug 19:S0022-3549(22)00351-3. doi: 10.1016/j.xphs.2022.08.017. 

(4) Kim J, Kwak S, Park MS, Rhee CH, Yang GH, Lee J, Son WC, Kang WH. Safety verification for polysorbate 20, pharmaceutical excipient for intramuscular administration, in Sprague-Dawley rats and New Zealand White rabbits. PLoS One. 2021 Aug 27;16(8):e0256869. doi: 10.1371/journal.pone.0256869.

Abstract. Human serum albumin (HSA) has been widely used as a pharmaceutical excipient in Botulinum toxin serotype A (BoNT/A) products that are indicated for use in therapeutics and cosmetics. However, HSA as a human-derived material has some concerns, such as the potential risk of transmission of infectious agents, an insufficient supply, and difficulty in maintaining a certain quality. For those reasons, newly developed BoNT/A products (CORETOX®, Medytox, Inc., Republic of Korea) contained polysorbate 20, a non-human-derived excipient, to replace the HSA. However, most safety studies of polysorbate 20 have been conducted with non-invasive routes of administration, and thus there are a few studies on the safety of polysorbate 20 when administered intramuscularly. To secure the in vivo safety profile of polysorbate 20, a four-week repeated intramuscular dose toxicity study (0.02, 0.1, and 0.4 mg/kg, one injection every two weeks for a total of three injections) was conducted in 66 Sprague-Dawley (SD) rats. An intradermal irritation study was further conducted with 18 New Zealand White (NZW) rabbits. The toxicological evaluation of HSA (0.06 and 0.12 mg/kg) was also carried out as a comparative substance. Systemic and local toxicities were not observed in any of the SD rats or NZW rabbits based on clinical signs, body weight, hematology, clinical biochemistry, macroscopic findings on necropsy, histopathology of the injection site, and allergic reactions. The current study suggested that intramuscular administration of polysorbate 20 was considered to be safe at a level similar to that of HSA, which has an in vivo safety profile accumulated over the years. This provided the basis for the in vivo safety profile of polysorbate 20 administered intramuscularly and the scientific reliability of the use of polysorbate 20 as an alternative to HSA, which is used as an excipient for various pharmaceuticals in terms of its safety.

(5) Moore, J. (1984). Final report on the safety assessment of polysorbates 20, 21, 40, 60, 61, 65, 80, 81, and 85. J Am Coll Toxicol, 3, 1-82.

(6) EFSA Panel on Food Additives and Nutrient Sources added to Food (ANS), 2015. Scientific Opinion on the re‐evaluation of polyoxyethylene sorbitan monolaurate (E 432), polyoxyethylene sorbitan monooleate (E 433), polyoxyethylene sorbitan monopalmitate (E 434), polyoxyethylene sorbitan monostearate (E 435) and polyoxyethylene sorbitan tristearate (E 436) as food additives. Efsa Journal, 13(7), p.4152.