Konservierung und Abpackung von Hydrogelen
Welche Konservierungsmittel zu welchem Hydrogel passen, warum Carmellose-Natrium kationische Stoffe nicht verträgt und welches Packmittel die Aufbrauchfrist verlängert.
Das Wichtigste in Kürze
- Hydrogele sind wasserreich, mikrobiell anfällig und werden üblicherweise konserviert, auch in der Rezeptur.
- Sorbinsäure/Kaliumsorbat und Benzalkoniumchlorid eignen sich für Hydrogele, 10 % Glycerol reicht zur Konservierung nicht aus.
- 2-Propanolhaltiges Carbomergel (DAB) braucht wegen des Alkohols keine zusätzliche Konservierung, ist aber nicht für Schleimhäute geeignet.
- Anionisches Carmellose-Natrium fällt mit kationischen Stoffen wie Benzalkoniumchlorid und Chlorhexidindigluconat aus; verträglich sind Sorbinsäure, Benzoesäure, Ethanol und Parabene.
- Die innenschutzlackierte Aluminiumtube ermöglicht ohne Rücksog die längste Aufbrauchfrist; Kühllagerung verlängert die kurze Frist unkonservierter Gele.
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Worum es geht
Hydrogele sind wasserreich und damit ein guter Nährboden für Keime. In der Rezeptur heißt das: ein passendes Konservierungsmittel wählen, Inkompatibilitäten mit dem Gelbildner vermeiden und ein Packmittel nehmen, das keine Keime einschleppt.
Konservierungsmittel für Hydrogele
Hydrogele bestehen überwiegend aus Wasser, das ein Gelbildner zu einem Netzwerk verdickt. Für Bakterien und Pilze ist das ein idealer Nährboden. Rein wässrige Hydrogele sind deshalb mikrobiell nicht stabil und enthalten üblicherweise ein Konservierungsmittel. Auch rezepturmäßig hergestellte Hydrogele dürfen konserviert werden.
Glycerol steckt als Feuchthaltemittel in vielen Gelen. Es wirkt aber erst in deutlich höheren Konzentrationen keimhemmend. Ein Anteil von 10 % Glycerol reicht nicht aus, um ein Hydrogel zu konservieren.
Bewährt haben sich Sorbinsäure und ihr Salz Kaliumsorbat. Beide lassen sich bei der Herstellung im heißen Wasser lösen, bevor der Gelbildner dazukommt. Auch das kationische Benzalkoniumchlorid ist geeignet, allerdings nicht in jedem Gel. Die Stoffe erkennt man an wenigen Strukturmerkmalen:
| Stoff | Strukturmerkmal | Stoffklasse |
|---|---|---|
| Benzalkoniumchlorid | \(\ce{N+}\) mit Benzyl-, zwei Methylgruppen und langer Alkylkette, Gegenion \(\ce{Cl-}\) | quartäres Ammoniumsalz, kationisch |
| Sorbinsäure | \(\ce{CH3-CH=CH-CH=CH-COOH}\) | konjugierte Dien-Carbonsäure |
| Kaliumsorbat | dieselbe Kette mit \(\ce{COO- K+}\) | Salz der Sorbinsäure |
| Benzoesäure | \(\ce{COOH}\) direkt am Benzolring | aromatische Carbonsäure |
| Methyl-/Propyl-4-hydroxybenzoat | Benzolring mit \(\ce{OH}\) in para-Stellung und Methyl- bzw. Propylester | Parabene |
Benzalkoniumchlorid findest du an einem Stickstoffatom mit vier Kohlenstoffsubstituenten und positiver Ladung. Einer davon ist eine Benzylgruppe, zwei sind Methylgruppen, der vierte ist eine lange Alkylkette. Ladung plus Fettkette machen den Stoff zum kationischen Tensid.
Carbomergele
Carbomer bildet nach der Neutralisation ein klares Gel. Das Wasserhaltige Carbomergel (DAB) enthält außer Polymer und Neutralisationsmittel nur Wasser. Unkonserviert ist es mikrobiell anfällig. Carbomergele dürfen grundsätzlich konserviert werden, für das wasserhaltige Gel bietet sich Sorbinsäure an.
Anders liegt der Fall beim 2-Propanolhaltigen Carbomergel (DAB). Hier schützt der Alkohol selbst vor Keimen. Ein Hydrogel mit 25 % Isopropanol benötigt keine zusätzliche Konservierung, ein Zusatz von Sorbinsäure ist also überflüssig.
Der Alkohol hat aber seinen Preis. Er brennt auf empfindlichem Gewebe und trocknet aus. Das 2-Propanolhaltige Carbomergel ist deshalb nicht für Schleimhäute geeignet.
Carmellose-Natrium-Gele
Carmellose-Natrium ist ein anionischer Celluloseether. Seine Carboxymethylgruppen liegen im Gel als negativ geladene Carboxylate vor. Kommt ein Kation mit großem organischem Rest hinzu, bilden beide ein schwer lösliches Salz. Man kann sich die Kationen wie kleine Magnete vorstellen, die an der Kette haften, bis sie ausfällt.
Carmellose-Natrium ist daher inkompatibel mit kationischen Stoffen. Die wichtigsten Beispiele sind Benzalkoniumchlorid und Chlorhexidindigluconat. Das gebundene Konservierungsmittel verliert seine Wirkung. Das Gel verliert an Viskosität oder flockt aus.
Das Sorbat-Anion bleibt dagegen frei in Lösung, denn gleiche Ladungen stoßen sich ab. Verträglich sind deshalb Konservierungsmittel, die anionisch oder ungeladen vorliegen.
- Benzalkoniumchlorid
- Chlorhexidindigluconat
- Folge: Ausfällung, Wirkverlust
- Sorbinsäure und Kaliumsorbat
- Benzoesäure
- Ethanol
- Methyl- und Propyl-4-hydroxybenzoat
Benzoesäure wirkt hier nur als Konservierungsmittel. Ein Hydrogelbildner ist sie nicht.
In Gelen aus ungeladenen Gelbildnern ist Benzalkoniumchlorid ein geeignetes Konservierungsmittel. Für Carmellose-Natrium-Gel ist es ungeeignet, weil es mit dem anionischen Polymer ausfällt.
Packmittel und Aufbrauchfrist
Ein Hydrogel bleibt nur so lange keimarm, wie das Packmittel Keime fernhält. Am besten geeignet ist die innenschutzlackierte Aluminiumtube. Das Metall bleibt nach dem Drücken eingedrückt und saugt keine Luft zurück. Der Innenschutzlack verhindert, dass das wasserreiche Gel das Aluminium angreift. Unkonservierte Hydrogele erreichen darin die längste Aufbrauchfrist.
Quetschflaschen aus Polyethylen federn nach jeder Entnahme zurück. Dabei saugen sie Luft und mit ihr Keime in den Behälter. Kruken und Weithalsschraubgläser sind offen, man entnimmt mit dem Finger. Beide Behältnisse sind weniger geeignet als Tuben und erlauben bei unkonservierten Gelen nur kurze Aufbrauchfristen.
Für die Rezeptur gilt daher: Hydrogele kommen in Tuben oder Spenderdosen. Ist ein Gel unkonserviert, lässt sich seine kurze Aufbrauchfrist durch Lagerung im Kühlschrank verlängern. Kälte bremst das Wachstum eingeschleppter Keime.
Je weniger Luft und Finger an das Gel gelangen, desto länger hält es. Die Aluminiumtube schlägt deshalb Quetschflasche und Kruke.
Quiz
Aussage 1
Methyl- und Propyl-4-hydroxybenzoat eignen sich zur Konservierung von Carmellose-Natrium-Gel.
Die Parabene sind ungeladen und reagieren daher nicht mit dem anionischen Polymer.
Aussage 2
Chlorhexidindigluconat ist mit Carmellose-Natrium-Gel inkompatibel.
Das kationische Chlorhexidin bildet mit den anionischen Carboxylatgruppen der Carmellose ein schwer lösliches Salz.
Aussage 3
Ein Zusatz von 10 % Glycerol genügt, um ein wässriges Hydrogel ausreichend zu konservieren.
Glycerol wirkt erst in deutlich höheren Konzentrationen keimhemmend. 10 % reichen nicht, das Gel braucht ein echtes Konservierungsmittel.
Aussage 4
Eine Quetschflasche aus Polyethylen ermöglicht bei unkonservierten Hydrogelen dieselbe Aufbrauchfrist wie eine innenschutzlackierte Aluminiumtube.
Die PE-Flasche federt zurück und saugt Luft samt Keimen an. Die längste Aufbrauchfrist bietet die Aluminiumtube, die keinen Rücksog hat.
Aussage 5
Sorbinsäure bzw. Kaliumsorbat kann bei der Herstellung eines Hydrogels im heißen Wasser gelöst werden.
Beide werden im heißen Wasser gelöst, bevor der Gelbildner zugegeben wird.
Aussage 6
Dem 2-Propanolhaltigen Carbomergel (DAB) muss Sorbinsäure zugesetzt werden, damit es mikrobiell stabil ist.
Der 2-Propanol-Gehalt schützt das Gel selbst vor Keimen. Eine zusätzliche Konservierung ist nicht nötig.
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