Idrossipropilcellulosa (E463, HPC) è un etere di cellulosa idrosolubile non ionico, un polimero semicristallino con domini amorfi di transizione vetrosa del polimero molto basso insieme ai domini cristallini e ottenuto per reazione chimica dei gruppi ossidrilici nelle posizioni 2, 3 e/o 6 dei residui di glucosio della cellulosa.

E' un derivato della cellulosa ottenuto tramite la sostituzione di alcuni gruppi idrossilici della cellulosa naturale con gruppi idrossipropilici. Questa modifica conferisce all'idrossipropilcellulosa proprietà uniche, come la solubilità sia in acqua che in alcuni solventi organici. Viene ampiamente utilizzata nell'industria alimentare, farmaceutica e cosmetica come addensante, stabilizzante, agente legante e formante film. Grazie alla sua capacità di formare gel, migliorare la viscosità e stabilizzare le emulsioni, è un ingrediente versatile in molteplici applicazioni.

Composizione chimica e struttura

L'idrossipropilcellulosa è prodotta tramite la reazione tra la cellulosa e l'ossido di propilene, che sostituisce i gruppi idrossilici (-OH) della cellulosa con gruppi idrossipropilici (-CH₂CHOHCH₃). Questa struttura conferisce all'idrossipropilcellulosa una buona solubilità in acqua e una maggiore capacità di formare soluzioni viscose, rendendola ideale per migliorare la texture e la stabilità dei prodotti.

Proprietà fisiche

Si presenta generalmente sotto forma di polvere bianca o granulare, inodore e insapore. È solubile sia in acqua calda che in acqua fredda, così come in alcuni solventi organici. Grazie alla sua capacità di assorbire acqua, può formare soluzioni viscose e gel, il che la rende utile come addensante, agente legante e stabilizzante in numerose formulazioni.

Il nome definisce la struttura della molecola:

• Idrossipropil si riferisce ad un gruppo derivato dal propilene, un alchene a tre carboni, con un gruppo ossidrile (-OH) attaccato.
• Cellulosa si riferisce ad un tipo di polisaccaride che è il componente principale delle pareti cellulari delle piante. La cellulosa è una grande molecola costituita da molte unità di glucosio più piccole collegate tra loro.

Il procedimento di sintesi si svolge in diverse fasi:

• Purificazione della cellulosa. Il primo passo nella sintesi di HPC è la purificazione della cellulosa, derivata da fonti vegetali. Ciò comporta la rimozione di impurità come lignina, emicellulosa e altri componenti.
• Trattamento alcalino. La cellulosa purificata viene trattata con un alcale, idrossido di sodio. Questo processo, noto come mercerizzazione, aumenta la reattività della cellulosa scomponendone la struttura cristallina.
• Reazione all'ossido di propilene. La cellulosa trattata con alcali viene fatta reagire con ossido di propilene. Questo introduce gruppi idrossipropilici (-CH2CHOHCH3) sulla molecola di cellulosa. Il grado di sostituzione, o il numero medio di gruppi idrossipropilici collegati a ciascuna unità di glucosio nella cellulosa, può essere controllato regolando le condizioni di reazione.
• Neutralizzazione e lavaggio. Dopo la reazione, la miscela viene neutralizzata, di solito con un acido come l'acido cloridrico. Il prodotto viene quindi lavato per rimuovere reagenti e sottoprodotti non reagiti.
• Essiccazione e macinazione. La massa umida viene quindi essiccata e macinata in una polvere fine per produrre il prodotto finale, idrossipropilcellulosa.
• Controllo di qualità. Il prodotto finale viene quindi testato per garantire che soddisfi le specifiche richieste. Ciò può comportare test per parametri quali grado di sostituzione, viscosità e contenuto di umidità.

Si presenta in forma di polvere bianca  insapore ed inodore, etere di cellulosa non ionico,  non tossico prodotto dalla cellulosa ad alto peso molecolare, solubile in acqua e in alcuni solventi organici.  Finezza della polvere: il tasso di passaggio di 80 mesh è più del 98,5%; 70 mesh tasso di passaggio superiore al 100%. Si decompone in monossido di carbonio, anidride carbonica.

A cosa serve e dove si usa

Utilizzato solitamente in presenza di cellulosa come emulsionante, disperdente, legante, riempitivo, stabilizzante, agente di sospensione od addensante. Viene anche chiamata Ipromellosa, ma Il suo vero nome deve però essere Idrossipropilmetilcellulosa o Hydroxypropylmethyl cellulose, come stabilito, onde evitare doppi nomi come stabilito dalla Codex Alimentarius Commission (1).

Ha una buona solubilità in acqua sia in modalità istantanea (si decompone rapidamente in acqua fredda e aumenta la viscosità dopo 2 minuti) che in modalità lenta (si agglomera in acqua fredda e poi aumenta la viscosità). Come materiale polimerico naturale contiene metilcellulosa (MC).

Vantaggi

• Possiede interessanti proprietà di ritenzione dell'acqua in quanto può ridurre la perdita d'acqua.
• E' resistente agli enzimi fornendo una ottimale stabilità di viscosità durante lo stoccaggio a lungo termine grazie allele proprie caratteristiche di invasione batterica dei funghi.
• Può può formare una pellicola flessibile e trasparente i modo da costituire una barriera per l'olio.
• Ha sostituibilità non ionica: compatibile con altri additivi e coesistere stabilmente quando si scioglie in acqua.
• E' un ottimo lubrificante adatto a migliorare le prestazioni dei prodotti a base di cemento e prodotti ceramici, così può migliorare la forza di erogazione della pompa per calcestruzzo.
• Gelificazione termica: se la temperatura del prodotto sale fino ad un punto determinato, produce gel. Se la temperatura del prodotto diminuisce, il gel scompare.

Come si usa

• In un contenitore di acqua a 85° si aggiunge gradualmente ipromellosa che all'inizio galleggia in superfice, ma successivamente si trasforma in impasto uniforme che viene raffreddato sotto agitazione fino a diventare trasparente. Circa 2/3 dell'acqua totale devono essere riscaldati a più di 85°, aggiungere la cellulosa per ottenere un rigonfiamento dell'acqua calda, poi aggiungere la quantità rimanente di acqua fredda, mescolare e raffreddare per ottenere una soluzione uniforme.   Il prodotto trattato in superficie può essere aggiunto direttamente all'acqua fredda per dissolversi con agitazione. Per una rapida dissoluzione, la quantità superficiale può essere regolata per il tempo di dissoluzione. Il prodotto si dissolverà rapidamente per formare una soluzione.

Dove si usa

Ha svariate applicazioni: resine sintetiche, cosmetici, alimentare, medicina, cuoio, carta, ceramica, petrolchimica. 

• Industria tessile: Può creare un rivestimento resistente all'olio.
• Industria edilizia: stucco per muri, malta, additivi per calcestruzzo, cappotto, intonaco di gesso, crack filler

Medicina

Nel settore farmaceutico viene utilizzata per la sua biocompatibilità come trasportatore di farmaci, stabilizzatore di emulsione, legante, addensante. In particolare, poiché l'idrossipropilcellulosa presenta una solubilità organica e idrica e quindi è adatto ai metodi a solvente di rilascio farmaci per produrre dispersioni solide. A bassa viscosità  l'idrossipropilcellulosa è un ottimo eccipiente farmaceutico. Per le sue proprietà bioadesive e idrofiliche può essere utilizzato principalmente in formulazioni farmaceutiche topiche ed orali.

Influenza la solubilità, la dissoluzione e la biodisponibilità orale dei farmaci (1).

Questo studio riporta il comportamento di idrossipropilcellulosa e carragenina utilizzato in oftalmica per l'uso nell'operazione di cataratta per le loro proprietà viscoelastiche (2).

Per ridurre le complicazioni intraoperatorie e postoperatorie dopo un intervento, è stata aggiunta idrossipropilcellulosa al fine di preparare un agente di iniezione sottomucosa che può gelificare durante la dissezione endoscopica della mucosa e aderire alla superficie della ferita (3).

L'idrossipropilcellulosa è stata utilizzata come rivestimento di legamento artificiale in un caso di lesione del legamento crociato anteriore ed ha migliorato significativamente la rigenerazione del tessuto legamentoso. il rivestimento di idrossipropilcellulosa può migliorare significativamente la citocompatibilità e la guarigione da innesto a osso di un legamento artificiale polietilene tereftalato per la ricostruzione del legamento crociato anteriore (4).

Alimentazione

Ingrediente inserito nella lista degli additivi alimentari europei come E463, stabilizzante, addensante.

Cosmetica

Binder. Composto legante che è utilizzato in prodotti cosmetici, alimentari e farmaceutici come antiagglomerante con la funzione di rendere setoso, compatto e omogeneo il prodotto in cui è inserito. Il legante, naturale come mucillagini, gomme e amidi oppure chimico, può avere forma di polvere o di liquido.

Stabilizzatore di emulsione. Le emulsioni sono termodinamicamente instabili. Gli stabilizzatore di emulsione migliorano la formazione e la stabilità delle singole e delle doppie emulsioni. E' da notare che nella relazione struttura-funzione, la massa molare svolge un ruolo importante.

Agente filmogeno. Produce una pellicola sottilissima continua con un  bilanciamento ottimale  di coesione, adesione ed adesività  su pelle o capelli per contrastare o limitare danni da fenomeni esterni come prodotti chimici, raggi UV e inquinamento.

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. 

Agente di controllo della viscosità. Controlla e adatta la viscosità al livello richiesto per ottenere una stabilità ottimale chimica e fisica del prodotto e del dosaggio in gel, sospensioni, emulsioni, soluzioni. 

Sicurezza d'uso

L'E463 è considerato sicuro per l'uso negli alimenti ed è approvato da vari enti regolatori internazionali, come l'Unione Europea e la Food and Drug Administration (FDA) degli Stati Uniti. Non sono noti effetti collaterali significativi quando viene utilizzato nelle dosi raccomandate. 

Una eccessiva assunzione di cellulose come E463 può essere associata a rischi elevati di malattie cardiovascolari (CVD) (5).

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

Idrossipropilcellulosa studi

Bibliografia_________________________________________________________________________

(1) Rashid R, Kim DW, Din FU, Mustapha O, Yousaf AM, Park JH, Kim JO, Yong CS, Choi HG. Effect of hydroxypropylcellulose and Tween 80 on physicochemical properties and bioavailability of ezetimibe-loaded solid dispersion. Carbohydr Polym. 2015 Oct 5;130:26-31. doi: 10.1016/j.carbpol.2015.04.071.

(2) Jones DS, Rafferty GP, Andrews GP. Design of binary polymeric platforms containing ɩ-carrageenan and hydroxypropylcellulose for use in cataract surgery. Carbohydr Polym. 2016 Dec 10;154:296-304. doi: 10.1016/j.carbpol.2016.06.042.

(3) Tang B, Shan J, Yuan T, Xiao Y, Liang J, Fan Y, Zhang X. Hydroxypropylcellulose enhanced high viscosity endoscopic mucosal dissection intraoperative chitosan thermosensitive hydrogel. Carbohydr Polym. 2019 Apr 1;209:198-206. doi: 10.1016/j.carbpol.2018.12.103.

(4) Yang J, Dong Y, Wang J, Chen C, Zhu Y, Wu Y, Zhang P, Chen T, Zhou W, Wu P, Thanh NTK, Ngoc Quyên Trân, Chen J, Chen S. Hydroxypropylcellulose Coating to Improve Graft-to-Bone Healing for Anterior Cruciate Ligament Reconstruction. ACS Biomater Sci Eng. 2019 Apr 8;5(4):1793-1803. doi: 10.1021/acsbiomaterials.8b01145.

Abstract. An anterior cruciate ligament (ACL) injury is one of the most common injuries in sports, and ACL reconstruction with an artificial ligament is a good treatment for quick recovery. However, current artificial ligaments made of polyethylene terephthalate (PET) are still associated with some problems due to the hydrophobic nature and low biological induction activity of PET. Many efforts have been used to improve the biocompatibility of PET in recent years, and our previous work has shown that surface modification is an effective strategy. Here, a hydroxypropylcellulose (HPC) coating was applied on the surface of a PET artificial ligament order to improve its biocompatibility. The effects of the HPC coating on PET artificial ligament graft-bone healing was investigated in vitro using bone marrow stromal cells (BMSCs), fibroblasts, and RSC-364 cells as well as in vivo in a beagle dog model of ACL reconstruction. HPC was coated successfully on the PET and significantly promoted cell growth, adhesion, and capability of osteogenic differentiation compared to the PET graft without HPC coating. In vivo, the HPC coating significantly enhanced ligament tissue regeneration. Moreover, higher expression of some bone-formation- and ligament-tissue-regeneration-contributing proteins and cell factors, such as COL1, BMP-7, COL3, OCN, RUNX2, TGF-β1, and VEGF, was observed on the HPC-coated PET artificial ligament in comparison with the pure PET artificial ligament. In conclusion, HPC coating can significantly improve the cytocompatibility and graft-to-bone healing of a PET artificial ligament for ACL reconstruction.

(5) Sellem L, Srour B, Javaux G, Chazelas E, Chassaing B, Viennois E, Debras C, Salamé C, Druesne-Pecollo N, Esseddik Y, de Edelenyi FS, Agaësse C, De Sa A, Lutchia R, Louveau E, Huybrechts I, Pierre F, Coumoul X, Fezeu LK, Julia C, Kesse-Guyot E, Allès B, Galan P, Hercberg S, Deschasaux-Tanguy M, Touvier M. Food additive emulsifiers and risk of cardiovascular disease in the NutriNet-Santé cohort: prospective cohort study. BMJ. 2023 Sep 6;382:e076058. doi: 10.1136/bmj-2023-076058. PMID: 37673430; PMCID: PMC10480690.