E460 (Cellulosa) è un biopolimero polisaccaride sintetizzato nel regno vegetale dove si trova come parte strutturale nelle piante verdi dentro la loro parete cellulare primaria. Si trova in omiceti, una pecie di pseudo funghi ed in alghe. In chimica si ottiene dal legno, in special modo conifere, mescolato a paglia e ad altre materie prime vegetali, ma la cellulosa batterica è ottenuta con la produzione più efficiente tramite la specie Komagataeibacter xylinus, un batterio Gram-negativo, aerobico e non patogeno appartenente alla famiglia dei batteri acetici.

Viene comunemente utilizzata in alimenti, prodotti farmaceutici e cosmetici come agente addensante, stabilizzante e riempitivo. La cellulosa è apprezzata per la sua capacità di formare gel, fornire texture e stabilizzare le emulsioni, rendendola un additivo versatile in vari prodotti.

Composizione chimica e struttura

La cellulosa è un carboidrato complesso costituito da unità di glucosio legate da legami β-1,4-glicosidici. La sua struttura lineare forma lunghe catene insolubili in acqua, ma che possono gonfiarsi formando gel in determinate condizioni. Questa struttura unica conferisce alla cellulosa rigidità e la capacità di fornire volume e texture ai prodotti.

Proprietà fisiche

Si presenta sotto forma di polvere bianca o biancastra o in forma fibrosa. È insolubile in acqua ma può assorbire grandi quantità di acqua, permettendole di agire come addensante o stabilizzante in diverse formulazioni. È insapore, inodore e non reattiva, il che la rende un additivo ideale in alimenti, prodotti farmaceutici e cosmetici.

Processo di produzione

Viene estratta da materiali vegetali come legno o cotone. La materia vegetale grezza subisce processi meccanici e chimici per isolare e purificare le fibre di cellulosa. Una volta estratta, la cellulosa può essere ulteriormente lavorata in diverse forme, come la cellulosa microcristallina, per adattarsi a specifiche applicazioni.

• Estrazione della cellulosa: Il primo passo consiste nell'estrazione della cellulosa da fonti vegetali, come legno, cotone o paglia. Questo può avvenire attraverso un processo di macerazione e trattamento chimico con soluzioni alcaline per rimuovere lignina e emicellulosa.

• Raffinazione: La cellulosa estratta viene quindi raffinata per ottenere un materiale purificato. Questo può comportare l'uso di acidi o ulteriori trattamenti chimici per migliorare la purezza e la qualità della cellulosa.

• Modificazione: A seconda dell'applicazione desiderata, la cellulosa può essere ulteriormente modificata chimicamente per migliorarne le proprietà funzionali. Questo può includere la derivatizzazione per ottenere forme specifiche di cellulosa, come cellulosa microcristallina o idrossipropilcellulosa.

• Essiccazione e macinazione: Una volta che la cellulosa è stata purificata e modificata, viene essiccata e macinata in polvere fine per facilitarne l'uso nelle formulazioni alimentari.

• Controllo qualità e confezionamento: Infine, la cellulosa E460 viene sottoposta a controlli di qualità per verificarne la purezza e la conformità agli standard. Dopo l'analisi, viene confezionata per la distribuzione e l'uso nei prodotti alimentari.

Vengono ricavati dalla cellulosa:

• produzione di biocarburanti
• carta
• fibre tessili
• plastiche
• esplosivi
• vernici
• biomateriali

Applicazioni

• Industria alimentare: La cellulosa (E460) è utilizzata come addensante, stabilizzante e agente di carica in prodotti come salse, condimenti e alimenti a basso contenuto calorico. Fornisce texture e previene la separazione degli ingredienti nelle emulsioni. I suoi vantaggi alimentari consistono in biocompatibilità, l'abbondanza dei gruppi ossidrilici, struttura cristallina, solubilità e bagnabilità. Possiede tutte le caratteristiche di un'ottima fibra alimentare.

• Farmaceutica: Nell'industria farmaceutica, la cellulosa è utilizzata come legante, riempitivo e disgregante nelle formulazioni di compresse. Aiuta a mantenere la forma delle compresse e consente un rilascio controllato dei principi attivi.

• Cosmetici: Nei cosmetici, la cellulosa è utilizzata come addensante e stabilizzante in creme, lozioni ed emulsioni, migliorando la texture e la consistenza dei prodotti.

Funzioni INCI:

Assorbente. Assorbe sostanze disperse o disciolte in soluzioni acquose, acqua/olio, olio/acqua.

Agente di carica. Regola il contenuto di acqua, diluisce altri solidi, può aumentare il volume di un prodotto per un miglior flusso, agisce come tampone contro gli acidi organici, aiuta a mantenere il pH della miscela entro un livello determinato.

Agente opacizzante. E' utile in formulazioni che possono rivelarsi traslucide o trasparenti per renderle opache e meno permeabili alla luce.

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. 

Studi

In questi ultimi anni è stata data particolare attenzione alle nanofibre di cellulosa come componenti rinnovabili ed ecocompatibili (1) e sono facilmente disponibili nella biomassa vegetale (2). Inoltre presentano prestazioni meccaniche notevoli a causa della loro elevata cristallinità e proporzioni (3).

Medicina

In campo medico, le nanofibre di cellulosa sono state utilizzate come biomateriali di rinforzo nell'ingegneria tissutale (4).

Considerazioni sulla salute e sicurezza

Sicurezza d'uso
La cellulosa (E460) è considerata sicura per il consumo e per l'uso topico. È non tossica, non allergenica e biocompatibile, rendendola adatta all'uso in alimenti, farmaci e cosmetici. 

Reazioni allergiche
Le reazioni allergiche alla cellulosa sono estremamente rare, poiché è una sostanza naturalmente presente negli alimenti di origine vegetale. Generalmente è ben tollerata dall'organismo e sicura per l'uso in tutte le fasce d'età.

Tossicità e cancerogenicità
È stata ampiamente valutata dalle autorità per la sicurezza alimentare ed è riconosciuta come un additivo alimentare sicuro (E460) se utilizzata entro i limiti regolamentati.

Una eccessiva assunzione di eE460 può essere associata a rischi elevati di malattie cardiovascolari (CVD) (5).

Considerazioni ambientali e di sicurezza
La cellulosa è biodegradabile e non si accumula nell'ambiente. La sua produzione da fonti vegetali rinnovabili la rende ecologicamente sostenibile. Lo smaltimento corretto e l'uso dei prodotti a base di cellulosa non comportano rischi significativi per l'ambiente.

Stato normativo
La cellulosa (E460) è approvata come additivo alimentare dalle principali autorità regolatorie, tra cui l'Unione Europea e la Food and Drug Administration (FDA) negli Stati Uniti. È classificata come un additivo sicuro e non reattivo ed è ampiamente utilizzata in alimenti, prodotti farmaceutici e cosmetici.

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

Cellulosa studi

• Formula molecolare: (C₆H₁₀O₅)n  C₁₂H₂₂O₁₁
• Peso molecolare: 342.297 g/mol
• CAS: 9004-34-6  9004-34-6 
• EC Number: 232-674-9  
• MDL number MFCD00081512

Sinonimi: 

• Cellulose, 2-(diethylamino)ethyl ether
• (5S)-6-(hydroxymethyl)-5-{[(2S)-3,4,5-trihydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-2-yl]oxy}oxane-2,3,4-triol
• (5S,2R,3R,4R,6R)-5-[(2S,4S,5S,3R,6R)-3,4,5-trihydroxy-6-(hydroxymethyl)(2H-3,4 ,5,6-tetrahydropyran-2-yloxy)]-6-(hydroxymethyl)-2H-3,4,5,6-tetrahydropyran-2, 3,4-triol
• (6S)-2-(hydroxymethyl)-6-[(3S)-4,5,6-trihydroxy-2-(hydroxymethyl)tetrahydropyran-3-yl]oxy-tetrahydropyran-3,4,5-triol

Bibliografia________________________________________________________________________

(1) Osorio‐Madrazo, A., & Laborie, M. P. (2013). Morphological and thermal investigations of cellulosic bionanocomposites. Biopolymer Nanocomposites: Processing, Properties, and Applications, 411-436. 

Abstract. This chapter highlights the impact of cellulose nanofibers (CNFs) on the thermal properties of polymers and provides insight into the composite morphologies down to the molecular scale. With a particular focus on semicrystalline biodegradable polymers, the chapter attempts to decipher the role of CNF surface attributes, shape, and loading amounts on morphological and thermal properties. Thus, the chapter reviews the theoretical framework of polymer transitions and crystallization kinetics for semicrystalline polymers. Finally, it discusses the morphology and thermal behavior (other than thermal stability) of specific cellulose/ biopolymer matrix materials.

(2)  Native crystalline polysaccharide nanofibers: Processing and properties.Samyn P., Osorio-Madrazo A.  Barhoum A., Bechelany M., Makhlouf A., editors. Handbook of Nanofibers. Springer; Cham, Switzerland: 2018. pp. 1–36

(3)  Favier, V., Chanzy, H., & Cavaillé, J. (1995). Polymer nanocomposites reinforced by cellulose whiskers. Macromolecules, 28(18), 6365-6367.. doi: 10.1021/ma00122a053. 

(4) Doench I, Torres-Ramos MEW, Montembault A, Nunes de Oliveira P, Halimi C, Viguier E, Heux L, Siadous R, Thiré RMSM, Osorio-Madrazo A  Injectable and Gellable Chitosan Formulations Filled with Cellulose Nanofibers for Intervertebral Disc Tissue Engineering.  Polymers (Basel). 2018 Oct 27; 10(11)

Abstract. The development of non-cellularized injectable suspensions of viscous chitosan (CHI) solutions (1.7⁻3.3% (w/w)), filled with cellulose nanofibers (CNF) (0.02⁻0.6% (w/w)) of the type nanofibrillated cellulose, was proposed for viscosupplementation of the intervertebral disc nucleus pulposus tissue. The achievement of CNF/CHI formulations which can gel in situ at the disc injection site constitutes a minimally-invasive approach to restore damaged/degenerated discs. We studied physico-chemical aspects of the sol and gel states of the CNF/CHI formulations, including the rheological behavior in relation to injectability (sol state) and fiber mechanical reinforcement (gel state). CNF-CHI interactions could be evidenced by a double flow behavior due to the relaxation of the CHI polymer chains and those interacting with the CNFs. At high shear rates resembling the injection conditions with needles commonly used in surgical treatments, both the reference CHI viscous solutions and those filled with CNFs exhibited similar rheological behavior. The neutralization of the flowing and weakly acidic CNF/CHI suspensions yielded composite hydrogels in which the nanofibers reinforced the CHI matrix. We performed evaluations in relation to the biomedical application, such as the effect of the intradiscal injection of the CNF/CHI formulation in pig and rabbit spine models on disc biomechanics. We showed that the injectable formulations became hydrogels in situ after intradiscal gelation, due to CHI neutralization occurring in contact with the body fluids. No leakage of the injectate through the injection canal was observed and the gelled formulation restored the disc height and loss of mechanical properties, which is commonly related to disc degeneration.

(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.