E421: proprietà, usi, pro, contro, sicurezza

L'E421 (Mannitolo) è un poliolo (zucchero alcolico) ampiamente utilizzato in ambito alimentare, farmaceutico e cosmetico. Dal punto di vista chimico corrisponde al D-mannitolo, con formula C₆H₁₄O₆ e peso molecolare di circa 182,17 g/mol. Si presenta in genere come una polvere cristallina bianca, con gusto dolce ma meno intenso rispetto al saccarosio. Nel settore alimentare è noto anche come additivo E421, mentre in cosmetica è impiegato soprattutto per le sue proprietà di umettante, idratante e skin conditioning.

Il mannitolo (D-Mannitol) è un alcol naturale che si trova in forma di alcol di zucchero nel corpo umano dove è metabolicamente inerte. In vegetali e frutta (olivo e cachi) ed anche in alcuni funghi ed alghe marine.

Descrizione

Il Mannitolo è un carboidrato derivato dalla riduzione del mannosio o del fruttosio e appartiene alla famiglia dei polioli. Può essere presente in natura in alcune piante, alghe, funghi e frutti, ma industrialmente viene prodotto soprattutto per idrogenazione di zuccheri o mediante fermentazione, a seconda del processo e del grado commerciale.

Dal punto di vista tecnologico è apprezzato perché ha un profilo relativamente stabile, una dolcezza moderata, una buona compatibilità con diverse matrici e una tendenza inferiore all’assorbimento di umidità rispetto ad altri polioli. In pratica, questo lo rende interessante sia in applicazioni alimentari a ridotto contenuto calorico, sia in formulazioni cosmetiche dove si desidera un ingrediente con funzione umettante ma non eccessivamente appiccicoso.

Processo di produzione

A livello industriale il Mannitolo può essere ottenuto tramite idrogenazione catalitica di zuccheri idonei oppure tramite processi fermentativi. Si trova ed è prodotto da Escherichia coli (ceppo K12, MG1655). Dopo la fase di produzione, il materiale viene purificato, concentrato, cristallizzato, essiccato e sottoposto ai controlli di qualità previsti per il grado di destinazione.

Per uso alimentare contano in particolare purezza, conformità alle specifiche dell’additivo E421, controllo dei contaminanti e costanza tra i lotti. Per uso cosmetico, oltre all’identità chimica e alla purezza, si considerano la granulometria, l’umidità residua, la compatibilità formulativa e la qualità microbiologica.

Mannitolo è sostanzialmente una singola sostanza e non una miscela complessa. Il composto rilevante è quindi il D-mannitolo stesso. Eventuali componenti secondari del grado commerciale sono in genere limitati a tracce di umidità, impurità di processo o eccipienti tecnologici, se previsti nella materia prima finita.

Dati di identificazione e specifiche

Proprietà chimico-fisiche (indicative)

Medicina

• in chirurgia per ridurre la pressione intracranica e facilitare la retrazione del cervello in caso di rottura di aneurisma e per la pressione intraoculare (1).
• unitamente alla biotina stimolare l'accumulo di lipidi importanti prodotti da microalghe (2).
• buon diuretico
• come strumento di ricerca negli studi biologici cellulari per controllare l'osmolarità e come agente di coltura batterica. Per la determinazione del boro nell'analisi chimica.
• ha proprietà sia idratanti che antiossidanti che lo rendono un eccipiente per farmaci.

Focus alimentare

Nel focus alimentare, il Mannitolo è utilizzato come dolcificante e agente di carica in prodotti a ridotto contenuto calorico, senza zuccheri aggiunti o formulati per esigenze tecnologiche specifiche. Rispetto al saccarosio, apporta meno energia nel quadro dell’etichettatura europea e ha una dolcezza inferiore, caratteristica che può essere utile quando si vuole modulare il profilo gustativo senza raggiungere l’intensità tipica dello zucchero comune.

Dal punto di vista pratico, il Mannitolo è apprezzato anche per la sua minore tendenza a trattenere umidità rispetto ad altri polioli. Per questo può essere usato in rivestimenti, compresse, chewing gum, confetteria, prodotti in polvere e altre applicazioni dove stabilità fisica e scorrevolezza sono importanti. Inoltre, come altri polioli, è generalmente considerato non cariogeno o comunque più favorevole del saccarosio sul piano dentale.

Sul piano nutrizionale, il Mannitolo non va considerato un nutriente essenziale, ma un ingrediente tecnologico utile per sostituire in parte lo zucchero. Il suo uso deve però essere contestualizzato: un prodotto con polioli non è automaticamente “salutare” nel complesso, perché il profilo finale dipende sempre dall’intera formulazione. Un altro punto importante è la tolleranza gastrointestinale: come altri polioli, se consumato in quantità elevate può favorire gonfiore, effetto lassativo o diarrea osmotica. In Europa, i prodotti che contengono più del 10% di polioli aggiunti devono riportare l’avvertenza relativa ai possibili effetti lassativi da consumo eccessivo.

Focus cosmetico

Nel focus cosmetico, il Mannitolo è usato soprattutto come ingrediente umettante, idratante, moisturising, skin conditioning e, secondo alcune classificazioni, anche binding o masking. Il suo ruolo principale è aiutare a trattenere l’acqua nella formula o sulla superficie cutanea, contribuendo al mantenimento del comfort e della morbidezza della pelle.

Nelle formulazioni skincare può comparire in sieri, gel, creme leggere, prodotti idratanti e sistemi multi-attivo. La sua presenza è interessante soprattutto quando si desidera combinare una funzione umettante con una buona stabilità fisica e una sensorialità relativamente leggera. In alcuni sistemi può anche essere usato come supporto tecnologico o carrier per altri ingredienti sensibili.

Dal punto di vista formulativo, il Mannitolo è in genere abbastanza semplice da integrare in basi acquose o emulsioni leggere, ma la sua reale utilità cosmetica dipende dalla concentrazione, dalla sinergia con altri umettanti come glicerina o acido ialuronico e dalla struttura complessiva della formula. In pratica, raramente è l’attivo “protagonista”, ma può essere un buon ingrediente di supporto.

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.

Fragranza. Ha un ruolo decisivo e importante nella formulazione di prodotti cosmetici in quanto fornisce la possibilità di migliorare, mascherare o aggiungere profumo al prodotto finale aumentandone la commerciabilità.  Il consumatore si aspetta sempre di trovare un profumo gradevole o particolare in un prodotto cosmetico.

Umettante. Composto igroscopico utilizzato per ridurre al minimo la perdita d'acqua nella pelle e per prevenirne l'essiccazione facilitando un più rapido e maggiore assorbimento di acqua nello strato corneo dell'epidermide.  L'epidermide è il più superficiale dei tre strati con cui è composta la pelle umana (epidermide, derma e ipoderma) ed è lo strato che provvede al mantenimento dell'idratazione in tutti e tre gli strati. A sua volta l'epidermide è composta da cinque strati: corneo, il più superficiale, granulare, spinoso, lucido, basale. Gli umettanti hanno la capacità di trattenere nello strato corneo l'acqua che attirano dall'aria ed hanno la funzione di idratare la pelle. Meglio utilizzarli prima degli emollienti che sono a base d'olio.

Idratante. Questo ingrediente ha il compito di prevenire  l'evaporazione dell'umidità della pelle e migliorare l'attività cellulare. La pelle quando è esposta a correnti d'aria fredde o calde assorbe acqua dal suo strato interno per compensare l'acqua evaporata. Se il fenomeno della corrente d'aria persiste, lo strato corneo risulta secco e, al limite, danneggiato.

Agente condizionante della pelle.  Rappresenta il perno del trattamento topico della pelle in quanto ha la funzione di ripristinare, aumentare o migliorare la tolleranza cutanea a fattori esterni, compresa la tolleranza dei melanociti. La funzione più importante dell'agente condizionante è  prevenire la disidratazione della pelle, ma il tema è piuttosto complesso e coinvolge emollienti ed umettanti che possono essere aggiunti nella formulazione.

Altri usi

Industria delle materie plastiche per produrre resine gliceriniche artificiali ed esteri di colofonia.

Esplosivi e come mannitolo nitrificato per produrre detonatori.

Pro

• È un poliolo ben conosciuto e tecnicamente versatile.

• In ambito alimentare consente di ridurre l’apporto energetico rispetto al saccarosio.

• Ha una bassa igroscopicità rispetto ad altri polioli, utile in alcune applicazioni tecnologiche.

• È adatto a formulazioni dove servono stabilità fisica, scorrevolezza o controllo dell’umidità.

• In cosmetica funziona bene come umettante e ingrediente di supporto al condizionamento cutaneo.

Contro

• Ha una dolcezza inferiore al saccarosio, quindi non sempre è sufficiente da solo sul piano sensoriale.

• Un consumo elevato può causare disturbi gastrointestinali ed effetto lassativo.

• Il fatto che sia “senza zucchero” o “con polioli” non rende automaticamente migliore il profilo complessivo dell’alimento.

• In cosmetica ha spesso un ruolo più complementare che centrale.

• In formule complesse va comunque verificata la compatibilità con il sistema conservante, il pH e gli altri umettanti.

Sicurezza, normativa e ambiente

Dal punto di vista della sicurezza alimentare, il Mannitolo è autorizzato nell’Unione europea come additivo E421, con specifiche definite per il mannitolo convenzionale e per quello ottenuto per fermentazione. Il principale punto critico pratico non è la tossicità alle normali dosi d’impiego, ma la tolleranza intestinale nei consumi elevati.

In cosmetica, il Mannitolo rientra tra gli ingredienti considerati sicuri nelle normali pratiche d’uso, soprattutto quando inserito in formulazioni correttamente progettate. Non è un classico allergene da profumo; tuttavia, come per qualunque ingrediente, la tollerabilità va sempre riferita al prodotto finito.

Sul piano industriale e ambientale, i processi da fermentazione possono offrire un profilo interessante in termini di selettività produttiva, ma l’impatto reale dipende dal processo specifico, dalla purificazione, dalle materie prime impiegate e dalla gestione energetica del sito produttivo.

Conclusione

Il Mannitolo è un ingrediente solido, versatile e ben consolidato, con ruolo principale nel focus alimentare come poliolo a ridotto apporto energetico rispetto allo zucchero e con impiego tecnologico utile in numerose categorie di prodotto. Nel focus cosmetico agisce soprattutto come umettante e skin conditioning, con un ruolo tecnico di supporto più che da attivo protagonista.

Nel complesso, il suo valore emerge soprattutto quando viene utilizzato nel contesto corretto: in alimenti dove servono specifiche proprietà tecnologiche e una riduzione calorica parziale, e in cosmetica dove si desiderano idratazione, stabilità e buona compatibilità formulativa.

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

 "Mannitolo, studi" 

Caratteristiche tipiche del prodotto commerciale Mannitol

• Formula molecolare    C₆H₁₄O₆
• Peso molecolare  182.172 g/mol
• Massa esatta   182.079041
• CAS   69-65-8  87-78-5
• EC Number: 200-711-8  201-770-2
• UNII: 3OWL53L36A
• PubChem Substance ID 329823038
• MDL number MFCD00064287
• Beilstein Registry Number 1721898
• DSSTox Substance ID  DTXSID1023235
• IUPAC  (2R,3R,4R,5R)-hexane-1,2,3,4,5,6-hexol
• InChI=1S/C6H14O6/c7-1-3(9)5(11)6(12)4(10)2-8/h3-12H,1-2H2/t3-,4-,5-,6-/m1/s1  
• InChl Key      FBPFZTCFMRRESA-KVTDHHQDSA-N
• SMILES   C(C(C(C(C(CO)O)O)O)O)O
• ChEBI  16899
• NCI   C625  
• RXCUI   6628   
• RTECS   OP2060000

Sinonimi:

• Mannite
• D-mannitol
• Osmitrol
• Mannitol, D-
• Manna sugar
• Invenex
• Osmofundin
• Osmosal
• Cordycepic acid
• Mannidex 16700
• Mannit 

Bibliografia__________________________________________________________________________

(1) Karamian A, Seifi A, Lucke-Wold B. Comparing the effects of mannitol and hypertonic saline in severe traumatic brain injury patients with elevated intracranial pressure: a systematic review and meta-analysis. Neurol Res. 2024 Sep;46(9):883-892. doi: 10.1080/01616412.2024.2360862. 

Abstract. Objectives: Controlling elevated intracranial pressure following brain injury with hyperosmolar agents is one of the mainstay treatments in traumatic brain injury patients. In this study, we compared the effects of hypertonic saline (HS) and mannitol in reducing increased intracranial pressure. Methods: A total of 637 patients from 15 studies were included in our meta-analysis. The primary outcomes were mortality, the length of stay in the hospital and ICU, and the Glasgow Outcome Scale at follow-up.....Discussion: The results showed that HS and mannitol had similar effects in reducing ICP. Although the HS was associated with a longer duration of effect and shorter ICU stay, other secondary outcomes including mortality rate and favorable neurological outcomes were similar between the two drugs. In conclusion, considering the condition of each patient individually, HS could be a reasonable option than mannitol to reduce ICP in TBI patients.

(2) Ali MK, Sen B, He Y, Bai M, Wang G. Media Supplementation with Mannitol and Biotin Enhances Squalene Production of Thraustochytrium ATCC 26185 through Increased Glucose Uptake and Antioxidative Mechanisms. Molecules. 2022 Apr 11;27(8):2449. doi: 10.3390/molecules27082449.

Abstract. Media supplementation with exogenous chemicals is known to stimulate the accumulation of important lipids produced by microalgae and thraustochytrids. However, the roles of exogenous chemicals in promoting and preserving the terpenoids pool of thraustochytrids have been rarely investigated. Here, we realized the effects of two media supplements-mannitol and biotin-on the biomass and squalene production by a thraustochytrid strain (Thraustochytrium sp. ATCC 26185) and elucidated their mechanism of action. A significant change in the biomass was not evident with the exogenous addition of these supplements. However, with mannitol (1 g/L) supplementation, the ATCC 26185 culture achieved the best concentration (642 ± 13.6 mg/L) and yield (72.9 ± 9.6 mg/g) of squalene, which were 1.5-fold that of the control culture (non-supplemented). Similarly, with biotin supplementation (0.15 mg/L), the culture showed 459 ± 2.9 g/L and 55.7 ± 3.2 mg/g of squalene concentration and yield, respectively. The glucose uptake rate at 24 h of fermentation increased markedly with mannitol (0.31 g/Lh-1) or biotin (0.26 g/Lh-1) supplemented culture compared with non-supplemented culture (0.09 g/Lh-1). In addition, the reactive oxygen species (ROS) level of culture supplemented with mannitol remained alleviated during the entire period of fermentation while it alleviated after 24 h with biotin supplementation. The ∆ROS with mannitol was better compared with biotin supplementation. The total antioxidant capacity (T-AOC) of the supplemented culture was more than 50% during the late stage (72-96 h) of fermentation. Our study provides the potential of mannitol and biotin to enhance squalene yield and the first lines of experimental evidence for their protective role against oxidative stress during the culture of thraustochytrids.

Martău GA, Coman V, Vodnar DC. Recent advances in the biotechnological production of erythritol and mannitol. Crit Rev Biotechnol. 2020 Aug;40(5):608-622. doi: 10.1080/07388551.2020.1751057.

Abstract. Dietary habits that include an excess of added sugars have been strongly associated with an increased risk of obesity, heart disease, diabetes, and tooth decay. With this association in view, modern food systems aim to replace added sugars with low calorie sweeteners, such as polyols. Polyols are generally not carcinogenic and do not trigger a glycemic response. Furthermore, owing to the absence of the carbonyl group, they are more stable compared to monosaccharides and do not participate in Maillard reactions. As such, since polyols are stable at high temperatures, and they do not brown or caramelize when heated. Therefore, polyols are widely used in the diets of hypocaloric and diabetic patients, as well as other specific cases where controlled caloric intake is required. In recent years, erythritol and mannitol have gained increased importance, especially in the food and pharmaceutical industries. In these areas, research efforts have been made to improve the productivity and yield of the two polyols, relying on biotechnological manufacturing methods. The present review highlights the recent advances in the biotechnological production of erythritol and mannitol and summarizes the benefits of using the two polyols in the food and pharmaceutical industries.