L'Idrossipropilmetilcellulosa (HPMC, E464, Ipromellosa, Hydroxypropyl Methylcellulose) è un composto chimico, un derivato della cellulosa modificato chimicamente. È ampiamente utilizzata nelle industrie alimentare, farmaceutica e cosmetica come addensante, emulsionante, stabilizzante, e agente di rivestimento. Grazie alla sua capacità di formare gel e migliorare la viscosità, l'HPMC è apprezzata per il miglioramento della texture e della stabilità nelle formulazioni.

Composizione chimica e struttura

L'idrossipropilmetilcellulosa è prodotta sostituendo alcuni gruppi idrossilici della cellulosa naturale con gruppi metossilici (-OCH₃) e idrossipropilici (-CH₂CHOHCH₃). Questa modifica chimica conferisce all'HPMC una solubilità migliorata sia in acqua fredda che in alcuni solventi organici, e le sue proprietà variano a seconda del grado di sostituzione dei gruppi metossilici e idrossipropilici.

Processo di produzione

L'idrossipropilmetilcellulosa è prodotto trattando la cellulosa con metossido di sodio e ossido di propilene. Questo processo chimico sostituisce i gruppi idrossilici nella cellulosa con gruppi metossilici e idrossipropilici. Dopo la reazione, il prodotto viene purificato e convertito in polvere per essere utilizzato in diverse applicazioni industriali. 

Il nome definisce la struttura della molecola:

• Idrossipropil si riferisce a un gruppo funzionale organico che contiene un gruppo idrossi (-OH) attaccato a un gruppo propile (una catena di tre atomi di carbonio).
• metilcellulosa è un derivato della cellulosa, un polisaccaride che è il componente principale delle pareti cellulari delle piante. La metilcellulosa è la cellulosa che è stata modificata chimicamente per sostituire alcuni dei gruppi idrossi della cellulosa con gruppi metile (-CH₃).

Descrizione delle materie prime utilizzate nella sua produzione:

• Cellulosa è il principale componente utilizzato per la produzione dell'idrossipropilmetilcellulosa. È un polisaccaride presente nelle pareti cellulari delle piante ed è ottenuta principalmente da fonti naturali come il legno, la canna da zucchero o il cotone.
• Propylene oxide è un reagente utilizzato nella sintesi dell'idrossipropilmetilcellulosa. È una sostanza chimica che reagisce con la cellulosa per introdurre gruppi idrossipropilici nella struttura del polimero.
• Metiletere è un altro reagente utilizzato per introdurre gruppi metilici nella cellulosa durante la sintesi dell'idrossipropilmetilcellulosa.

Il procedimento di sintesi si svolge in diverse fasi:

• Preparazione dei materiali di partenza. La sintesi dell'HPMC inizia con la preparazione dei materiali di partenza necessari e include la cellulosa, l'ossido di propilene e il cloruro di metile.
• Reazione di Eterificazione. La cellulosa viene fatta reagire con l'ossido di propilene e il cloruro di metile in presenza di una base forte. Questo processo è noto come eterificazione e produce l'Idrossipropilmetilcellulosa.
• Depurazione. L'ultimo passaggio nel processo di sintesi è la purificazione. Questo coinvolge la rimozione di qualsiasi materiale di partenza non reagito e sottoprodotti dal miscuglio di reazione per ottenere l'HPMC puro.

Proprietà fisiche

Si presenta sotto 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

Viene usato in campo medico in oculistica per occhio secco (2), nelle capsule per controllare il rilascio del farmaco (3) come agente addensante, polimero di rivestimento, bioadesivo, in dispersione solida per migliorare la solubilità, legante nel processo di granulazione e in formulazioni a rilascio modificato (4) ed ha eccellenti proprietà mucoadesive che suggeriscono il suo utilizzo nei sistemi di somministrazione per mucosa orale, comprese le compresse e le pellicole mucoadesive (5).

Alimentazione

Ingrediente inserito nella lista degli additivi alimentari europei come E464, stabilizzante, addensante.

Farmaceutica

• Rilascio controllato. L'HPMC può essere utilizzato per controllare il rilascio di un farmaco, permettendone il rilascio lento nel tempo. Questo può aiutare a mantenere un livello costante del farmaco nel corpo, riducendo la necessità di dosaggi frequenti.
• Agente addensante. Viene utilizzato come agente addensante nelle soluzioni oftalmiche per prolungare il tempo di residenza del farmaco. Viene anche utilizzato nei farmaci orali per aumentare la viscosità.
• Agente di rivestimento. L'HPMC viene utilizzato come agente di rivestimento nelle compresse. Aiuta a migliorare l'aspetto e rende la compressa più facile da ingoiare. Può anche proteggere il farmaco dall'ambiente e mascherare il gusto.
• Stabilizzatore. Aiuta a stabilizzare soluzioni ed emulsioni, che possono migliorare la durata e l'efficacia del farmaco.
• Miglioramento della biodisponibilità. L'HPMC può migliorare la biodisponibilità dei farmaci aumentando il tempo in cui un farmaco è disciolto nel tratto gastrointestinale.

Cosmetica

• Agente antistatico. L'accumulo di elettricità statica ha un'influenza diretta sui prodotti e causa adsorbimento elettrostatico. L'ingrediente antistatico riduce l'accumulo di elettricità statica e la resistività superficiale sulla superficie della pelle e dei capelli.
• 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 emulsioni. Le emulsioni sono termodinamicamente instabili. Gli stabilizzatori di emulsione migliorano la formazione e la stabilità delle emulsioni singole e doppie. nonché la loro shelf-life. Va notato che nella relazione struttura-funzione, la massa molare dell'ingrediente utilizzato gioca un ruolo importante.
• Agente filmogeno. Produce, nel momento dell'applicazione, una pellicola sottilissima continua con un  bilanciamento ottimale  di coesione, adesione ed adesività  su pelle, capelli o unghie per contrastare o limitare danni da fenomeni esterni come prodotti chimici, raggi UV e inquinamento.
• 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. 
• 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'E464 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 E464 può essere associata a rischi elevati di malattie cardiovascolari (CVD) (6).

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

Hydroxypropylmethylcellulose studi

Caratteristiche tipiche ottimali del prodotto commerciale

Dove acquistare:

• Formula molecolare: C₅₆H₁₀₈O₃₀
• Peso molecolare: 1261.4 g/mol
• CAS: 9004-65-3
• UNII 3NXW29V3WO
• EC Number: 220-971-6    926-742-3
• DSSTox Substance ID: 
• MDL number  MFCD00131360
• PubChem Substance ID  57503849
• NACRES  NA.21 
• ChI Key  PUSNGFYSTWMJSK-GSZQVNRLSA-N
• SMILES CC(COCC1C(C(C(C(O1)OC2C(OC(C(C2OCC(C)O)OCC(C)O)OCC(C)O)COCC(C)O)OCC(C)O)OCC(C)O)OCC(C)O)O.COCC1C(C(C(C(O1)OC2C(OC(C(C2OC)OC)OC)COC)OC)OC)OC
• IUPAC   (2R,3R,4S,5R,6R)-2,3,4-trimethoxy-6-(methoxymethyl)-5-[(2S,3R,4S,5R,6R)-3,4,5-trimethoxy-6-(methoxymethyl)oxan-2-yl]oxyoxane;1-[[(2R,3R,4S,5R,6S)-3,4,5-tris(2-hydroxypropoxy)-6-[(2R,3R,4S,5R,6R)-4,5,6-tris(2-hydroxypropoxy)-2-(2-hydroxypropoxymethyl)oxan-3-yl]oxyoxan-2-yl]methoxy]propan-2-ol
• ChEBI    

Sinonimi: 

• HPMC
• Hydroxypropyl)methyl cellulose
• Hydroxypropylmethylcellulose
• Hypropyl methylcellulose
• Hypropyl mellose

Bibliografia____________________________________________________________

(1) 144. The Committee did not support the proposal to introduce the dual name “hypromellose” for hydroxypropylmethyl cellulose (INS 464).

(2) Capita L, Chalita MR, dos Santos-Neto LL. Prospective evaluation of hypromellose 2% for punctal occlusion in patients with dry eye. Cornea. 2015 Feb;34(2):188-92. doi: 10.1097/ICO.0000000000000325. 

(3) Ghori MU, Ginting G, Smith AM, Conway BR. Simultaneous quantification of drug release and erosion from hypromellose hydrophilic matrices. Int J Pharm. 2014 Apr 25;465(1-2):405-12. doi: 10.1016/j.ijpharm.2014.02.028.

Chen L, Wang F. Development of sustained-release matrix tablets of BKP-01-041 (tilorone derivative) containing Hypromellose. Pharmazie. 2013 Oct;68(10):796-9.

(4) Al-Tabakha MM. HPMC capsules: current status and future prospects. J Pharm Pharm Sci. 2010;13(3):428-42. doi: 10.18433/j3k881.

(5) Mašková E, Kubová K, Raimi-Abraham BT, Vllasaliu D, Vohlídalová E, Turánek J, Mašek J. Hypromellose - A traditional pharmaceutical excipient with modern applications in oral and oromucosal drug delivery. J Control Release. 2020 Aug 10;324:695-727. doi: 10.1016/j.jconrel.2020.05.045.

(6) 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.