Glicerol
El glicerol (C3H8O3, CAS Reg. No. 56-81-5) también se conoce como 1,2,3-propanetriol (Fig. 5.1B). Es un compuesto natural, un líquido viscoso, almibarado, incoloro e inodoro con un sabor dulce. Químicamente se clasifica como un poliol (un alcohol polihídrico), debido a la presencia de tres grupos hidroxilos (OH). Es higroscópico y, por lo tanto, un humectante (similar al propilenglicol). Es miscible con el agua y el alcohol y tiene un punto de ebullición de 290°C y un punto de congelación de 17°C.86
El glicerol es esencial para los organismos vivos. Forma la columna vertebral de los triglicéridos, ésteres derivados del glicerol y tres ácidos grasos,87 que están presentes en los seres humanos, los animales y las plantas. Es la molécula orgánica más antigua aislada por el hombre, ya que se obtenía calentando grasas en presencia de cenizas para producir jabón desde el año 2800 a.C.88 Como sustancia, fue descubierta accidentalmente en 1779 por K.W. Scheele, un químico sueco, mientras calentaba una mezcla de aceite de oliva y monóxido de plomo.89 Posteriormente, Scheele estableció que otros metales y glicéridos producen la misma reacción química que da lugar al glicerol y al jabón, y en 1783 publicó una descripción de su método de preparación en las transacciones de la Real Academia de Suecia. El método de Scheele se utilizó para producir glicerol comercialmente durante algunos años. El nombre deriva de la palabra griega glykys, que significa dulce, y fue dado por un científico francés, M.E. Chevreul, en el siglo XIX. En 1823, Chevreul obtuvo la primera patente de una nueva forma de producir ácidos grasos a partir de grasas tratadas con un álcali, que incluía la recuperación del glicerol liberado durante el proceso. El glicerol se convirtió en un compuesto de valor estratégico cuando se utilizó en la fabricación de nitroglicerina. En 1866, Alfred Nobel descubrió que mezclando la nitroglicerina con la roca sedimentaria silícea kieselguhr, una forma de sílice que se extraía en Alemania, se podía convertir el líquido en una pasta maleable conocida como dinamita, que podía amasarse y moldearse en barras para volar rocas mediante un detonador activado por medio de una fuerte descarga. El glicerol se convirtió en poco tiempo en un recurso militar estratégico. De ahí que, cuando la demanda de glicerol en la Primera Guerra Mundial superó el suministro de la industria del jabón, razones de seguridad militar llevaron a crear las primeras plantas sintéticas para fabricarlo en Europa y Estados Unidos, donde el glicerol para armamento se producía mediante la fermentación microbiana de azúcares.90
El glicerol se obtiene por saponificación (hidrólisis) de las grasas animales y por transesterificación de las grasas vegetales (Fig. 5.3). Ambos procesos producen un 10% de glicerol en peso como subproducto. También puede fabricarse sintéticamente a partir del propileno mediante el proceso de epiclorhidrina91 , pero no es rentable. En 2000, la producción mundial de glicerol se estimó en 500.000 toneladas. En 1999, la cantidad importada y/o producida fue de 227.000 toneladas en Europa y de unas 28.000 toneladas en el Reino Unido.92 La producción en Estados Unidos se estimó en 350.000 toneladas anuales entre 2000 y 2004.93 Datos más recientes sugieren una producción anual mundial de 2 millones de toneladas, sobre todo como resultado del auge de la fabricación de biodiésel y productos oleoquímicos.94 Como resultado, la oferta ha superado la demanda.
Figura 5.3. Producción de glicerol por saponificación y transesterificación de grasas.
El glicerol tiene muchas aplicaciones. Es un componente de numerosos productos y un intermedio en aplicaciones industriales para la fabricación de cosas como jabones y detergentes y ésteres de glicerol. Se encuentra en artículos de consumo como productos farmacéuticos, cosméticos, tabaco, alimentos y bebidas, y en pinturas, resinas y papel. Los usos más comunes son como productos intermedios y monómeros en resinas, polioles y poliuretanos (20%), en cosméticos (20%), como producto químico intermedio en la síntesis de otros productos químicos (15%), y en productos farmacéuticos, tabaco, fluidos industriales, películas de celulosa y productos alimenticios (<10% cada uno).92 La FDA le concedió por primera vez el estatus de GRAS en 1959.89 Actualmente figura como sustancia alimentaria GRAS de uso múltiple (21CFR 182.1320) y como sustancia que migra de los productos de papel y cartón (21CFR 182.90) para su uso en determinados materiales de envasado de alimentos. Es un humectante, disolvente, edulcorante y conservante. Otro uso importante pero indirecto en la elaboración de alimentos lo representan los monoglicéridos, los ésteres de glicerol de los ácidos grasos, que son emulsionantes y estabilizadores de muchos productos.89 Existen normas específicas para el grado farmacéutico, con pequeñas diferencias entre las definiciones de la Farmacopea de Estados Unidos y la europea. Debe tener una pureza mínima del 98,0% y contener ≤5 ppm de metales pesados, ≤10 ppm de cloruros, ≤30-35 ppm de compuestos halogenados, ≤2,0-5,0% de agua y ≤10 ppm de aldehídos.95
Los datos de estudios en humanos y animales indican que el glicerol se absorbe rápidamente en el intestino y el estómago, se distribuye por el espacio extracelular y se excreta.96 Es fosforilado a alfa-glicerofosfato por la glicerol quinasa, predominantemente en el hígado (80-90%) y los riñones (10-20%), y se incorpora a las vías metabólicas estándar para formar glucosa y glucógeno.96,97 La glicerol quinasa también se encuentra en la mucosa intestinal, el tejido adiposo marrón, el tejido linfático, el pulmón y el páncreas. El glicerol también puede combinarse con ácidos grasos libres en el hígado para formar triglicéridos (lipogénesis) que se distribuyen a los tejidos adiposos. La tasa de recambio es directamente proporcional a los niveles de glicerol en plasma.98
El glicerol se ha utilizado de forma segura en muchas aplicaciones industriales y farmacéuticas durante más de 100 años y es generalmente reconocido por su bajo riesgo para la salud. La exposición laboral puede producirse durante la producción, el procesamiento o el uso de productos que lo contienen. Se considera que la vía dérmica es la más relevante para la exposición, aunque también puede producirse la inhalación de aerosoles liberados por la aplicación de resinas o pinturas por pulverización.92 El límite de exposición admisible (PEL) de la OSHA para la inhalación de niebla de glicerol es de 15 mg/m3 como polvo total y de 5 mg/m3 para la fracción respirable (tamaño de partícula <10 μm).99 La ACGIH ha establecido un TLV de 10 mg/m3. La exposición de los consumidores al glicerol se produce principalmente a través de su uso en alimentos, cosméticos, artículos de aseo y productos farmacéuticos, principalmente por vía dérmica, pero también por vía oral como aditivo alimentario directo, indirectamente a partir de las películas de celulosa utilizadas para aplicaciones alimentarias, y a través de medicamentos administrados por vía oral y productos de higiene bucal. Además, existe una exposición dérmica limitada de los consumidores a través del contacto con pinturas, tintas de impresión, resinas y matrices que contienen glicerol.92 Los individuos sanos pueden tolerar fácilmente dosis orales de hasta 1,5 g/kg o menos con sólo una ligera diuresis. Los estudios en animales han informado de valores de DL50 orales de >24 g/kg en ratas.100,101 Para ratones y cobayas, los valores de DL50 orales fueron de 23 y 10 g/kg, respectivamente.100 Un estudio de administración oral repetida en ratas durante 2 años estableció un nivel NOAEL de 10 g/kg por día.100 Para la toxicidad dérmica aguda, se ha establecido una DL50 única de >18 g/kg para conejos.100 El glicerol no se considera un irritante para la piel o los ojos.92 Un estudio de administración intravenosa en humanos (para controlar el edema cerebral) no identificó ningún efecto tóxico,102 mientras que un estudio de ingestión crónica encontró un aumento de los niveles de triglicéridos en plasma.103
En los cigarrillos electrónicos, el glicerol se utiliza principalmente por sus propiedades de disolvente y porque produce un aerosol espeso y muy visible. La evidencia anecdótica ha demostrado que causa un golpe de garganta más suave que el propilenglicol. Por ello, se utiliza más comúnmente en líquidos bajos en nicotina o sin nicotina y facilita el patrón de inhalación directa a los pulmones (con el usuario inhalando el aerosol directamente a los pulmones en lugar de mantenerlo en la cavidad oral al dar la calada y posteriormente inhalarlo).
Al igual que con el propilenglicol, la exposición al glicerol por el uso de cigarrillos electrónicos es a través de la inhalación del aerosol producido por el calentamiento. Existen pruebas limitadas de esta vía de exposición. Un estudio en ratas Sprague-Dawley evaluó la inhalación de aerosol de glicerol sólo por la nariz durante 2 y 13 semanas (5 días a la semana, 6 horas al día).104 Las concentraciones medias de exposición del aerosol fueron 0, 7,00±0,08, 1,93±0,123 y 3,91±0,458 mg de glicerol/L de aire ambiente filtrado. Se informó de que el diámetro aerodinámico medio de la masa (MMAD) era <1,5 μm. Todas las ratas fueron sometidas a una necropsia completa, y los tejidos designados fueron pesados y examinados histopatológicamente, mientras que la sangre fue recogida y analizada para parámetros hematológicos y de química clínica específicos. El único hallazgo importante fue una metaplasia escamosa mínima o leve del revestimiento epitelial en la base de la epiglotis. No hubo ningún efecto sobre el peso de los pulmones, el hígado, los riñones, el cerebro y el corazón.
Las pruebas actuales son limitadas pero no suscitan preocupación por los efectos adversos graves del uso de glicerol en los cigarrillos electrónicos. La absorción sistemática de glicerol parece ser razonablemente segura. Los aspectos normativos son similares al caso del propilenglicol. Es importante implementar el uso de glicerol de grado farmacéutico en los líquidos de los cigarrillos electrónicos. La investigación sobre su seguridad para la inhalación a largo plazo debe ampliarse, mientras que los estudios epidemiológicos a largo plazo sobre los usuarios de cigarrillos electrónicos acabarán evaluando su perfil de seguridad. Por último, debería evaluarse el uso de compuestos alternativos con propiedades similares (que actúen como disolvente y produzcan un aerosol visible).