Glicerin
A glicerin (C3H8O3, CAS Reg. No. 56-81-5) 1,2,3-propanetriol néven is ismert (5.1B ábra). Természetes vegyület, viszkózus, szirupszerű, színtelen és szagtalan, édes ízű folyadék. Kémiailag a poliolok (többértékű alkoholok) közé sorolható, három hidroxilcsoport (OH) jelenléte miatt. Higroszkópos, ezért nedvesítőszer (hasonlóan a propilénglikolhoz). Vízzel és alkohollal keverhető, forráspontja 290°C, fagyáspontja 17°C.86
A glicerin nélkülözhetetlen az élő szervezetek számára. A trigliceridek, a glicerinből és három zsírsavból származó észterek87 gerincét alkotja, amelyek jelen vannak az emberekben, állatokban és növényekben. Ez a legrégebbi ember által izolált szerves molekula, amelyet már i. e. 2800 óta nyerik a zsírok hamu jelenlétében történő hevítésével szappan előállítására.88 Mint anyagot K. W. Scheele svéd vegyész fedezte fel véletlenül 1779-ben, miközben olívaolaj és ólommonoxid keverékét hevítette.89 Scheele később megállapította, hogy más fémek és gliceridek is ugyanazt a kémiai reakciót eredményezik, amelyből glicerin és szappan keletkezik, és 1783-ban közzétette előállítási módszerének leírását a Svéd Királyi Akadémia tranzakcióiban. Scheele módszerét néhány évig kereskedelmi forgalomban is használták glicerin előállítására. Az elnevezés a görög glykys szóból származik, ami édeset jelent, és egy francia tudós, M. E. Chevreul adta neki a 19. században. Chevreul 1823-ban szerezte meg az első szabadalmat a zsírsavak lúggal kezelt zsírokból történő előállításának új módjára, amely magában foglalta a folyamat során felszabaduló glicerin visszanyerését is. A glicerin stratégiai értékű vegyületté vált, amikor a nitroglicerin előállításához használták. 1866-ban Alfred Nobel felfedezte, hogy a nitroglicerin és a Németországban bányászott kovasavas üledékes kőzet, a kieselguhr keverésével a folyadékból dinamitnak nevezett képlékeny pépet lehet készíteni, amelyet dinamitként lehet gyúrni és rudakká formázni, hogy erős lökéssel aktivált detonátorral sziklákat lehessen robbantani. A glicerin rövidesen stratégiai katonai erőforrássá vált. Ezért amikor az első világháborúban a glicerin iránti kereslet meghaladta a szappanipar kínálatát, katonai biztonsági okokból Európában és az Egyesült Államokban létrehozták az első szintetikus üzemeket, ahol a fegyverekhez szükséges glicerint mikrobiális cukorerjesztéssel állították elő.90
A glicerint állati zsírok szappanosításával (hidrolízisével) és növényi zsírok átészterezésével állítják elő (5.3. ábra). Mindkét eljárás során 10 tömegszázalékos glicerin keletkezik melléktermékként. Szintetikusan is előállítható propilénből epiklórhidrin eljárással,91 de ez nem költséghatékony. 2000-ben a világ glicerintermelésének becsült mennyisége 500 000 tonna volt. Európában 1999-ben az importált és/vagy előállított mennyiség 227 000 tonna, az Egyesült Királyságban pedig mintegy 28 000 tonna volt.92 Az Egyesült Államokban a termelést 2000 és 2004 között évi 350 000 tonnára becsülték.93 Újabb adatok szerint a világ éves termelése 2 millió tonna lehet, ami főként a biodízel- és oleokémiai gyártás fellendülésének köszönhető.94 Ennek következtében a kínálat meghaladja a keresletet.
5.3. ábra. Glicerin előállítása zsírok elszappanosításával és átészterezésével.
A glicerinnek számos felhasználási területe van. Számos termék alkotóeleme, és ipari alkalmazásokban köztes termék például szappanok és mosószerek, valamint glicerinészterek előállításához. Megtalálható olyan fogyasztási cikkekben, mint a gyógyszerek, kozmetikumok, dohányáruk, élelmiszerek és italok, valamint festékek, gyanták és papír. Leggyakoribb felhasználása köztes termékként és monomerként gyantákban, poliolokban és poliuretánokban (20%), kozmetikumokban (20%), kémiai köztes termékként más vegyi anyagok szintézisében (15%), valamint gyógyszerekben, dohányban, ipari folyadékokban, cellulózfilmekben és élelmiszerekben (<10% mindegyik).92 Az FDA először 1959-ben adta meg a GRAS státuszt.89 Jelenleg többcélú GRAS élelmiszer-anyagként (21CFR 182.1320), valamint a papír- és kartontermékekből kioldódó anyagként (21CFR 182.90) szerepel az egyes élelmiszer-csomagolóanyagokban való felhasználásra. Nedvesítőszer, oldószer, édesítőszer és tartósítószer. Az élelmiszer-feldolgozásban egy másik fontos, de közvetett felhasználást képviselnek a monogliceridek, a zsírsavak glicerinészterei, amelyek számos termék emulgeáló és stabilizáló anyagai.89 A gyógyszeripari minőségre vonatkozóan külön szabványok léteznek, az Egyesült Államok és az Európai Gyógyszerkönyv meghatározása között kis eltérésekkel. Legalább 98,0%-os tisztaságúnak kell lennie, és ≤5 ppm nehézfémeket, ≤10 ppm kloridokat, ≤30-35 ppm halogénezett vegyületeket, ≤2,0-5,0% vizet és ≤10 ppm aldehideket kell tartalmaznia.95
A humán és állatkísérletekből származó adatok azt mutatják, hogy a glicerin gyorsan felszívódik a bélben és a gyomorban, eloszlik az extracelluláris térben, és kiválasztódik.96 A glicerin kináz foszforilálja alfa-glicerofoszfáttá, túlnyomórészt a májban (80-90%) és a vesében (10-20%), és beépül a standard metabolikus útvonalakba, hogy glükózt és glikogént képezzen.96,97 A glicerin kináz megtalálható a bélnyálkahártyában, a barna zsírszövetben, a nyirokszövetben, a tüdőben és a hasnyálmirigyben is. A glicerin a májban szabad zsírsavakkal is egyesülhet trigliceridekké (lipogenezis), amelyek a zsírszövetekbe kerülnek. A turnover sebessége egyenesen arányos a plazma glicerinszintjével.98
A glicerint több mint 100 éve biztonságosan használják számos ipari és gyógyszeripari alkalmazásban, és általánosan elismert, hogy alacsony egészségügyi kockázatot jelent. Munkahelyi expozíció az azt tartalmazó termékek előállítása, feldolgozása vagy használata során fordulhat elő. A bőrön keresztül történő expozíciót tekintik a legjelentősebbnek, bár a gyanták vagy festékek permetezéséből felszabaduló aeroszolok belégzése is előfordulhat.92 Az OSHA megengedett expozíciós határértéke (PEL) a glicerin pára belégzése esetén 15 mg/m3 teljes por formájában és 5 mg/m3 a belélegezhető frakcióra (<10 μm részecskeméret).99 Az ACGIH 10 mg/m3 -es határértéket állapított meg. A fogyasztók glicerin expozíciója elsősorban az élelmiszerekben, kozmetikumokban, piperecikkekben és gyógyszerekben való felhasználása révén történik, főként dermálisan, de szájon át is, mint közvetlen élelmiszer-adalékanyag, közvetve az élelmiszerekben használt cellulózfóliákból, valamint a szájon át beadott gyógyszerek és szájhigiéniai termékek révén. Emellett korlátozott a fogyasztók bőrön keresztüli expozíciója a glicerint tartalmazó festékekkel, nyomdafestékekkel, gyantákkal és mátrixokkal való érintkezés révén.92 Az egészséges egyének könnyen elviselik a legfeljebb 1,5 g/kg-os vagy annál kisebb szájon át bevitt adagokat, és csak enyhe vizelethiány lép fel. Állatkísérletekben patkányoknál >24 g/kg szájon át adott LD50 értékekről számoltak be.100,101 Egereknél és tengerimalacoknál a szájon át adott LD50 értékek 23, illetve 10 g/kg voltak.100 Egy patkányokon 2 éven át történő ismételt szájon át történő adagolással végzett vizsgálat napi 10 g/kg NOAEL szintet állapított meg.100 Az akut bőrön keresztüli toxicitásra nyulaknál >18 g/kg egyszeri LD50 értéket állapítottak meg.100 A glicerin nem tekinthető bőr- vagy szemirritáló hatásúnak.92 Egy embereken végzett intravénás beadásra vonatkozó vizsgálat (agyödéma ellenőrzésére) nem állapított meg toxikus hatást,102 míg egy krónikus bevitelre vonatkozó vizsgálat a plazma trigliceridszintjének emelkedését állapította meg.103
A glicerint az e-cigarettákban elsősorban oldószer tulajdonságai miatt használják, és mert sűrű, jól látható aeroszolt eredményez. Anekdotikus bizonyítékok azt mutatják, hogy enyhébb torokütést okoz, mint a propilénglikol. Emiatt gyakrabban használják alacsony vagy nem nikotinos folyadékokban, és megkönnyíti a közvetlen tüdőinhaláció mintáját (a felhasználó az aeroszolt közvetlenül a tüdőbe lélegzi be, ahelyett, hogy a slukkoláskor a szájüregben tartaná, majd később belélegezné).
A propilénglikolhoz hasonlóan az e-cigaretta használatából származó glicerin expozíció a melegítéssel keletkező aeroszol belégzésén keresztül történik. Erre az expozíciós útvonalra vonatkozóan korlátozott bizonyítékok állnak rendelkezésre. Egy Sprague-Dawley patkányokon végzett vizsgálatban a glicerin aeroszoljának 2 és 13 héten át (heti 5 nap, napi 6 óra) csak orrba történő belégzését értékelték.104 Az aeroszol átlagos expozíciós koncentrációja 0, 7,00±0,08, 1,93±0,123 és 3,91±0,458 mg glicerin/l volt a szűrt szobai levegőből. A tömeg medián aerodinamikai átmérője (MMAD) a jelentések szerint <1,5 μm volt. Minden patkányon teljes boncolást végeztek, és a kijelölt szöveteket megmérték és szövettanilag megvizsgálták, míg vért gyűjtöttek és elemezték a specifikus hematológiai és klinikai kémiai paramétereket. Az egyetlen jelentős lelet az epiglottis tövénél lévő epithelium bélés minimális vagy enyhe pikkelyes metapláziája volt. Nem volt hatás a tüdő, a máj, a vese, az agy és a szív tömegére.
A jelenlegi bizonyítékok korlátozottak, de nem adnak okot aggodalomra az e-cigarettában lévő glicerin használatának súlyos káros hatásaival kapcsolatban. A glicerin szisztematikus felszívódása ésszerűen biztonságosnak tűnik. A szabályozási szempontok hasonlóak a propilénglikol esetéhez. Fontos, hogy az e-cigaretta folyadékokban gyógyszerészeti minőségű glicerint alkalmazzanak. A hosszú távú inhaláció biztonságosságára vonatkozó kutatásokat ki kell terjeszteni, míg az e-cigaretta felhasználókon végzett hosszú távú epidemiológiai vizsgálatok végül értékelni fogják a biztonsági profilját. Végül értékelni kell a hasonló tulajdonságokkal rendelkező (oldószerként ható és látható aeroszolt előállító) alternatív vegyületek használatát.