Glycerol
Glycerol (C3H8O3, CAS Reg. No. 56-81-5) também é conhecido como 1,2,3-propanetriol (Fig. 5.1B). É um composto natural, um líquido viscoso, xaroposo, incolor e inodoro com um sabor doce. Quimicamente é classificado como um poliol (álcool polídrico), devido à presença de três grupos hidroxilos (OH). É higroscópico e, portanto, um humectante (semelhante ao propilenoglicol). É miscível com água e álcool e tem um ponto de ebulição de 290°C e um ponto de congelamento de 17°C.86
O glicerol é essencial para os organismos vivos. Forma a espinha dorsal dos triglicéridos, ésteres derivados do glicerol e três ácidos gordos,87 que estão presentes no homem, nos animais e nas plantas. É a molécula orgânica mais antiga isolada pelo homem, sendo obtida através do aquecimento de gorduras na presença de cinzas para produzir sabão desde 2800 AC.88 Como substância, foi acidentalmente descoberta em 1779 por K.W. Scheele, um químico sueco, enquanto ele estava aquecendo uma mistura de azeite de oliva e monóxido de chumbo.89 Scheele estabeleceu mais tarde que outros metais e glicerídeos produzem a mesma reação química que produz glicerol e sabão, e em 1783 ele publicou uma descrição do seu método de preparação nas transações da Academia Real da Suécia. O método de Scheele foi usado para produzir glicerol comercialmente durante alguns anos. O nome deriva da palavra grega glykys, que significa doce, e foi dada por um cientista francês, M.E. Chevreul, no século XIX. Em 1823, a Chevreul obteve a primeira patente de uma nova forma de produzir ácidos gordos a partir de gorduras tratadas com um álcali, que incluía a recuperação do glicerol libertado durante o processo. O glicerol tornou-se um composto de valor estratégico quando foi utilizado no fabrico de nitroglicerina. Em 1866, Alfred Nobel descobriu que a mistura de nitroglicerina com o silício sedimentar de rocha kieselguhr, uma forma de sílica extraída na Alemanha, podia transformar o líquido numa pasta maleável conhecida como dinamite, que podia ser amassada e moldada em varetas para jacto de rocha através de um detonador activado por meio de um forte choque. O glicerol logo se tornou um recurso militar estratégico. Assim, quando a demanda de glicerol na Primeira Guerra Mundial excedeu a oferta da indústria de sabão, razões de segurança militar levaram às primeiras plantas sintéticas a fabricá-lo na Europa e nos Estados Unidos, onde o glicerol para armamento foi produzido através da fermentação de açúcar microbiano.90
O glicerol é feito por saponificação (hidrólise) de gorduras animais e transesterificação de gorduras vegetais (Fig. 5.3). Ambos os processos produzem 10% de glicerol em peso como subproduto. Também pode ser feito sinteticamente a partir do propileno utilizando o processo de epicloridrina,91 mas isto não é rentável. Em 2000, a produção mundial estimada de glicerol foi de 500.000 toneladas. Em 1999, a quantidade importada e/ou produzida foi de 227.000 toneladas na Europa e cerca de 28.000 toneladas no Reino Unido.92 A produção nos Estados Unidos foi estimada em 350.000 toneladas anuais entre 2000 e 2004.93 Dados mais recentes sugerem uma produção mundial anual de 2 milhões de toneladas, principalmente como resultado da expansão da fabricação de biodiesel e oleoquímicos.94 Como resultado, a oferta excedeu a demanda.
Figure 5.3. A produção de glicerol por saponificação e transesterificação de gorduras.
O glicerol tem muitas aplicações. É constituinte de numerosos produtos e intermediário em aplicações industriais para a fabricação de sabões, detergentes e ésteres de glicerol. É encontrado em artigos de consumo como produtos farmacêuticos, cosméticos, tabaco, alimentos e bebidas, e em tintas, resinas e papel. Os usos mais comuns são como intermediários e monômeros em resinas, polióis e poliuretanos (20%), em cosméticos (20%), como intermediário químico na síntese de outros produtos químicos (15%), e em produtos farmacêuticos, tabaco, fluidos industriais, filmes de celulose e produtos alimentícios (<10% cada).92 Foi concedido pela primeira vez o status GRAS pela FDA em 1959.89 Atualmente está listado como uma substância alimentar GRAS para múltiplos propósitos (21CFR 182.1320) e como uma substância migrando de produtos de papel e papelão (21CFR 182.90) para uso em certos materiais de embalagem de alimentos. É um humectante, solvente, adoçante e conservante. Outro uso importante mas indirecto no processamento alimentar é representado pelos monoglicéridos, os ésteres de glicerol dos ácidos gordos, que são emulsionantes e estabilizadores de muitos produtos.89 Existem normas específicas para a qualidade farmacêutica, com pequenas diferenças entre as definições da Farmacopeia dos Estados Unidos e da Farmacopeia Europeia. Deve ter pelo menos 98,0% de pureza e conter ≤5 ppm de metais pesados, ≤10 ppm de cloretos, ≤30-35 ppm de compostos halogenados, ≤2,0-5,0% de água e ≤10 ppm de aldeídos.95
Dados de estudos em humanos e animais indicam que o glicerol é rapidamente absorvido no intestino e no estômago, distribuído pelo espaço extracelular, e excretado.96 Ela é fosforilada a alfa-glicerofosfato pela glicerol quinase, predominantemente no fígado (80-90%) e nos rins (10-20%), e incorporada nas vias metabólicas padrão para formar glicose e glicogênio.96,97 A glicerol quinase também é encontrada na mucosa intestinal, tecido adiposo marrom, tecido linfático, pulmão e pâncreas. O glicerol também pode ser combinado com ácidos graxos livres no fígado para formar triglicérides (lipogênese) que são distribuídos aos tecidos adiposos. A taxa de rotação é diretamente proporcional aos níveis de glicerol plasmático.98
O glicerol tem sido usado com segurança em muitas aplicações industriais e farmacêuticas por mais de 100 anos e é geralmente reconhecido pelo seu baixo risco para a saúde. A exposição ocupacional pode ocorrer durante a produção, processamento ou utilização de produtos que o contenham. A via dérmica é considerada a mais relevante para a exposição, embora a inalação de aerossóis liberados da aplicação de resinas ou tintas em spray também possa ocorrer.92 O Limite de Exposição Permissível (PEL) da OSHA para inalação de névoa de glicerol é de 15 mg/m3 como pó total e 5 mg/m3 para a fração respirável (<10 μm tamanho da partícula).99 ACGIH estabeleceu um TLV de 10 mg/m3. A exposição do consumidor ao glicerol ocorre principalmente através de seu uso em alimentos, cosméticos, produtos de higiene pessoal e farmacêuticos, principalmente por via dérmica, mas também por via oral, como aditivo alimentar direto, indiretamente a partir de filmes de celulose usados para aplicações alimentares, e através de drogas administradas oralmente e produtos de higiene oral. Além disso, há uma exposição dérmica limitada por contato com tintas, tintas de impressão, resinas e matrizes contendo glicerol.92 Indivíduos saudáveis podem tolerar facilmente doses orais de até 1,5 g/kg ou menos, ocorrendo apenas uma leve diurese. Estudos com animais relataram valores de LD50 oral de >24 g/kg em ratos.100,101 Para ratos e cobaias, os valores de LD50 oral foram de 23 e 10 g/kg, respectivamente.100 Um estudo de administração oral repetida em ratos por 2 anos estabeleceu um nível de NOAEL de 10 g/kg por dia.100 Para toxicidade dérmica aguda, foi estabelecido um único LD50 de >18 g/kg para coelhos.100 O glicerol não é considerado um irritante cutâneo ou ocular.92 Um estudo de administração intravenosa em humanos (para controlar o edema cerebral) não identificou nenhum efeito tóxico,102 enquanto um estudo de ingestão crônica encontrou níveis aumentados de triglicerídeos plasmáticos.103
Nos cigarros eletrônicos, o glicerol é usado principalmente por suas propriedades solventes e porque produz um aerossol espesso e altamente visível. Evidências anedóticas mostraram que ele causa batidas mais suaves na garganta do que o propilenoglicol. Devido a isso, é mais comumente usado em líquidos de baixa ou não-nicotina e facilita o padrão de inalação direta nos pulmões (com o usuário inalando o aerossol diretamente para os pulmões ao invés de mantê-lo na cavidade bucal ao tomar o sopro e posteriormente inalá-lo).
Como com propilenoglicol, a exposição ao glicerol pelo uso do e-Cigarro é através da inalação do aerossol produzido pelo aquecimento. Existem poucas evidências para esta via de exposição. Um estudo em ratos Sprague-Dawley avaliou a inalação apenas nasal do aerossol de glicerol durante 2 e 13 semanas (5 dias por semana, 6 horas por dia).104 As concentrações médias de exposição do aerossol foram 0, 7,00±0,08, 1,93±0,123 e 3,91±0,458 mg de glicerol/L de ar filtrado da sala. O diâmetro aerodinâmico médio de massa (MMAD) foi relatado como sendo <1,5 μm. Todos os ratos foram submetidos à necropsia completa e os tecidos designados foram pesados e examinados histopatologicamente, enquanto o sangue foi coletado e analisado para parâmetros hematológicos e químicos clínicos específicos. O único achado maior foi metaplasia escamosa mínima a leve do revestimento do epitélio na base da epiglote. Não houve efeito sobre o peso pulmonar, hepático, renal, cerebral e cardíaco.
A evidência atual é limitada, mas não levanta preocupações sobre efeitos adversos sérios do uso de glicerol em cigarros eletrônicos. A absorção sistemática do glicerol parece ser razoavelmente segura. Os aspectos regulamentares são semelhantes ao caso do propilenoglicol. É importante implementar o uso de glicerol de grau farmacêutico nos líquidos do e-Cigarro. A pesquisa sobre sua segurança para inalação a longo prazo deve se expandir, enquanto estudos epidemiológicos a longo prazo sobre os usuários de cigarros eletrônicos irão eventualmente avaliar seu perfil de segurança. Finalmente, o uso de compostos alternativos com propriedades similares (atuando como solvente e produzindo aerossóis visíveis) deve ser avaliado.