Glicerol
Glicerolul (C3H8O3, nr. de înregistrare CAS 56-81-5) este cunoscut și sub numele de 1,2,3-propanetriol (Fig. 5.1B). Este un compus natural, un lichid vâscos, siropos, incolor și inodor, cu un gust dulce. Din punct de vedere chimic, este clasificat ca poliol (un alcool polihidric), datorită prezenței a trei grupe hidroxil (OH). Este higroscopic și, prin urmare, este un umectant (la fel ca propilenglicolul). Este miscibil cu apa și alcoolul și are un punct de fierbere de 290°C și un punct de îngheț de 17°C.86
Glicerolul este esențial pentru organismele vii. El formează coloana vertebrală a trigliceridelor, esteri derivați din glicerol și trei acizi grași,87 care sunt prezenți la oameni, animale și plante. Este cea mai veche moleculă organică izolată de om, fiind obținută prin încălzirea grăsimilor în prezența cenușii pentru a produce săpun încă din anul 2800 î.Hr.88 Ca substanță, a fost descoperită accidental în 1779 de K.W. Scheele, un chimist suedez, în timp ce încălzea un amestec de ulei de măsline și monoxid de plumb.89 Scheele a stabilit ulterior că alte metale și gliceridele produc aceeași reacție chimică prin care se obține glicerolul și săpunul, iar în 1783 a publicat o descriere a metodei sale de preparare în tranzacțiile Academiei Regale a Suediei. Metoda lui Scheele a fost folosită pentru a produce glicerol în scop comercial timp de câțiva ani. Numele a fost derivat din cuvântul grecesc glykys, care înseamnă dulce, și a fost dat de un om de știință francez, M.E. Chevreul, în secolul al XIX-lea. În 1823, Chevreul a obținut primul brevet pentru un nou mod de a produce acizi grași din grăsimi tratate cu un alcalin, care includea recuperarea glicerolului eliberat în timpul procesului. Glicerolul a devenit un compus cu valoare strategică atunci când a fost utilizat la fabricarea nitroglicerinei. În 1866, Alfred Nobel a descoperit că amestecarea nitroglicerinei cu roca sedimentară silicioasă kieselguhr, o formă de siliciu extrasă din minele germane, poate transforma lichidul într-o pastă maleabilă, cunoscută sub numele de dinamită, care poate fi frământată și modelată în tije pentru aruncarea rocilor în aer cu ajutorul unui detonator activat printr-un șoc puternic. În scurt timp, glicerolul a devenit o resursă militară strategică. Astfel, atunci când cererea de glicerol în Primul Război Mondial a depășit oferta din industria săpunului, rațiuni de securitate militară au dus la apariția primelor uzine sintetice de fabricare a acestuia în Europa și în Statele Unite, unde glicerolul pentru armament a fost produs prin fermentarea microbiană a zahărului. 90
Glicerolul se obține prin saponificarea (hidroliza) grăsimilor animale și transesterificarea grăsimilor vegetale (Fig. 5.3). Ambele procese produc 10% glicerol în greutate ca produs secundar. Acesta poate fi obținut, de asemenea, pe cale sintetică din propilenă, folosind procedeul epiclorhidrinei91 , dar acest procedeu nu este rentabil. În anul 2000, producția mondială de glicerol era estimată la 500.000 de tone. În 1999, cantitatea importată și/sau produsă a fost de 227.000 de tone în Europa și de aproximativ 28.000 de tone în Regatul Unit.92 Producția din Statele Unite a fost estimată la 350.000 de tone pe an între 2000 și 2004.93 Date mai recente sugerează o producție anuală la nivel mondial de 2 milioane de tone, în principal ca urmare a exploziei producției de biodiesel și produse oleochimice.94 Ca urmare, oferta a depășit cererea.
Figura 5.3. Producerea glicerolului prin saponificarea și transesterificarea grăsimilor.
Glicerolul are numeroase aplicații. Este un constituent în numeroase produse și un intermediar în aplicațiile industriale pentru fabricarea unor lucruri precum săpunuri și detergenți și esteri de glicerol. Se găsește în articole de consum, cum ar fi produse farmaceutice, cosmetice, tutun, alimente și băuturi, precum și în vopsele, rășini și hârtie. Cele mai frecvente utilizări sunt ca intermediari și monomeri în rășini, polioli și poliuretani (20%), în produse cosmetice (20%), ca intermediar chimic în sinteza altor substanțe chimice (15%) și în produse farmaceutice, tutun, fluide industriale, filme celulozice și produse alimentare (<10% fiecare).92 I s-a acordat pentru prima dată statutul GRAS de către FDA în 1959.89 În prezent, este listat ca substanță alimentară GRAS cu scopuri multiple (21CFR 182.1320) și ca substanță care migrează din produsele din hârtie și carton (21CFR 182.90) pentru utilizarea în anumite materiale de ambalare a alimentelor. Este un umectant, solvent, îndulcitor și conservant. O altă utilizare importantă, dar indirectă, în prelucrarea alimentelor este reprezentată de monogliceride, esterii glicerici ai acizilor grași, care sunt emulgatori și stabilizatori pentru multe produse.89 Există standarde specifice pentru calitatea farmaceutică, cu mici diferențe între definițiile din Farmacopeea Statelor Unite și Farmacopeea Europeană. Acesta trebuie să aibă o puritate de cel puțin 98,0% și să conțină ≤5 ppm de metale grele, ≤10 ppm de cloruri, ≤30-35 ppm de compuși halogenați, ≤2,0-5,0% de apă și ≤10 ppm de aldehide.95
Datele din studiile efectuate la om și la animale indică faptul că glicerolul este absorbit rapid în intestin și în stomac, distribuit în spațiul extracelular și excretat.96 Este fosforilat în alfa-glicerofosfat de către glicerol kinaza, predominant în ficat (80-90%) și rinichi (10-20%), și încorporat în căile metabolice standard pentru a forma glucoză și glicogen.96,97 Glicerol kinaza se găsește, de asemenea, în mucoasa intestinală, în țesutul adipos brun, în țesutul limfatic, în plămâni și în pancreas. Glicerolul poate fi, de asemenea, combinat cu acizi grași liberi în ficat pentru a forma trigliceride (lipogeneză) care sunt distribuite în țesuturile adipoase. Rata de rotație este direct proporțională cu nivelurile plasmatice de glicerol.98
Glicerolul a fost utilizat în siguranță în multe aplicații industriale și farmaceutice timp de peste 100 de ani și este în general recunoscut pentru riscul său scăzut pentru sănătate. Expunerea profesională poate avea loc în timpul producției, prelucrării sau utilizării produselor care îl conțin. Calea cutanată este considerată a fi cea mai relevantă pentru expunere, deși poate avea loc, de asemenea, inhalarea aerosolilor eliberați în urma aplicării prin pulverizare a rășinilor sau vopselelor.92 Limita de expunere admisibilă (PEL) a OSHA pentru inhalarea de ceață de glicerol este de 15 mg/m3 ca praf total și de 5 mg/m3 pentru fracțiunea respirabilă (dimensiunea particulelor <10 μm).99 ACGIH a stabilit un TLV de 10 mg/m3. Expunerea consumatorilor la glicerol are loc în principal prin utilizarea acestuia în alimente, cosmetice, articole de toaletă și produse farmaceutice, în principal pe cale cutanată, dar și pe cale orală, ca aditiv alimentar direct, indirect din filmele de celuloză utilizate pentru aplicații alimentare și prin intermediul medicamentelor administrate pe cale orală și al produselor de igienă orală. În plus, există o expunere cutanată limitată a consumatorilor prin contactul cu vopsele, cerneluri tipografice, rășini și matrici care conțin glicerol.92 Persoanele sănătoase pot tolera cu ușurință doze orale de până la 1,5 g/kg sau mai puțin, apărând doar o ușoară diureză. Studiile pe animale au raportat valori LD50 orale de >24 g/kg la șobolani.100,101 Pentru șoareci și cobai, valorile LD50 orale au fost de 23 și, respectiv, 10 g/kg.100 Un studiu de administrare orală repetată la șobolani timp de 2 ani a stabilit un nivel NOAEL de 10 g/kg pe zi.100 Pentru toxicitatea cutanată acută, a fost stabilită o singură LD50 de >18 g/kg pentru iepuri.100 Glicerolul nu este considerat un iritant cutanat sau ocular.92 Un studiu privind administrarea intravenoasă la om (pentru a controla edemul cerebral) nu a identificat efecte toxice,102 în timp ce un studiu privind ingestia cronică a constatat creșterea nivelului de trigliceride plasmatice.103
În țigările electronice, glicerolul este utilizat în principal pentru proprietățile sale de solvent și pentru că produce un aerosol gros și foarte vizibil. Dovezile anecdotice au arătat că provoacă o lovitură mai ușoară în gât decât propilenglicolul. Din acest motiv, este mai frecvent utilizat în lichidele cu conținut scăzut sau fără nicotină și facilitează modelul de inhalare directă în plămâni (utilizatorul inhalând aerosolul direct în plămâni în loc să îl păstreze în cavitatea bucală atunci când trage un fum și îl inhalează ulterior).
Ca și în cazul propilenglicolului, expunerea la glicerol în urma utilizării țigărilor electronice se face prin inhalarea aerosolului produs prin încălzire. Există dovezi limitate pentru această cale de expunere. Un studiu la șobolani Sprague-Dawley a evaluat inhalarea numai pe nas a aerosolului de glicerol timp de 2 și 13 săptămâni (5 zile pe săptămână, 6 ore pe zi).104 Concentrațiile medii de expunere ale aerosolului au fost 0, 7,00±0,08, 1,93±0,123 și 3,91±0,458 mg glicerol/L de aer filtrat din încăpere. Diametrul aerodinamic median al masei (MMAD) a fost raportat ca fiind <1,5 μm. Toți șobolanii au fost supuși unei necropsii complete, iar țesuturile desemnate au fost cântărite și examinate histopatologic, în timp ce sângele a fost colectat și analizat pentru parametrii hematologici și clinico-chimici specifici. Singura constatare majoră a fost metaplazia scuamoasă minimă până la ușoară a epiteliului care căptușește la baza epiglotei. Nu a existat niciun efect asupra greutății plămânilor, ficatului, rinichilor, creierului și inimii.
Dovezile actuale sunt limitate, dar nu ridică îngrijorări cu privire la efectele adverse grave ale utilizării glicerolului în țigările electronice. Absorbția sistematică a glicerolului pare a fi rezonabil de sigură. Aspectele de reglementare sunt similare cu cele din cazul propilenglicolului. Este important să se pună în aplicare utilizarea glicerolului de calitate farmaceutică în lichidele pentru țigarete electronice. Cercetările privind siguranța sa pentru inhalarea pe termen lung ar trebui să se extindă, în timp ce studiile epidemiologice pe termen lung asupra utilizatorilor de țigări electronice vor evalua în cele din urmă profilul său de siguranță. În cele din urmă, ar trebui evaluată utilizarea unor compuși alternativi cu proprietăți similare (care acționează ca solvent și produc un aerosol vizibil).
.