El glicerol ( / ˈɡlɪsərɒl / ) [6] es un compuesto triol simple . Es un líquido incoloro, inodoro, viscoso , de sabor dulce y no tóxico. La estructura principal del glicerol se encuentra en los lípidos conocidos como glicéridos . También se usa ampliamente como edulcorante en la industria alimentaria y como humectante en formulaciones farmacéuticas . Debido a sus tres grupos hidroxilo , el glicerol es miscible con agua y es de naturaleza higroscópica . [7]
El uso moderno de la palabra glicerina (también escrita glicerina ) se refiere a preparaciones comerciales con una pureza inferior al 100 %, normalmente 95 % de glicerol. [8]
Aunque es aquiral , el glicerol es proquiral con respecto a las reacciones de uno de los dos alcoholes primarios. Por lo tanto, en los derivados sustituidos, la numeración estereoespecífica etiqueta la molécula con un prefijo sn - antes del nombre de la raíz de la molécula. [9] [10] [11]
El glicerol se obtiene generalmente de fuentes vegetales y animales, donde se presenta en forma de triglicéridos , ésteres de glicerol con ácidos carboxílicos de cadena larga . La hidrólisis , saponificación o transesterificación de estos triglicéridos produce glicerol, así como el derivado de ácido graso:
Los triglicéridos se pueden saponificar con hidróxido de sodio para dar glicerol y sal de sodio grasa o jabón .
Las fuentes vegetales más habituales son la soja o la palma . Otra fuente es el sebo de origen animal . En Estados Unidos y Europa se producen aproximadamente 950.000 toneladas al año; tan solo en Estados Unidos se produjeron 350.000 toneladas de glicerol al año entre 2000 y 2004. [12] La directiva 2003/30/CE de la UE estableció el requisito de que el 5,75% de los combustibles derivados del petróleo se sustituyeran por fuentes de biocombustibles en todos los estados miembros para 2010. En 2006 se proyectó que para 2020 la producción sería seis veces superior a la demanda, lo que crearía un exceso de glicerol como subproducto de la producción de biocombustibles. [7]
El glicerol a partir de triglicéridos se produce a gran escala, pero el producto crudo es de calidad variable, con un precio de venta bajo de tan solo 0,02–0,05 dólares estadounidenses por kilogramo en 2011. [13] Se puede purificar, pero el proceso es caro. Una parte del glicerol se quema para obtener energía, pero su valor calorífico es bajo. [14]
El glicerol crudo proveniente de la hidrólisis de triglicéridos se puede purificar mediante tratamiento con carbón activado para eliminar impurezas orgánicas, álcali para eliminar ésteres de glicerol que no reaccionaron e intercambio iónico para eliminar sales. El glicerol de alta pureza (superior al 99,5 %) se obtiene mediante destilación en varios pasos; es necesaria una cámara de vacío debido a su alto punto de ebullición (290 °C). [7]
Debido a la producción a gran escala de biodiésel a partir de grasas, donde el glicerol es un producto de desecho, el mercado de glicerol está deprimido. Por lo tanto, los procesos sintéticos no son económicos . Debido al exceso de oferta, se están realizando esfuerzos para convertir el glicerol en precursores sintéticos, como la acroleína y la epiclorhidrina. [15]
Aunque normalmente no es rentable porque gran parte se produce a partir del procesamiento de grasas, el glicerol se puede producir por varias vías. Durante la Segunda Guerra Mundial , los procesos de glicerol sintético se convirtieron en una prioridad de defensa nacional porque es un precursor de la nitroglicerina . La epiclorhidrina es el precursor más importante. La cloración del propileno da cloruro de alilo , que se oxida con hipoclorito a diclorhidrina , que reacciona con una base fuerte para dar epiclorhidrina . La epiclorhidrina se puede hidrolizar a glicerol. Los procesos sin cloro a partir de propileno incluyen la síntesis de glicerol a partir de acroleína y óxido de propileno . [7]
En alimentos y bebidas, el glicerol actúa como humectante , disolvente y edulcorante , y puede ayudar a conservar los alimentos . También se utiliza como relleno en alimentos bajos en grasa preparados comercialmente (p. ej., galletas ) y como agente espesante en licores . El glicerol y el agua se utilizan para conservar ciertos tipos de hojas de plantas. [16] Como sustituto del azúcar , tiene aproximadamente 27 kilocalorías por cucharadita (el azúcar tiene 20) y es un 60 % tan dulce como la sacarosa . No alimenta a las bacterias que forman la placa dental y causan caries dentales . [ cita requerida ] Como aditivo alimentario , el glicerol está etiquetado como número E E422. Se agrega al glaseado (glaseado) para evitar que se endurezca demasiado.
La Academia de Nutrición y Dietética de los Estados Unidos clasifica el glicerol en los alimentos como un carbohidrato . La designación de carbohidrato de la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) incluye todos los macronutrientes calóricos , excepto las proteínas y las grasas. El glicerol tiene una densidad calórica similar al azúcar de mesa, pero un índice glucémico más bajo y una vía metabólica diferente dentro del cuerpo.
También se recomienda como aditivo cuando se utilizan edulcorantes de poliol como el eritritol y el xilitol que tienen un efecto refrescante, debido a su efecto de calentamiento en la boca, si no se desea el efecto refrescante. [17]
El glicerol se utiliza en preparaciones médicas , farmacéuticas y de cuidado personal , a menudo como un medio para mejorar la suavidad, proporcionar lubricación y como humectante .
La ictiosis y la xerosis se han aliviado con el uso tópico de glicerina. [18] [19] Se encuentra en inmunoterapias con alérgenos , jarabes para la tos , elixires y expectorantes , pasta de dientes , enjuagues bucales , productos para el cuidado de la piel , crema de afeitar, productos para el cuidado del cabello , jabones y lubricantes personales a base de agua . En formas de dosificación sólidas como tabletas, el glicerol se utiliza como agente de retención de tabletas. Para el consumo humano, el glicerol está clasificado por la FDA entre los alcoholes de azúcar como un macronutriente calórico. El glicerol también se utiliza en los bancos de sangre para preservar los glóbulos rojos antes de la congelación. [ cita requerida ]
El glicerol, administrado por vía rectal, actúa como laxante irritando la mucosa anal e induciendo un efecto hiperosmótico [20] , expandiendo el colon al atraer agua hacia él para inducir la peristalsis , lo que da lugar a la evacuación [21] . Se puede administrar sin diluir, ya sea como supositorio o como enema de pequeño volumen (2-10 ml) . Alternativamente, se puede administrar en una solución diluida, como al 5%, como enema de alto volumen [22] .
El glicerol, administrado por vía oral (a menudo mezclado con jugo de frutas para reducir su sabor dulce), puede causar una disminución rápida y temporal de la presión interna del ojo . Esto puede ser útil para el tratamiento de emergencia inicial de la presión ocular gravemente elevada. [23]
En 2017, los investigadores demostraron que la bacteria probiótica Limosilactobacillus reuteri se puede complementar con glicerol para mejorar su producción de sustancias antimicrobianas en el intestino humano. Se confirmó que esto es tan eficaz como el antibiótico vancomicina para inhibir la infección por Clostridioides difficile sin tener un efecto significativo en la composición microbiana general del intestino. [24]
El glicerol también se ha incorporado como componente de formulaciones de biotinta en el campo de la bioimpresión . [25] El contenido de glicerol actúa para agregar viscosidad a la biotinta sin agregar moléculas grandes de proteína, sacárido o glicoproteína.
Cuando se utiliza en extracciones con el método de "tintura", específicamente como una solución al 10%, el glicerol evita que los taninos precipiten en los extractos de etanol de las plantas ( tinturas ). También se utiliza como una alternativa "sin alcohol" al etanol como disolvente para preparar extracciones de hierbas. Es menos extractivo cuando se utiliza en una metodología de tintura estándar. Las tinturas a base de alcohol también pueden tener el alcohol eliminado y reemplazado con glicerol por sus propiedades conservantes. Estos productos no son "libres de alcohol" en un sentido científico o regulatorio de la FDA, ya que el glicerol contiene tres grupos hidroxilo. Los fabricantes de extractos fluidos a menudo extraen hierbas en agua caliente antes de agregar glicerol para hacer gliceritos . [26] [27]
Cuando se utiliza como disolvente de extracción botánica "verdadero" sin alcohol primario en metodologías no basadas en tinturas, se ha demostrado que el glicerol posee un alto grado de versatilidad extractiva para productos botánicos, incluida la eliminación de numerosos constituyentes y compuestos complejos, con un poder extractivo que puede rivalizar con el del alcohol y las soluciones de agua-alcohol. [28] El hecho de que el glicerol posea un poder extractivo tan alto supone que se utiliza con metodologías dinámicas (críticas) en lugar de las metodologías de "tintura" pasivas estándar que se adaptan mejor al alcohol. El glicerol posee la propiedad intrínseca de no desnaturalizar ni volver inertes los constituyentes de un botánico como lo hacen los alcoholes ( etanol , metanol , etc.). El glicerol es un agente conservante estable para extractos botánicos que, cuando se utiliza en concentraciones adecuadas en una base de disolvente de extracción, no permite la inversión o mitiga la reducción-oxidación de los constituyentes de un extracto terminado, incluso durante varios años. [ cita requerida ] Tanto el glicerol como el etanol son agentes conservantes viables. El glicerol tiene una acción bacteriostática y el etanol, una acción bactericida. [29] [30] [31]
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La glicerina, junto con el propilenglicol , es un componente común del e-líquido , una solución que se utiliza con los vaporizadores electrónicos ( cigarrillos electrónicos ). Este glicerol se calienta con un atomizador (una bobina de calentamiento que a menudo está hecha de alambre Kanthal ), lo que produce el aerosol que suministra nicotina al usuario. [32]
Al igual que el etilenglicol y el propilenglicol, el glicerol es un cosmótropo no iónico que forma fuertes enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua, compitiendo con los enlaces de hidrógeno agua-agua . Esta interacción altera la formación de hielo. La temperatura mínima del punto de congelación es de aproximadamente -38 °C (-36 °F), lo que corresponde a un 70 % de glicerol en agua.
El glicerol se utilizó históricamente como anticongelante para aplicaciones automotrices antes de ser reemplazado por etilenglicol, que tiene un punto de congelación más bajo. Si bien el punto de congelación mínimo de una mezcla de glicerol y agua es más alto que el de una mezcla de etilenglicol y agua, el glicerol no es tóxico y se está reexaminando su uso en aplicaciones automotrices. [33] [34]
En el laboratorio, el glicerol es un componente común de los solventes para reactivos enzimáticos almacenados a temperaturas inferiores a 0 °C (32 °F) debido a la depresión de la temperatura de congelación . También se utiliza como crioprotector donde el glicerol se disuelve en agua para reducir el daño de los cristales de hielo a los organismos de laboratorio que se almacenan en soluciones congeladas, como hongos , bacterias , nematodos y embriones de mamíferos. Algunos organismos como la rana de páramo producen glicerol para sobrevivir a temperaturas de congelación durante la hibernación. [35]
El glicerol se utiliza para producir una variedad de derivados útiles.
La nitración produce nitroglicerina , un ingrediente esencial de varios explosivos como la dinamita , la gelignita y los propulsores como la cordita . La nitroglicerina, con el nombre de trinitrato de glicerilo (GTN), se utiliza habitualmente para aliviar la angina de pecho , en forma de comprimidos sublinguales, parches o aerosol .
Los polioles de poliéter trifuncionales se producen a partir de glicerol y óxido de propileno .
La oxidación del glicerol produce ácido mesoxálico . [36] La deshidratación del glicerol produce hidroxiacetona .
La cloración del glicerol produce el 1-cloropropano-2,3-diol :
El mismo compuesto se puede producir por hidrólisis de epiclorhidrina. [37]
El glicerol se utiliza como relleno para los manómetros para amortiguar las vibraciones. Las vibraciones externas, provenientes de compresores, motores, bombas, etc., producen vibraciones armónicas dentro de los manómetros Bourdon que pueden hacer que la aguja se mueva excesivamente, dando lecturas inexactas. El balanceo excesivo de la aguja también puede dañar los engranajes internos u otros componentes, causando un desgaste prematuro. El glicerol, cuando se vierte en un manómetro para reemplazar el espacio de aire, reduce las vibraciones armónicas que se transmiten a la aguja, aumentando la vida útil y la confiabilidad del manómetro. [38]
Los decoradores utilizan glicerol cuando filman escenas que involucran agua para evitar que un área que debe verse húmeda se seque demasiado rápido. [39]
La glicerina también se utiliza en la generación de humo y niebla teatral como componente del fluido utilizado en las máquinas de niebla como reemplazo del glicol , que ha demostrado ser irritante si la exposición es prolongada.
El glicerol se puede utilizar a veces como sustituto del agua en pruebas ultrasónicas , ya que tiene una impedancia acústica favorablemente mayor (2,42 MRayl frente a 1,483 MRayl para el agua) y al mismo tiempo es relativamente seguro, no tóxico, no corrosivo y tiene un coste relativamente bajo. [40]
El glicerol también se utiliza para alimentar generadores diésel que suministran electricidad a la serie de coches de carreras eléctricos Fórmula E de la FIA . [41]
Se siguen realizando investigaciones sobre los posibles productos de valor añadido derivados del glicerol obtenido a partir de la producción de biodiésel. [42] Ejemplos (aparte de la combustión de glicerol residual):
El glicerol es un precursor de la síntesis de triglicéridos y de fosfolípidos en el hígado y el tejido adiposo . Cuando el cuerpo utiliza la grasa almacenada como fuente de energía, el glicerol y los ácidos grasos se liberan en el torrente sanguíneo.
El glicerol se metaboliza principalmente en el hígado. Las inyecciones de glicerol se pueden utilizar como una prueba sencilla para detectar daño hepático, ya que su tasa de absorción por el hígado se considera una medida precisa de la salud hepática. El metabolismo del glicerol se reduce tanto en la cirrosis como en la enfermedad del hígado graso . [54] [55]
Los niveles de glicerol en sangre son muy elevados durante la diabetes y se cree que son la causa de la reducción de la fertilidad en pacientes que sufren diabetes y síndrome metabólico. Los niveles de glicerol en sangre en pacientes diabéticos son, en promedio, tres veces más altos que en los controles sanos. Se ha descubierto que el tratamiento directo de los testículos con glicerol causa una reducción significativa a largo plazo en el recuento de espermatozoides. Se abandonaron más pruebas sobre este tema debido a los resultados inesperados, ya que este no era el objetivo del experimento. [56]
El glicerol circulante no glucosila proteínas como lo hacen la glucosa o la fructosa, y no conduce a la formación de productos finales de glucosilación avanzada (AGE). En algunos organismos, el componente glicerol puede ingresar directamente a la vía de la glucólisis y, por lo tanto, proporcionar energía para el metabolismo celular (o, potencialmente, convertirse en glucosa a través de la gluconeogénesis ).
Antes de que el glicerol pueda ingresar a la vía de la glucólisis o la gluconeogénesis (dependiendo de las condiciones fisiológicas), debe convertirse en su intermediario gliceraldehído 3-fosfato en los siguientes pasos:
Glicerol
La enzima glicerol quinasa está presente principalmente en el hígado y los riñones, pero también en otros tejidos corporales, incluidos los músculos y el cerebro. [57] [58] [59] En el tejido adiposo, el glicerol 3-fosfato se obtiene a partir del fosfato de dihidroxiacetona con la enzima glicerol-3-fosfato deshidrogenasa .
El glicerol tiene una toxicidad muy baja cuando se ingiere; su dosis oral LD50 para ratas es de 12600 mg/kg y de 8700 mg/kg para ratones. No parece causar toxicidad cuando se inhala, aunque se produjeron cambios en la madurez celular en pequeñas secciones del pulmón en animales bajo la dosis más alta medida. Un estudio de inhalación subcrónica de 90 días solo por la nariz en ratas Sprague-Dawley (SD) expuestas a 0,03, 0,16 y 0,66 mg/L de glicerina (por litro de aire) durante sesiones continuas de 6 horas no reveló toxicidad relacionada con el tratamiento aparte de una metaplasia mínima del revestimiento del epitelio en la base de la epiglotis en ratas expuestas a 0,66 mg/L de glicerina. [60] [61]
El consumo excesivo por parte de los niños puede provocar intoxicación por glicerol. [62] Los síntomas de intoxicación incluyen hipoglucemia , náuseas y pérdida del conocimiento . Si bien la intoxicación como resultado del consumo excesivo de glicerol es poco común y sus síntomas generalmente son leves, se han producido informes ocasionales de hospitalización. [63] En el Reino Unido, en agosto de 2023, la Agencia de Normas Alimentarias recomendó a los fabricantes de jarabe utilizado en bebidas heladas que redujeran la cantidad de glicerol en sus fórmulas para reducir el riesgo de intoxicación. [64]
Food Standards Scotland recomienda que no se den bebidas granizadas que contengan glicerol a niños menores de 4 años, debido al riesgo de intoxicación. También recomienda que los comercios no ofrezcan bebidas de relleno gratuitas en locales donde es probable que las consuman niños menores de 10 años, y que los productos estén debidamente etiquetados para informar a los consumidores de la presencia de glicerol. [65]
El 4 de mayo de 2007, la FDA recomendó a todos los fabricantes de medicamentos de Estados Unidos que analizaran todos los lotes de glicerol para detectar la contaminación con dietilenglicol . [66] Esto se produjo después de que se produjeran cientos de intoxicaciones mortales en Panamá como resultado de una declaración de aduanas de importación falsificada por la empresa panameña de importación/exportación Aduanas Javier de Gracia Express, SA. El dietilenglicol, más barato, fue reetiquetado como glicerol, más caro. [67] [68] Entre 1990 y 1998, se informó de incidentes de intoxicación por DEG en Argentina, Bangladesh, India y Nigeria, que provocaron cientos de muertes. En 1937, más de cien personas murieron en Estados Unidos tras ingerir sulfanilamida, un elixir contaminado con DEG, un fármaco utilizado para tratar infecciones. [69]
El origen de los prefijos gly- y glu- para los glicoles y azúcares proviene del griego antiguo γλυκύς glukus , que significa dulce. [70] El nombre glicérido fue acuñado alrededor de 1811 por Michel Eugène Chevreul para designar lo que antes se llamaba "principio dulce de la grasa" por su descubridor Carl Wilhelm Scheele . Fue tomado prestado al inglés alrededor de 1838 y en el siglo XX reemplazado por el término glicerol de 1872, que presenta el sufijo de alcoholes -ol.
Tabla de propiedades térmicas y físicas de la glicerina líquida saturada: [71] [72]
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