Glycerol là gì? và ứng dụng của glycerin

Glycerol (/ ˈɡlɪsərɒl /; còn được gọi là glycerine hoặc glycerin) là một hợp chất polyol đơn giản. Nó là một chất lỏng không màu, không mùi, nhớt, có vị ngọt và không độc. Mạch của glycerol được tìm thấy trong những chất béo được gọi là glycerid. Do có đặc tính kháng khuẩn và kháng vi rút, nó được sử dụng rộng rãi trong các phương pháp điều trị vết thương và vết bỏng đã được FDA chấp thuận. Nó có thể được sử dụng như một dấu hiệu hiệu quả để đo lường bệnh gan. Nó cũng được sử dụng rộng rãi như một chất làm ngọt trong ngành công nghiệp thực phẩm và như một chất giữ ẩm trong các công thức dược phẩm. Do sự hiện diện của ba nhóm hydroxyl, glycerol có thể trộn lẫn với nước và có tính chất hút ẩm.

Sản xuất glycerol

Glycerol thường được sản xuất từ các nguồn thực vật và động vật , dạng chất béo trung tính, este của glycerol với axit cacboxylic mạch dài. Quá trình thủy phân, xà phòng hóa hoặc chuyển hóa các chất béo trung tính này tạo ra glycerol cũng như dẫn xuất axit béo:

Các nguồn thực vật điển hình bao gồm đậu nành hoặc cọ. Động vật có nguồn gốc từ mỡ động vật là một nguồn khác. Khoảng 950.000 tấn mỗi năm được sản xuất ở Hoa Kỳ và Châu Âu; 350.000 tấn glycerol được sản xuất mỗi năm chỉ riêng tại Hoa Kỳ từ năm 2000 đến năm 2004. Chỉ thị 2003/30 / EC của EU đặt ra yêu cầu rằng 5,75% nhiên liệu dầu mỏ phải được thay thế bằng các nguồn nhiên liệu sinh học trên tất cả các quốc gia thành viên vào năm 2010. Nó dự kiến ​​vào năm 2006 rằng đến năm 2020, sản lượng sẽ gấp sáu lần nhu cầu, tạo ra dư thừa glycerol.

Glycerol sản xuất từ chất béo (triglyceride) được sản xuất trên quy mô lớn, nhưng sản phẩm thô có chất lượng thay đổi, với giá bán thấp chỉ từ 2-5 US cent / kg vào năm 2011. Nó có thể được tinh chế, nhưng quá trình này rất tốn kém. Một số glyxerol được đốt cháy để lấy năng lượng, nhưng nhiệt trị ( heat value) của nó thấp.

Glycerol thô từ quá trình thủy phân triglycerid có thể được tinh chế bằng cách xử lý với than hoạt tính để loại bỏ các tạp chất hữu cơ, kiềm để loại bỏ các este glycerol không phản ứng, và trao đổi ion để loại bỏ các muối. Glycerol có độ tinh khiết cao (> 99,5%) thu được bằng phương pháp chưng cất nhiều bước; một buồng chân không là cần thiết do nhiệt độ sôi cao (290 ° C)

Tổng hợp glycerol

Mặc dù thường không hiệu quả về chi phí, nhưng glycerol có thể được sản xuất bằng nhiều con đường khác nhau từ propen. Quá trình epichlorohydrin là quan trọng nhất: nó bao gồm quá trình clo hóa propylen để tạo ra allyl clorua, được oxy hóa bằng hypochlorit thành dichlorohydrin, phản ứng với một bazơ mạnh để tạo ra epichlorohydrin. Epichlorohydrin này sau đó được thủy phân để tạo ra glycerol. Các quá trình không chứa clo từ propylen bao gồm quá trình tổng hợp glycerol từ acrolein và propylen oxit

Do việc sản xuất diesel sinh học từ chất béo với quy mô lớn, trong đó glycerol là phế phẩm, nên thị trường glycerol bị suy giảm. Do đó, các quá trình tổng hợp không kinh tế. Do cung vượt quá cầu, các nỗ lực đang được thực hiện để chuyển đổi glycerol thành các tiền chất tổng hợp, chẳng hạn như acrolein và epichlorohydrin.

Ứng dụng của glycerol

Công nghiệp thực phẩm

Trong thực phẩm và đồ uống, glycerol đóng vai trò là chất giữ ẩm, dung môi và chất tạo ngọt, và có thể giúp bảo quản thực phẩm. Nó cũng được sử dụng làm chất độn trong thực phẩm ít chất béo đã chế biến sẵn trên thị trường (ví dụ, bánh quy), và như một chất làm đặc trong rượu mùi. Glycerol và nước được sử dụng để bảo quản một số loại lá cây. Là một chất thay thế đường, nó có khoảng 27 kilocalories / muỗng cà phê (đường có 20) và ngọt bằng 60% đường sucrose. Nó không nuôi dưỡng vi khuẩn hình thành mảng bám răng và gây sâu răng. Là một chất phụ gia thực phẩm, glycerol được dán nhãn là E số E422. Nó được thêm vào tính năng đóng băng (frosting) để ngăn nó đóng băng quá cứng.

Khi được sử dụng trong thực phẩm, glycerol được Viện Dinh dưỡng và Ăn kiêng Hoa Kỳ phân loại là một loại carbohydrate. Chỉ định carbohydrate của Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) bao gồm tất cả các chất dinh dưỡng đa lượng calo trừ protein và chất béo. Glycerol có mật độ calo tương tự như đường ăn, nhưng chỉ số đường huyết thấp hơn và con đường trao đổi chất khác nhau trong cơ thể, vì vậy một số người ủng hộ chế độ ăn kiêng [ai?] Chấp nhận glycerol như một chất tạo ngọt tương thích với chế độ ăn ít carbohydrate.

Nó cũng được khuyên dùng như một chất phụ gia khi sử dụng chất ngọt polyol như erythritol và xylitol có tác dụng làm mát, do tác dụng làm nóng miệng, nếu không muốn có tác dụng làm mát

Ứng dụng trong y tế, dược phẩm và chăm sóc cá nhân

Glycerin có khả năng kháng khuẩn và kháng vi rút ở mức độ nhẹ và là chất điều trị vết thương được FDA chấp thuận. Hội Chữ thập đỏ báo cáo rằng dung dịch 85% glycerin cho thấy tác dụng diệt khuẩn và kháng vi-rút, và các vết thương được điều trị bằng glycerin cho thấy giảm viêm sau khoảng 2 giờ. Do đó, nó được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm chăm sóc vết thương, bao gồm tấm hydrogel dựa trên glycerin để chữa bỏng và chăm sóc vết thương khác. Nó được chấp thuận cho tất cả các loại chăm sóc vết thương ngoại trừ bỏng độ ba và được sử dụng để đóng gói da của người hiến tặng được sử dụng trong ghép da. Không có phương pháp điều trị tại chỗ nào được chấp thuận cho bỏng độ ba, và do đó, hạn chế này không dành riêng cho glycerin.

Glycerol được sử dụng trong các chế phẩm y tế, dược phẩm và chăm sóc cá nhân, thường là một phương tiện để cải thiện độ trơn, cung cấp chất bôi trơn và như một chất giữ ẩm.

Bệnh da sần và bệnh khô da đã thuyên giảm khi sử dụng glycerin tại chỗ. Nó được tìm thấy trong liệu pháp miễn dịch gây dị ứng, xi-rô ho, thuốc giảm đau và thuốc long đờm, kem đánh răng, nước súc miệng, sản phẩm chăm sóc da, kem cạo râu, sản phẩm chăm sóc tóc, xà phòng và chất bôi trơn cá nhân gốc nước. Ở dạng bào chế rắn như viên nén, glycerol được sử dụng làm chất giữ viên. Đối với tiêu dùng của con người, glycerol được FDA Hoa Kỳ phân loại trong số các loại rượu đường như một chất dinh dưỡng đa lượng calo. Glycerol cũng được sử dụng trong ngân hàng máu để bảo quản các tế bào hồng cầu trước khi đông lạnh.

Glycerol là một thành phần của xà phòng glycerin. Tinh dầu được thêm vào để tạo hương thơm. Loại xà phòng này được sử dụng bởi những người có làn da nhạy cảm, dễ kích ứng vì nó ngăn ngừa khô da với đặc tính dưỡng ẩm của nó. Nó hút ẩm qua các lớp da và làm chậm hoặc ngăn ngừa quá trình khô và bay hơi.

Khi uống trực tràng, glycerol có chức năng như một thuốc nhuận tràng bằng cách kích thích niêm mạc hậu môn và gây ra hiệu ứng tăng tiết dịch, mở rộng ruột kết bằng cách hút nước vào nó để tạo ra nhu động, dẫn đến di tản. Nó có thể được dùng không pha loãng dưới dạng thuốc đạn hoặc dưới dạng thuốc xổ thể tích nhỏ (2–10 ml). Ngoài ra, nó có thể được sử dụng trong một dung dịch loãng, ví dụ, 5%, như một loại thuốc xổ thể tích cao.

Dùng bằng đường uống (thường được trộn với nước hoa quả để giảm vị ngọt), glycerol có thể gây giảm áp suất bên trong mắt nhanh chóng, tạm thời. Điều này có thể hữu ích cho việc điều trị khẩn cấp ban đầu khi nhãn áp tăng nghiêm trọng.

Glycerol cũng đã được kết hợp như một thành phần của công thức mực sinh học trong lĩnh vực in sinh học. Hàm lượng glycerol có tác dụng tăng thêm độ nhớt cho mực sinh học mà không cần thêm các phân tử protein, carbohydrate hoặc glycoprotein lớn.

Chiết xuất thực vật

Khi được sử dụng trong chiết xuất theo phương pháp “cồn thuốc ( tincture)”, cụ thể là ở dạng dung dịch 10%, glycerol ngăn chặn tannin kết tủa trong chiết xuất ethanol của thực vật (cồn thuốc). Nó cũng được sử dụng như một chất thay thế “không chứa cồn” cho ethanol như một dung môi trong việc chuẩn bị chiết xuất thảo dược. Nó ít bị khai thác hơn khi được sử dụng trong một phương pháp cồn tiêu chuẩn. Các cồn làm từ cồn cũng có thể được loại bỏ cồn và thay thế bằng glycerol để bảo quản các đặc tính của nó. Các sản phẩm như vậy không phải là “không chứa cồn” theo nghĩa khoa học hoặc theo quy định của FDA, vì glycerol chứa ba nhóm hydroxyl. Các nhà sản xuất chiết xuất chất lỏng thường chiết xuất các loại thảo mộc trong nước nóng trước khi thêm glycerol để tạo ra glycerit.

Chất lỏng trong thuốc lá điện tử

Glycerin thường được sử dụng trong thuốc lá điện tử để tạo ra hơi
Glycerin, cùng với propylene glycol, là một thành phần phổ biến của chất lỏng điện tử, một dung dịch được sử dụng với máy xông hơi điện tử (thuốc lá điện tử). Glycerol này được làm nóng với một bộ phun (một cuộn dây làm nóng thường làm bằng dây Kanthal), tạo ra khí dung cung cấp nicotine cho người dùng

Chất chống đông

Giống như ethylene glycol và propylene glycol, glycerol là một kosmotrope không ion tạo liên kết hydro mạnh với các phân tử nước, cạnh tranh với liên kết hydro giữa nước với nước. Sự tương tác này làm gián đoạn quá trình hình thành băng. Nhiệt độ điểm đóng băng tối thiểu là khoảng −36 ° F (−38 ° C) tương ứng với 70% glycerol trong nước.

Glycerol trong lịch sử được sử dụng làm chất chống đóng băng cho các ứng dụng ô tô trước khi được thay thế bằng ethylene glycol, chất có điểm đóng băng thấp hơn. Mặc dù điểm đóng băng tối thiểu của hỗn hợp glycerol-nước cao hơn hỗn hợp ethylene glycol-water, nhưng glycerol không độc hại và đang được kiểm tra lại để sử dụng trong các ứng dụng ô tô.

Trong phòng thí nghiệm, glycerol là thành phần phổ biến của dung môi cho thuốc thử enzym được bảo quản ở nhiệt độ dưới 0 ° C do nhiệt độ đông đặc giảm xuống. Nó cũng được sử dụng như một chất bảo vệ lạnh trong đó glycerol được hòa tan trong nước để giảm sự phá hủy của các tinh thể băng đối với các sinh vật trong phòng thí nghiệm được bảo quản trong dung dịch đông lạnh, chẳng hạn như nấm, vi khuẩn, giun tròn và phôi động vật có vú.

Giảm rung chấn

Glycerol được sử dụng làm chất độn cho đồng hồ đo áp suất để giảm độ rung. Các rung động bên ngoài, từ máy nén, động cơ, máy bơm, v.v., tạo ra dao động điều hòa trong đồng hồ đo Bourdon có thể khiến kim di chuyển quá mức, cho kết quả không chính xác. Việc xoay kim quá nhiều cũng có thể làm hỏng các bánh răng bên trong hoặc các bộ phận khác, gây mòn sớm. Glycerol, khi đổ vào đồng hồ đo để thay thế không gian không khí, sẽ làm giảm dao động điều hòa truyền đến kim, làm tăng tuổi thọ và độ tin cậy của đồng hồ đo.

Ngành điện ảnh

Glycerol được ngành công nghiệp điện ảnh sử dụng khi quay những cảnh có nước để ngăn các khu vực bị khô quá nhanh.

Glycerine được sử dụng – kết hợp với nước (theo tỷ lệ 1:99) – để tạo ra một môi trường khói mịn. Dung dịch được hóa hơi và đẩy vào phòng bằng máy thông gió.

Nhiên liệu đốt trong

Glycerol cũng được sử dụng để cung cấp năng lượng cho máy phát điện diesel cung cấp điện cho loạt xe đua điện FIA Formula E

Sự trao đổi chất – metabolism

Glycerol là tiền chất để tổng hợp triacylglycerol và phospholipid trong gan và mô mỡ. Khi cơ thể sử dụng chất béo dự trữ làm nguồn năng lượng, glycerol và axit béo sẽ được giải phóng vào máu.

Glycerol được chuyển hóa chủ yếu ở gan. Tiêm glycerol có thể được sử dụng như một xét nghiệm đơn giản để xác định tổn thương gan, vì tốc độ hấp thụ của nó được gan coi là một thước đo chính xác về sức khỏe của gan. Sự chuyển hóa glycerol bị giảm trong cả bệnh xơ gan và bệnh gan nhiễm mỡ.

Mức độ glycerol trong máu tăng cao trong thời kỳ tiểu đường, và được cho là nguyên nhân làm giảm khả năng sinh sản ở những bệnh nhân mắc bệnh tiểu đường và hội chứng chuyển hóa. Mức độ glycerol trong máu ở bệnh nhân tiểu đường cao hơn trung bình ba lần so với nhóm chứng khỏe mạnh. Điều trị bằng glycerol trực tiếp của tinh hoàn đã được phát hiện là nguyên nhân làm giảm đáng kể số lượng tinh trùng trong thời gian dài. Thử nghiệm thêm về chủ đề này đã bị bỏ dở do kết quả không như mong đợi, vì đây không phải là mục tiêu của thử nghiệm.

Glycerol tuần hoàn không glycate hóa protein cũng như glucose hoặc fructose, và không dẫn đến sự hình thành các sản phẩm cuối glycation nâng cao (AGEs). Ở một số sinh vật, thành phần glycerol có thể đi vào con đường đường phân trực tiếp và do đó, cung cấp năng lượng cho quá trình trao đổi chất của tế bào (hoặc, có khả năng được chuyển thành glucose thông qua quá trình tạo gluconeogenesis).

Trước khi glycerol có thể đi vào con đường đường phân hoặc tạo gluconeogenesis (tùy thuộc vào điều kiện sinh lý), nó phải được chuyển đổi thành glyceraldehyde 3-phosphate trung gian của chúng theo các bước sau:

Enzyme glycerol kinase hiện diện chủ yếu ở gan và thận, nhưng cũng có trong các mô khác của cơ thể, bao gồm cả cơ và não. Trong mô mỡ, glycerol 3-phosphate được lấy từ dihydroxyacetone phosphate (DHAP) với enzyme glycerol-3-phosphate dehydrogenase.

Glycerol có độc tính rất thấp khi uống vào cơ thể; Liều uống LD50 của nó đối với chuột cống là 12600 mg / kg và 8700 mg / kg đối với chuột nhắt. Nó dường như không gây độc khi hít phải, mặc dù những thay đổi trong quá trình trưởng thành của tế bào xảy ra ở các phần nhỏ của phổi ở động vật dưới liều cao nhất đo được. Một nghiên cứu chỉ hít vào mũi dưới mãn tính kéo dài 90 ngày ở những con chuột Sprague-Dawley (SD) tiếp xúc với 0,03, 0,16 và 0,66 mg / L glycerin (Mỗi lít không khí) trong các phiên liên tục kéo dài 6 giờ cho thấy không có độc tính liên quan đến điều trị nào khác hơn sự chuyển sản tối thiểu của lớp biểu mô ở đáy nắp thanh quản ở chuột tiếp xúc với 0,66 mg / L glycerin.