プロピレングリコール

工業的には、プロピレングリコールは主に酸化プロピレン（食品グレード用）から製造されます。2018年の資料によると、年間216万トンが生産されています。^{[ 6 ]}製造業者は、 200 ℃（392 °F）から220 ℃（428 °F）の非触媒高温プロセス、またはイオン交換樹脂または少量の硫酸またはアルカリの存在下で150 ℃（302 °F）から180 ℃（356 °F）で進行する触媒法のいずれかを使用します。 ^{[ 8 ]}        

最終製品には、プロピレングリコール20%、ジプロピレングリコール1.5% 、および少量のその他のポリプロピレングリコールが含まれています。^{[ 9 ]}さらに精製すると、通常99.5%以上の工業用グレードまたはUSP/JP/EP/BPグレードのプロピレングリコールが完成します。USP（米国薬局方）プロピレングリコールを使用すると、簡易新薬承認申請（ANDA）の却下リスクを低減できます。^{[ 10 ]}

プロピレングリコールは、バイオディーゼルの製造の副産物であるグリセロールからも得ることができる。^{[ 6 ]}この出発原料は、最終製品に伴う顕著な臭いと味のため、通常は工業用途に限定されている。

(S)-プロパンジオールは発酵法によって合成される。乳酸と乳酸アルデヒドは一般的な中間体である。フルクトース1,6-ビスリン酸の分解（解糖）の2つの生成物のうちの1つであるジヒドロキシアセトンリン酸は、メチルグリオキサールの前駆体である。この変換は、汎用化学物質である1,2-プロパンジオールへの潜在的なバイオテクノロジー経路の基礎となっている。3炭素デオキシ糖も1,2-ジオールの前駆体である。^{[ 6 ]}

D-マンニトールからの小規模な非生物学的経路を以下の図に示します。^{[ 11 ]}

生産されるプロピレングリコールの45%は、不飽和ポリエステル樹脂の製造の化学原料として使用されます。この点において、プロピレングリコールは不飽和無水マレイン酸とイソフタル酸の混合物と反応して共重合体を生成します。この部分的に不飽和なポリマーはさらに架橋されて熱硬化性プラスチックになります。この用途に関連して、プロピレングリコールはプロピレンオキシドと反応して、ポリウレタンの製造に使用されるオリゴマーとポリマーを生成します。^{[ 6 ]}プロピレングリコールは、水性アクリル建築用塗料に使用され、水に比べて蒸発速度が遅いため表面が乾燥するのを防ぎ、乾燥時間を延長します。

規制された量であれば、プロピレングリコールは固結防止剤、乳化剤、香料、保湿剤、テクスチャー調整剤、安定剤、溶剤、酸化防止剤、抗菌剤、増粘剤として食品製造に安全であると指定されています。^{[ 7 ] [ 12 ] [ 13 ]}

米国FDAがGRASとみなされる物質に対して規制しているように、プロピレングリコールは「資格のある専門家によって、意図された使用条件下では一般的に安全であると認められているため、FDAによる市販前審査および承認の対象ではない」^{[ 12 ]。}食品製造用のプロピレングリコールを評価する科学パネルは、その結論を次のように定義した。「プロピレングリコールに関する入手可能な情報には、現在使用されているレベル、または将来合理的に予想されるレベルで使用される場合に、公衆に危険を及ぼすことを示す証拠も、合理的な疑いの根拠を示唆する証拠もない」^{[ 12 ] 。}

FDA法は、適正製造規範の下で様々な食品カテゴリーにおけるプロピレングリコールの使用の最大制限を定めた：^{[ 7 ]}

• 一般食品カテゴリーでは2.0%
• 冷凍乳製品の場合は2.5％
• アルコール飲料は5％
• ナッツ類およびナッツ製品には5％の税金がかかります。
• 菓子類とアイシングには24％
• 調味料・香料については97%

欧州食品安全機関は、食品製造におけるプロピレングリコールの使用を認可しており、1日あたりの安全な摂取量を 体重1kgあたり25mgと定めている。^{[ 14 ]}特にアイスクリームやアイスミルク製品については、カナダ保健省は、乳化剤および安定剤としてプロピレングリコールモノ脂肪酸エステルの使用を、原料混合物から作られるアイスクリームの最大使用量0.35%まで許可している。^{[ 15 ]}

プロピレングリコールは、焼き菓子、デザート、調理済み食品、フレーバーミックス、キャンディー、ポップコーン、ホイップ乳製品、ソーダなど、さまざまな食品に使用されています。^{[ 16 ]}また、ビールでは泡を安定させるために使用されています。^{[ 17 ]}

医薬品やパーソナルケア製品の送達に使用される気化器には、成分としてプロピレングリコールが含まれていることが多い。^{[ 6 ]}アルコールベースの手指消毒剤では、皮膚の乾燥を防ぐ保湿剤として使用されている。^{[ 18 ]}プロピレングリコールは、経口剤、注射剤、外用剤など、多くの医薬品の溶剤として使用されている。水に不溶性の多くの医薬品は、溶剤および担体としてプロピレングリコールを使用しており、ベンゾジアゼピン錠はその一例である。^{[ 19 ]}プロピレングリコールは、多くの医薬品カプセル製剤の溶剤および担体としても使用されている。さらに、人工涙液の特定の製剤には、成分としてプロピレングリコールが使用されている。^{[ 20 ]}

水の凝固点は、プロピレングリコールと混合すると低下します。航空機の除氷液および防氷液として使用されます。^{[ 21 ]}地上で商用航空機の胴体から着氷物を除去するために、50%水で希釈して加熱した溶液が使用され、離陸前の特定の時間内に着氷を防ぐために、航空機の翼と尾翼の表面にのみ100%希釈されていない冷たい溶液が使用されます（防氷）。通常、この時間枠は、降雪の程度と外気温に応じて15～90分に制限されます。^{[ 6 ] [ 22 ]}混合物が比較的無毒であることを示すためにピンク色に着色された水-プロピレングリコール混合物は、 RVまたは船舶用不凍液という名前で販売されています。プロピレングリコールは、低毒性で環境に優しい自動車用不凍液のエチレングリコールの代替としてよく使用されます。また、空き家の配管システムの冬期対策にも使用されます。^{[ 23 ]}共晶組成/温度は、プロピレングリコール：水60：40/-60 ℃です。^{[ 24 ] [ 25 ]}ただし、 -50 °F/-45 ℃の市販製品は水が多く、一般的な配合は40：60です。^{[ 26 ]}   

電子タバコに使用される電子リキッドの主な成分は、プロピレングリコール、植物性グリセリン^{[ 27 ]}、またはその両方の混合物です。これらは煙に似せるためにエアロゾル化され、ニコチンや香料などの物質のキャリアとして機能します。^{[ 28 ]}

プロピレングリコールの急性経口毒性は非常に低く、ヒトに目に見える健康影響を引き起こすには大量の摂取が必要です。^{[ 12 ]}実際、プロピレングリコールの毒性はエタノールの3分の1です。^{[ 42 ]}プロピレングリコールは、ヒトの体内でピルビン酸（グルコース代謝プロセスの正常な部分であり、容易にエネルギーに変換される）、酢酸（エタノール代謝によって処理される）、乳酸（消化中に一般的に豊富に存在する通常の酸）、^{[ 43 ]}およびプロピオンアルデヒド（潜在的に危険な物質）に代謝されます。^{[ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]}ダウ・ケミカル社によると、ラット_のLD50（試験対象集団の50%を死亡させる用量）は20g/kg（経口/ラット）です。^{[ 47 ] [ 48 ]}

毒性は一般的に血漿濃度が 4  g/L を超えると発生し、これは比較的短期間に極めて大量に摂取した場合、または静脈内または経口で大量のボーラス投与される薬物やビタミンの担体として使用された場合に発生します。^{[ 49 ]}食品やサプリメントを摂取して毒性レベルに達することはほぼ不可能です。食品やサプリメントには、質量比で最大 1パーミルの PG が含まれていますが、米国では質量比で 5 パーセントまで許容されているアルコール飲料は例外です。^{[ 7 ] [ 12 ]}プロピレングリコール中毒の症例は通常、不適切な静脈内投与または大量の偶発的な摂取に関連しています。^{[ 50 ]}

長期経口毒性の可能性も低い。^{[ 51 ]}米国国立毒性プログラムの連続繁殖試験では、プロピレングリコールを飲料水に最大10100  mg/kg体重/日の用量で投与した雄または雌のマウスの生殖能力への影響は観察されなかった。処理されたマウスの第一世代または第二世代のいずれにも生殖能力への影響は見られなかった。^{[ 37 ]} 2年間の研究では、12匹のラットに最大5%のプロピレングリコールを含む飼料を与えたが、明らかな悪影響は見られなかった。^{[ 52 ]}

プロピレングリコールは皮膚に刺激を与えない可能性があります。アレルギー反応の詳細については、下記の「アレルギー反応」の項を参照してください。 ^{[ 53 ]}希釈されていないプロピレングリコールは目にわずかに刺激を与え、軽度の一過性結膜炎を引き起こしますが、曝露を取り除けば目は回復します。

プロピレングリコールは、実験動物試験において感作性や発がん性を引き起こしておらず、遺伝毒性の可能性も示していない。^{[ 54 ] [ 55 ]}

プロピレングリコール蒸気の吸入は、通常の用途では重大な危険性はないようです。^{[ 56 ]}慢性吸入に関するデータが不足しているため、プロピレングリコールは、演劇作品や緊急洗眼ステーション用の不凍液など、吸入を伴う用途には使用しないことが推奨されます。^{[ 57 ]}最近では、プロピレングリコール（一般的にグリセロールとともに）が電子タバコの液体中のニコチンやその他の添加物のキャリアとして含まれており、その使用は新たな曝露形態をもたらします。プロピレングリコールまたは後者の物質全体の慢性吸入の潜在的な危険性はまだ不明です。^{[ 58 ]}

2010年の研究によると、室内空気、特に寝室の空気中のPGE（プロピレングリコールとグリコールエーテルの合計としてカウントされる）の濃度は、喘息、花粉症、湿疹、アレルギーなど、子供の呼吸器系および免疫系の多くの疾患の発症リスクの増加と関連しており、リスクの増加は50%から180%に及ぶ。この濃度は、水性塗料や水性システム洗浄剤の使用と関連付けられている。しかし、研究著者らは、原因はプロピレングリコールではなくグリコールエーテルである可能性が高いと述べている。^{[ 59 ] [ 60 ] [ 61 ]}

静脈内投与されたプロピレングリコールの研究では、ラットとウサギのLD ₅₀ 値は7 mL/kg BWであった。 ^{[ 62 ]} Ruddick（1972）は、ラットの筋肉内LD ₅₀ データを13～20 mL/kg BW、ウサギでは6 mL/kg BWとまとめた。プロピレングリコールを賦形剤として使用する薬剤の静脈内投与による副作用は、特に大量ボーラス投与の場合に、多くの人に見られた。反応には、中枢神経抑制、「低血圧、徐脈、心電図上のQRSおよびT異常、不整脈、心臓不整脈、痙攣、興奮、血清高浸透圧、乳酸アシドーシス、溶血」が含まれる可能性がある。^{[ 63 ]}直接注射されたプロピレングリコールの大部分（12～42％）は、投与量に応じて変化せずに尿中に排泄または排泄され、残りはグルクロン酸抱合体として現れる。投与量の増加に伴い腎濾過速度は低下するが、 ^{[ 64 ]}これはプロピレングリコールがアルコールとして軽度の麻酔作用および中枢神経抑制作用を有するためと考えられる。 ^{[ 65 ]}ある症例では、高齢男性にプロピレングリコール懸濁ニトログリセリンを静脈内投与したところ、昏睡およびアシドーシスが誘発された可能性がある。^{[ 66 ]}しかし、プロピレングリコールによる致死は確認されていない。

プロピレングリコールは、動物飼料のカテゴリーで犬とフクロモモンガの餌に承認された食品添加物であり、一般的に犬に対して安全であると認識されています^{[ 67 ]} 。LD50は_9mL  /kgです。ほとんどの実験動物では_LD50は高くなっています（20mL  /kg）^{[ 68 ]} 。しかし、ハインツ小体形成および赤血球の寿命短縮との関連があるため、猫の餌への使用は禁止されています^{[ 69 ]} 。MPGからのハインツ小体形成は、犬、牛、または人間では観察されていません。

プロピレングリコールアレルギーの有病率の推定値は、0.8% (10% プロピレングリコール水溶液) から 3.5% (30% プロピレングリコール水溶液) までです。^{[ 70 ] [ 71 ] [ 72 ]}北米接触皮膚炎グループ (NACDG) の 1996 年から 2006 年までのデータは、プロピレングリコール接触皮膚炎の最も一般的な部位は顔 (25.9%) であり、次いで全身性または散在性のパターン (23.7%) であったことを示しています。^{[ 70 ]}研究者らは、日照量が少なくビタミン D バランスが正常値より低い国で非常に一般的な湿疹や真菌感染症の患者では、プロピレングリコールに対するアレルギー性接触皮膚炎の発生率が 2% を超える可能性があると考えています。したがって、プロピレングリコールアレルギーはこれらの国でより一般的です。^{[ 73 ]}

アレルギー反応を引き起こす可能性があり、さまざまな局所および全身製品で頻繁に使用されているため、プロピレングリコールは、2018 年の米国接触皮膚炎協会の年間アレルゲンに選ばれました。 ^{[ 74 ] [ 75 ]}メイヨークリニックの最近の出版物では、1997～2016 年までの 20 年間で、プロピレングリコールに対するパッチテストの陽性発生率は 0.85% (11,738 人の患者のうち 100 人)、全体的な刺激率は 0.35% (11,738 人の患者のうち 41 人) と報告されています。^{[ 76 ]}反応の 87% は弱、9% は強と分類されました。陽性反応率は、5%、10%、20% プロピレングリコールでそれぞれ 0%、0.26%、1.86% であり、濃度が上がるにつれて増加しました。刺激反応率は、プロピレングリコール5%、10%、20%でそれぞれ0.95%、0.24%、0.5%でした。プロピレングリコールによる皮膚感作は、他の多くの同時陽性アレルゲンに感作された患者で発生し、最も一般的なものは、ミロキシロン・ペレイラ樹脂、塩化ベンザルコニウム、カルバミックス、二クロム酸カリウム、硫酸ネオマイシンでした。プロピレングリコール陽性反応については、同時陽性アレルゲンの全体的な中央値は5、平均値は5.6と報告されています。