La chlorophylline de Sodium et de cuivre est-elle sûre?

La chlorophyllee est un pigment naturel sans danger qui a certaines fonctions physiologiques. La recherche moderne a découvert que la chlorophylle peut non seulement être utilisée comme colorant naturel dans les aliments ou les cosmétiques, mais a également des activités physiologiques importantes, telles que des effets anti-mutagènes, hypocholestérolémiants et de soulager la constipation [1]. De plus, la structure moléculaire de la chlorophylle étant très semblable à celle de l’hémoglobine humaine, la seule différence étant les ions centraux, la chlorophylle est également utilisée pour traiter l’anémie [2].

En outre,chlorophyllPeut également favoriser la croissance des globules rouges normaux, augmenter le body' S teneur en oxygène, et favorisent la division cellulaire, aidant ainsi le corps et#39; S métabolisme [3]. Cependant, la chlorophylle n’est pas soluble dans l’eau et se décompose facilement à la lumière et dans certaines conditions de température, ce qui limite son application. Des études ont montré que le produit formé en remplaçant l’ion magnésium au centre de la chlorophylle par des ions métalliques tels que le cuivre, le fer et le zinc est plus stable et soluble dans l’eau que la chlorophylle, eta toujours une couleur et une fonction physiologique similaires que la chlorophylle. Par conséquent, il y a eu beaucoup de recherche sur les dérivés de la chlorophylle, et la méthode de remplacement de l’ion magnésium par un ion cuivre pour former un sel de chlorophylle de cuivre et de sodium est la méthode la plus largement utilisée [2].

Cet article donne un aperçu de la structure et des propriétés de la chlorophylline de sodium et de cuivre, en mettant l’accent sur le processus de préparation. Il résume également les problèmes et les améliorations possibles, fournissant une base théorique pour la poursuite des recherches et le développement de produits connexes.

1 Structure et propriétés de la chlorophylline de cuivre sodique

1.1 Structure de la chlorophylline de cuivre sodique

Les formules moléculaires du sel de sodium de cuivre de chlorophylline sont C34 H31 O6 N4 CuNa3 et C34 H30 O5 N4 CuNa2, et les masses moléculaires relatives sont d’environ 724,17 et 684,16. Le sel de sodium de cuivre de chlorophylle est un produit préparé à partir de la chlorophylle par une série de réactions. La chlorophylle contient quatre anneaux de pyrrole reliés entre eux par des groupes de méthylène (= C -), formant un système conjugué stable. Un ion de magnésium est lié au centre du système conjugué, et deux groupes carboxyliques estérifiés sont fixés aux chaînes latérales du système conjugué, qui sont estérifiées avec le méthanol et le phytol [4]. Sodium cuivre chlorophylline est un produit de saponification de la chlorophylline pour éliminer le phytol et le méthanol, et le remplacement de Mg2+ par Cu2+ dans des conditions acides. Les structures moléculaires de la chlorophylline et de la chlorophylline de sodium et de cuivre sont représentées à la Figure 1.

1.2 propriétés de la chlorophylline de sodium et de cuivre

La chlorophylline de cuivre de Sodium est facilement soluble dans l’eau, légèrement soluble dans les alcools, et insoluble dans les huiles, les graisses et l’éther de pétrole. Il est de couleur vert foncé et sous forme de poudre. Sa solution aqueuse est transparente bleu-vert. Si le Ca2+ est présent, il se précipite. Le baladage par spectroscopie UV-Vis montre qu’il existe des pics d’absorption maximaux dans les plages de longueurs d’onde 405 nm ± 3 nm et 630 nm ± 3 nm.

2 applications fonctionnelles de sodium cuivre chlorophylline

2.1 applications alimentaires

La chlorophylline de cuivre et de Sodium est approuvée pour être utilisée dans des produits tels que la gelée, les légumes en conserve, les bonbons, les boissons, les jus de fruits et de légumes, les produits de boulangerie, les vins préparés, etc. [5].

2.2 applications médicales

Des études ont révélé que la chlorophylline de sodium et de cuivre a pour effet de protéger et de promouvoir le foie, et peut également traiter la jaunisse et d’autres maladies [6]; En outre, la chlorophylline de cuivre sodique peut améliorer la fonction hématopoïétique, favoriser la production d’hémoglobine et traiter des symptômes tels que l’anémie [7]; La chlorophylline de cuivre et de sodium a pour effet de réguler les microorganismes buccaux, de prévenir la carie dentaire et la parodontite et d’éliminer la mauvaise haleine dans la bouche et les voies respiratoires [8]. En outre, la chlorophylline de sodium et de cuivre est également utilisée pour traiter l’eczéma, les engelures, la pancréatite aiguë et d’autres maladies [9].

2.3 applications de teinture

La chlorophylline de cuivre de Sodium peut être utilisée pour la teinture et est un colorant écologique et économiseur d’énergie. Son utilisation pour la teinture permet non seulement d’utiliser pleinement les ressources de la biomasse, mais est également conforme au concept actuel de poursuivre la protection écologique et environnementale. Wang Na, Yang Ruiling et al. [10-11] ont trouvé grâce à la recherche que le colorant sodium cuivre chlorophylline est approprié pour la teinture de la laine, de la soie et du nylon dans des conditions acides, et la solidité des couleurs de ces matériaux après la teinture avec sodium cuivre chlorophylline peut également atteindre le niveau 3 ou plus.

2.4 autres applications

Ruan [12] a constaté que les supercondensateurs entièrement à l’état solide avec des électrodes au sel de sodium de cuivre de chlorophylline ont une bonne capacité de flexion et une bonne flexibilité. Ceci montre également l’application potentielle du sel de cuivre et de sodium de la chlorophylline dans les supercondensateurs à l’état solide.

3 recherches sur le procédé de préparation de la chlorophylline de cuivre et de sodium

La préparation de la chlorophylline de cuivre et de sodium comprend l’extraction de la chlorophylle et l’utilisation de la chlorophylle pour préparer la chlorophylline de cuivre et de sodium.

3.1 Extraction de la chlorophylle

Des études ont montré que les méthodes d’extraction de la chlorophylle comprennent principalement l’extraction par solvant, l’extraction par ultrasons, l’extraction par fluide supercritique et d’autres méthodes [13]. La méthode la plus couramment utilisée est l’extraction au solvant. Cette méthode est basée sur le principe de comme dissout comme. Plus les propriétés chimiques du solvant d’extraction et de la substance extraite sont similaires, plus la solubilité de l’extrait dans le solvant est grande et plus il est facile d’extraire. La chlorophylle contient un groupe de porphyrine hydrophile et une structure de chlorophyllol lipophile [13].

La chlorophylline lipophile a 20 atomes de carbone, et la chaîne de carbone plus longue détermine sa faible polarité, lipophicité forte et hydrophicité faible. Au contraire, la structure polaire de la porphyrine renforce sa polarité. Par conséquent, le meilleur solvant pour extraire la chlorophylline est un solvant organique modérément polaire, tel que l’acétone, l’éthanol, l’éther, etc. Les polarités des solvants courants sont indiquées dans le tableau 1 ci-dessous.

Yang Jun [14] a comparé expérimentalement l’effet de plus de dix solvants tels que l’éthanol anhydre à 100% et l’acétone à 100% sur le taux d’extraction de la chlorophylle. Il en résulte que le meilleur solvant d’extraction est un mélange d’acétone et d’éthanol anhydre (1:2, v/v) avec une fraction massique de 85%. Le solvant mélangé a un meilleur effet d’extraction qu’un solvant unique, qui peut être considéré comme un effet d’extraction synergique. On peut également considérer que les propriétés du solvant mélangé sont plus proches de celles de l’extrait, ce qui entraîne un taux d’extraction plus élevé. Bien que la solution mixte d’acétone et d’autres solvants ait un taux élevé d’extraction de la chlorophylle, l’acétone a un point d’éclair faible, est explosive et très volatile, et est donc dangereux à utiliser à grande échelle dans des applications industrielles. Par conséquent, il est nécessaire de remplacer l’acétone par un réactif hautement sûr et peu toxique comme solvant pour l’extraction de la chlorophylle. L’éthanol est faible en volatilité, faible en toxicité et hautement sûr, et il a un taux élevé d’extraction de la chlorophylle, ce qui en fait le meilleur réactif pour l’extraction de la chlorophylle industrielle.

La chlorophylle est située entre la couche protéique et lipidique du chloroplaste. Le groupe hydrophile de la porphyrine est lié à la protéine, tandis que le chlorophyllol hydrophobe est lié à la couche lipidique. Lors de l’extraction de la chlorophylle, l’ajout d’une petite quantité d’eau est bénéfique pour séparer le groupe hydrophile de la chlorophylle de la protéine, facilitant ainsi l’extraction de la chlorophylle. Fang Jiayang [15] a constaté que le taux maximal d’extraction de la chlorophylle était de 12,8 g/kg lorsque le rapport de concentration éthanol/eau était de 4:1. Le taux d’extraction diminuait lorsque l’on utilisait de l’éthanol à 100%.

La technologie d’extraction de fluide supercritique est une nouvelle technologie de séparation qui a de basses températures de fonctionnement, une efficacité de séparation élevée et des taux élevés de récupération des solvants. Il a été utilisé ces dernières années pour extraire les ingrédients actifs des plantes et des médicaments à base de plantes chinois. Lefebvre [16] a constaté que la chlorophylle peut être obtenue en ajoutant 30% de modificateur polaire au dioxyde de carbone par extraction de fluide supercritique.

La technologie d’extraction assistée par ultrasons est également souvent utilisée dans la séparation et l’extraction. L’effet de cavitation des vibrations ultrasonore peut favoriser la lyse cellulaire, facilitant ainsi l’extraction par solvant. Choi [17] a montré que le taux d’extraction de la chlorophylle à l’aide de l’extraction assistée par ultrasons était plus élevé que celui à l’aide de solvants organiques.

3.2 préparation de chlorophylline de sodium et de cuivre

La préparation de la chlorophylline de sodium et de cuivre comporte quatre étapes de réaction: saponification, acidification, substitution du cuivre et formation de sel. En outre, parce que la teneur en chlorophylle de la matière première est extrêmement faible, il contiendra de nombreuses impuretés après extraction. Par conséquent, en plus de ces étapes de réaction nécessaires, une étape de purification et d’élimination des impuretés est également ajoutée. En fait, le procédé existant présente certains inconvénients, tels qu’une saponification incomplète, une «perte de vert» lors de la substitution du cuivre, de mauvais résultats de purification et une faible qualité du produit. Par conséquent, d’autres améliorations sont nécessaires.

3.2.1 principe de préparation à la chlorophylline de cuivre sodique (1) Saponification

Les deux groupes ester de la molécule de chlorophylline réagissent avec l’hydroxyde de sodium pour former une réaction de saponification, qui élimine le phytol et le méthanol pour former un sel de chlorophylline de sodium soluble dans l’eau (en utilisant la chlorophylline a comme exemple, voir la Figure 2).

(2) Acidification

Dans un environnement acide, les ions hydrogène remplacent les ions magnésium et sodium du sel de chlorophylline de sodium pour former de l’acide chlorophyllique et des sulfates de magnésium et de sodium (voir Figure 3).

(3) production de cuivre

En milieu acide, une certaine quantité de solution de CuSO4 est ajoutée et les ions hydrogène de la molécule de chlorophylle sont remplacés par des ions cuivre pour former la chlorophylline de cuivre vert foncé (voir Figure 4).

(4) formation de sel

Dissoudre l’acide de cuivre de la chlorophylline et réagir avec la solution d’hydroxyde de sodium pour obtenir un sel de chlorophylline de cuivre de sodium soluble dans l’eau (voir Figure 5).

3.2.2 problèmes et améliorations du processus de préparation

Le degré de saponification de la chlorophylline affecte non seulement la progression de la réaction de substitution du cuivre, mais affecte également le rendement, la couleur et la texture du sel de chlorophylline de cuivre de sodium. Certaines études ont exploré l’effet du pH sur la réaction de saponification et ont conclu que les conditions optimales de saponification sont pH = 11 ou 12 [3,18-21]. Cependant, la plupart des PHM et des bandes d’essai de pH sur le marché ne conviennent que pour une utilisation dans des solutions aqueuses, tandis que le solvant d’extraction de la chlorophylle est une concentration élevée de réactifs organiques tels que l’éthanol et l’acétone. Dans ces conditions, la valeur mesurée du pH est sujette à certaines déviations et n’est pas stable. Par conséquent, la réaction de saponification devrait être explorée en fonction de la quantité réelle de NaOH ajoutée, et non seulement de la valeur du pH.

La chlorophylle est une substance liposoluble qui peut être dissoute dans l’éther de pétrole avant la saponification. Après saponification, le chlorophyllate de sodium soluble dans l’eau est formé et est insoluble dans l’éther de pétrole. Par conséquent, après la réaction de saponification, de l’éther de pétrole est ajouté pour l’extraction, et l’exhaustivité de la réaction de saponification peut être prédit par la couche et l’état de l’éther de pétrole. La réaction est complète lorsque les deux phases se séparent clairement et que la couche d’éther est jaune [21].

Lors de l’acidification de la chlorophylline de cuivre et de sodium, de nombreuses études ajoutent une certaine concentration d’acide sulfurique à la solution de chlorophylline de sodium pour ajuster le pH à environ 2,5, puis ajoutent le sulfate de cuivre après avoir réactivé pendant une certaine période de temps [22-24]. En fait, ajuster directement le pH à 2,5 peut détruire la structure porphyrine du sel de sodium de la chlorophylle, ce qui provoque la chlorophyllate de cuivre résultant pour perdre sa couleur verte et affecte en outre la qualité de la chlorophyllate de cuivre de sodium. Le but de l’acidification est de rendre le remplacement du cuivre plus facile et plus pratique. L’acidification évite également la réaction du sulfate de cuivre avec l’hydroxyde de sodium pour former d’autres substances telles que l’hydroxyde de cuivre. Par conséquent, lors de l’acidification du substitut de cuivre, le pH est d’abord ajusté au neutre, une quantité appropriée de sulfate de cuivre est ajoutée pour réagir, puis la solution est ajustée à 2,5. Cela peut empêcher la destruction de la structure de la porphyrine dans le sel de sodium de la chlorophylle qui peut être causée par un environnement trop acide.

Comme la chlorophylle est présente en très petites quantités dans les matières premières, il y a relativement beaucoup d’impuretés après l’extraction, une étape de purification est donc nécessaire. Dans la préparation de la chlorophylline de cuivre et de sodium, une réaction de saponification est effectuée pour former de la chlorophylline de sodium, qui est ensuite ajoutée à l’éther de pétrole pour l’extraction au solvant. L’objectif est d’éliminer les substances liposolubles comme la graisse, le carotène, la lutéine et le phytol afin d’obtenir un produit de meilleure qualité [25]. Lors de l’extraction au solvant, plus la différence entre les coefficients de partage des composants dans le solvant biphasé est grande, plus l’effet de séparation est important et plus le taux d’élimination des impuretés est élevé.

Le procédé traditionnel consiste à effectuer une réaction de saponification dans l’éthanol pour former un sel de chlorophylline de sodium, puis utiliser l’éther de pétrole pour extraire et éliminer les impuretés. En fait, l’effet de l’extraction au solvant à l’aide d’un système biphasé éthanol-éther de pétrole est faible, car certaines impuretés lipophiles ont également une solubilité élevée dans l’éthanol, ce qui rend l’effet d’élimination des impuretés insatisfaisant. Si l’éthanol est récupéré, le sel de sodium de la chlorophylle est seulement soluble dans l’eau, et la différence de polarité entre l’eau et l’éther de pétrole est grande, ainsi un meilleur effet de décontamination peut être obtenu. De plus, les extractions multiples avec un seul solvant ne peuvent éliminer qu’une petite quantité d’impuretés qui sont très solubles dans le solvant. Cependant, de multiples extractions avec des réactifs de polarités différentes peuvent séparer et extraire une variété d’impuretés, augmentant ainsi l’effet de décontamination. Par conséquent, 3 à 4 solvants de polarité différente, tels que l’acétate d’éthyle, le butanol, le chloroforme et l’éther de pétrole, sont utilisés pour l’extraction par solvant. La solution aqueuse de chlorophylle de sodium est extraite par étapes de la polarité faible à la polarité élevée pour éliminer les impuretés avec différentes polarités.

En outre, après la réaction de substitution du cuivre pour former de la chlorophyllate de cuivre, les impuretés sont éliminées par lavage avec de l’eau, de l’alcool à faible concentration, de l’éther de pétrole, etc. Le lavage à l’eau peut éliminer l’excès d’impuretés solubles dans l’eau telles que les ions sodium et cuivre. Le lavage à l’alcool à faible concentration peut éliminer les substances polaires non saponifiées, et le lavage à l’éther de pétrole peut éliminer les impuretés liposolubles. Enfin, le chlorophyllate de cuivre brut est lavé pour former un produit vert foncé, granulé, de haute qualité avec un lustre métallique. Ces étapes sont également utilisées pour purifier et éliminer les impuretés pour obtenir un produit de haute qualité.

4 résumé et perspectives

Actuellement, en raison de la sensibilisation accrue à la sécurité alimentaire, de nombreux pigments synthétiques ont été interdits, et les produits naturels sûrs sont plus populaires, offrant ainsi de bonnes opportunités pour le développement du marché des pigments naturels. La chlorophylline de cuivre de Sodium, en tant que pigment naturel sûr, peut non seulement être ajoutée aux aliments comme agent colorant, mais a également de bons effets et des applications en médecine. Cependant, en raison de la faible teneur en chlorophylle de la matière première, il existe de nombreuses impuretés après l’extraction, et il y a également certains défauts dans le processus de préparation existant, ce qui se traduit par la faible qualité de la plupart des produits de chlorophylline de cuivre et de sodium vendus sur le marché. Par conséquent, il est urgent d’améliorer le processus de préparation et la méthode de purification de la chlorophylline de cuivre et de sodium sous différentes perspectives.

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