Qu’est-ce que la poudre de chlorophylline de cuivre de Sodium?

La chlorophylle 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]. En outre, parce que la structure moléculaire de la chlorophylle est très similaire à celle de l’hémoglobine humaine, avec la seule différence étant les différents ions centraux, la chlorophylle est également utilisée pour traiter l’anémie [2]; En outre, la chlorophylle peut également augmenter la croissance des globules rouges normaux, augmenter le corps et#39; 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 de magnésium dans le centre de la chlorophylle avec 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 un grEt en plusnombre d’études sur les dérivés de la chlorophylle, parmi lesquelles l’utilisation d’ions de cuivre pour remplacer les ions de magnésium pour former le sel de sodium de chlorophylle de cuivre est la méthode la plus 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. - le systèmeStructure de sodium cuivre chlorophylline

La formule moléculaire de la chlorophylle de cuivre et de sodium est C₃4H₃ 10 O₆N₄CuNa₃ et C34H₃, avec une masse moléculaire relatived’environ 724,17 et 684,16. La chlorophylle de cuivre et de sodium est un produit préparé à partir de la chlorophylle en utilisant 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]. La chlorophylline de cuivre et de Sodium est un produit de saponification de la chlorophylline, qui implique l’élimination du phytol et du 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 et l’éther de pétrole. Il est de couleur vert foncé et sous forme de poudre. Sa solution aqueuse est transparente bleu-vert. Si Ca²+ est présent, il 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 les gelées, les légumes en conserve, les confiseries, les boissons, les jus de fruits et de légumes, les produits de boulangerie, les vins préparés et d’autres produits [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 de sodium peut améliorer la fonction hématopoïétique, favoriser la production d’hémoglobine et traiter l’anémie et d’autres symptômes [7]; La chlorophylline de cuivre et de sodium a pour effet de réguler les microorganismes buccaux, de prévenir et de traiter 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 cuivre de sodium est également utilisée pour traiter l’eczéma, les engelures, la pancréatite aiguë et d’autres conditions [9].

2.3 applications de teinture

La chlorophylline de cuivre de Sodium peut être utilisée pour la teintureEt 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 la protection de l’environnement écologique. 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

Ruun[12] a constaté qu’un supercondensateur à l’état solide complet avec des électrodes de sel de sodium de cuivre de chlorophylline a 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 sel de cuivre et de sodium

La préparation de la chlorophylline de cuivre et de sodium implique 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 à extraire 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 longue chaîne de carbone 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. Le résultat a été que le mélange acétone - éthanol anhydre (1:2, v/v) avec une fraction massique de 85% était le meilleur solvant d’extraction. 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 d’extraction de la chlorophylle plus élevé, l’acétone a un point d’éclair faible, est explosif et très volatile et est donc dangereux à utiliser à grande échelle dans l’industrie. Par conséquent, il est nécessaire de remplacer l’acétone par un réactif hautement sûr et peu toxique comme solvant d’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 de la porphyrine hydrophile est lié à la protéine, tandis que la phycobiline lipophile est liée à la bilayer lipidique. Lors de l’extraction de la chlorophylle, l’ajout d’une petite quantité d’eau est bénéfique pour séparer les groupes hydrophiles de la chlorophylle de la protéine, facilitant ainsi l’extraction de la chlorophylle. Fang Jiayang [15] a constaté que le taux d’extraction de la chlorophylle est plus élevé lorsque le rapport de concentration éthanol/eau est de 4:1 à 12,8 g/kg. Lorsque l’on utilise de l’éthanol à 100% pour extraire la chlorophylle, le taux d’extraction diminue.

La technologie d’extraction de fluide supercritique est un nouveau type de technologie de séparation avec de basses températures de fonctionnement, une efficacité de séparation élevée et des taux élevés de récupération des solvants. Ces dernières années, il a été appliqué à l’extraction d’ingrédients actifs des plantes et des médicaments à base de plantes chinois. Lefebvre [161] 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 en utilisant l’extraction assistée par ultrasons était plus élevé que celui en utilisant des solvants organiques.

3.2 préparation de chlorophylline de sodium et de cuivre

La préparation de la chlorophylle de sodium et de cuivre comprend 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 de la chlorophylline de cuivre sodique

(1) Saponification

Les deux groupes ester de la molécule de chlorophylle réagissent avec l’hydroxyde de sodium dans une réaction de saponification, libérant du phytol et du méthanol pour former un sel de chlorophylle de sodium soluble dans l’eau (en utilisant la chlorophylle 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 chlorophylle de sodium pour former de l’acide chlorophyllique et des sulfates de magnésium et de sodium (voir Figure 3).

(3) substitution du cuivre

Dans un milieu acide, on ajoute une certaine quantité de solution CuSO₄ et les ions hydrogène de la molécule de chlorophylle sont remplacés par des ions cuivre pour former l’acide de chlorophylle de cuivre vert foncé (voir Figure 4).

(4) formation de sel

Dissoudre l’acide chlorophylle de cuivre et réagir avec la solution d’hydroxyde de sodium pour obtenir un sel de chlorophylle de cuivre et 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 chlorophylle affecte non seulement la progression de la réaction de substitution du cuivre, mais aussi le rendement, la couleur et la texture du chlorophyllinate 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 actuellement sur le marché ne conviennent qu’à des solutions aqueuses, tandis que le solvant d’extraction de la chlorophylle est une forte concentration de réactifs organiques tels que l’éthanol et l’acétone. 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 liposoluble et peut être dissoute dans l’éther de pétrole avant la saponification. Après saponification, le sel de sodium soluble dans l’eau de la chlorophylle 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. Une séparation nette des deux phases et un aspect jaunâtre de la couche d’éther de pétrole indiquent une réaction complète [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 aqueuse de chlorophylline de sodium pour ajuster le pH à environ 2,5, puis ajoutent la solution de 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 de la chlorophylline de sodium, provoquant la chlorophylline de cuivre résultant de perdre sa couleur verte et affectant la qualité de la chlorophylline 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 remplacement du 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 sodium de cuivre, la 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]. Dans 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 implique la saponification dans l’éthanol pour produire de la chlorophylline de sodium, puis l’extraction avec l’éther de pétrole pour éliminer les impuretés.

En fait, l’utilisation de l’extraction par solvant à deux phases d’éthanol et d’éther de pétrole n’est pas très efficace, 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 hautement solubles dans ce solvant. Cependant, des extractions multiples avec divers réactifs de polarités différentes peuvent séparer plusieurs impuretés et ainsi renforcer l’effet de décontamination. Par conséquent, l’extraction au solvant avec 3 à 4 solvants de différentes polarités, tels que l’acétate d’éthyle, le butanol, le chloroforme et l’éther de pétrole, est utilisée. Le sel de sodium de la solution aqueuse de chlorophylle est extrait par étape 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 nombreuses couleurs synthétiques ont été interdites, et les produits sûrs et naturels 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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