LA PREPARATION DU CHITOSANE A PARTIR DES CARAPACES DE CREVETTES

HISTORIQUE DE LA CHITINE ET DU CHITOSANE 

 En France, vers 1811 le professeur d’Histoire Naturelle BRACONNOT a découvert pour la première fois la chitine. Ayant axé ses recherches sur les champignons, il a réussi à isoler cette substance. Mais c’est seulement en 1833 que ODIER publia un article sur les insectes dans lequel il avait noté que la même substance est présente aussi bien dans la structure des insectes que dans celle des plantes. ODIER appela cette substance stupéfiante la « chitine « , dérivé du mot grec « Khiton » qui signifie tunique ou enveloppe. En 1843, LASSAIGNE a démontré la présence de l’azote dans la chitine. En 1859, le « chitosane » a été découvert par ROUGET. Lors de ses expérimentations sur la chitine, il a constaté que certains traitements chimiques pouvaient modifier cette substance et entre autre la rendre soluble dans l’eau. En 1878, LEDDHEROSE a pu démontrer que la chitine était naturellement synthétisée à partir du glucosamine et de l’acide acétique. C’est en 1894 que HOPPESEYLER a appelé « chitosane » la chitine modifiée. Au début du 20eSiècle, des recherches concernant les sources de chitine incluant les champignons et les carapaces de crustacés ont été effectuées. Les travaux menés par RAMMELBERG en 1930 ont conduit à la confirmation de l’identité de la chitine à partir de ces origines en l’hydrolysant par différente manière. PURCHASE et BRAUM ont conclu que cette substance est un polysaccharide formé par des unités de glucosamine.  A partir de 1948, MATSUSSIHMA déposait un brevet d’invention pour la production de glucosamine à partir de carapaces de crabes 2 Onitiana Génie Chimique Dès 1950, l’utilisation de la méthode d’analyse par diffraction des rayons X avait fait progresser l’étude de la présence de chitine dans les champignons. La technologie avancée avait alors montré beaucoup plus d’assurances dans la détermination de la présence de la chitine et de la cellulose dans les parois des cellules. En 1951, les premiers livres sur la chitine ont été publiés. Au début des années 1960, le chitosane a fait l’objet d’une recherche pour sa capacité à s’agglomérer aux globules rouges du sang et fut employé comme agent hémostatique. Durant trois décennies successives, ce chitosane était utilisé comme agent de désintoxication dans les unités de traitement des eaux. Ce produit étendu à la surface de l’eau absorbe les huiles, les graisses ainsi que d’autres produits toxiques potentiels. La pellicule superficielle résultante forme des écumes au-dessus de l’eau. Utilisé comme supplément de régime diététique, le chitosane était vendu en Europe et au Japon pendant 20 ans environ comme produit amaigrissant en fixant les matières grasses dans l’organisme humain et connu sous le nom de « fat blocker ». Mais ce n’est qu’à partir des années 1970 que la chitine et le chitosane ont suscité des intérêts réels. Ainsi, plusieurs travaux de recherches ont été effectués. En 1973, MUZARRELLI a fabriqué des membranes en chitosane. De 1982 jusqu’en 1986, ce même chercheur a développé le greffage des fonctions carboxyliques sur le chitosane. Depuis 1992, un groupe de chercheurs sur la chitine et le chitosane de l’université de Liège a travaillé sur la mise au point d’un procédé innovant et non polluant. La production de chitosane provient de la chitine extraite des parois de champignons par son hydrolyse enzymatique. 

MATIERES PREMIERES 

Le chitosane est le plus important des dérivés de la chitine Il peut être extrait de plusieurs sources issues des arthropodes, des champignons, des végétaux inférieurs ou des microorganismes. 3 Onitiana Génie Chimique 

les arthropodes

La famille des arthropodes représente le plus vaste ensemble d’animaux comprenant plus de 10 millions d’espèces découvertes ou à découvrir. Etant généralement connus sous le nom d’Articulés, ils sont présents dans tous les biotopes. Leurs épidermes sécrètent une cuticule toujours chitineuse souvent épaisse. La chitine ne se situe pas uniquement au niveau de la cuticule mais elle est également présente au niveau de la paroi intestinale, des trachées, des tendons musculaires et des squelettes internes dans des moindres proportions. Les crustacés, les arachnides ainsi que les insectes appartiennent au sous-embranchement des arthropodes. Le tableau ci-dessous nous montre les différentes espèces contenant de la chitine. Tableau n°01: Espèces d’arthropodes contenant de la chitine • crustacés Le taux de chitine le plus élevé se trouve principalement chez les crustacés. Les carapaces séchées de crustacés contiennent 15 à 20% de chitine et 55 à 85% chez les cuticules décalcifiées. A titre indicatif, le tableau suivant nous indique la composition de la carapace de quelques crustacés rapportés à 100% de matières sèches : Tableau n°02 : composition des carapaces de crustacés 15 15 CRUSTACES ARACHNIDE INSECTES Homards insectes Crabes Crevettes Scorpions Blattes Langoustes Araignées Coléoptères Krill COMPOSITION Déchets de corps de Déchets de têtes de Déchets de langoustes Déchets de crabes crevettes en % crevettes en % en % Chitine 27 13,5-17,5 11-15 13-15 Protéines total 40 29-37,5 20-44 30-35 Protéines libres 28 20-26 18-28 Protéines liées 12 9-10 7-12 Cendres (CaCO3) 33 25-27 40 50 Matières solubles 0 32,5 4 0-7 et autres 4 Onitiana Génie Chimique les arachnides Les arachnides sont classés parmi les chélicérates ayant la faculté de respiration aérienne comme les araignées et les scorpions. A titre d’exemple, on a constaté que les tissus des scorpions contiennent 30% de chitine tandis que ceux des araignées 38%. • les insectes Les insectes font partie des Mandibulates. Ils ont une respiration trachéenne, portant une paire d’antennes et trois paires d’appendices locomoteurs. Le faible taux de chitine 1,4% seulement de leur poids frais justifie ainsi le manque d’intérêt pour ces insectes. 

les microorganismes

Chez les microorganismes, la quantité de chitine peut atteindre plus de 20% du poids sec de la cellule. Toutefois, l’extraction à partir des microorganismes ne s’effectue qu’à titre expérimental sur les champignons, les moisissures et les levures. Seuls les champignons constituent une source importante de chitine. La société Kytozyme (France) exploite l’extraction de la chitine à partir de ce microorganisme. Le pourcentage de la chitine contenue dans les moisissures varie de 5 à 20%. II-3 Autres sources de chitine Le tableau suivant nous renseigne sur d’autres sources de chitine ; Tableau n° 03 : autres sources de chitine 16 16 Végétaux inférieurs Champignons Annélides Mollusques Algues levures lombric seiche Lichen Ascomycètes Sangsue Pieuvre Pénicillium Blastocladiacés Chytridiacés Onitana 5 Onitiana Génie Chimique Parmi les matières premières sus citées, les crustacés et notamment les crevettes constituent les sources les plus importantes de chitine. 

GENERALITES SUR LA CHITINE 

Description

La chitine est un biopolymère linéaire à chaîne normale proche de la cellulose. Elle se rencontre en abondance dans les carapaces des crustacés et des insectes, ainsi que dans la paroi des champignons, levures et certaines algues. Elle possède la structure développée plane suivante : Cette structure chimique montre que la chitine est une polymère naturelle obtenue par répétition de motifs de N-acétyl D-glucosamine unis par des liaisons ß(14). En effet, elle fait partie des polysaccharides homogènes dans les classes de polyosamines dont le monomère de base est le N-acétylglucosamine. C’est un monomère de glucose substitué d’azote et d’un groupe acétyle rattaché au carbone C-2 de l’unité de glucose. 17 17 5 O 4 3 2 1 6 CH2OH OH O O CH2OH OH NHCOCH3 NHCOCH3 CHITINE 6 Onitiana Génie Chimique III-2 Caractéristiques de la chitine

Caractéristiques physico-chimiques

  La chitine se présente dans la nature soit sous forme cristalline soit sous forme de complexe chitino-protéique.  En effet à l’état naturel, la chitine présente une structure fibreuse rigide à différents réarrangements possibles sur les chaînes polymériques, disposées sous forme d’hélice, toutes dirigées suivant le même axe et donnant lieu à trois allomorphes distincts :  La chitine α : à chaînes disposées de façon antiparallèle.  La chitine ß : à chaînes parallèles entre elles.  La chitine δ : caractérisée par l’alternance de deux chaînes parallèles et antiparallèles.  Sa masse molaire moyenne est de (203,19)n. où n représente le degré de polymérisation.  Elle est insoluble dans l’eau, dans les solvants organiques, dans les acides et les bases diluées.  Elle acquiert un pouvoir rotatoire dans l’acide acétique.  Pour n=1 le N-acétyl-glucosamine possède un pouvoir rotatoire [ ] 20 α D =-14,7° initiale et [ ] 20 α D =-56° finale dans l’acide acétique  Pour n=2, le chitobiose octaacétate possède un pouvoir rotatoire [ ] 20 α D = +50,3° dans l’acide acétique et son point de fusion est de 289°C.  Pour n=3, le chitotriose undecaacetate présente un P.F= 318°C et [ ] 20 α D =+33°.  Le pourcentage d’azote dans la chitine représente environ de 6,89% de sa masse moléculaire.