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UNIVERSITE D’ ANTANANARIVO
ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE
DEPARTEMENT GENIE CHIMIQUE
Mémoire de fin d’ études pour l’ obtention du diplôme d’ ingénieur en Génie Chimique
CONTRIBUTION AUX ETUDES SURLA PREPARATION DU CHITOSANE A PARTIR DES CARAPACES DE CREVETTES
Présenté par :
RANDRIANASOLO Onitiana Verolanto
-Promotion 2002-
Date de soutenance : 19 Juin 2003
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UNIVERSITE D’ ANTANANARIVO
ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE
DEPARTEMENT GENIE CHIMIQUE
Mémoire de fin d’études pour l’ obtention du diplôme d’ ingénieur en Génie Chimique
CONTRIBUTION AUX ETUDES SUR LA PREPARATION DU CHITOSANE A PARTIR DES CARAPACES DE CREVETTES
Présenté par :
RANDRIANASOLO Onitiana Verolanto
MEMBRE DU JURY :
Président : RANDRIANOELINA Benjamin
Rapporteur : ANDRIANARY Philippe Examinateur : ANDRIANARISON Edouard Ravalison Edouard Mammy RAHARIJAONA Tovo Robin ANDRIAMANDRANTO Daniel
Date de soutenance : 19 Juin 2003
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2
A Jésus Christ
A mon père,
A ma mère,
A mon frère et mes sœurs,
A Iandry,
A toute ma famille,
En témoignage de mon affection et de ma reconnaissance de leurs soutiens,
« C’ est de Lui, par Lui, pour Lui que sont toutes choses.
A Lui la gloire dans tous les siècles ! Amen ! »
Rom 11 :36
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REMERCIEMENTS
Je ne pourrais commencer cet exposé sans rendre Grâce à Dieu pour sa
bienveillance et son aide miraculeuse.
Nous adressons nos vifs remerciements à tous ceux qui ont bien voulu
contribuer à la réalisation du présent mémoire.
Plus particulièrement à :
• Monsieur RANDRIANOELINA Benjamin, Directeur de l’ Ecole Supérieure
Polytechnique d’ Antananarivo, de nous avoir autorisé à soutenir ce mémoire de fin
d’ études.
Permettez –nous de vous adresser notre profond respect.
• Monsieur ANDRIANARY Philippe, Maître de conférences, Chef du département
Génie Chimique et en même temps notre rapporteur, pour vos directives et conseils
pour la réalisation de ce travail.
Nous exprimons notre reconnaissance particulière à :
• Monsieur ANDRIANARISON Edouard Ravalison Mammy, assistant, Enseignant
au département Génie Chimique, votre responsabilité est énorme, nous vous
remercions d’ avoir bien voulu encadrer ce mémoire. Que votre sacrifice et votre
abnégation soient récompensés et que votre volonté et courage porte leur fruit.
• Monsieur RAHARIJAONA Tovo Robin, Maître de conférences, pour l’ honneur
que vous nous avez accordez en acceptant avec bienveillance de siéger parmi les
membres de jury malgré vos occupations.
• Monsieur ANDRIAMANDRANTO Daniel,chef du département Cycle Préparatoire,
Enseignant à l’ E.S.P.A., nous vous remercions de l’ honneur que vous nous avez
fait en voulant bien accepter d’ être membre de jury de ce mémoire.
• A tout le personnel du laboratoire, pour leur aides précieuses qu’ ils veuillent bien
trouver ici nos remerciements le plus sincères.
A tous ce qui, de près ou de loin ont participé à la réalisation de ce mémoire. Nous vous
adressons notre éternelle reconnaissance.
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SOMMAIREIntroduction …………………………………………………………………………….…….1
Chapitre I - ASPECTS BIBLIOGRAPHIQUES DE LA CHITINE ET DU CHITOSANE I Historique………………………………………………………………………….…..2
II - Les matières premières……………………………………………………….…..4
II –1 Les arthropodes………………………………………………………….……4 II –2 Les micro- organismes………………………………………………….4 II –3 Autres sources de chitine………………………………………………..5 III- Généralités sur la chitine………………………………………………….6 III –1 Description.……………………………………………………….……..6 III–2 Caractéristiques de la chitine…………………..………………….….6 III –2 –1 Caractéristiques physico-chimiques…...…………………….7 III – 2 –2 Caractéristiques chimiques……………………..…………...7 III –2 –3 Caractéristiques biologiques……….………………………..8 IV- Généralités sur la chitosane…………………………………………….….9 IV–1 Description.………………………………………………………….….9 IV –2 Caractéristiques du chitosane………………………………..…..…10 IV –2 –1 Caractéristiques physico-chimiques………………………...10 IV –2 –2 Caractéristiques chimiques…………………….…………....13 IV –2 –3 Caractéristiques biologiques………….…………………….15 IV –3 Codifications du chitosane commercial…………………………..16
V- Extractions de la chitine et préparation du chitosane…… ….……..18
V–1 Procédé de France chitine………………………………………….18 V-2 Procédé de Sandong Apollo Group…………………………………..19 V-3 Autres méthodes……………………………………………………..21 VI- Domaines d’ utilisation de la chitine, du chitosane et de leur dérivé………………………………………………………………………………………..23 VI –1 Utilisations médicales et biomédicales……………………………23 VI–2 la cosmétologie………………………………………………….….26 VI –3 Industries alimentaires……………………………………………...27 VI –4 Domaines agroalimentaires………………………………………...28 VI –5 Domaines animale…………………………………………………...28 VI –6 Domaines agricoles………………..….…………………………….29 VI–7 Traitements des eaux…………………………………………..…..30 VI –8 Clarification du vin…………………………..……………….……..31 VI–9 Industrie du papier……….………………………………………..31 VI-10 Séparations eau-alcool : pervaporation…………………………...32 VI–11 Autres domaines…………………………………………………..33 VI–12 Les olligosaccharides du chitosane………………………………33 VI –13 Utilisation médicale du glucosamine…………...………………..34
VII- Généralités sur les polysaccharides…………………………….……34
VII–1 Notion sur les oses ou saccharides…………………….……….34
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VII-2 Notions sur les polysaccharides……………………………………38 VII –3 Analyse structurales des polysaccharides…………………………40 VII –4 Analyse structurale de la chitine et du chitosane…………………46 Conclusion……………………………………………………………………...48Chapitre II – ETUDES EXPERIMENTALES
I – Analyse de la matière première…………………………………………….49
I –1 Teneur en cendre…………………………………………...………50 I –2 Teneur en carbonate de calcium et carbonate de magnésium...…….50 I –3 Teneur en matières solubles dans les solvant organiques……………..53 I –4 Teneur en protéines totales……………………………………………..53 I –5 Teneur en chitine……………………………………………………….54
II – Etude de la préparation du chitosane……………………………………..55
II –1 Principe………………………………………………………………...55
II –2 Flow- sheet du processus de fabrication du chitosane à l’ échelle de
laboratoire …………………………………………………………………..………………55
II –3 Description du processus de fabrication du chitosane……..…………..55 III – Etude des différents paramètres influant sur les étapes d’ extraction de la chitine …………………………………………………………………………………….61 III –1 Déminéralisation……………………………………………………...61 III –1 –1 Méthode d’ analyse………………………………………….61 III –1 –2 Effet de la normalité de la solution acide…………………..63 III –1 –3 Effet de la durée de la déminéralisation…………………….64 III –1 –4 Effet de la température de la déminéralisation……………..65 III –2 Déprotéinisation……………………………………………………..66 III –2 –1 Méthode d’ analyse…………………………………………66 III –2 –2 Effet de la normalité de la solution alcaline………………..67 III –2 –3 Effet de la durée de la déprotéinisation……………………67 III –2 –4 Effet de la température……………………………………..68 IV - Etudes des paramètres influant sur la désacétylation……………..69 IV –1 Détermination du taux de désacétylation…………………………69 IV –2 Tests de solubilité………………………………………………….70 IV –3 Etude des paramètres influant sur la désacétylation……………….71 IV –3 –1 Effet de la normalité sur la désacétylation………………..71 IV –3 –2 Effet de la durée sur la désacétylation…………………….72 IV –3 –3 Effet du rapport de solvant d’ hydrolyse éthanol/eau…….74 IV –3 –4 Effet de la température de désacétylation…………………76 V- caractérisation du chitosane obtenu…………………………………….77.
V–1 Solubilité……………………………………………………….77 V –2 Viscosité……………………………………………………….77 VI- Analyse qualitative du chitosane obtenu………………………………..77
VI –1 Hydrolyse totale du chitosane……………………………….78
VI –2 Analyse qualitative par chromatographie sur couche mince…
………………………………………………………………………………………78
VI –2 -1 Principe……………………………………………78 VI –2 –2 Analyse par CCM de l’ extrait organique…………..79 VI –2 –3 Analyse de l’ extrait aqueux………...……………...83 VI –3 Caractérisation des constantes physiques…………………….84 VI –3 –1 Mesure du point de fusion………………...………..84
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VI –3 –2 Mesure du pouvoir rotatoire……………..………....85 VII – Applications du chitosane …………..…………………………………86 VII –1 Préparation de la membrane de chitosane….…………………….86 VII –2 Préparation du glucosamine ..……………………………………87 Conclusion……………………………………………………………………..88 CHAPITRE III : IMPACTS ECONOMIQUES SOCIAUX ET ENVIRONNEMENTAUX…………………………………………………………………89 I – Aspect économique du projet…………………………………………..89 I –1 Prix sur les marchés locaux des différents intrants chimiques……..90 I –2 Consommation et estimation des matières premières…………………91
I –3 Consommation et estimation annuelle des matières premières et des
intrants chimiques……………………………………………………………………………91
I –4 Organisation et charge de personnel…………………………………..91 I –5 Investissement limite des unités de production………………………92 I –6 Autres charges………………………………………………………..92 I –7 résultat prévisionnel pour la première année d’ extraction…………..93 II – Aspects sociaux…………………………………………………………..93 III – Aspects environnementaux…………………………………………….93
CONCLUSION……………………………………………………………………………..96
BIBLIOGRAPHIES
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LISTES DES ABREVIATIONS
CCM : Chromatographie sur Couche Mince
CPG : Chromatographie en Phase Gazeuse
DDA : Degré de désacétylation
DDT : Dichlorodiphenyltrichloroéthane
DP : Degré de Polymérisation
EDTA : Acide éthylène diamine tetraacétique
APE : Agence de Protection de l’ Environnement
GEPM : Groupement des Entrepreneur de la Pêcherie de Madagascar
IR : infrarouge
NET : Noir Eriochrome
NOCC : N,O carboxyméthylchitine
PCBz : Polychlorobenzène
RMN : Résonnance Magnétique Nucléaire
RX : Rayon X
SM : Spectroscopie de Masse
TDM : taux de déminéralisation
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LISTES DES FIGURES
Figure n°1 : Courbe de la viscosité réduite en fonction de la concentration polymérique...12
Figure n°2 : Conformation spatiale du glucopyranose……………………………………..37
Figure n°3 : Spectres de IR de chitine et de chitosane……………………………………47
Figure n°4 : Spectres RMN du chitine et du chitosane…………………………………...47
Figure n°5 : Appareillage utilisée lors de la déminéralisation……………………………..58
Figure n°6 : Appareillage utilisée lors de la désacétylation………………………………..59
Figure n°7 : Courbe des taux de déminéralisation en fonction de la normalité de la solution
acide utilisée…………………………………………………………………………………..63
Figure n°8 : Courbe des taux de déminéralisation en fonction de la durée de réaction….64
Figure n°9 : Courbe du taux de déminéralisation en fonction de la température………….65
Figure n°10 : Courbe de taux de désacétylation en fonction de la normalité…………...….72
Figure n°11 : Courbe du taux de désacétylation en fonction du temps…………………….74
Figure n°12 : Courbes du taux de désacétylation en fonction du rapport de solvant….…..76
Figure n°13 : CCM de l’ extrait organique pulvérisée à l’ acide sulfurique……………….82
Figure n°14 : CCM de l’ extrait organique pulvérisée au réactif de Molisch……………..82
Figure n° 15 : CCM de l’extrait de glucosamine révélé au nynhydrine……………………84
LISTES DES ORGANIGRAMMES
Organigramme n°1 : Flow-Sheet de préparation de chitosane et dérivée selon le procédé
France Chitine……………………………………………………………………………….19
Organigramme n°2 : Schéma du Flow-Sheet du procédé de fabrication de chitosane par
Sadong Apollo Group………………………………………………………………………..20
Organigramme n°3 : Flow-Sheet de la préparation du chitosane…………………………...56
Organigramme n°4 : Flow-Sheet de fabrication de membrane de chitosane……………….86
Organigramme n° 5 : Flow-Sheet de fabrication de glucosamine…………………………..87
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9
LISTES DES TABLEAUX Tableau n°1 : Espèces d’ arthropodes contenant de la chitine……………………………….4
Tableau n°2 : Composition des carapaces de crustacés…………………………………..….5
Tableau n°3 : Autres sources de chitine………………………………………………..……6
Tableau n°4 : Origine et catégorie du chitosane commercial……………………………….16
Tableau n°5 : Viscosité de 1g chitosane dans 99g d’ acide acétique à 1% à la température de
25°C…………………………………………………………………………………………..17
Tableau n°6 : Valeur du degré de désacétylation du chitosane commercial……………….17
Tableau n°7 : Propriétés de séparation des membranes de chitosane réticulé de différents
alcools………………………………………………………………………………………...32
Tableau n°8 : Résultats de la teneur en cendre……………………………………………...50
Tableau n°9 : Résultats des analyses des matières minérales……………………………….52
Tableau n°10 : Résultats des analyses………………………………………………………54
Tableau n°11 : Taux de déminéralisation en fonction de la normalité de la solution acide..63
Tableau n°12 : Taux de déminéralisation en fonction de la durée de réaction…………….63
Tableau n°13 : Taux de déminéralisation en fonction de la température………………….65
Tableau n°14 : Effet de la normalité de la solution alcaline……………………………….67
Tableau n°15 : Résultats de l’ effet de la durée de déprotéinisation……………………….67
Tableau n°16 : Résultats de l’ effet de la température……………………………………..68
Tableau n°17 : Résultats de l’ effet de la normalité sur la désacétylation………………….71
Tableau n°18 : Résultats de désacétylation en fonction du temps pour N=8………………73
Tableau n°19 : Résultats de désacétylation en fonction du temps pour N=10…………….73
Tableau n°20 : Résultats de désacétylation en fonction du temps pour N=12…………….73
Tableau n°21 : Résultats de désacétylation pour les différents rapport de solvant……….75
Tableau n°22 : Résultats du test de solubilité pour les différents température…………..…76
Tableau n°23 : Récapitulation des valeurs donnant les Rf des substances extraites dans l’
extrait organique…………………………………………………………………………….81
Tableau n°24 : Prix des intrants chimiques ……………………………………………….90
Tableau n°25 : Consommation et estimation en matières première pour produire 1Kg de
chitosane…………………………………………………………………………………….90
Tableau n°26 : Consommation et estimation annuelle des intrants chimiques…………..91
Tableau n°27 : Coûts annuels des charges en personnel…………………………………91
10
10
Tableau n°28 : Coûts des principaux équipements……………………………………….92
Tableau n°29 : Autres charges induites dans la production……………………………….92
Tableau n°30 : Résultat prévisionnel de la première année d’ extraction…………………93
Génie Chimique
INTRODUCTION GENERALE
En ce début du troisième millénaire, Madagascar figure encore parmi les pays les
moins développés du monde malgré ses ressources naturelles, ses ressources humaines et
sa situation géographique lui promettant un épanouissement économique social et culturel.
Face à la politique nationale de développement économique rapide et durable, et tenant
compte de la demande mondiale en produits à caractère biologique, nous avons pensé à un
projet intitulé « CONTRIBUTION AUX ETUDES SUR LA PREPARATION DU
CHITOSANE A PARTIR DES CARAPACES DE CREVETTES ».
Ce travail se situe dans le cadre des travaux de recherches menés au sein de
l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo en vue de la valorisation des substances
naturelles ou des résidus agro-industriels présents à Madagascar.
Dans cette optique, nous avons constaté que les carapaces de crevettes résultants
des résidus industriels et de pêches crevettières constituent une source de pollution pour
notre environnement. Par conséquent, la valorisation de ces déchets s’impose. En réalité,
ces résidus représentent d’énormes ressources de chitine et de chitosane : produits très
sollicités dans divers domaines d’application.
Cet ouvrage résume les études bibliographiques nécessaires à la meilleure
connaissance de la chitine et du chitosane, et les études expérimentales effectuées en
laboratoire pour la préparation du chitosane.
Pour mener à bien notre travail, nous avons adopté le plan suivant :
- La première partie est consacrée aux aspects bibliographiques relatifs à
la chitine et en chitosane ;
- La deuxième partie cerne les études expérimentales en exposant les
méthodes et résultats obtenus lors des essais de préparation du chitosane.
- Le troisième partie traite enfin les études d’impacts économique, social et
environnemental de la production de chitosane à l’échelle pilote.
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1 Onitiana
PREMIERE PARTIE :
ASPECTS BIBLIOGRAPHIQUES DE
LA CHITINE ET DU CHITOSANE
12
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Génie Chimique
ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE DE LA CHITINE ET DU
CHITOSANE
La réalisation d’ un projet nécessite toujours une synthèse bibliographique. Cette
partie résume toute les descriptions utiles à la meilleure connaissance de la chitine et du
chitosane. Ainsi, nous allons commencer cette ouvrage par une brève historique de ces deux
biopolymères suivie de leurs caractéristique, de leurs procédés d’ obtention, leurs
applications et enfin leurs méthodes d’ identification.
I- :HISTORIQUE DE LA CHITINE ET DU CHITOSANE [1] [2]
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 HOPPE-
SEYLER 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.
13
13
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.
II MATIERES PREMIERES [3] [4] [5]
14
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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
II-1 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
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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 18-28Protéines 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.
II -2 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
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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.
III GENERALITES SUR LA CHITINE [5] [6] [7] [8]
III-1 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
O5
4
3 2
1
6 CH2OH
OH OO
CH2OH
OH
NHCOCH3 NHCOCH3
CHITINE
6 Onitiana
Génie Chimique
III-2 Caractéristiques de la chitine
III-2-1 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 [ ]20Dα =-14,7°
initiale et [ ]20Dα =-56° finale dans l'acide acétique
Pour n=2, le chitobiose octaacétate possède un pouvoir rotatoire [ ]20Dα = +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 [ ]20Dα =+33°.
Le pourcentage d'azote dans la chitine représente environ de 6,89% de sa masse
moléculaire.
18
18
La chitine peut être rigide, molle ou même élastique.
7 Onitiana
Génie Chimique
III-2-2 Caractéristiques chimiques
a- La nitration de la chitine par l’acide nitrique donne une nitrochitine selon la réaction :
b- L’hydrolyse en milieu basique de la chitine permet de donner le chitosane
c- La présence de doublets électroniques sur l'atome d'oxygène et l'atome d'azote du
groupement Acétyle procure à la chitine la faculté d'être un substituant nucléophile et
peut générer des réactions de substitution nucléophile sur des sites électrophiles.
Exemple: synthèse du N, O-Carboxyméthylchitine(NOCC) par la réaction de
substitution nucléophile.
III-2-3 Caractéristiques biologiques
Biologiquement, la chitine présente les caractéristiques suivantes :
♦ non toxique,
♦ biodégradable,
♦ biorésorbable ,
♦ biocompatible : (ayant une compatibilité remarquable avec le tissu de
l’être vivant),
♦ anticoagulant,
♦ cicatrisant,
19
19
nC8H13O5N + nHNO3 n
C8H12O7N2 + nH2O chitine nitrochitine
nC8H13O5N + nNaOH
nC6H11O4N + n CH3COONa
chitine chitosane
♦ bactériostatique.
8 Onitiana
Génie Chimique
IV GENERALITES SUR LE CHITOSANE [5] [6] [9] [10]
IV-1 Description
Le chitosane se définit comme un polysaccharide linéaire obtenu après une
modification légère de la chitine. Ce polymère est constitué par l'enchaînement des unités
monomères de l'amino-2 désoxy-2 β- D glucose appelé aussi β-D glucosamine. Le chitosane
n’est autre que le dérivé de la chitine obtenue par désacetylation chimique ou enzymatique
de cette dernière selon la réaction globale :
La méthode de préparation du chitosane connue jusqu'à ce jour consiste à extraire la
chitine d'une source naturelle, principalement des carapaces de crustacés, à la purifier et à
procéder à sa désacétylation par voie chimique.
Néanmoins, une voie alternative de préparation de chitosane à partir de la chitine
extraite des parois de champignons a été étudiée en France depuis 1992 moyennant une
désacetylation par voie enzymatique.
IV-2 Caractéristiques du chitosane
IV-2-1 Caractéristiques physico-chimiques
Deux caractéristiques principales déterminent le chitosane produit industriellement
ou à l'échelle de laboratoire : - le degré de désacetylation
20
20
O OOOH
CH2OH CH2OH
OH OH
CH2OHCH2OH
OH OOO
NHCOCH3 NHCOCH3 NH2 NH2
désacetylation
chitine chitosane
-et la viscosité.
9 Onitiana
Génie Chimique
a- Le degré de désacetylation (DDA)
Le degré de désacetylation de la chitine influe sur toutes les
caractéristiques physico-chimiques du chitosane (masse moléculaire, viscosité, solubilité…)
et apparaît comme la plus importante caractéristique du chitosane. Pour la détermination du
DDA, plusieurs techniques ont été testées mais la technique qui semble la plus adaptée pour
une caractérisation rapide de ce degré de désacétylation consiste en une spectroscopie
infrarouge (IR). Elle présente particulièrement les avantages suivants : -possibilité de
travailler sur des échantillons solides ;
-obtention des résultats plus précis avec des films.
Le DDA de la chitine varie de 60% à 100% selon les conditions de désacétylation utilisées.
b- la viscosité
La viscosité d'un liquide ou d’une solution polymérique résulte de la résistance
qu'opposent ses molécules à une force tendant à les faire déplacer par glissement ou par
cisaillement. La viscosité du chitosane dans une solution diluée d’acide acétique demeure très
variable. Elle dépend notamment de quatre paramètres :
• degré de désacétylation : plus il est désacétylé , plus le nombre de groupement amine
libre augmente entraînant ainsi une augmentation de sa solubilité et une grande viscosité.
• concentration: la viscosité croit en fonction de la concentration
• température : comme pour les autres polysaccharides, la viscosité diminue lorsque
la température augmente ;
• pH : la viscosité est forte dans les domaines de pH acide.
A titre d’exemple, la viscosité dynamique du chitosane à la teneur de 1% dans
une solution aqueuse d’acide acétique CH3COOH varie de 5 à 4000 cPo.
La viscosité d'un polymère fondue ou en solution dans un solvant standard se
mesure par le viscosimètre à tube capillaire dit viscosimètre d’ OSTWALD.
La viscosimétrie permet de connaître respectivement:
21
21
La viscosité dynamique η du fluide (unité centipoise 1cPo = 10 –3Nm –2 s)
10 Onitiana
Génie Chimique
La viscosité cinématique ν du fluide (unité Stokes 1st = 10-4 m2s-1 )
ρην =
où ρ est la masse volumique du fluide
La viscosité relative
solvantduepolymériqusolutionlade
rél ηηη =
La viscosité spécifique
1−= rélspéc ηη
La viscosité réduite
Cspéc
réd
ηη =
Où C correspond à la concentration de la solution polymérique dans le solvant utilisé
en g .l-1 ou g. ml-1
La viscosité intrinsèque :
En établissant un diagramme des valeurs de la viscosité réduite en fonction de la
concentration polymérique C, une courbe linéaire s’ obtient et par son extrapolation jusqu’à
la concentration C égale à 0, où se situe la viscosité intrinsèque équivalent à la limite de la
viscosité réduite quand C tend vers 0. η red
η intr = lim η red
η intr
22
22
Figure n°1 Courbe de la viscosité réduite en fonction de la concentration
polymérique C.
11 Onitiana
Génie Chimique
En effet, la viscosité intrinsèque est proportionnelle à la masse molaire moyenne du
polymère ou du chitosane selon la relation de MARK HOUWINK et SAKURADA:
Viscosité intrinsèque =KMa
« K » et « a » sont des constantes relatives au polymère étudié dépendant de la température et
du solvant.
Cette viscosité intrinsèque détermine la masse molaire moyenne du chitosane.
Cependant, les méthodes mesurant la viscosité du chitosane présentent certains problèmes.
En effet, la présence possible de microgels ou d'agrégats favorisés par les liaisons
hydrogène, l'influence du vieillissement des solutions et les effets électrostatiques dus aux
charges des groupes amines protonés peuvent induire des erreurs.
Ces erreurs sont aussi généralement attribuées à des variations de la force ionique de
la solution étudiée.
Les valeurs des constantes K et a relatives au chitosane indiquées par ROBERTS
sont: K =1,81 . 10-3 et a =0,93
c- structure cristalline
Suivant les réactifs utilisés pour la préparation de chitosane, les résultats issus des
analyses par diffraction aux rayons X confirmés par la spectroscopie infrarouge, montrent
deux structures différentes. En effet, le chitosane cristallise dans le système orthorhombique
et possède deux types de cristallinité: le chitosane de type I et le chitosane de type II.
Tout d’ abord, le chitosane de type I correspond à un faible degré de desacetylation
( 60%) et à la structure de sels de chitosane plus désordonnée, caractérisée par deux pics de
diffraction. Ensuite, le chitosane de type II est défini par son fort degré de
désacetylation (atteignant 90%), à structure voisine du chitosane sous forme d’amine libre.
23
23
Le solvant et le bain régénérant utilisés lors de la préparation du chitosane
n'influent pas sur son type de structure cristalline.
12 Onitiana
Génie Chimique
IV-2-2 Caractéristiques chimiques
a – solubilité et caractère acido-basique :
Le chitosane sous forme d’amine libre reste insoluble dans l'eau, dans les acides
concentrés, dans les bases et dans les solvants organiques. Mais il devient soluble dans les
acides dilués grâce à la protonation de ses groupements fonctionnels amines suivant
l'équation :
R-NH+3 + H2O R-NH2 + H3O+
En fait, la solubilité du chitosane dans différentes solutions dépend de sa forme acido-basique.
A titre indicatif, les solubilités caractéristiques du chitosane se présentent :
Sous forme d'amine libre ( R-NH2)
Soluble dans les solutions acides
insoluble à pH>6,5
solubilité limitée dans H3PO4
insoluble dans H2SO4
insoluble dans les solvants organiques
Sous forme d'amine cationique ( R-NH3+)
soluble à pH<6,5 avec une consistance visqueuse
les solutions forment des gels avec des polyanions
soluble dans des mélanges d'eau- alcool
La constante d'acidité pKa de la forme amine cationique R- NH3+ dépend du
degré de désacétylation et du degré de neutralisation du groupe NH3+correspondant. Toutefois,
pour les masses molaires suffisamment élevées, avec un degré d’acétylation du chitosane
24
24
compris entre 0 et 25% sur un site totalement isolé et non chargé (degré de neutralisation égal
à 1), les analyses ont démontré une valeur limite pKo égale à 6,5 du pKa appelée constante
d’acidité intrinsèque du chitosane. Sa solubilité varie en fonction de le degré de
désacétylation et de la méthode de désacétylation mise en œuvre.
13 Onitiana
Génie Chimique
b- Formation de complexe (agent de chélation)
La présence de groupements amine libre et de groupements hydroxyle, porteur de
doublets libres d’électrons, permet à la molécule de chitosane de former des complexes de
coordination avec la majorité des cations métalliques (Pb2+,Ni2+, Fe3+, Co2+ ,UO2+ etc.) pour
lesquels il joue le rôle de collecteur. Cette propriété s’avère opportune dans le traitement
des eaux potables et des eaux à usage industriel.
c- Echangeur d’ions
En milieu acide dilué, la forme cationique R-NH3+ confère au chitosane un rôle
d’échangeur d’ion.
d- autres types de réactions (greffage)
De manière identique à la chitine, la présence de doublets électroniques sur l’azote
de la fonction amine confère au chitosane le caractère d’un substituant nucléophile pouvant
donner des réactions de substitution sur des réactifs à sites électrophiles.
Exemple: Le greffage de fonction carboxylique peut être obtenu par réaction de
céto-amination du chitosane avec du réactif de Schiff :
.
R1 NH2+ O CR3
R2R1 N C
R2
R3
+ H2O
IV-2-3 Caractéristiques biologiques
a-biocompatibilité
Le chitosane est un copolymère normal, parfaitement compatible avec le tissu
vivant.
25
25
b-biodégradabilité
Les enzymes chitinase et chitosanase font dégrader la chitine et le chitosane en
oligopolymères facilement assimilables par l’organisme des êtres vivants.
14 Onitiana
Génie Chimique
c-cicatrisant
Les films formés par le chitosane sont perméables à l’air. Cet avantage lui facilite
essentiellement la régénération cellulaire tout en protégeant les tissus cellulaires contre
l’attaque des microbes. En plus, le chitosane dispose d’un effet biostimulant sur la
régénération de ces tissus.
d-Agent d' anticholesterolémique
Le chitosane possède aussi l’avantage d’être un agent anticholéstérolémique par
sa faculté d’emprisonner des lipides à leur pH d’insolubilisation dans la région digestive(fat
blocker)
En bref, le chitosane est biodégradable et biocompatible. Il ne présente aucun
comportement antigénique, mais détient un caractère antithrombogénique et hémostatique.
Il possède des propriétés cicatrisantes remarquables. Le chitosane produit un effet
inhibiteur sur la croissance de nombreux parasites et infections. Il présente en plus des
propriétés immunologiques, antitumorales, antibactériennes et antifongiques.
IV-2-4 Codification du chitosane commercial
Le chitosane livré dans le commerce est défini par un code composé de trois chiffres.
D’abord, le premier renseigne sur l’origine et la catégorie commerciale de chitosane.
Le tableau ci-après donne quelques exemples de valeurs de ces chiffres de codage.
Tableau n° 04 : origine et catégorie du chitosane commercial
1er chiffre Origine et catégorie
26
26
1
2
3
4
Os de calmar
Produit de beauté de coquille de crevette
catégorie pharmaceutique
Catégorie comestible de coquille de crevette
Catégorie technique de coquille de
crevette
15 Onitiana
Génie Chimique
Ensuite, le deuxième comprenant le tableau n°05 indique la valeur approchée de sa
viscosité dynamique intrinsèque en centipoise de 1 gr de chitosane dissous dans 99gr de
solution aqueuse à 1% d’acide acétique à 25°C
Tableau n° 05 : viscosité de 1g chitosane dans 99g d’acide acétique à 1%
à la température de 25°C
2echiffre Viscosité en (cps) observation
1 η > 4000 Viscosité très
élevée
2 500 < η <2000 Viscosité
élevée
3 100 < η <500 Viscosité
moyenne
4 20< η <100 Viscosité basse
5 5< η <20 Viscosité très
basse
6 η<5 Basse viscosité
supplémentaire
Enfin, le troisième suivant le tableau n°06 caractérise le degré de désacetylation du
chitosane commercialisé.
Tableau n°06 : valeur du degré de désacetylation du chitosane commercial.
3e chiffre Degré de désacetylation
1 DDA>80%
2 80% <DDA<85%
3 85%<DDA<90%
27
27
4 DDA>90%
16 Onitiana
Génie
Chimique
V EXTRACTION DE LA CHITINE ET PREPARATION DU
CHITOSANE [5] [6] [11] [12] [13] [14] [15]
La bibliographie indique deux procédés d’extraction de chitine et de fabrication de
chitosane à partir de la carapace des crustacés :
• Le procédé France Chitine
• Le procédé de « Sandong Appollo group »
Ces deux procédés utilisent trois opérations principales pour l’obtention du
chitosane :
2 la déminéralisation ou décalcification des carapaces ;
3 la déprotéinisation pour l’octroi de la chitine ;
4 finalement la désacétylation de cette dernière conduisant au chitosane.
Ces deux procédés restent pratiquement identiques. Leur seule différence réside sur
le fait d’inverser l’ordre de leur opérations de déminéralisation et de déprotéinisation.
V-1 Procédé de France Chitine
La Société France Chitine implantée à Marseille se sert de la coquille de crevette
et des os de calmar comme matières premières pour la fabrication du chitine et du
chitosane. Toutefois la bibliographie ne fournit pas suffisamment d’informations concernant
les détails des opérations relatives à l’extraction de la chitine jusqu’à la préparation du
chitosane .Cette société livre annuellement au commerce 500 tonnes de chitosane de qualité
et de caractéristiques confirmées.
28
28
Le schéma ci- après explicite la procédure de la préparation de chitosane de la
société France chitine.
17 Onitiana
Génie Chimique
• Schéma du flow-Sheet du procédé France Chitine
Organigramme n °1 : Flow-sheet de préparation de chitosane et dérivés selon le procédé France Chitine
V-2 Procédé de « Sandong Apollo Group »
29
29
Carapace de crustacés Os de calmar
Déminéralisation
Déproteinisation
CHITINE
Déprotéinisation
Hydrolyse Désacétylation Carboxyméthylation
GlucosaminOligosaccharide
Carboxymethylchitine
Le firme « Sandong Apollo Group » installé en Chine adopte l’ordre chronologique
indiqué par l’organigramme n°2 pour produire le chitosane à partir des carapaces ou coquilles
de crevettes.
18 Onitiana
Génie Chimique
Dans ce procédé, le broyage de la matière première précède la déprotéinisation qui
sera suivie de la déminéralisation. Après lavage et séchage intermédiaires, la chitine extraite
subit l’opération de désacetylation. Le chitosane ainsi obtenu, est finalement lavé et séché
puis mis sous conditionnements valables.
Les caroténo-protéines résiduelles obtenues lors de la première opération de
traitement de la carapace de crevettes sont récupérées pour être recyclées dans l’aquaculture.
30
30
séchage séchage
broyage
déprotéinisation déprotdéprotéinisation
déminéralisation
filtration
Carapace de crustacé
rinçage
désacetylation
lavage
Organigramme n°02 : Schéma du flow-sheet du procédé de fabrication de
chitosane par Sandong Apollo Group.
19 Onitiana
Génie Chimique
V-3 Autres méthodes
V-3-1 Déminéralisation
Certaines bibliographies indiquent qu’après broyage fin des carapaces de crevettes,
elles subissent un traitement à l’acide chlorhydrique HCl afin d’éliminer les sels minéraux
tels que les carbonates de calcium CaCO3 ou de magnésium MgCO3 .
Certains auteurs utilisent aussi du vinaigre ou de l’acide acétique CH3COOH dilué
pour cette opération.
V-3 -2 Déprotéinisation
Les protéines demeurent les constituants caractéristiques de la matière vivante.
L’ architecture moléculaire assez complexe dépend de la multiplicité des propriétés
et des comportements des protéines.
Certaines protéines présentes dans les carapaces de crustacés provoquent des
allergies et nécessitent alors la dénaturation puis l’élimination lors de l’extraction de la
chitine .
Plusieurs méthodes de déprotéinisation ou de dénaturation de la protéine sont
mentionnées par les auteurs en utilisant des agents chimiques et des agents physiques
(température, rayonnement, agitation). Il existe trois agents chimiques à savoir :
1 ° les agents chimiques dénaturants forts comme les bases ainsi que certains
détergents solubilisant les protéines ;
2 ° les agents très déprotéinisants comme les acides nitriques HNO3 , trichloracétique
CCl3COOH , picrique , perchlorique , solution acide de sels de métaux lourds ;
31
31
3 ° les agents dénaturants faibles tels que l’urée , l’amide et le mercaptoéthanol ,
certaines amines organiques et solvants organiques à température voisine de 0°C.
Comme agents physiques, l’élévation de la température surtout en milieu acide, l’ utilisation
des radiations ultraviolettes et ionisantes ainsi que l’ agitation aux ultrasons accélèrent
la dégradation des protéines .
20 Onitiana
Génie
Chimique
V-3–3 Désacétylation
Cette opération consiste à couper la liaison entre le groupement amine et le
groupement acétyle de la chitine par l’ hydrolyse enzymatique ou basique utilisant le
soude caustique NaOH ou la potasse caustique KOH . Les auteurs mentionnent ci- dessous
deux méthodes :
1 – D’après l’encyclopédie THORPE, on propose l’ utilisation de la soude caustique
concentré de 40% à 50% . Dans ce cas ; l’ hydrolyse s’ avère très agressive et entraîne une
forte dépolymérisation de la macromolécule . Cette technique conduit à un produit de
qualité hétérogène et de composition chimique variable du point de vue longueur de chaîne.
2 - BATISTA et ROBERTS préconisent l’ hydrolyse basique par la soude caustique
NaOH concentrée en présence des solvants miscibles à l’ eau tel que l’ acétone ou l’
isopropanol . La présence de ces solvants réduit la dépolymérisation du chitosane et
rendent possible leurs utilisations.
2- Le procédé d’ hydrolyse par voie enzymatique a été proposé par la société
KITOZYME (France). En effet , l'enzyme "chitine desacetylase" catalyse la conversion de
chitine en chitosane par désacetylation de groupement N-acetylglucosamine.
L'enzyme "chitine desacetylase" a été produit en cultivant le "Mucor rouxii" dans le
bouillon de dextrose de pommes de terre. "Mycelia" a été moissonné et homogénéisé suivi
d’ une centrifugation (pression 25kg/cm2, température 4°C temps 20mn). La purification
nécessite l’ emploi de la sulfate d' ammonium. La fraction d'enzyme reste plus stable avec
une valeur de pH comprise entre 5 à 7 et plus active dans les domaines de pH allant de 4,8
à 5,8.
32
32
Le procédé enzymatique de désacetylation offre plusieurs avantages déterminants.
En effet, il se révèle peu polluant, garantit une qualité reproductible, constante et homogène
du chitosane , préserve son poids moléculaire et permet un contrôle du taux de
désacetylation.
21 Onitiana
Génie Chimique
Conclusion:
Ces deux procédés se montrent complémentaires. Toutefois, la différence réside sur
l' opération de déminéralisation et déprotéinisation . En effet, le procédé France Chitine fait
la déminéralisation avant la déprotéinisation tandis que dans l' autre procédé ces deux
opérations sont inversées.
VI DOMAINES D'UTILISATION DE LA CHITINE , DU
CHITOSANE, ET DE LEURS DERIVES [5] [16] [17] [18] [19]
La chitine constitue le polymère naturel le plus abondant après la cellulose.
Parfaitement purifié elle est non toxique, non allergène et biodégradable. Ses nombreuses
caractéristiques biologiques font de la chitine une matière première de premier ordre dans un
très grand nombre d'applications : industrielle, biomédicale, environnementale,
nutritionnelle, cosmétique...
VI -1 Utilisations médicales et biomédicales
Leurs caractéristiques biologiques particulières : bactériostatique , immunologique,
antitumorale, cicatrisante, hémostatique et anticoagulante confèrent à la chitine et à ses
dérivés de grandes utilités dans le domaine médical.
a - diffusion de médicament
Les membranes de chitosane possèdent par ailleurs l’avantage de pouvoir être
stérilisées et constituent une avantage majeur. Ainsi, YOICHI SAIVAYANGI et al ont
33
33
étudié la perméation de nombreux médicaments comme la prométhazine hydrochloride, la
chloropromazine hydrochloride à travers ces membranes. La filtration des médicaments au
travers des membranes de chitosane dépend de la charge de la membrane, c' est à dire de
son état cationique. Ces membranes présentent une grande perméabilité aux médicaments à
caractère acide.
22 Onitiana
Génie Chimique
b- Application en urologie
En plus de leur stabilité, les membranes de chitosane possèdent aussi les qualités
d’être biocompatible , hémostatique et perméable à certaines substances. Ces
caractéristiques leur offrent la possibilité d' être utilisées en hémodialyse.
En effet, l'hémodialyse est un procédé d'épuration extrarénale débarrassant le sang des
déchets toxiques par diffusion à travers une membrane semi-perméable en cellulose ou en
cuprophane ou aussi le chitosane.
B.KRAJEWSKA et al ont prouvé que les membranes de chitosane- uréase peuvent
aider à l' extraction de l' urée du sang en contribuant ainsi à la désintoxication du sang et à
l’amélioration des systèmes de régénération dialytique dans les reins artificiels.
c-lentilles de contact
En raison de la biocompatibilité du chitosane, et de ses qualités physiques, les
membranes de chitosane trouvent leurs applications en ophtalmologie. En testant les
lentilles à base de chitosane ,les chercheurs ont constatés qu' elles sont plus compatibles aux
membranes de l’œil que les lentilles synthétiques puisqu’elles absorbent de l' eau et
perméables à l' air. Contrairement aux lentilles synthétiques, elles respirent. Ainsi, elles
peuvent être portées plus longtemps.
d- action de protection de la muqueuse gastrique
Le chitosane forme un gel en entrant en contact avec les surfaces acides des
muqueuses et leur sert de barrière aux agressions gastriques sans empêcher le
fonctionnement de la muqueuse. Par conséquent, le chitosane assure d’une part un
34
34
pansement interne à l’estomac dans certains cas d’ulcères et d’autres part une protection
antiacide à la muqueuse gastrique.
e-fabrication de peau artificielle
Les traitements des brûlures à haut degré nécessitent l’utilisation de peau artificielle.
Présentant à la fois les propriétés de perméabilité à l’air, hydratante, cicatrisante et
bactériostatique, elle se résorbe au bout d' un certain temps.
23 Onitiana
Génie Chimique
Une peau artificielle à base de chitine, a été fabriquée au Japon depuis l’année
1987. Cette peau conçue sous forme de tissu, appliquée à la blessure dans une opération
simple est graduellement biodégradée jusqu' à ce qu ' un nouvel épiderme soit formé.
f- greffe osseuse
A cause de sa propriété de biocompatibilité, le N,O-carboxyméthylchitine (NOCC)
mélangé à l’hydroxyapatite (HA) s’ apparente comme une forme de pâte plastique favorable
au moulage comme le plâtre de Paris pour la réparation orthopédique de fractures. Cette pâte
malléable, une fois appliquée à une fracture osseuse, l’ obture tout en renforçant l' os.
g-Chirurgie plastique
Les recherches actuelles annoncent que le N,O-carboxyméthylchitine (NOCC)
accélère de 50% le processus de guérison des blessures aux dermes. Cette vitesse de
guérison accrue découle de l' accélération de la croissance des cellules épithéliales formant
une couche extérieure de la peau.
g-cicatrisation
Les recherches font découvrir que la chitine possède un effet accélérateur du
processus de cicatrisation; la chitine régénérée sous formes de fibres, de nattes non tissées,
ou d’ éponges augmente la vitesse de cicatrisation à plus de 30% par rapport à la
cicatrisation normale.
h-enduit de matériels
35
35
Les expériences ont révélé que la soie standard couverte d' une couche de
chitosane offre des activités de cicatrisation plus faible par rapport aux fibres de chitine.
Mais la gaze chirurgicale couverte d'une fine couche de chitine montre une activité
considérablement importante qu' un échantillon témoin non couvert.
i-traitement de brûlure
Grâce à la propriété absorbante d’eau du chitosane et à sa biocompatibilité , des films
déshydratants peuvent se former directement sur la brûlure par application d' une solution
aqueuse d' acétate de chitosane . La solution bien qu' acide fournit un effet de fraîcheur et
calmant quand on l' applique aux blessures des patients.
24 Onitiana
Génie Chimique
j- Agent anticholestérolémique
Le chitosane fait déjà partie de notre régime alimentaire journalier. Nous l' absorbons
dans son état normal dans les mollusques, les crustacés et les champignons.
Le chitosane n' étant pas assimilable par l’estomac humain, il joue le rôle de fibres
alimentaires dans le mécanisme de digestion. Mais surtout, c'est un excellent gros piège pour
la matière grasse en réduisant considérablement le taux de cholestérol dans le sang. En fait,
il précipite des lipides en réduisant le taux d' absorption de cholestérol de 20 à 30% dans l’
intestin.
k-Parodontologie
Le chitosane est utilisé en paradontologie car il prévient la formation des caries sur
la plaque dentaire, les stomatites et les gingivites.
l-Autres utilisations
Le chitosane joue le rôle d’ agent hémostatique, bactériostatique et spermicide d’ une
part et d’ agent stimulant du système immunitaire d’ autre part.
Les fibres de chitosane servent aussi à la confection de fils de suture chirurgicaux à
points fondants.
36
36
Les comportements biologiques, non antigéniques, non allergéniques et non toxiques
de la chitine , du chitosane et de leurs dérivés leur assurent un développement illimité
dans le domaine médical.
La toxicité du chitosane pour l’organisme humain reste approximativement
équivalente à celle d' un morceau de sucre de table ou d' un sel de cuisine.
VI-2 La cosmétologie
La chitine constitue un excellent produit cosmétique remarquablement bien toléré
par la peau. Sa structure chimique paraît voisine de celle des mucopolysaccharides (héparine
et acide hyaluronique) ,dont la tolérance biologique a été démontrée depuis longtemps.
25 Onitiana
Génie Chimique
En outre c'est un trappeur efficace des métaux lourds, responsables d'un grand
nombre d'allergies de contact.
Grâce à son action particulière, la chitine favorise et ce de manière durable l’
hydratation de la peau.
La chitine et ses dérivés permettent à des principes actifs d'être placés en contact
étroit avec la peau. Ce sont des tenseurs filmogènes particulièrement hydratants. C'est un
nouveau double avantage qui attribue au chitosane son grand intérêt pour l'élaboration des
produits de beauté.
Ces divers avantages conduisent actuellement la chitine et le chitosane aux divers
emplois dans la fabrication de produits cosmétiques comme dans la peau écrèmée, les
shampooings, les laques, les vernis etc.…
Sous forme de chitosane, elle trouve ses utilisations dans divers usages cosmétiques:
• soins capillaires: très efficace du fait du caractère cationique du
chitosane ;
• soins de cheveux: film protecteur, antistatique et adoucissant ;
• soins de l'épiderme: agent protecteur, émollient ;
37
37
• soins buccaux: prévient la formation de la plaque et la carie dentaire,
rafraîchit l'haleine;
• déodorants ;
• soins régénérants et protecteurs.
VI-3 Industries alimentaires
La chitine et surtout le chitosane trouvent de nombreuses applications dans le
domaine de l' industrie alimentaire.
Sous forme microcristalline, la chitine peut être utilisée comme additif de fibres
alimentaires et rehausseur de saveur naturelle. Sous forme de chitosane, elle peut jouer le
rôle d'agent texturant et émulsifiant.
26 Onitiana
Génie Chimique
Le chitosane se présente également comme un agent épaississant et un agent stabilisateur:
deux atouts nécessaires à la bonne uniformité des sauces.
Le chitosane est aussi utilisé pour la fabrication de film d’ emballage de produits
alimentaires.
Il s'emploie également en régime alimentaire normal pour réduire l'absorption de
cholestérol dans le corps humain.
VI-4 Domaines agroalimentaires
Le chitosane est un agent floculant permettant de clarifier les jus de fruits ,le vin
et la bière.
Un des avantages diététiques principaux de chitosane consiste en son interactivité
avec des protéines qui lui attribue des propriétés écumantes. Ainsi un chitosane
de basse viscosité produit une augmentation spectaculaire des propriétés
écumantes des protéines telle que le blanc d'œuf et le petit lait.
L'écumage se produit même avec la présence des lipides. Avec une petite quantité de jaune
d'œuf la meringue peut s' abîmer, l’addition de chitosane de basse viscosité permet
d'empêcher ce phénomène. Ainsi, il contribue à la simplicité du processus de fabrication tout
38
38
en augmentant considérablement la vitesse d'exécution. Cette capacité permet un
développement des produits alimentaires aérés contenant une petite proportion de graisses.
VI-5 Alimentation animale
Comme supplément alimentaire, la chitine peut résoudre les problèmes liés à
l'intolérance au lactose contenu dans les aliments à base de petit lait.
Afin d' éviter tout excès de poids et d' entretenir une meilleure santé, l' addition de
la chitine aux diètes destinées aux animaux de compagnie âgés permet de restreindre
l'absorption d'une partie de l'énergie alimentaire (principalement sous forme de lipide).
27 Onitiana
Génie Chimique
En fait, la chitine permet de leur éviter les prises excessives de poids et contribue à leur
bonne santé.
VI-6 Domaines agricoles
Avec leurs propriétés antifongiques, la chitine et ses dérivés peuvent être exploité
pour la protection végétale. Ils peuvent déclencher les mécanismes défensifs des plantes
contre les infections et les attaques des parasites à raison d’ une dose très faible de l' ordre
de quelques milligrammes par m3 d' eau d’arrosage.
Leur épandage se fait sous forme de solution, ou sous forme de poudre.
Des essais sur des graines enduits de chitosane, dans certaines régions infectées par ces
attaques fongiques aux Etats- Unis, ont prouvé une augmentation de 4 à 20% en rendements
à la récolte.
le chitosane agit à plusieurs niveaux. Indépendamment de son action antifongique,
il renforce également le système d' enracinement et épaissit la tige. Quelques
études montrent que ces actions se manifestent pendant la vie de la plante de façon
directe ou par stimulation de certains processus de défense.
39
39
il joue également le rôle des engrais pour la fertilisation des sols en accélérant le
processus de germination et de la croissance des plantes. En effet, il contribue à
l’effet fertilisant des sols. C'est ainsi que la chitine et le chitosane devenait des
engrais normaux et des pesticides de l' année 2000.
l' épandage de chitosane accroît le rendement protéique des céréales.
On peut utiliser pour l’enrobage des semences, et pour le traitement des eaux et des
sols argileux en jouant le rôle d’ agent de diffusion d' additifs bactéricides.
le NO-carboxyméthylchitine (NOCC) s' utilise essentiellement dans l' agronomie
pour la conservation des fruits. Celle-ci est assurée par le dépôt d' une couche
protectrice sur leur surface des fruits et des légumes à protéger.
28 Onitiana
Génie Chimique
Ce procédé peut s' effectuer sur les pommes, les poires, les poivrons, les tomates, les choux
fleurs, les fraises et les courges. Cette couche protectrice prolonge la vie du fruits en lui
conservant son humidité et en assurant une perméabilité sélective à certains gaz. La pellicule
de NOCC permet au fruit de conserver son gaz carbonique, empêche l' oxygène de pénétrer
et laisse échapper l' éthylène. La durée de vie d' un fruit peut ainsi se prolonger de plusieurs
mois, grâce au gaz carbonique indispensable aux fruits comme l' oxygène à l' être humain. Et
l' éthylène conservé, permet aux fruits de mûrir.
VI-7 Traitement des eaux
La chitine et le chitosane agissent comme des agents de chélation, coagulants et
adsorbants très remarquables. Ces caractéristiques leur confèrent une meilleure efficacité
pour le traitement des eaux potables, eaux à usage industriel et eaux usées.
D’une part, la présence particulière de groupement amine dans sa molécule (de
l’ordre de 7% de sa masse) attribue au chitosane des propriétés uniques parmi tant d’autres
biopolymères telles la propriété complexante de la majorité des cations métalliques contenus
dans les eaux (à l’exception des métaux alcalins) et la propriété adsorbante de certains
40
40
cations métalliques. En effet, sous sa forme amine libre et aux valeurs de pH supérieures à
6,5, le chitosane réagit en donnant des complexes de coordination avec les cations
métalliques notamment les métaux lourds présents dans les effluents ; tandis qu’aux faibles
valeurs de pH (milieu acide), sa forme protonée offre au chitosane la possibilité de piéger
par échange d’ions les métaux à valence élevée sous leurs formes ioniques comme le
molybdène, le vanadium et les métaux lourds.
A ce titre, les membranes de chitosane s’ emploient dans le traitement des effluents
métallifères industriels riches en cations nuisibles à l’environnement. En effet, elles jouent le
rôle de support d’immobilisation par adsorption de ces cations. Elles offrent également la
possibilité d’extraire certains ions métalliques à faible teneur contenus dans les effluents
industriels. De bons résultats ont été acquis avec les ions Cu2+, Ni2+, Co2+, Fe3+ et UO2+.
29 Onitiana
Génie Chimique
Par ailleurs, dans le traitement des eaux usées industrielles et ménagères, ces
membranes de chitosane constituent de parfaits adsorbants des matières organiques : huiles,
graisses, matières polluantes comme les colorants et les produits toxiques incluant les
pesticides et insecticides, notamment le dichlorodiphényltrichloroéthane (DDT) et le
polychlorobenzène (PCBz).
D’autre part, ses propriétés coagulantes permettent au chitosane d’agglomérer puis
de séparer les particules colloïdales dispersées en solution d’où son utilisation dans le
traitement des eaux d’égouts en précipitant certaines pertes anioniques. L’emploi du
chitosane dans l’épuration des eaux d’égouts réduit la demande biologique en oxygène
(DBO) de 80% à 85% et ramène les taux de phosphate à des valeurs moindres.
Finalement, l’Agence de Protection de l’Environnement (EPA) a déjà approuvé
l’usage du chitosane pour traiter les eaux potables renfermant un taux excessif de
magnésium.
VI-8 Clarification du vin
41
41
Plus particulièrement, la chitine constitue un agent de floculation très important
employé comme clarifiant dans le processus de fabrication du vin. En effet, elle permet de
sédimenter pratiquement toutes les particules solides présentes dans le vin après agglutination
par la silice colloïdale éliminant ainsi les protéines et les composés phénoliques indésirables.
VI-9 Industrie de papier
Le chitosane est utilisé dans la fabrication du papier grâce à sa structure moléculaire
ressemblant à celle de la cellulose. Il se substitue aux produits de remplacement d'amine tels
que la gomme de guar et les polysaccharides synthétiques. Il aide et augmente l’effet des
additifs chimiques.
30 Onitiana
Génie Chimique
Enfin, le papier incorporé de chitosane possède un état de surface plus doux et plus
résistant à l'humidité que les papiers ordinaires. Entre autres, c'est un produit de grande
importance dans la production de papier de toilette, papier d'emballage et de carton.
VI-10 Séparation eau - alcool : pérvaporation
La pérvaporation consiste en une séparation des mélanges liquides miscibles .
Offrant une alternative à la distillation et proposée afin d’éviter la distillation azéotropique
de déshydratation de l'éthanol à faible teneur en eau (au maximum 25%). YISONG et al ont
observés que les membranes de chitosane paraissent spécifiques pour la séparation des
mélanges eau- alcool. En effet, ces membranes révèlent une meilleure perméation à l’eau
par rapport aux alcools. L’eau est captée sélectivement par le pérmeat de chitosane et la
teneur en alcool restant dans la solution-mère traitée s’accroît. Les propriétés intrinsèques
des polymères utilisés lors de la préparation des membranes affectent l'efficacité du
processus de pérvaporation et le facteur de séparation diminue avec l’augmentation du
nombre d’ agent réticulant.
42
42
A titre indicatif, le tableau ci- dessous présente les résultats de pérvaporation de
membranes de chitosane réticulées vis à vis de quatre alcools différents :
Tableau n°07 :propriétés de séparation des membranes de chitosane réticulé de
différents alcools.
31 Onitiana
Génie Chimique
VI-11 Autres domaines
A part ces diverses applications, la chitine et le chitosane ainsi que leurs dérivés ont
une place importante dans l'industrie textile, dans le domaine des emballages. Ils peuvent
aussi contribuer à la fabrication de certains ciments et de produits photographiques. Ces
composés admettent d’un intérêt grandissant pour la protection de l'environnement grâce à
leurs caractéristiques chimiques et biologiques.
VI -12 Les oligosaccharides du chitosane
Les oligosaccharides sont des polymères simples de chitosane à faible degré de
polymérisation variant de 2 à 10 solubles à l’eau. Ils s’ obtiennent par l'hydrolyse du
chitosane..
43
43
%massique d' alcool %massique d' alcool facteur de séparation flux en g.h-1m-2
dans la solution mère dans le perméat
Méthanol 85 36,20 9,99 517,7
Ethanol 85 10,50 48,30 161,8
i-PrOH 84 0 ∞ 388,9
n-PrOH 85 1,05 534,02 442,5
Ces oligosaccharides sont voués à de multiples applications. Ils peuvent servir à
protéger la plante contre l'attaque de certains champignons et bactéries pathogènes.
Sur le plan sanitaire, ils peuvent être utilisés comme produits actifs en immuno-
adjuvant et produits à effet anti- tumoral à cause de son pouvoir anti –bactériologique. Ils
peuvent aider à rétablir la flore bactérienne intestinale en résolvant ainsi les problèmes de
désordres gastro-intestinaux. Ce sont aussi des agents régulant du taux de cholestérol du
corps humain.
Dans le domaine de la cosmétologie, ces substances montrent des propriétés
antiseptiques et cicatrisantes lorsqu' elles sont incorporées à des crèmes ou à des pommades
pour la peau..
32 Onitiana
Génie Chimique
VI-13 utilisation médicale du glucosamine
Le chitosane assure le rôle d’ un précurseur de glucosamine. Ce dernier peut se
présenter sous forme de sulfate de glucosamine enrobée de gélatine ou autre et employé
comme médicament contre les arthrites, les arthroses, les douleurs articulaires, l’usure
prématurée des articulations et la dégradation des cartilages.
Etant des extraits des résidus de l'industrie de la pêche, la chitine, le chitosane
ainsi que leurs dérivés figurent dans des multiples applications compte tenu de leurs
caractéristiques chimiques et biologiques. Par conséquent, ces polymères méritent d’être
valorisés mais non p as rejetés dans la nature au détriment de l’environnement.
VII GENERALITES SUR LES POLYSACCHARIDES [20] [21] [22] [23] [24]
VII –1 Notion sur les oses ou monosaccharides
44
44
VII-1-1 Définition
Les oses sont des composés ou hydrates de carbone et ayant la formule
brute C n(H2O)p . Ils sont caractérisés par la présence d’ une fonction carbonylée et de (n-1)
fonctions alcools.
Les oses peuvent être divisés en deux grandes séries selon la nature de la
fonction carbonylée qu’ils renferment:
- les aldoses ( fonction aldéhyde)
- en cétoses ( fonction cétone)
Le nombre d'atomes de carbone variant de 2 à 9 de leur molécule permet de dénommer les
oses. On distingue ainsi les dioses, les trioses, les tetroses, les pentoses, les hexoses etc.…
33 Onitiana
Génie Chimique
VII-1-2 structure des aldohexoses
1-structure linéaire
Les aldohexoses ou hexoses sont des composés à structure linéaire, possédant six
atomes de carbones dont quatre d'entre eux sont des carbones asymétriques.
Ce sont des sucres réducteurs non hydrolysables. Une molécule organique ayant un
nombre n de carbones asymétriques, possèdent généralement 2n isomères optiques dites
aussi énantiomères. C’est ainsi que les hexoses présentent 16 isomères optiques dont 8
énantiomères D et 8 énantiomères L.
La notation D (dextrogyre) ou L (lévogyre) se rapporte à la configuration et à
l'orientation du groupement hydroxyle du carbone asymétrique le plus éloigné de la fonction
aldéhyde selon la représentation de FISCHER sur les monosaccharides . Si ce groupement
se situe à droite, l'ose appartient à la série D, alors que s'il se place vers la gauche, l'ose
correspond à l'isomère L .
45
45
A titre d’ exemple, les configurations énantiomériques du glucose de formule
développée:CH2OH-CHOH-CHOH-CHOH-CHOH-CHO sont indiquées par les
représentations de FISCHER suivantes :
CH
CHO
C
C
CHO
OH
H
H
H
OH
OH
CH2OH CH2OH
OH
H
HO
H
OH
CHO
C
C
CHO
CH
H
D-Glucose L-Glucose
34 Onitiana
Génie Chimique
2- Structure cyclique
La coexistence d'une chaîne polyhydroxylée et d’ une fonction aldéhyde dans les
aldoses entraîne des modifications de propriété du groupe aldéhyde, et introduit une
nouvelle isomère, par suite de la formation d'une structure cyclique. Une telle structure fait
apparaître un nouveau carbone asymétrique, au niveau du carbone 1, offrant la possibilité de
formation à deux nouvelles formes isomères hémiacétaliques ou anomères :
- le composé dextrogyre s’ appelle anomère α
- tandis que le composé lévogyre se nomme anomère β
Le carbone 1 des aldoses se désigne par carbone anomérique.
46
46
A titre d’exemple, le mécanisme de cyclisation du D-glucose en β- D glucose
peut être résumé par le schéma suivant :
D'une façon générale, la forme anomérique α correspond à la même orientation
spatiale du groupement OH de l'hémiacétal et du groupement OH secondaire déterminant la
série .
35 Onitiana
Génie
Chimique
3-Conformation spatiale du glucopyranose
47
47
C
CH2OH
H
C
OH
HC
OH
HC
O H
C
H
OH OH
C
H
C
OH
HC
OH
H
C
CH2OH
Hhémiacétalisation
O
C
H
OH
D - Glucose
O
H
C
OHH
CH2OH CH2OH
CHOH
O
CH2OH
OH
O
CH2OHOH
C
CH2OH
OH H
O
CH2OH
CH OH
CH2OH
O O
CH2OH
OH
OH
projection ( FISCHER - TOLLENS) perspective (HAWORTH)
OO
O
SERI
E
D
S
ER
I
E
L
Figure n° 2 : Conformation spatiale du glucopyranose
VII -1-4 Cas du β -D glucosamine et du N-acétyl β -D glucosamine
L’amino –2 desoxy –2 glucose appelé plus couramment β-D glucosamine
représente la forme cyclique du D glucosamine .
Le N-acétyl β-D glucosamine se définit comme un monomère de glucose
substitué d’ azote et d’ un groupe acétyle rattaché au carbone C- 2 du glucose.
36 Onitiana
Génie Chimique
Comme tous les autres oses , le glucosamine et le N – acétylglucosamine
possèdent des structures linéaires et cycliques dotées de configurations anomériques de
leurs isomères .
48
48
Forme linéaire : D- Glucosamine forme cyclique : β-DGlucosamine
forme linéaire: N-Acetyl D-Glucosamine forme cyclique : N-Acetyl β-D Glucosamine
VII -2 Notions sur les polysaccharides
VII -2-1 Définition
Les polysaccharides se définissent globalement comme des polymères naturels
de haut poids moléculaire, provenant de la condensation d' unités osidiques élémentaires.
37 Onitiana
Génie Chimique
Chaque ose est lié à son voisin par l'intermédiaire d' une liaison osidique formée par
l' élimination d’ une molécule d'eau entre le groupement hydroxyle hémiacetalique du
49
49
CHO
C
C
C
C
CH2OH
NH2
H
OH
OH
H
HO
H
H
OOH
NH2
OHCH2OH
OH
CHO
C
C
C
C
CH2OH
H
OH
OH
H
HO
H
HOH
CH2OHOH
OOH
NHCOCH3
NH C CH3
O
carbone 1 d' un premier ose et d’un autre groupement hydroxyle d' une autre molécule
osidique.
On distingue plusieurs types de polysaccharides:
♦ les polysaccharides formés exclusivement par condensation des oses se
divisant en deux classes : les aldoses et les cétoses
♦ les polysaccharides liés à des protéines ou protéoglucanes
♦ les polysaccharides présentant des ponts peptidiques ou peptiglycanes
♦ les polysaccharides ramifiés avec des lipides ou glycolipides
♦ les polysaccharides formés par des séquences répétitives d'unités
oligosaccharides liées entre elles par les liaisons phosphorodiesters.
Ils peuvent être regroupés en deux grandes catégories : les polysaccharides
homogènes et les polysaccharides hétérogènes
Les polysaccharides homogènes : résultent de la condensation d' un grand
nombre de molécule d' une seule espèce d’ ose comme l’amidon, la cellulose et la chitine.
Les polysaccharides hétérogènes : des substances contenant divers types d'
oses dans leur chaîne polymérique ( rarement plus de 3 à 4 espèces d' oses différents). Une
molécule contenant des acides uroniques et des osamines s’ appelle mucopolysaccharide.
En effet plusieurs constituants peuvent intervenir dans la formation de la
polysaccharide hétérogène: hexoses, pentoses, anhydrohexoses, éthers méthyliques d' oses,
esters divers.
Qu’ il soit homogène ou hétérogène, un polysaccharide peut être à structure linéaire
ou ramifié.
La chitine appartient au groupe des mucopolysaccharides homogènes obtenus par
condensation d’un seul type d’unité monomériques : le β-D- glucosamine.
38 Onitiana
Génie Chimique
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50
Le chitosane figure parmi les mucopolysaccharides hétérogènes provenant de la
polymérisation de deux types d’unité d’osamine : le β-D- glucosamine et le N-acétyl β-
D- glucosamine
La cellulose représente le constituant essentiel des tissus des êtres végétaux
supérieurs. Elle est combinée avec d'autres éléments de la matière végétale comme la
lignine, les matières minérales et les matières grasses. La cellulose destinée pour
l'élaboration des dérivés cellulosiques provient en général du coton et du bois.
Elle se présente sous forme de fibres blanches insolubles dans l'eau et dans les
solvants usuels.
C’est un polysaccharide résultant de la polycondensation du β-D glucose.
La cellulose est un polymère naturel obtenu par répétition du motif dimère de
base : la cellobiose. Il s’ agit d’ une unité disaccharidique issue de la condensation de deux
unités de β-Dglucose.
O
O
O
CH2OH
OH
OH CH2OH
OH
OH
O
cellobiose VII–3 Analyse structurale des polysaccharides [27]-[20]-[25]-[26]
L' élucidation de la structure des polysaccharides reste un travail de longue haleine.
Elle comporte plusieurs étapes:
la détermination de la composition élémentaire en oses ;
la détermination de leur mode de liaison ;
39 Onitiana
Génie
Chimique
l' établissement de la configuration des liaisons ;
51
51
la mesure de la longueur de la chaîne ;
la détermination de structure peut s’ effectuer par différentes méthodes ;
- la méthode de Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) ;
- la méthode de chromatographie en phase gazeuse couplé à la spectroscopie de
masse ;
- la méthode de diffraction des rayons X.
VII-3-1 Détermination de la composition en ose
a) Hydrolyse totale
Cette hydrolyse totale nécessite des réactifs, généralement des acides minéraux mais
le choix des conditions opératoires se fait en fonction de la nature des oses et du type de
liaison osidique concernée.
b) Identification des oses
Des différents techniques chromatographiques existent afin de séparer les oses et
leurs dérivés:
-la chromatographie de partage réalisable sur papier ou sur plaque à l'
aide de solvants monophasiques.
-la chromatographie sur colonne permettant de récupérer les oses en
quantités plus importantes, leur permettant alors une caractérisation plus poussée;
-la chromatographie en phase gazeuse (CPG) : En les transformant par
silylation en dérivés volatiles, les oses peuvent être analysés à la chromatographie en phase
gazeuse. Les solutions glucidiques, après évaporation à sec sont traités par la
triméthylchlorosilane Cl-Si-(CH3)3 et l' hexamethyldisilazane en milieu pyridiné et forment
des dérivés trimethylsilylés volatiles.
Cette méthode permet la séparation des dérivés de deux anomères d' un même ose et
la caractérisation de faibles quantités d' oses.
40 Onitiana
Génie
Chimique
52
52
c)composition quantitative
Le dosage des différents oses obtenus après séparation
chromatographique s’ effectue à l' aide des réactions colorés.
A titre d’ exemple : le dosage des pentoses avec l' orcinol chlorhydrique
donne une coloration verte.
VII -3-2 Détermination de la structure
1)but :
La détermination de la structure vise plusieurs objectifs à savoir:
♦ la séquence des oses ;
♦ le type de liaison ;
♦ la configuration anomérique ;
♦ et le degré de ramification.
Pour arriver à ces fins,
il faut fragmenter la molécule par hydrolyse soit par voie chimique soit par voie
enzymatique.
2) hydrolyse acide
a)hydrolyse totale
Elle s’ obtient en traitant au chauffage à reflux la solution glucidique par une solution
6N d’acide chlorhydrique ou solution 4N d’ acide sulfurique dans le mélange de solvant
méthanol/eau.
b)hydrolyse partielle
Les polysaccharides linéaires homogènes conduisent après hydrolyse partielle vers
une série d' oligosaccharides homologues. Par contre, les liaisons osidiques des
polysaccharides hétérogènes ne présentent pas la même résistance lors de l' hydrolyse.
41 Onitiana
Génie Chimique
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53
Dans tous les cas, le choix des conditions d' hydrolyse s’ opère de façon à obtenir
une forte dépolymérisation et un minimum de destruction des structures osidiques.
Parmi les réactifs d' hydrolyse partielle généralement employés figurent :
• l’ acide sulfurique H2SO4 dilué à 0.01N maintenu à la température de 100°C ;
• l’ acide nitrique HNO3 à 3% ;
• Le mélange d’ acide trifluoracétique CF3COOH et d’ acide formique
HCOOH.
L' autohydrolyse peut également être utilisée par simple chauffage en solution aqueuse à
température déterminée du polysaccharide.
c)hydrolyse enzymatique
Elle assure simultanément la fragmentation des polysaccharides, la
détermination de la configuration anomérique des liaisons et l'élimination des unités
branchées. Elle peut être réalisée :
-soit par des endopolysaccharidases hydrolysant au hasard les liaisons
osidiques à l'intérieur de la molécule et conduisant à une série d’
oligosaccharides de degré de polymérisation varié.
-soit par des exopolysaccharidases en l'hydrolysant du polysaccharide à
partir de l'extrémité non réductrice.
-ou par des osidases banales qui font libérer un ose situé à l'extrémité non
réductrice ou branchée sur une chaîne. Ces enzymes présentent des
spécificités, non seulement d'un ose mais aussi de la configuration
anomérique de la liaison.
3-Détermination du mode de liaison
Cette détermination met en œuvre deux réactions chimiques : la méthylation et
l'oxydation périodique.
42 Onitiana
Génie Chimique
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a)Méthylation ou perméthylation
Cette méthode consiste à méthyler tous les hydroxyles libres de la molécule, y compris les
groupes réducteurs libres par le biais d’ agents donateurs du groupe méthyle en milieu
alcalin . Les groupes hydroxyles réagissent comme des alcoolates.
Trois techniques sont utilisées :
1-Methode de PURDIE et IRVINE qui utilise l'iodure de méthyle en milieu
alcalin
R-OH NaOH R-ONa CH3I R-OCH3+ NaI
2-Methode de HAWORTH: utilisant le sulfate de méthyle en présence de
NaOH.
2R-OH NaOH 2R-ONa (CH3)2SO4 2R-OCH3+ Na2SO4
La faible réactivité de certains groupements hydroxyle oblige à répéter les
réactions de méthylation à plusieurs reprises.
3-Methode de HAKOMORI : c’est un procédé universel assurant la
perméthylation en une seule étape en se servant le méthylsulfinil anion très réactif, obtenu
en faisant réagir l'hydrure de sodium (NaH) sur le diméthylsulfoxyde (DMSO)
CH3-S-CH3 + NaH CH3-S-CH2-Na++H2
R-OH+CH3-S-CH2Na+ R-ONa+CH3-S-CH3
R-ONa + CH3I R-OCH3 + NI
b)oxydation périodique
Elle permet de déterminer la nature du cycle d' un oside et le mode d' enchaînement
des unités monomériques. L' oxydation périodique des oses provoque une fragmentation
complète de la molécule. Dans un polysaccharide la fonction hémiacétique étant bloquée, la
réaction se déroulera au niveau des α -glycols. Il existe alors une formation d’ aldéhydes et il
y aura libération d' acide formique HCOOH par oxydation partielle de la molécule fictive.
43 Onitiana
Génie Chimique
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Les dosages de l' acide périodique (HIO4) consommé et de l' acide formique HCO2H formés
aboutissent à la détermination de la longueur de chaîne des polysaccharides linéaires.
4-Détermination de la longueur des chaînes polymériques
Pour les polysaccharides linéaires, il suffit de déterminer le nombre total d' unités
monosaccharides après hydrolyse totale et celui des unités terminales réductrices ou non.
La détermination du degré de polymérisation DP ou n d’ un polysaccharide se
traduit par la relation suivante:
nonousréductricealesterunitésdNombreunitédtotalNombreDP
min''=
La détermination des unités terminales réductrices peut se faire par la réduction au
borohydrure de potassium suivie d’ une hydrolyse et d’ un dosage par oxydation
périodique avant d' être titré au moyen de l’ acide chromatropique.
Pour les polysaccharides ramifiées, le rapport du nombre total d' unités
monosaccharides sur le nombre d' extrémités non réductrices donne la longueur moyenne
des chaînes .
VII-3-4 Analyse fonctionnelle organique par la spectroscopie infra-rouge IR
La méthode d’analyse par spectroscopie à l’infrarouge offre la possibilité de détecter
la présence de diverses fonctions organiques entre autres les fonctions carbonyle C=O,
hydroxyle OH, amine NH2, etc.
La connaissance de la valeur de la longueur d’onde λ d’ absorbance des pic
exprimé en mm-1 permet d’identifier la fonction présente dans la molécule d’ose.
VII-3-5 Analyse sur chromatographie en phase gazeuse (CPG) couplée à la spectroscopie de
masse (SM)
Par transformation des fragments ou mélange d’ oses obtenus lors de l' hydrolyse
totale du polysaccharide, en dérivés volatiles ( silylation au chlorotrimethylsilane), on peut
déterminer la masse moléculaire des fragments obtenus par des méthodes de couplage
CPG- SM. Elle permet d' opérer sur des chaînes polysaccharidiques.
44 Onitiana
Génie Chimique
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Cette combinaison analytique conduit à une analyse rapide des compositions qualitatives et
quantitatives du polysaccharide étudié.
VII-3-5 Analyse structurale par la résonance magnétique nucléaire (RMN)
Récemment, l' établissement des spectres RMN à une dimension(spectre proton 1H et 13C) et des spectres RMN à deux dimensions (1H-1H), (1H-13C) pour une molécule donnée
permet l’ analyse structurale et conformationnelle très précise des polysaccharides.
VII-3-6 Méthode par diffraction aux rayon X
Elle met en évidence l' élucidation de structure et conformation de polysaccharide
possédant une certaine cristallinité.
VII –4 Analyse structurale de la chitine et de la chitosane
Des analyses structurales par les méthodes de spectroscopie infrarouge et de RMN
effectuées au laboratoire de chimie de l’ Institut National de Chimie et des Substances
Naturelles de Gif sur Yvette sur des échantillons de chitine et du chitosane extraits des
carapaces de crustacés ont conduit aux spectres IR et RMN des figures 3 et 4 . Les résultats
de ces analyses confirment les structures déjà connues de la chitine et du chitosane.
( Cf. figure n° 3 Spectre IR de la chitine et du chitosane et figure n°4 Spectre RMN
de la chitine et du chitosane page n° 46)
45 Onitiana
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Génie Chimique
CONCLUSION
Cette synthèse bibliographique nous donne un aperçu général sur la chitine, le
chitosane et leurs domaines d’application encore en expansion. Ces biopolymères considérés
comme des matériaux miracles revêtent des propriétés chimiques et biologiques particulières.
En effet, ils possèdent les avantages majeurs d’être biocompatibles, non allergènes et
biodégradables qui leur promettent alors de diverses utilisations ultérieures dans des
domaines très variés.
La présence de la chitine dans les carapaces de crevettes (produits de la pêche
abondants localement) lui confère une exploitation intense. De plus ces coquilles ,en étant des
résidus d’industries crevettiers généralement rejetés dans la nature et polluants l’
environnement, méritent d’être valorisés et faisant l’objet de la deuxième partie de cet
ouvrage. Les études bibliographiques menées dans la première partie nous renseignent sur les
indications à suivre pour aborder les aspects pratiques d’extraction de la chitine et de
préparation du chitosane à partir des carapaces de crevettes.
47 Onitiana
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DEUXIEME PARTIE :
ETUDES EXPERIMENTALES
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Génie Chimique
ETUDES EXPERIMENTALES
La deuxième partie de cet ouvrage rassemble les travaux d’expérimentation
effectués au laboratoire pour mener à bien les études sur l’extraction de la chitine et la
préparation du chitosane. Les études bibliographiques abordées dans la première partie nous
ont donné une ébauche d’idées sur les travaux à effectuer pour procéder à cette préparation.
Notre étude expérimentale dont l’objectif consiste à préparer du chitosane à partir
des carapaces de crevettes comprend quatre étapes principales :
-analyse de la matière première ;
-essai d’optimisation des paramètres influant sur l’extraction de la chitine ;
-essai d’optimisation des paramètres influant sur la préparation du chitosane ;
-et finalement ,l’analyse des produits finis.
Les aspects pratiques s’illustrent avec quelques applications de nos produits finis.
I -ANALYSE DE LA MATIERE PREMIERE
Avant d’entamer la préparation du chitosane, une étude préalable des
caractéristiques de la carapace de crevette s’avère nécessaire . En effet, l’analyse de la
matière première permettra d’élucider les paramètres à étudier et à optimiser lors de
l’extraction de la chitine. En particulier, quelques déterminations s’imposent :
-la teneur en cendre ;
-les teneurs en carbonates de calcium et de magnésium ;
- la teneur en matières solubles dans les solvants organiques ;
-la teneur en protéines ;
-la teneur en chitine.
48 Onitiana
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Génie Chimique
I-1 Teneur en cendre
La détermination de la teneur en cendre permet de quantifier le taux de matières
minérales présentes dans la matière première .Cette teneur varie en fonction du lieu
d’exploitation des crevettes.
a- Mode opératoire
-Sécher dans une étuve à 100°C la carapace de crevette
-Peser une masse m0 de carapace ainsi séchée
-Incinérer dans le four carbolithe à une température de 850°C à 900°C pendant 3 heures
-Peser la masse de cendre obtenue, désignons cette masse par m1
a- Calculs et résultats
La teneur en cendre de la carapace de crevette est déterminée par la formule suivante :
1000
1 ×=mm
CDτ
Les résultats de la détermination de la teneur en cendre sont récapitulés dans le tableau n°8
Tableau n°8 résultat de la teneur en cendre
I –2 Teneur en carbonate de calcium et carbonate de magnésium
Les carbonates de calcium et de magnésium représentent les éléments minéraux
majoritaires de la carapace de crevette. La connaissance de leurs teneurs totales facilitera le
contrôle de la déminéralisation servant à éliminer ces sels minéraux pouvant nuire à la
qualité de la chitine et du chitosane .
49 Onitiana
62
62
N° des essais 1 2 3 moyenne
m0 (g) 0,8826 1,0151 1,5002 1,1326
m1 (g) 0,2880 0,3326 0,4881 0,3696
Teneur en 32,63 32,77 32,54 32,65cendre %
Génie Chimique
a– Mode opératoire
Les cendres de masse m1 obtenues après calcination sont dissoutes dans
100ml de solution diluée (1N) d’acide chlorhydrique. On procède au dosage
complexométrique de 10ml de cette solution par une solution titrée à 10-2 M de l’ Ethylène
Diamine Tetraacétique (EDTA) dans une solution tampon en présence d’indicateur coloré
approprié .
Ces analyses permettront d’évaluer les taux de carbonates de calcium et de
magnésium constituant les matières premières.
b - calculs et résultats
b –1 teneur en carbonate de calcium (CaCO3)
D’ après le dosage complexométrique effectué en présence de murexide dans
une solution de pH tamponnée à 12,5 par une solution diluée de soude caustique, la teneur
en carbonate τ0Ca en carbonate de calcium de la carapace de crevette étudiée se résume par la
relation
10001
3220 ×
×××=
mVMVC CaCO
Caτ
ou C2 = concentration de la solution 10-2M d’ EDTA
V2 = volume de la solution 10-2M d’ EDTA versé pour obtenir le virage
V = volume total de solution utilisée pour la dissolution des cendres (100ml)
V1= volume de prélèvement (10ml) à partir da la solution mère de volume V
MCaCO3 = masse molaire de carbonate de calcium (100,1 g)
m0 = masse de la carapace utilisée
b -2 teneur en carbonate de magnésium (MgCO3)
En effectuant le dosage complexométrique à l’ Ethylène Diamine Tetraacétique
(EDTA) en présence de Noir Eriochrome (NET) dans une solution tampon ammoniacale à
pH =10, l’équivalence de titrage correspond à la somme des titres des ions Ca2+ et Mg2+ .
63
63
50
Onitiana
Génie
Chimique
Le titre en ion Mg2+ équivaut alors à la différence de volume V’2=V3-V2 de la solution
d’ EDTA versée . La teneur τ0Mg en carbonate de magnésium dans la carapace de crevette
se déduit à partir de la relation :
( )
10001
3230 ×
×××−×
=mV
MVVVC MgCOMgτ
où les grandeurs restent identiques à celle du dosage précédent, à l’exception de :
V3= volume de solution 10-2M d’ EDTA versée en présence de NET
MMgCO3=masse molaire de carbonate de magnésium (84.3 g)
b –3 Autres matières minérales
La différence τR entre la teneur en cendre et la somme des teneurs en
carbonate correspond à la teneur des autres matières minérales présentes dans la carapace de
crevette (SiO2 , Fe2O3 , NaCl ,…)
τR= τCD -( τ0Ca + τ0Mg )
Les résultats des analyses des matières minérales sont résumés dans le tableau suivant :
Tableau n° 9 résultats des analyses des matières minérales
64
64
Essais 1 2 3 Moyenne
Teneur en 32,65 32,80 32,52 32,65cendre τCD (%)teneur en 17,00 17, 016 17,02 17,01 CaCO3 τ0Ca (%)
Teneur en 13, 79 13,84 13,94 13,85 MgC03 τ0Mg (%)
Autres matières 1,86 1,944 1,56 1,79 minérales τR (%)
51 Onitiana
Génie Chimique
I –3 Teneur τ S en matières solubles dans les solvants organiques
La teneur en matières solubles dans les solvants organiques ( matières grasses,
pigments, etc.…) peut être obtenue en faisant leur extraction par macération à froid d’une
masse mo connue de carapace pendant 24 heures à 3 reprises dans le chloroforme .
Les extraits chloroformiques sont rassemblés et disposés dans un ballon taré puis
évaporés à sec à 40°C sous pression réduite dans le rotavapor. La masse m s de matière
soluble se déduit alors en pesant le ballon contenant l’extrait sec après évaporation de
solvant.
Le taux de matières solubles dans le chloroforme se détermine par la relation :
100×=o
SS m
mτ
où m0 : masse initiale de l’échantillon de carapace
ms : masse de la carapace après macération chloroformique
I –4 teneur en protéines totales
Les protéines représentent les constituants organiques majeurs composant la
coquille de crevette. Ainsi, la connaissance de leur teneur s’impose pour la suite de nos
travaux d’extraction de la chitine. Ces protéines se présentent généralement sous forme
des composés macromoléculaires complexes, non volatils et insolubles dans les solvants
classiques. Ainsi, leur dosage quantitatif s’avère difficile. Cependant, la méthode que nous
utilisons pour permettre de trouver la teneur en protéines totales consiste à procéder à la
déprotéinisation à plusieurs reprises de la carapace par une solution alcaline diluée (NaOH à
3N) , portée à l’ébullition dans un chauffage à reflux pendant 2 heures. Après lavage, la
déproteinisation effective se découvre à l’aide d’un test à la ninhydrine (à 2% dans l’eau ) se
colorant en bleu-violet caractéristique en présence de protéines résiduelles. En leur absence, la
ninhydrine reste incolore.
65
65
52 Onitiana
Génie Chimique
La teneur en protéines totales se déduit de la différence entre la masse m 1 de
l’échantillon obtenu après macération chloroformique et sa masse m’1 restante après
déprotéinisation.
( )
10011 ×′−
=O
PT mmm
τ
I-5 Teneur en chitine
La chitine reste le constituant principal de la carapace de crevette. La détermination
de sa teneur s’avère difficile à cause de l’absence de groupements terminaux réducteurs dans
sa structure moléculaire. Toutefois, cette teneur peut être calculée avec la méthode par
différence ou la méthode du reste selon la relation suivante :
τchitne= 100 – (τCD +τPT +τS)
Le tableau suivant présente le résumé des résultats de nos analyses effectuées sur la
carapace de crevette étudiée par rapport aux matières sèches :
Tableau n° 10 : résultats des analyses de la matière première
66
66
Compositions Teneurs % Teneurs % Expérimental bibliographique
Chitine 31,37 27
Protéines totales 36,76 40
Matières solubles dans le 0,52 0 Chloroforme
Cendres 32,65 33 CaCO3 17,01 MgCO3 13,85 Autres matières minérales 1,79
53 Onitiana
Génie
Chimique
La teneur en chitine de la carapace étudiée de 31,37% apparaît légèrement
supérieure à la valeur indiquée dans la partie bibliographique. La différence peut provenir du
type et du lieu d’exploitation des crevettes collectées.
II - ETUDE DE LA PREPARATION DU CHITOSANE
Ce paragraphe met en évidence d’une manière générale les différentes
opérations nécessaires pour procéder à la fabrication du chitosane au laboratoire. Il décrira de
manière explicite le principe de base, le flow-sheet du processus de fabrication en partant de
la matière première jusqu’à l’obtention des produits voulus et les appareillages utilisés y
seront décrits de manière explicite.
II –1 Principe
Le principe de base consiste à extraire la chitine à partir des coquilles de
crevette par traitements successifs avec des bases et des acides minéraux. Cette substance,
après purification, subissent ensuite l’hydrolyse basique ou désacétylation pour libérer le
chitosane.
II –2 Flow-sheet du processus de fabrication du chitosane à l’echelle
laboratoire
Le flow-sheet englobe les différentes étapes à suivre lors de la préparation du
chitosane dont nous décrivons dans l’organigramme n°3 (page 55).
II –3 description du processus de fabrication du chitosane
II –3 –1 Carapaces de crevette
67
67
Les matières premières collectées dans divers points de ventes doivent être aussi
fraîches que possible pour faciliter l’extraction et de préserver la qualité des produits obtenus.
Ainsi leur triage préalable est nécessaire.
54 Onitiana
Génie Chimique
68
68
carapace de
crevette
lavage
déprotéinisation
Filtration-lavage
déminéralisation
Filtration-lavage
séchage
chitin
désacétylation
Filtration-lavage
Récupération du solvant séchage
Organigramme n ° 3 : Flow-sheet de la préparation du chitosane
55 Onitiana
Génie Chimique
II –3 –2 lavage
Les carapaces ainsi obtenues subissent un lavage à l’eau courante du robinet et un
trempage dans l’eau distillée pendant quelques heures afin de débarrasser les chairs restantes
et les autres impuretés présentes.
II –3 –3 Déprotéinisation
Cette étape consiste à provoquer la dégradation des protéines à l’aide d’une solution
alcaline de soude plus ou moins concentrée(1N à 3N ) sous l’effet de la chaleur, d’où la
nécessité d’une activation thermique à ébullition ou à température modérée par un chauffage à
reflux. Avant de passer à la déprotéinisation effective, la carapace de crevette doit d’abord
être macérée dans une solution de soude diluée (1,5N) afin d’éliminer les matières solubles.
Après la déprotéinisation, on récupère la chitine englobant les matières minérales.
II –3 –4 Filtration lavage
Après l’opération de déprotéinisation, la produit obtenu subit une filtration. En effet
la chitine brute se détache des eaux résiduaires de déproténisation au moyen d’une passoire.
Vient ensuite, le rinçage de la phase solide à l’eau distillée pour faire disparaître toutes traces
alcalines (pH voisin de 7 à 8).Après plusieurs filtrations et successions de lavage, la chitine
subit un test à la ninhydrine afin de vérifier l’absence de protéines.
II –3 –5 Déminéralisation
Cette opération consiste à éliminer les carbonates de calcium et de magnésium,
matières minérales les plus abondantes dans les matières premières, par une solution d’acide
chlorhydrique (1N à 3N). Ces éléments minéraux dans la carapace se dissocient plus aisément
sous l’action de la chaleur obtenue au moyen d’une plaque chauffante ou d’une étuve en
maintenant constante le volume de réactif utilisé ou en procédant la déminéralisation par
chauffage à reflux. La chitine se libère après un temps convenable de réaction.
69
69
Chitosane
56 Onitiana
Génie
Chimique
Figure n°5 appareillage utilisé lors de la déminéralisation
II –3 –6 Filtration lavage
La filtration s’ impose pour séparer la chitine de la phase liquide ou de la solution
aqueuse d’acide chlorhydrique résiduelle. La procédure reste identique à celle de la
déprotéinisation. Ensuite, la chitine est lavée à l’eau distillée jusqu’à l’obtention d’un pH
neutre voisin de 6 à 7. Après le lavage, la chitine subit un test supplémentaire à la ninhydrine
pour confirmer l’absence de matières protéiques nuisibles à la bonne qualité du chitosane à
produire.
II –3 –7 Séchage
La chitine purifiée provenant de la déprotéinisation subit un séchage à l’étuve à la
température de 70°C.
70
70
57 Onitiana
Génie Chimique
II –3 –8 Broyage
Pour une raison de commodité ( facilité à la filtration ), le broyage de la chitine
s’effectue seulement après la déminéralisation. Après le séchage, la chitine est introduite dans
un mini- broyeur à lames conduisant à une granulométrie inférieure à 1 mm.
II –3 -9 Chitine
La chitine ainsi purifiée se présente donc sous forme de paillette ou de poudre de
couleur blanche. Elle est insoluble dans l’eau, dans l’acide et dans les solvants organiques
usuels.
II –3 -10 Désacétylation
Figure n°6 appareillage utilisé lors de la désacétylation
Cette opération consiste à faire l’hydrolyse basique de la chitine dans une solution
éthanolique d’hydroxyde de potassium (KOH) plus ou moins concentrée(6N à 12N ) à
71
71
température modérée (60°C à 100°C). Nous avons adopté le chauffage à reflux afin de
pouvoir maintenir constant le volume du milieu réactionnel. Cette opération résulte à la
libération du chitosane.
58 Onitiana
Génie Chimique
II –3 –11 Filtration lavage
La filtration normale s’avère trop lente. Par conséquent, nous avons choisi de
procéder à la filtration sous vide. Le résidu de désacetylation est lavé à l’eau distillée jusqu’à
l’obtention d’un pH neutre, tandis que le filtrat est récupéré en vue du recyclage de l’éthanol
et de l’hydroxyde de potassium résiduel.
II –3 -12 Séchage
Pour leur bonne conservation, le produit de désacetylation ou le chitosane ainsi
obtenu subit un séchage supplémentaire à l’étuve à la température de 70°C pendant 3 heures.
II –3 –13 Le chitosane
Le chitosane sec ainsi préparé présente le même aspect que la chitine. C’est une
poudre blanche, soluble dans l’acide acétique dilué où il se comporte comme une solution à
consistance visqueuse.
II –3 –14 Récupération du solvant
Le traitement du filtrat s’opère sous pression réduite au rotavapor afin de récupérer
l’éthanol utilisée lors de la désacetylation. L’alcool ainsi obtenu pourra être recyclé pour
l’économie de production.
II-3-15 Recyclage de l’hydroxyde de potassium résiduel
Le filtrat de désacétylation épuisé en éthanol subit un traitement par de gaz
carbonique. Ainsi, le bicarbonate de potassium précipite. Ce dernier, séché et calciné à 600°C
puis traité par le lait de chaux Ca(OH)2 conduit à une solution d’hydroxyde de potassium.
Après filtration et concentration par évaporation sous pression réduite, la potasse
caustique peut être recyclée dans le circuit de désacétylation.
Les différentes réactions mise en jeu sont :
(1) KOH +CO2 KHCO3
(2) 2KHCO3 Δ 600°C K2CO3 + H2O + CO2
72
72
(3) K2CO3 + Ca(OH)2 2KOH + CaCO3
59
Onitiana
Génie
Chimique
III- ETUDE DES DIFFERENTS PARAMETRES INFLUANT SUR LES ETAPES
D’EXTRACTION DE LA CHITINE
Le processus d’extraction de la chitine à partir de la carapace de crevette
nécessite deux opérations principales : la déminéralisation et la déprotéinisation. Les
paramètres contribuant à la meilleure conduite de chaque opération consistent en :
la température ;
la durée de cuisson ;
la normalité des réactifs utilisés.
III-1 déminéralisation
La déminéralisation ou décalcification vise à éliminer les matières minérales
présentes dans les matières premières en majeure partie composées des carbonates de calcium
et de magnésium (30,86% de la masse de carapace).A chaque essai, la détermination du taux
de déminéralisation s’impose afin de pouvoir constater l’efficacité des conditions opératoires
utilisées et de fixer les valeurs optimales des paramètres à adopter dans la suite des travaux
d’expérimentation
III –1 -1 Méthode d’analyse
Pour chaque essai, une masse m0 de carapace de crevette est disposée dans un
ballon de 500ml puis traitée par un volume de 100ml de solution diluée d’acide
chlorhydrique à concentration voulue. On effectue ensuite un chauffage à reflux du mélange
dans un bain-marie porté à la température désirée. Après avoir atteint la durée de
déminéralisation préconisée, le mélange subit la filtration et lavage à l’eau déminéralisée
jusqu’à la neutralisation (pH=7) vérifiée à l’acide du papier indicateur de pH. Les eaux de
lavage sont récupérées puis ramenées à un volume bien déterminé (1000ml). Pour mieux
73
73
connaître la teneur en ions calcium et magnésium dissous dans les eaux de lavage, on procède
au dosage complexométrique à l’acide Ethylène Diamine Tetraacétique (EDTA) d’un volume
connu de cette eau de lavage en présence d’indicateurs colorés adéquats et à pH tamponné.
60
Onitiana
Génie Chimique
Les masses de carbonate de calcium et de magnésium dissoutes et extraites de la
carapace se déterminent à partir des formules :
( )
31
223 CaCOfCaCO MV
VVCm ×××=
( )[ ]
31
2223 MgCOfMgCO MV
VVVCm ××−′×=
Où C2 : concentration de la solution d’ EDTA utilisée pour le titrage
V1 : volume de prélèvement des eaux de lavage
V2 : volume de solution d’ EDTA à la concentration C2 versée en présence de murexide
V’2 : volume de solution d’ EDTA à la concentration C2 versé en présence de NET
VF : volume total du filtration et de l’eau de lavage
Le rendement ou taux de déminéralisation s’exprime approximativement par la relation :
( )
( ) 10033 ××+
+=
ooMgoCa
extraitesMgCOCaCODM m
mmττ
τ
III –1 –2 Effet de la normalité de la solution acide
Le but de cette étude expérimentale est de trouver la normalité de la solution diluée
d’ acide chlorhydrique nécessaire et suffisante pour acquérir le maximum de rendement
décalcification, en maintenant constante la température et la durée de déminéralisation , nous
74
74
essayons de faire varier la normalité de la solution acide servant à cette opération .Le
rendement ou taux de déminéralisation s’évalue à partir de la relation précédente après
dosage complexiométrique des ions calcium et magnésium.
Conditions opératoires
Durée de déminéralisation =1h ou 2h
Température de déminéralisation = 100°C
61
Onitiana
Génie Chimique
Les résultats obtenus sont regroupés dans les tableaux suivants :
Tableau n°11 : Taux de déminéralisation en fonction de la normalité de la solution acide
Les courbes montrant l’ évolution des taux de déminéralisation en fonction du paramètre
normalité de la solution acide sont tracées dans la figure n° 7
TDM=f(N)
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
0,5 1 1,5 2 2,5 3normalité
TDM 1 heure2 heure
75
75
Normalité de la solution acide 0,5N 1N 1,5N 2N 2,5N 3N
Taux de déminéralisation % (1h) 94,70 97,20 99,02 99,50 99,52 99,90
Taux de déminéralisation % (2h) 98,44 99,50 99,81 99,90 99,92 99,92
Figure n°7 : courbe des taux de déminéralisation en fonction de la normalité de la solution
acide utilisée
Ces résultats indiquent que la déminéralisation ou décalcification des carapaces de
crevette apparaît effective à partir des normalités supérieures ou égales à 2N , pendant 2
heures à 100°C avec un rendement supérieure à 99,90%.
62
Onitiana
Génie Chimique
III –1 –3 Effet de la durée de la déminéralisation
La durée de déminéralisation constitue un des paramètres nécessaires afin de mener
à bien la décalcification . L’effet de ce paramètre sur la déminéralisation des carapaces peut
être déterminé en fixant la température et la normalité de la solution acide.
Les résultats obtenus lors de l’expérience sont donnés dans le tableau suivant :
Conditions opératoires : température 100°C, normalités 1N ou 2N
Tableau n° 12 : Taux de déminéralisation en fonction de la durée de réaction
76
76
Durée de réaction 1h 2h 3h 4h 5h
Taux de déminéralisation 97,20 99,50 99,80 99,86 99,91(HCl 1N) en %
Taux de déminéralisation 99,50 99,90 99,92 99,96 99,97 (HCl 2N) en %
TDM=f(t)
95,596
96,597
97,598
98,599
99,5100
100,5
1 2 3 4 5temps
TDM TDM (1N)TDM (2N)
Figure n° 8 courbe du taux de déminéralisation en fonction de la durée de réaction
Ces résultats confirment que la déminéralisation est pratiquement atteinte en traitant les
carapaces par une solution 2N d’acide chlorhydrique pendant 2heures à 100°C .
63
Onitiana
Génie Chimique
III –1 –4 Effet de la température de la déminéralisation
L’essai a pour but de montrer l’effet de l’élévation de la température sur le
rendement de déminéralisation . En effet , la chitine comme tous les composés organiques
risque de se détériorer pour une température trop élevée d’où nécessité d’une parfaite
maîtrise de ce paramètre, tout en maintenant une durée de cuisson et une normalité de la
solution acide toujours constantes.
Les résultats de l’étude de ce paramètre sont indiqués dans le tableau n° 13
Conditions opératoires : normalités 1N ou 2N et t = 2heures
Tableau n° 13 : taux de déminéralisation en fonction de la température
77
77
Température de réaction (°C) 60 70 80 90 100
Taux de déminéralisation 72,02 82,53 98,01 99,20 99,50(HCl 1N) en %
Taux de déminéralisation 97,02 98,41 99,02 99,50 99,90(HCl 2N) en %
TDM=f(0)
0
20
40
60
80
100
120
60 70 80 90 100température
TDM TDM(1N)TDM(2N)
Figure n °9 courbe du taux de déminéralisation en fonction de la température
64
Onitiana
Génie Chimique
Les tracés des courbes d’évolution du taux de déminéralisation en fonction de la
température de cuisson montrent qu’aux températures inférieures à 90°C pendant 2h de
cuisson , le rendement de décalcification reste inférieure à 99% d’où la nécessité d’opérer à
une température supérieure à 90°C. En effet , la décalcification à basse température exige une
macération pendant plusieurs heures dans une solution d’acide chlorhydrique diluée.
En conclusion, ces résultats nous permettent de déduire que l’opération de
déminéralisation ou élimination des matières minérales est effective en traitant les carapaces
de crevettes avec une solution 2N d’acide chlorhydrique pendant 2heures à une température
comprise entre 90°C à 100°C.
III –2 Déprotéinisation
78
78
Cette opération nécessite l’utilisation d’un réactif comme la soude caustique.
Similairement à la déminéralisation, nous devons déterminer les conditions de travail ou
facteurs déterminants en vue d’une meilleure déprotéinisation : à savoir la température, la
durée de réaction et la normalité de la soude .Le contrôle de l’effectivité de cette opération se
fait au moyen de test qualitatif à la ninhydrine.
III –2 –1 Méthode d’analyse [26]
Rappelons que d’après le paragraphe I-4, les protéines ou matières protéiques
figurent parmi les substances organiques très complexes dont le dosage quantitatif s’avère
très difficile. De ce fait, l’effectivité de déprotéinisation sera seulement suivie au moyen de
tests à la ninhydrine.
Ce sont des tests qualitatifs permettant uniquement de déceler la présence de ces protéines
dans la chitine et non la détermination de leur teneur. Le réactif utilisé doit être fraîchement
préparée en dissolvant 0,2 g de ninhydrine dans 100ml d’eau distillée. La réaction des
protéines avec la ninhydrine est une réaction générale de toutes les protéines et des acides
aminés libres, à l’exception de la proline et l’oxyproline . L’apparition d’une coloration bleue
violette permet de déceler la présence des protéines.
65 Onitiana
Génie Chimique
III –2 –2 Effet de la normalité de la solution alcaline
Pour la détermination de l’effet de la normalité de la solution alcaline sur la
déprotéinisation, nous avons fixé les paramètres température et temps de cuisson. Le mélange
réactionnel composé de chitine et de soude caustique est maintenue à ébullition constante par
chauffage à reflux pendant deux heures. Cinq valeurs de normalités ont été essayées durant
cette opération de déprotéinisation .Le tableau suivant nous résume les résultats obtenus :
Tableau n° 14 : effet de la normalité de la solution alcaline de soude caustique
79
79
Normalité de 1N 1,5N 2N 2,5N 3N la soude
test de +++ +++ ++ + protéines
L’analyse de ce résultat montre que les protéines disparaissent en présence d’une
solution alcaline 3N de soude caustique.
III-2-3 effets de la durée de déprotéinisation
La durée de cuisson joue un rôle important dans la dégradation de la protéine. Pour
sa détermination et son optimisation, il est préférable de fixer les valeurs de deux autres
paramètres : solution alcaline à 3N et température de 100°C. Après la durée de réaction
désirée, les produits obtenus sont toujours testés par la ninhydrine après lavage jusqu’à la
neutralisation.
Tableau n° 15 : résultat de l’effet de la durée de déprotéinisation
Ces résultats nous affirment qu’une durée de cuisson de 2 heures suffit pour
obtenir la déprotéinisation de la matière première dans une solution 3N de soude caustique
maintenue en ébullition constante par chauffage à reflux.
66
Onitiana
Génie Chimique
III –2 –4 Effet de la température
Après avoir précédemment déterminé les valeurs optimales des paramètres
normalités de la solution alcaline et le temps, il nous reste à trouver la valeur adéquate de la
température nécessaire à l’opération de déprotéinisation. La bibliographie nous indique que
les hautes températures favorisent la dégradation des protéines au dépens de la possibilité de
dégradation de la chitine. Par conséquent, il serait mieux d’observer l’effet de ce paramètre
sur le produit obtenu en choisissant les températures inférieures ou égales à 100°C.
Le tableau suivant récapitule les résultats de l ‘ expérience :
Tableau n ° 16 : résultat de l’effet de la température
80
80
Temps de 1 2 3 4 5cuisson (h)
test de protéine +
Température (°C) 60 70 80 90 100
Test de protéine +++ +++ ++ +
Il est à noter que, dans tous les essais de déprotéinisation, nous avons adopté le
système de chauffage à reflux. Ainsi, les résultats nous montrent la nécessité de travailler à
100°C et à ébullition constante pour activer la déprotéinisation de la carapace de crevette.
Conclusion
D’après ces résultats, les conditions nécessaires et suffisantes pour atteindre la
déproteinisation effective de carapace de crevette sont :
- normalité de la soude fixée à 3N
- ébullition constante à la température de 100°C
- durée de réaction à 2h
Remarquons finalement que les restes des matières minérales autres que les
carbonates de calcium et de magnésium doivent être également éliminés pendant les
opérations de déminéralisation et de déprotéinisation.
67
Onitiana
Génie Chimique
IV ETUDES DES PARAMETRES INFLUANT SUR LA DESACETYLATION
IV –1 Désacétylation
C’ est la dernière étape de la fabrication du chitosane. Il s’agit d’une hydrolyse
basique de la chitine. La bibliographie indique l’utilisation de la soude ou de l’hydroxyde de
potassium dans un solvant miscible à l’eau tel que l’éthanol ou l’acétone pour éviter la forte
dépolymérisation. Cette hydrolyse s’effectue à température modérée (90 à 100°C). Ainsi,
comme pour les opérations précédentes, l’étude des paramètres s’avère utile notamment la
normalité de la solution alcaline, la durée d’hydrolyse, la température et le rapport de solvant
81
81
servant à la désacetylation. Pour chaque essai, nous procédons au test de solubilité dans
l’acide acétique et à la détermination du taux de désacetylation par titrage volumétrique. Ce
qui permet de connaître le nombre de mole de l’hydroxyde de potassium ayant réagi lors de
l’hydrolyse.
Mode opératoire
• La chitine de masse 1g additionnée de 25 ml de solution éthanolique d’hydroxyde de
potassium à concentration déterminée est disposée dans un ballon de 250ml, puis
placée dans un bain-marie porté à 100°C en adoptant le chauffage à reflux servant à
maintenir constamment le volume du milieu réactionnel.
• Après le temps de réaction désiré, le volume de la solution est ramené à une valeur
parfaitement connue (300ml) par addition du volume d’eau distillée nécessaire en vue
du dosage acidimétrique de l’hydroxyde de potassium n’ayant pas réagi.
• Un prélèvement de 10ml de cette solution mère est titré avec la solution 0,1N d’acide
chlorhydrique en présence de phénolphtaléine.
IV -1 détermination du taux de désacetylation
Le taux de désacetylation équivaut au rapport du nombre de moles d’unité monomérique N-
acétyl-glucosamine désacétylé par le nombre de moles théorique de N- Acétyl-glucosamine
contenu dans 1g de chitine traitée.
68 Onitiana
Génie
Chimique
En effet, la réaction de désacetylation ou d’hydrolyse de la chitine par l’hydroxyde
de potassium s’écrit :
82
82
OOH
NH
O
CH2OH
COCH3
+ KOH
CH2OH
OOH
NH
O
2
+ CH3COOK
La stœchiométrie de cette réaction montre que lors de la désacetylation, une mole de
monomère de la chitine réagit avec une mole d’hydroxyde de potassium pour obtenir une
mole de monomère du chitosane. Comme l’hydrolyse s’effectue en présence d’un excès
d’hydroxyde de potassium, le taux de désacetylation correspond alors au nombre de mole de
potasse caustique ayant réagi avec 1g de chitine traitée. En déterminant par titrage
acidimétrique l’excès de l’hydroxyde de potassium résiduel après l’hydrolyse , le taux de
désacetylation se déduit à partir de l’expression :
( ) 10019,2031 ××−×=
o
oDDA m
VVNτ
Où m0 : la masse de la chitine traitée
N : la normalité de la solution éthanolique de KOH
V0 : volume de solution d’acide chlorhydrique de normalité Na versé pour titrer un essai
à blanc de la solution éthanolique d’hydroxyde de potassium utilisé pour désacétylér la
chitine
V1 : volume de solution d’acide chlorhydrique de normalité Na versé pour titrer l’excès
d’hydroxyde de potassium n’ayant pas réagi lors de la désacetylation.
IV -2 tests de solubilité
La solubilité dans une solution d’acide acétique 1% à la température ambiante caractérise le
chitosane. Par conséquent, chaque produit obtenu subira un test de solubilité dans cette
solution. La solution obtenue se présente sous forme visqueuse. Lorsque la chitine n’a pas
atteint un dégré de désacétylation suffisante, il lui reste toujours une partie insoluble.
69 Onitiana
Génie
Chimique
IV -3 Etude des paramètres influant sur la désacétyaltion
IV -3 -1 Effet de la normalité de la solution alcaline
La bibliographie indique que la désacétylation ou l’hydrolyse de la chitine
s’effectue au moyen de base forte plus ou moins concentrée. Une bonne désacétylation
83
83
conduisant à une bonne qualité de chitosane dépend nécessairement de la normalité de la
solution éthanolique d’hydroxyde de potassium utilisée pour l’hydrolyse.
Conditions opératoires : Θ =100 °C t =3h Rs = 75/25
Le tableau n ° 17 montre les résultats du taux de désacétylation en fonction de la
normalité de la solution éthanolique d’hydroxyde de potassium KOH obtenus en fixant les
paramètres concernant le rapport Rs de solvant d’hydrolyse éthanol/eau, la température et la
durée de désacétylation.
Tableau n°17 résultat de l’effet de la normalité sur la désacétylation
La variation du taux de désacétylation en fonction de la normalité da la solution
alcaline d’hydrolyse est représentée dans la figure n°10
70 Onitiana
Génie Chimique
84
84
Normalité 6 8 9 10 12
mo 1,02 1,0154 1,0108 1,0063 1,0010
Vo (ml) 48 65,3 73,6 79,8 92,2
V1 (ml) 38 38,55 44,6 49,2 56,1
τ DDA(%) 19,92 53,53 58,3 61,79 73,28
test de + + + + solubilité
TDDA=f(N)
01020304050607080
6 8 9 10 12normalité
TDDA TDDA
Figure n°10 courbe de taux de désacétylation en fonction de la normalité
L’observation du test qualitatif de solubilité dans l’acide acétique et de la courbe
tracée précédente révèle que la désacétylation de la chitine commence à être intéressante en
procédant à son hydrolyse dans des solutions éthanoliques de normalité supérieure à 8N
d’hydroxyde de potassium. En effet, dans ces conditions, la chitine devient soluble dans la
solution aqueuse à 1% d’acide acétique CH3CO2H.
IV -3 -2 Effet de la durée de désacétylation
La durée de la réaction de désacétylation dans une solution alcaline de concentration
donnée présente également une grande influence sur le taux de désacétylation et le degré de
solubilité de la chitine dans l’acide acétique d’où la nécessité d’étudier son effet sur la
préparation du chitosane en fixant les conditions paramétriques de la réaction : normalité de la
solution alcaline d’hydroxyde de potassium, température et rapport de solvant d’hydrolyse.
Les tableaux n°18, n°19 et n°20 suivis de la figure n°9 expriment les résultats de nos essais en
montrant l’évolution du taux de désacétylation en fonction de la durée de désacétylation .
71
Onitiana
Génie Chimique
85
85
a ) Conditions opératoires Θ=100°C N=8 Rs = 75/25
Tableau n ° 18 résultat de désacétylation en fonction du temps pour N=8
b ) Conditions opératoires Θ=100°C N=10 Rs = 75/25
Tableau n ° 19 résultat de désacetylation en fonction du temps pour N=10
c) Conditions opératoires Θ=100°C N=12 Rs = 75/25
Tableau n °20 résultat de désacétylation en fonction du temps pour N=12
72
Onitiana
86
86
T 1h 2h 3h 4h 5h
mo(g) 1,003 1,0146 1,0063 1,028 1,0186
Vo (ml) 79,8 79,8 79,8 79,8 79,8
V1 (ml) 74,9 61,5 49,2 45,3 42,1
TDDA % 9,93 36,65 61,79 68,19 75,10
test de + + + + +solubilité
T 1h 2h 3h 4h 5h
mo(g) 1,0022 1,0454 1,0154 1,004 1,0039
Vo (ml) 65,3 65,3 65,3 65,3 65,3
V1 (ml) 62,8 58,0 38,55 36,7 35,2
TDDA% 5,07 14,19 53,53 57,88 60,90
test de + ++ ++ +solubilité
T 1h 2h 3h 4h 5h
mo(g) 1,0012 1,0384 1,001 1,018 1,0202
Vo (ml) 92,2 92,2 92,2 92,2 92,2
V1 (ml) 79,2 59,5 56,1 52,2 49,6
TDDA% 26,1 63,99 73,28 79,84 84,85
Test de ++ ++ + +solubilité
Génie Chimique
TDA=f(t)
0
20
40
60
80
100
1h 2h 3h 4h 5htemps
TDA
TDA(N=8)TDA(N=10)TDA(N=12)
figure n °11 courbe du taux de désacétylation en fonction du temps
Interprétation des résultats
L’expérience montre qu’une durée comprise entre 2 à 5 heures suffit pour mener de
manière effective la désacétylation dans des solutions alcalines éthanoliques de normalité
supérieure à 8N. Cependant les tests qualitatifs de solubilité dans l’acide acétique indique
que pour des durées d’hydrolyse supérieures à 4 heures, la solubilité du chitosane obtenue
diminue à cause de la possibilité de sa dégradation. Par conséquent les fortes conditions de
désacetylation comme le traitement dans des solutions alcalines de concentration élevée
pendant plusieurs heures entraînent cette faible solubilité.
En faisant la comparaison de tous les résultats, nous adoptons dans la suite de nos
essais de désacétylation une normalité de 12N de la solution hydroalcoolique d’hydroxyde
de potassium et nous fixons le temps de réaction à 2h en maintenant le mélange réactionnel
en ébullition constante dans un chauffage à reflux (θ= 90°C).
VI -3 -3 effets du rapport de solvant d’hydrolyse éthanol/eau
Le solvant d’hydrolyse joue également un rôle très important dans la désacetylation.
En effet, l’addition de solvant organique miscible à l’eau favorise d’une part l’accès des
réactifs aux sites réactionnels et facilite l’hydrolyse ; d’autre part elle protège la chitine
contre l’action brutale des solutions concentrées d’hydroxyde de potassium utilisées pour
désacétylér la chitine. La bibliographie indique l’utilisation des solvants organiques comme
l’acétone, l’isobutanol et l’éthanol.
73 Onitiana
87
87
Génie Chimique
Nous allons proposer dans nos études expérimentales l’utilisation de l’éthanol (90°),
produit abondant localement, pour procéder à la solvolyse de la chitine.
L’étude de la variation du paramètre rapport de solvant éthanol/eau sera effectuée en
maintenant en ébullition constante le milieu réactionnel par chauffage à reflux dans un bain
marie d’eau bouillante pendant 2 heures dans une solution alcaline 12N rapporté au volume
du mélange alcool/eau.
Conditions opératoires T=2h N = 12 θ = 100°C
Le tableau n °21 et la figure n°12 reflètent les résultats obtenus avec différents rapports de
solvant éthanol/eau.
Tableau n° 21 résultat de désacetylation pour les différents rapport de solvant
TDDA=f(Rs)
0
20
40
60
80
0/100 25/75 50/50 70/30 75/25
Rs
TDDA TDDA%
figure n° 12 : courbe du taux de désacétylation en fonction du rapport de solvant
Interprétation des résultats
L’examen de l’évolution de la courbe de taux de désacétylation pour différents
rapports de solvant nous permet d’affirmer que l’hydrolyse dans un milieu proprement aqueux
se montre très faible. Par contre, le taux de désacétylation dans un mélange de solvant
éthanol/eau de rapport supérieur à 50/50 commence à être significatif.
74 Onitiana
88
88
Rapport 0/100 25/75 50/50 70/30 75/25 Ethanol/eau
Mo (g) 1,0384 1,0110 1,0424 1,0052 1,0021
Vo (ml) 92,2 92,2 92,2 92, 2 92,2
V1 (ml) 59,5 70,5 72,9 76,7 81,2
TDDA % 22.30 31.33 37.64 43.61 63.99
Génie Chimique
Toutefois, la réaction de désacétylation effectuée dans un rapport de solvant éthanol/eau
supérieure à 75/25 présente l’inconvénient de la difficulté à la dissolution de l’hydroxyde de
potassium à forte concentration utilisée. Le rapport de solvant éthanol/eau convenable
correspond à 75/25.
IV -3 -4 Effet de la température de désacétylation
Nos tests qualitatifs de solubilité à l’acide acétique effectués sur l’échantillon de
chitosane préparé par désacétylation à ébullition constante dans une solution 12N d’
hydroxyde de potassium à rapport de solvant éthanol/eau 75/25 pendant 2 h démontrent que le
travail à basse température conduit toujours à un chitosane très faiblement soluble.
De la même manière, nous avons constaté que l’opération de désacétylation menée à
ébullition constante 92°C par chauffage à reflux donne de meilleurs résultats par rapport à la
basse température comme l’indique le tableau suivant :
Tableau n° 22 résultat du test de solubilité pour les différentes température
Ainsi, nous avons choisi d’effectuer la désacétylation dans un milieu réactionnel
maintenu à ébullition constante (Θ =92°C) par chauffage à reflux pendant le temps désiré.
Conclusion
L’optimisation des paramètres de désacétylation permet de conclure que pour avoir une
bonne qualité de chitosane, les conditions préparatoires suivantes doivent être respectées :
Normalité de la solution éthanolique 12N
Durée de réaction 2h
Rapport de solvant de désacétylation éthanol/eau 75/25
Ebullition constante dans un chauffage à reflux
Toutefois, d’après nos résultats expérimentaux, la désacétylation totale de la chitine est
difficile à atteindre.
75
Onitiana
89
89
Θ 50 60 70 80 ébullition Θ =92°C
test _ _ _ + + + +
Génie
Chimique
V- CARACTERISATION DU CHITOSANE OBTENU [6] [27]
V-1 solubilité
Une des propriétés caractéristiques du chitosane est sa très grande solubilité dans les
solutions diluées d’acide acétique CH3COOH. Ainsi, en dissolvant à froid pendant 1 heure le
chitosane obtenu dans une solution aqueuse à 1% d’acide acétique (1ml d’acide acétique
glacial dans 99ml d’eau distillée : solution de pH approximatif égal à 2,5), nous obtenons une
solution de consistance visqueuse d’acétate de chitosane.
V-2 Viscosité :
La mesure de la viscosité dynamique à 25°C d’une solution préparée en dissolvant 1g
de notre chitosane dans 99g de solution aqueuse à 1% d’acide acétique, en utilisant un
viscosimètre à tube capillaire d’ OSTWALD, indique une viscosité moyenne de 107,22 cSt
( chitosane désacétylé par une solution 12N d’hydroxyde de potassium (KOH), pendant 3
heures dans un solvant éthanol/eau : 75/25).
VI –ANALYSE QUALITATIVE DU CHITOSANE OBTENU
Le chitosane constitue une molécule assez complexe difficile à identifier. Cependant,
une analyse qualitative simple peut être effectuée en procédant à son hydrolyse totale
conduisant à l’obtention du monomère D-Glucosamine.
Ce dernier possède des propriétés caractéristiques bien définies, dont la vérification
permet de confirmer l’identité du polymère préparé.
90
90
76 Onitiana
Génie
Chimique
VI –1- Hydrolyse totale du chitosane :
Le chitosane de masse 1,5g est traité par 50ml de solution 4N d’acide sulfurique
dissous dans un mélange de solvant méthanol-eau (50/50) à ébullition constante durant 2 h à
l’acide d’un chauffage à reflux. Ensuite, l’hydrolysât subit une neutralisation jusqu’à pH
voisin de 8 par la solution de soude caustique. Le mélange neutralisé est soumis au partage
liquide-liquide avec l’acétate d’éthyle (solvant non miscible à l’eau) puis séparée par
décantation dans une ampoule à décanter. La phase organique ainsi recueillie est déshydratée
par le sulfate de sodium anhydre. Après évaporation de solvant, nous avons obtenu un extrait
concentré d’hydrolyse, contenant les fractions légères favorables à l’analyse
chromatographique. En outre, la phase aqueuse est récupérée pour subir l’analyse ultérieure.
VI-2 – Analyse qualitative par chromatographie sur couche mince(CCM)
VI-2-1 Principe :
La chromatographie constitue une méthode de séparation des constituants d’un
mélange en solution. Cette séparation devient possible par la différence entre les constantes
d’équilibre de ces corps lors de leur partage entre une phase mobile et une phase stationnaire.
En effet, sous l’influence des effets antagonistes d’entraînement exercé par la phase mobile
(solvant d’élution) et de rétention exercée par la phase fixe ( gel de silice ou gel
d’aluminium), les constituants de fractions d’hydrolyse migrent à des vitesses différentes et
arrivent à se séparer. Les molécules éluées peuvent alors être étudiées et analysées
séparément ou identifiées si l’on dispose des substances pures servant de témoin. La distance
parcourue par une molécule sur un chromatogramme lors d’un analyse sur chromatographie
sur couche mince (CCM) constitue une propriété particulière à chaque substance que l’on peut
alors distinguer par son rapport frontal ou par sa référence frontale Rf défini comme le rapport
entre la distance «dx»parcourue par le centre de tache de la substance éluée, en partant de la
ligne de départ prise comme référence et la distance«ds» parcourue par le front de solvant.
91
91
77
Onitiana
Génie Chimique
La référence frontale se calcule par la formule suivante :
dsdxR f =
VI-2-2 Analyse par CCM de l’extrait organique
L’extrait obtenu lors de l’hydrolyse est prélevé au moyen de micropipette de 20μl puis
déposé sur la ligne de départ tracée à 1,5cm de bord inférieur de la chromatoplaque à gel de
silice SiO2. Après évaporation complète du solvant, la plaque est déposée dans une cuve de
développement contenant initialement le système d’éluant permettant une bonne séparation.
Les molécules présentes dans l’extrait d’hydrolysât migrent différentiellement sur la plaque
dans la cuve saturée de vapeur de solvant. Lorsque le front de solvant a parcouru une distance
suffisante, la chromatoplaque est retirée de la cuve puis laissée sécher à l’air libre ou par un
courant d’air chaud. Lorsque la migration des substances n’est pas visible à l’œil nu ou à l’
ultraviolet, on procède à la méthode de révélation qui consiste à colorer les substances en
pulverisant la plaque par des réactifs spécifiques des oses (réactif de MOLISCH), des réactifs
spécifiques des cétones et aldéhydes α-aminés comme la ninhydrine ou de réactifs plus
universels comme l’acide sulfurique mélangé avec l’ éthanol 90° de rapport 50/50 ou l’acide
phosphomolybdique à 5% dans l’ éthanol.
a– Identification des aldéhydes α-aminés
Les aldéhydes ou cétones α-aminés comme la glucosamine chauffés en présence
de ninhydrine donnent des substances colorées en bleu violet. Cette propriété permet alors de
déceler la présence de ces types de substance dans les extraits organiques et aqueux.
L’analyse de l’extrait du chitosane nécessite la chimie préparative par dépôt sous
forme de trait épais continu. Les substances migrent alors sous forme de bandes et se
recueillent en grattant la partie de la plaque correspondant après révélation partielle d’une
petite partie découpée de la chromatoplaque. Chaque substance isolée est déposée dans un
tube à essai puis dissoute par quelques gouttes de chloroforme et finalement testée à la
ninhydrine.
92
92
78
Onitiana
Génie Chimique
O
O
O
+ R CH CH
O
NH2
O
NH CHR
CHOO
ninhydrine
b - Identifications des oses :
Les oses donnent généralement des substances fortement colorées lorsqu’ elles sont
chauffées en présence de l’ α-naphtol ou du phénol en milieu acide sulfurique.
Cette propriété est alors utilisée pour l’identification des oses présentes dans
l’extrait organique de l’hydrolysât.
Après migration, la plaque est pulvérisée par le réactif de MOLISCH( mélange de
0,25g d’ α-naphtol avec 50ml d’ éthanol et de 50ml de solution 9N d’acide sulfurique).
On laisse ensuite sécher à l’air libre pendant 5mn puis on la porte à l’étuve chauffée
à 120°C. L’apparition des taches fortement colorées indique alors la présence des oses dans
l’extrait organique.
93
93
79 Onitiana
Génie Chimique
Tableau n° 23 : Récapitulation des valeurs donnant les Rf des substances extraites dans
l’extrait organique avec le système éluant :
- Hexane 4,5ml
- Chloroforme 4,8ml
- Acétate d’éthyle 0,7ml
94
94
df dx Rf test à la ninhydrine test au réactif de Nature de la substance MOLISCH
Substance 1 7,2 0,3 0,04 négatif négatif
Substance 2 7,2 0,7 0,09 négatif positif ose
Substance 3 7,2 1,3 0,18 négatif négatif Substance 4 7,2 1,6 0,22 négatif négatif
Substance 5 7,2 2,4 0,33 négatif positif ose Substance 6 7,2 2,8 0,39 négatif négatif
Substance 7 7,2 3,4 0,47 négatif négatif
Substance 8 7,2 4,25 0,59 négatif négatif
Substance 9 7,2 5,6 0,77 négatif négatif
Substance 10 7,2 5,9 0,82 négatif négatif
Substance 11 7,2 6,6 0,91 négatif négatif
Substance 12 7,2 6,8 0,94 négatif négatif
80 Onitiana
Génie
Chimique
Interprétation des résultats
Les résultats précédents d’analyses des substances éluées révèlent des tests négatifs à la
ninhydrine indiquant alors l’absence du D-glucosamine dans l’extrait organique.
95
95
Figure n°13 CCM de l’ extrait organique pulvérisé à l’ acide sulfurique
Figure n° 14 CCM de l’extrait organique pulvérisé au réactif de Molisch
81 Onitiana
Génie
Chimique
VI-2-3 Analyse de l’extrait aqueux
Les tests négatifs montrant l’absence du D- glucosamine dans l’extrait organique nous
indique sa présence probable dans l’extrait aqueux. En effet, cette substance est très soluble
dans l’eau. Ainsi, l’analyse qualitative de l’extrait aqueux s’avère indispensable en profitant
des propriétés particulières du D-glucosamine comme :
Sa faible solubilité dans le méthanol ;
Sa cristallinisation sous forme d’aiguille en présence de méthanol ou
d’éthanol ;
et sa réactivité avec la ninhydrine.
La mesure de son point de fusion et de son pouvoir rotatoire permet également
d’identifier le D-glucosamine provenant de l’hydrolyse du chitosane.
a- Cristallisation et solubilité dans le méthanol
96
96
A l’extrait aqueux recueilli, on ajoute du méthanol, alors une précipitation sous
forme de flocons blancs neiges apparaît. En continuant l’addition de méthanol et en laissant
reposer la solution pendant quelques minutes, des cristaux se présentant sous forme nette
d’aiguilles caractéristiques du D-Glucosamine naissent au sein de la solution aqueuse
méthanolique. Les cristaux séchés à l’étuve (60°C) donnent ensuite une poudre blanche.
b- Test à la ninhydrine
La substance cristallisée précédente révèle un test positif lorsqu’elle est portée à
ébullition en présence de ninhydrine. En effet, ce test confirme la présence de fonction
aldéhyde α-aminé caractéristique du D-Glucosamine.
L’analyse par CCM de l’extrait aqueux a été aussi effectuée sur chromatoplaque à
gel de SiO2 à phase directe .Les taches obtenus s’avèrent trop grasses à cause de la très grande
affinité du D-Glucosamine au gel de silice, ainsi la révélation à la ninhydrine devient difficile.
Le système éluant est :
- Acétone 4ml ;
- Eau 5ml ;
- Acide acétique 1ml.
82
Onitiana
Génie
Chimique
Figure n°15 chromatographie sur couche mince de l’extrait de glucosamine révélé
97
97
au ninhydrine
Toutefois, ce problème peut être résolu en s’appropriant d’une chromatoplaque de
silice à phase renversée à laquelle va favoriser en premier lieu la migration des substances
polaires et freiner la migration des substances peu polaires.
VI-3 Caractérisation des constantes physiques
VI-3-1 Mesure du point de fusion
Le point de fusion fait partie des constantes physiques nécessaires à déterminer lors
de l’identification d’une substance cristallisable donnée. Il est mesuré à l’aide d’un appareil
de mesure électronique permettant sa lecture directe. Dans notre cas, l’expérience a montré
que la poudre de glucosamine préparée commence à fondre à la température de
110,4°C.Théoriquement, les tables des constantes indiquent un température de 110°C.
83
Onitiana
Génie Chimique
VI-3-2 Mesure de pouvoir rotatoire
Certaines substances possèdent la propriété de faire tourner le plan de polarisation
d’une lumière polarisée qui les traverse. Ce pouvoir rotatoire peut être lié à la forme
cristalline ou à l’asymétrie de la molécule elle-même.
En notant [α], le pouvoir rotatoire spécifique dépendant de la nature du soluté, de
la longueur d’onde de la lumière employée ainsi que de la température et du solvant utilisé.
α est calculée à l’aide de la formule suivante :
[ ] lC ××= αα
Avec α :pouvoir rotatoire ou rotation
98
98
C :concentration de la solution
l :épaisseur traversée
Le D-glucosamine affiche un pouvoir rotatoire théorique de [ ] =20Dα +47,1° obtenu en
utilisant la raie D à une température de 20°C .
Toutefois, nous n’avons pas pu mesurer cette constante physique en raison de la nécessité
d’une concentration de 40% dans l’eau distillée. C’est à dire 4g dans 10ml d’eau (volume
minimum nécessaire pour remplir le tube polarimétrique)
Conclusion
Ces analyses de l’extrait aqueux montrant la présence de D-glucosamine totalement
soluble dans l’eau après hydrolyse totale permettent d’affirmer que nous avons bien obtenu du
chitosane lors de nos études de préparation. Toutefois la détermination de son degré de
désacétylation exact nécessitant la mesure sur spectrophotomètre à l’ infra-rouge n’a pu être
effectuée en raison de non fonctionnement de l’appareil.
84
Onitiana
Génie Chimique
VI- APPLICATION DU CHITOSANE
VII-1 préparation de membrane de chitosane
Les membranes de chitosane servent généralement à l’enrobage des fruits et des
graines de semence, leur assurant une durée de conservation et de vie plus prolongée. Ainsi,
nous avons choisi leur préparation selon le flow-sheet de fabrication suivant :
99
99
CHITOSANE
Solution d’acide acétique
Solution de soude caustique
Organigramme n°4 : flow-sheet de fabrication de membrane de chitosane
VII-2 Préparation du D-glucosamine
En hydrolysant le chitosane dans une solution aqueuse méthanolique 4N d’acide
sulfurique, on obtient le D-glucosamine pouvant servir de supports de médicaments contre les
arthrites et les arthroses.
85 Onitiana
Génie Chimique
Il peut être préparé par le processus suivant :
Acide sulfurique
100
100
Dissolution
Séchage
Regénération
Séchage
Membrane de chitosane
CHITOSANE
Hydrolyse acide
Neutralisation
PartageAcétate d’éthyle/eau
Extrait organique
Extrait acqueux
Méthanol
Methanol
Organigramme n°5 : flow-sheet de fabrication de glucosamine
86
Onitiana
Génie Chimique
CONCLUSION
Nos travaux expérimentaux menés dans la deuxième partie de ce mémoire ont
permis d’aboutir à l’obtention de chitosane de bonne qualité.
101
101
PrécipitationEt cristallisation
Filtration
Lavage
Séchage
GLUCOSAMINE
En effet, les études systématiques réalisées sur les différentes opérations concourant
à la préparation du chitosane à partir des carapaces de crevettes conduisent aux résultats
d’optimisation suivants :
1. déprotéinisation effectuée dans une solution 3N de soude caustique NaOH à
ébullition normale par chauffage à reflux durant 2 heures (θ=100°C).
2. déminéralisation par traitement à ébullition normale par chauffage à reflux
dans une solution 2N d’acide chlorhydrique HCl pendant 2
heures(θ=100°C).
3. désacétylation obtenue par hydrolyse basique dans un mélange de solvant
éthanol/eau à rapport volumique 75/25 renfermant 12N d’hydroxyde de
potassium, à ébullition normale et constante par chauffage à reflux dans un
bain-mari durant 2 heures(θ=92°C).
Enfin, nos analyses qualitatives simples des extraits organiques et aqueux résultent
de l’hydrolyse totale du chitosane ainsi préparé permettant de confirmer l’identité de ce
dernier par la présence du D-glucosamine dans l’extrait aqueux.
87 Onitiana
TROISIEME PARTIE :
102
102
IMPACTS ECONOMIQUES
SOCIAUX ET
ENVIRONNEMENTAUX
Génie
Chimique
IMPACTS ECONOMIQUES , SOCIAUX
ET ENVIRONNEMENTAUX
Cette dernière partie est conçue pour donner une certaine idée sur les impacts sociaux ,
économiques et environnementaux de l’application de chitosane. En fait, ce produit a suscité
un intérêt plus vif par ses propriétés chimiques et biologiques particulières. Malgré sa richesse
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probable, il semble être méconnu dans notre pays alors que les pays industrialisés profitent
des avantages qu’il offre.
Cette constatation nous a amené à mieux déterminer la possibilité d’utilisations locales
de ce produit
I -ASPECT ÉCONOMIQUE DU PROJET
A ce jour, les carapaces de crevettes constituent des rejets demeurant non valorisés dans
diverses exploitations crevettières à Madagascar. Afin d’éradiquer tous ces déchets, nous
envisageons d’implanter une micro-entreprise capable de produire 200kg de chitosane par
mois.
Ce paragraphe concerne alors les études économiques de faisabilité nécessaires à la
réalisation de cette micro-entreprise. Ainsi, nous avons mené des enquêtes préalables sur les
prix de revient des différents intrants chimiques dans l’objectif de déterminer le coût de
production d’un kilogramme de notre produit.
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I-1 Prix sur les marchés locaux des différents intrants chimiques
Tableau n°24 : Prix des intrants chimiques
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Désignation unité quantité prix unitaire(FMG) montant(FMG)
Carapace de kg 1 100 100 crevette
acide chlorhydrique l 45 4200 189.000 HCl (33%)
Soude caustique kg 1 7.500 7.500NaOH (98%) Hydroxyde de kg 1 30.000 30.000Potassium KOH (99%) Ethanol (90%) l 1 15.000 15.000
I –2 Consommation et estimation de matière première et intrants chimiques
D’après nos études expérimentales, en partant de 1kg de carapaces sèches et propres de
crevette, nous pouvons obtenir 0,227kg de chitosane. Alors, pour produire 1kg de chitosane ,
le micro-entreprise nécessite environ 5kg de carapaces brutes de crevette. Le tableau suivant
nous montre la consommation de produits chimiques nécessaires à la production de 1kg de
chitosane .
Tableau n°25 consommation de matières premières et intrants chimiques nécessaire à
la production de 1kg de chitosane
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Génie
Chimique
I –3 Consommation et estimation annuelles de matière première et des intrants
chimiques
La consommation en matières premières et intrants chimiques nécessaires au fonctionnement
du micro-entreprise se résume dans le tableau suivant :
Tableau n° 26 consommation annuelle de matière première et intrants chimiques
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Désignations unité quantité prix unitaire (Fmg) montant (Fmg)
Carapace de kg 5 100 500crevette
HCl l 2 4200 8400
NaOH kg 2 7500 15000
KOH kg 0,3 30000 9000
EtOH l 1 15000 15000
TOTAL 47900 Total
Désignations unité quantité prix unitaire (Fmg) montant (Fmg)
Carapace de kg 12000 100 1.200.000crevette
HCl l 4800 4200 20.160.000
NaOH kg 4800 7500 36.000.000
KOH kg 720 30000 21.600.000
EtOH l 2400 15000 36.000.000
Total 114.960.000
I –4 Organisation et charge de personnel
Les rémunérations annuelles des personnels du projet sont illustrées dans le tableau
suivant :
Tableau n°27 coûts annuels des charges en personnel
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Génie
Chimique
I –5 Investissement limite des unités de production
La mise en fonctionnement de l’unité exige au moins des différents
équipements à savoir les nombres, les prix et les types cités dans le tableau ci-après:
Tableau n°28 coûts des principaux équipements
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Personnels salaire mensuel (Fmg) effectif salaire annuel (Fmg)
Gérant 1.000.000 1 12.000.000
Chef d’ atelier 500.000 1 6.000.000
Ouvriers 300.000 3 10.800.000
Total 28.800.000
Designations nombres prix unitaire (Fmg) Montant (Fmg)
Balance 1 500.000 500.000
Broyeur à boulets 1 3.000.000 3.000.000
Tamis 2 80.000 160.000
Réacteurs 3 500.000 1.500.000(cuve inox)
filtres à tambours 3 500.000 1.500.000rotatifs
séchoirs ou étuve 1 2.000.000 2.000.000
accessoires divers 2.000.000 2.000.000
total 10.660.000
I –6 Autres charges
Les autres charges assurant le bon fonctionnement de notre unité de production sont
regroupées dans ce tableau :
Tableau n° 29 : autres charges de fonctionnement
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I –7 Résultat prévisionnel de la première année d’ extraction
Tableau n°30 résultat prévisionnel de la première année d’extraction
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Désignations montant Utilités (eau – électricité) 3.000.000
Taxes et assurances 600.000
Emballage et 300.000 conditionnement
Entretien 350.000 Total 4.250.000
Désignations montant (Fmg)
Matériels et appareillage 10.650.000
Intrants chimiques 114.960.000
Charge de personnel 28.800.000
Autres charges 4.250.000
Total 158.660.000
Tenant compte du résultat prévisionnel de la première année d’extraction, le
coût de notre produit fini s’élève à 66.100Fmg par kilogramme. En sachant que le prix de la
chitine dans le marché mondial s’évalue à 70.000Fmg le kilogramme, le micro-entreprise
pourrait réaliser une économie en devises. Néanmoins, ce gain peut s’accroître en procédant
au recyclage des solvants. D’autant plus, notre île dispose d’énormes quantités de matières
premières. En effet, le Groupement des Entrepreneurs de la Pêcherie de Madagascar (GEPM)
[28] affirme une production de 8.000 tonnes par an de crevette depuis l’année 2000. Or 1 kg
de crevette pourrait donner au minimum 150g de carapace. La quantité des résidus de pêches
crevettières s’élevant environ à 1200 tonnes issus de ce taux de production nécessite une
valorisation.
Pour conclure, le chitosane produit par le micro-entreprise demeure compétitif
tant au niveau local qu’à l’échelle internationale.
II- ASPECTS SOCIAUX
Nous avons vu dans le premier paragraphe consacré à la partie économique que le
chitosane génère plusieurs intérêts aussi bien dans le domaine social qu’environnemental.
92 Onitiana
Génie
Chimique
Par conséquent, l’implantation locale d’une usine de fabrication de ce produit nous offre
beaucoup d’avantages en l’occurrence, l’offre d’emploi, le gain de devises et la protection de
l’environnement.
D’une part, la création d’une entreprise artisanale engage au moins cinq personnes.
De même, une société opérant dans l’exploitation de chitosane, embauche au moins le même
nombre d’employés. Cependant, cet effectif peut s’accroître en fonction de la quantité de
l’offre et de la demande. Sachant que les matières premières et les réactifs nécessaires à la
conception de ce produit fini restent encore en abondance à Madagascar. Il est fort probable
que la quantité de production va progresser dans les années à venir et l’effectif des employés
augmentera en conséquence.
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D’autre part, l’instauration d’une usine produisant de la chitine et du chitosane
motivera aussi les investisseurs locaux dans le domaine de l’aquaculture à accroître leur
niveau de production. En effet, l’état serait aussi bénéficiaire car à un niveau de production de
8.000 tonnes de crevette ; les ressources en devise s’évaluent à 100 millions de dollars,
pouvant embaucher 40.000employés.
Bref, ce fleuron de l’économie malgache contribue de façon importante à la balance de
paiements de Madagascar et à la lutte contre la pauvreté.
Sachant que le chitosane se présente comme un produit semi-fini, transformable en
diverses matières utiles, divers domaines sociaux trouveront des avantages dans ses
applications Plus particulièrement dans le domaine médical, les patients ayant des problèmes
visuels pourraient profiter le port de lentilles de contact plus résistantes à base de chitosane
de plus longue durée de vie et coûtant moins cher par rapport aux lentilles synthétiques. En
raison de ses nombreuses propriétés biologiques, ils peuvent interagir dans la diffusion, la
filtration et l’hémodialyse du sang des patients. Nous pouvons également l’employer pour
les traitements des brûlures à haut degré sous forme de tissu accélérant la formation de
l’épiderme. Cette opération s’appelle implantation de peau artificielle. Et aussi dans le
domaine de l’agriculture, de nombreux profits peuvent être tirés de ces chitosane grâce à
leurs effets fertilisant du sol, accélérateur du processus de germination, et antifongiques. Les
agriculteurs pourraient ainsi augmenter leurs rendement de ses récoltes.
En conclusion, le chitosane ne peut qu’apporter des effets bénéfiques sur le plan social du
pays producteur.
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Génie Chimique
III- ASPECTS ENVIRONNEMENTAUX
La dégradation de notre environnement ne cesse de s’accroître de jour en jour. Ainsi,
l’instauration d’une usine disposant des produits chimiques pouvant être nuisibles à notre
entourage, serait à surveiller. L’environnement représente l’ensemble des êtres vivants et des
matières inertes entourant l’homme, exerçant une influence sur sa santé, sa vie sous son aspect
social, historique, économique, moral, culturel et sur lequel l’homme agit en tant qu’élément
de cet ensemble. Les résidus d’industries crevettières constituent généralement des déchets
organiques produisant des odeurs désagréables, polluant l’air et nuisant à la santé, alors leur
valorisation contribue à la préservation de notre environnement.
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Concernant les réactifs utilisés lors de la fabrication, la prise de certaines précautions
particulières s’ avère utile . En effet, les acides et les bases sont très corrosifs et l’éthanol se
comporte comme un liquide inflammable. Par conséquent, le port d’équipements de
protection ( gants, lunettes …) serait indispensable. Il faut aérer autant que possible l’usine de
fabrication. Les eaux usées doivent être neutralisées et subir d’autres traitements
supplémentaires avant d’être rejetées dans la nature.
Comme les produits finis possèdent un taux de toxicité équivalent à celui du sucre et du
sel de table, ils ne présentent ainsi aucun danger majeur pour l’environnement. En outre, ils
ont des propriétés coagulantes et chélatantes favorisant les traitements des eaux d’égouts.
Bref, la fabrication de chitosane concourt à l’amélioration de la préservation de la
nature.
CONCLUSION
Le respect de l’environnement, les avantages socio-économiques que présente
l’extraction de chitosane à partir de la carapace de crevettes montrent les intérêts de son
exploitation. La projection d’une production annuelle de 2400 kg de chitosane demeure très
faible par rapport aux quantités des matières premières dont dispose notre pays, entraînant une
élévation du coût de production. Pour y remédier, nous pouvons envisager d’augmenter la
quantité de production et de faire autant de recyclage que possible en vue d’accéder à un
produit de prix compétitif.
Finalement, l’état, les investisseurs ainsi que la population pourraient profiter
pleinement de ces importants avantages qu’apporterait l’entreprise nouvellement créée.
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Chimique
CONCLUSION GENERALE
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Ce mémoire illustrant la fin de notre formation d’ingéniorat nous a permis d’aborder les
études en vue de la préparation du chitosane à partir des carapaces des crustacés
notamment les crevettes d’abondance locale particulière. Notre travail a été divisé en trois
parties essentielles :
-Dans la première partie, nous avons effectué une étude bibliographique
montrant les propriétés chimiques et biologiques particulières ainsi que les intérêts suscités
par la chitine et le chitosane par les récentes découvertes de nouvelles applications
(domaine industrielle, biomédicale, nutritionnelle, agricole et cosmétique).
-dans la seconde partie de cet ouvrage, nous avons entrepris les études
expérimentales d’extraction de la chitine et de préparation de chitosane à l’échelle
laboratoire à partir des carapaces des crevettes se subdivisant en quatre étapes principales :
la déprotéinisation, la déminéralisation, la désacétylation et l’analyse qualitative des
produits finis.
Enfin, des études d’impacts socio-économiques et environnementaux nous
permettent de percevoir l’avenir futur prometteur du chitosane à Madagascar. D’une part,
la production de chitosane dans notre pays concourt à la protection de l’environnement et
contribue à la développement rapide de l’économie Malgache. D’autre part, par les
multiples vertus du chitosane, les crevettes seront davantages recherchées pour leurs
carapaces malgré la qualité gastronomique de leur chair. Toutefois, l’avenir de ce produit
ne saurait être limité que par notre créativité.
95 Onitiana
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[22] : Philippe RASOANAIVO: « Cours de biochimie », 5e année Génie Chimique ESPA,
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[28] : Bertrand COUTEAUX :« Groupement des Entrepreneurs de la Pêcherie de
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http://www.winne.com/
Auteur : RANDRIANASOLO Onitiana Verolanto
Titre : Contribution aux études sur la préparation du chitosane à partir des carapaces de crevettes Nombres des pages : 95 Nombres des tableaux : 30 Nombres des figures : 15
RESUME
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Cet ouvrage intitulé « Contribution aux études sur la préparation du
chitosane à partir des carapaces de crevettes », cerne en premier lieu les travaux
bibliographiques montrant les propriétés et les valorisations récentes de deux
biopolymères :
La chitine et le chitosane. En effet, leurs caractéristiques biologiques particulières telles : la
biocompatibilité, la bioactivité et la biodégradabilité permettent d’ entrevoir de nombreuses
applications potentielles.
La chitine et le chitosane peuvent provenir de plusieurs sources mais la
carapace de crevettes, d’ abondance locale particulière, en possède la plus forte proportion.
Nos essais expérimentaux ont montré que leurs extractions peuvent être réalisées à l’
échelle laboratoire avec des réactifs et appareillages simples.
En second lieu, nos travaux d’ expérimentations ont conduit à la
détermination des opérations et des conditions opératoires à suivre pour la préparation d’
une bonne qualité du chitosane. Les analyses qualitatives effectuées ont permis de
confirmer l’ identité du chitosane obtenu.
Enfin, les études d’ impacts socio-économiques et environnementaux
suscitent les intérêts apportés par la création d’ une usine pilote de production locale de
chitosane.
Mots clés : carapace de crevettes, chitine, chitosane, déminéralisation, déprotéinisation,
désacétylation.
Rapporteur : Monsieur ANDRIANARY Philippe
Encadreur : Monsieur ANDRIANARISON Edouard Ravalison Mammy
Adresse : Lot VR 54 JA Ambohidraserika Mahazoarivo Antananarivo 101
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![les veilleurs [cie théâtrale] II note d’intention · Mon frère, ma princesse II présentation Mon frère, ma princesse a été édité dans la collection Théâtre de l’École](https://img.pdfslide.fr/doc/110x75/5fc82c9617ab640ba52a3e02/les-veilleurs-cie-thtrale-ii-note-daintention-mon-frre-ma-princesse-ii.jpg)
