ACIDE CITRIQUE (CITRIC ACID)

Acide citrique (monohydrate d'anhidrate)
Caractéristiques physiques: substance cristalline blanche
Formule chimique: C6H807
Poids moléculaire: 192,12 g / mol
Communément appelé sel de citron (acide tartrique). Acides carboxyliques du groupe des composés organiques. La substance est répandue dans la nature: baies, tiges, etc.
L'acide citrique est un acide organique faible qui a la formule moléculaire C6H8O7. Il se produit naturellement dans les agrumes. En biochimie, c'est un intermédiaire dans le cycle de l'acide citrique, qui intervient dans le métabolisme de tous les organismes aérobies.
Plus de deux millions de tonnes d'acide citrique sont fabriquées chaque année. Il est largement utilisé comme acidifiant, comme agent aromatisant et chélateur.
Un citrate est un dérivé de l'acide citrique; c'est-à-dire les sels, les esters et l'anion polyatomique trouvés en solution. Un exemple du premier, un sel est le citrate trisodique; un ester est le citrate de triéthyle. Lorsqu'il fait partie d'un sel, la formule de l'anion citrate s'écrit C
6H5O3−7 ou C3H5O (COO) 3−3.

Domaines d'utilisation:
-Largement utilisé dans l'industrie alimentaire.
-En cours de nettoyage de la surface métallique.
-Dans l'industrie pharmaceutique.
-Dans l'industrie textile comme produits chimiques auxiliaires.

Occurrence naturelle et production industrielle
Les citrons, oranges, limes et autres agrumes possèdent de fortes concentrations d'acide citrique
L'acide citrique existe dans une variété de fruits et légumes, notamment les agrumes. Les citrons et les limes ont des concentrations particulièrement élevées de l'acide; il peut constituer jusqu'à 8% du poids sec de ces fruits (environ 47 g / l dans les jus). [a] Les concentrations d'acide citrique dans les agrumes vont de 0,005 mol / L pour les oranges et les pamplemousses à 0,30 mol / L dans les citrons et limes; ces valeurs varient au sein des espèces en fonction du cultivar et des circonstances dans lesquelles le fruit a été cultivé.

La production d'acide citrique à l'échelle industrielle a commencé en 1890 sur la base de l'industrie italienne des agrumes, où le jus était traité avec de la chaux hydratée (hydroxyde de calcium) pour précipiter le citrate de calcium, qui a été isolé et reconverti en acide à l'aide d'acide sulfurique dilué. 1893, C. Wehmer découvrit que la moisissure Penicillium pouvait produire de l'acide citrique à partir du sucre. Cependant, la production microbienne d'acide citrique n'est devenue importante sur le plan industriel que lorsque la Première Guerre mondiale a perturbé les exportations d'agrumes italiennes.

En 1917, le chimiste alimentaire américain James Currie a découvert que certaines souches de la moisissure Aspergillus niger pouvaient être des producteurs d'acide citrique efficaces, et la société pharmaceutique Pfizer a commencé la production au niveau industriel en utilisant cette technique deux ans plus tard, suivie par Citrique Belge en 1929. Dans cette production technique, qui est encore la principale voie industrielle vers l'acide citrique utilisé aujourd'hui, les cultures d'A. niger sont nourries sur un milieu contenant du saccharose ou du glucose pour produire de l'acide citrique. La source du sucre
 est une liqueur de maïs, de la mélasse, de l'amidon de maïs hydrolysé ou une autre solution sucrée bon marché.
 Une fois le moule filtré de la solution résultante, l'acide citrique est isolé en le précipitant avec de l'hydroxyde de calcium pour donner du sel de citrate de calcium, à partir duquel l'acide citrique est régénéré par traitement avec de l'acide sulfurique, comme dans l'extraction directe du jus d'agrumes.

En 1977, un brevet a été accordé à Lever Brothers pour la synthèse chimique d'acide citrique à partir de sels de calcium aconitique ou isocitrate / alloisocitrate dans des conditions de haute pression; cela a produit de l'acide citrique dans une conversion quasi quantitative sous ce qui semblait être une réaction inverse du cycle de Krebs non enzymatique.

La production mondiale a dépassé 2 000 000 tonnes en 2018. Plus de 50% de ce volume a été produit en Chine. Plus de 50% ont été utilisés comme régulateur d'acidité dans les boissons, environ 20% dans d'autres
 applications alimentaires, 20% pour les applications détergentes et 10% pour les applications autres que l'alimentation, telles que les cosmétiques, les produits pharmaceutiques et dans l'industrie chimique

L'acide citrique a été isolé pour la première fois en 1784 par le chimiste Carl Wilhelm Scheele, qui l'a cristallisé à partir de jus de citron. [15] [11] [16] Il peut exister sous une forme anhydre (sans eau) ou sous forme de monohydrate. La forme anhydre cristallise dans l'eau chaude, tandis que le monohydrate se forme lorsque l'acide citrique est cristallisé dans l'eau froide. Le monohydrate peut être converti en la forme anhydre à environ 78 ° C. L'acide citrique se dissout également dans l'éthanol absolu (anhydre) (76 parties d'acide citrique pour 100 parties d'éthanol) à 15 ° C. Il se décompose avec une perte de dioxyde de carbone au-dessus d'environ 175 ° C.

L'acide citrique est normalement considéré comme un acide tribasique, avec des valeurs de pKa, extrapolées à une force ionique nulle, de 2,92, 4,28 et 5,21 à 25 ° C.Le pKa du groupe hydroxyle a été trouvé, au moyen de la spectroscopie RMN 13C, être 14,4. [18] Le diagramme de spéciation montre que les solutions d'acide citrique sont des solutions tampons entre environ pH 2 et pH 8. Dans les systèmes biologiques autour de pH 7, les deux espèces présentes sont l'ion citrate et l'ion citrate mono-hydrogène. Le tampon d'hybridation SSC 20X est un exemple couramment utilisé. [19] Des tableaux compilés pour les études biochimiques [20] sont disponibles.

Par contre, le pH d'une solution 1 mM d'acide citrique sera d'environ 3,2. Le pH des jus de fruits d'agrumes comme les oranges et les citrons dépend de la concentration d'acide citrique, étant plus bas pour une concentration d'acide plus élevée et inversement.

Les sels d'acide de l'acide citrique peuvent être préparés en ajustant soigneusement le pH avant de cristalliser le composé. Voir, par exemple, le citrate de sodium.

L'ion citrate forme des complexes avec des cations métalliques. Les constantes de stabilité pour la formation de ces complexes sont assez importantes en raison de l'effet chélate. Par conséquent,
il forme des complexes même avec des cations de métaux alcalins. Cependant, lorsqu'un complexe chélate est formé en utilisant les trois groupes carboxylate, les cycles chélate ont 7 et 8 membres, qui sont
 généralement moins stables thermodynamiquement que les petits anneaux chélatés. En conséquence, le groupe hydroxyle peut être déprotoné, faisant partie d'un cycle à 5 chaînons plus stable, comme dans
citrate ferrique d'ammonium, (NH4) 5Fe (C6H4O7) 2 · 2H2O.

L'acide citrique peut être estérifié à un ou plusieurs des groupes fonctionnels d'acide carboxylique sur la molécule (en utilisant une variété d'alcools), pour former l'un quelconque d'une variété d'esters mono-, di-, tri- et mélangés. [Citation nécessaire]

Biochimie
Le cycle de l'acide citrique
Article principal: cycle de l'acide citrique
Le citrate est un intermédiaire dans le cycle TCA (aka cycle de l'acide triCarboxylique, ou cycle de Krebs, Szent-Györgyi), une voie métabolique centrale pour les animaux, les plantes et les bactéries. Citrate
 synthase catalyse la condensation de l'oxaloacétate avec l'acétyl CoA pour former du citrate. Le citrate agit alors comme substrat de l'aconitase et est converti en acide aconitique.
Le cycle se termine par la régénération de l'oxaloacétate. Cette série de réactions chimiques est la source des deux tiers de l'énergie d'origine alimentaire dans les organismes supérieurs. Hans Adolf Krebs
 a reçu le prix Nobel de physiologie ou de médecine en 1953 pour cette découverte.

Certaines bactéries (notamment E. coli) peuvent produire et consommer du citrate en interne dans le cadre de leur cycle TCA, mais sont incapables de l'utiliser comme nourriture car elles n'ont pas les enzymes nécessaires pour
importez-le dans la cellule. Après des dizaines de milliers d'évolutions dans un milieu de glucose minimal contenant également du citrate lors de l'expérience d'évolution à long terme de Richard Lenski, une variante
 E. coli a évolué avec la capacité de se développer en aérobiose sur citrate. Zachary Blount, un étudiant de Lenski, et ses collègues ont étudié ces E. coli "Cit +" [22] [23] comme un modèle pour
les traits évoluent. Ils ont trouvé des preuves que, dans ce cas, l'innovation était causée par une mutation de duplication rare due à l'accumulation de plusieurs mutations "potentialisatrices" antérieures,
dont l'identité et les effets sont encore à l'étude. L'évolution du trait Cit + a été considérée comme un exemple notable du rôle de la contingence historique dans l'évolution.

Autres rôles biologiques
Le citrate peut être transporté hors des mitochondries et dans le cytoplasme, puis décomposé en acétyl-CoA pour la synthèse des acides gras et en oxaloacétate. Le citrate est un positif
modulateur de cette conversion et régule de manière allostérique l'enzyme acétyl-CoA carboxylase, qui est l'enzyme de régulation de la conversion de l'acétyl-CoA en malonyl-CoA
(l'étape d'engagement dans la synthèse des acides gras). En bref, le citrate est transporté dans le cytoplasme, converti en acétyl CoA, qui est ensuite converti en malonyl CoA par l'acétyl
CoA carboxylase, qui est modulée allostériquement par le citrate.

Des concentrations élevées de citrate cytosolique peuvent inhiber la phosphofructokinase, le catalyseur d'une étape de glycolyse limitant la vitesse. Cet effet est avantageux: des concentrations élevées de
le citrate indique qu'il existe une grande quantité de molécules précurseurs biosynthétiques, il n'est donc pas nécessaire que la phosphofructokinase continue d'envoyer des molécules de son substrat,
fructose 6-phosphate, en glycolyse. Le citrate agit en augmentant l'effet inhibiteur des concentrations élevées d'ATP, un autre signe qu'il n'est pas nécessaire d'effectuer une glycolyse.

Le citrate est un composant essentiel de l'os, aidant à réguler la taille des cristaux d'apatite.

Applications
Nourriture et boisson
L'acide citrique en poudre est utilisé pour préparer l'assaisonnement au poivre de citron
Parce qu'il est l'un des acides comestibles les plus puissants, l'utilisation dominante de l'acide citrique est comme arôme et agent de conservation dans les aliments et les boissons, en particulier les boissons gazeuses et les bonbons.
Au sein de l'Union européenne, il est désigné par le numéro E E330. Les sels de citrate de divers métaux sont utilisés pour fournir ces minéraux sous une forme biologiquement disponible dans de nombreux compléments alimentaires.
L'acide citrique a 247 kcal pour 100 g. Aux États-Unis, les exigences de pureté de l'acide citrique en tant qu'additif alimentaire sont définies par le Food Chemicals Codex, publié par la United States Pharmacopoeia (USP).

L'acide citrique peut être ajouté à la crème glacée comme agent émulsifiant pour empêcher les graisses de se séparer, au caramel pour empêcher la cristallisation du saccharose ou dans les recettes à la place du jus de citron frais.
L'acide citrique est utilisé avec le bicarbonate de sodium dans une large gamme de formules effervescentes, à la fois pour l'ingestion (par exemple, poudres et comprimés) et pour les soins personnels (par exemple, sels de bain, bombes de bain et nettoyage de la graisse). L'acide citrique vendu sous forme de poudre sèche est couramment vendu sur les marchés et dans les épiceries sous le nom de "sel aigre", en raison de sa ressemblance physique avec le sel de table. Il est utilisé dans des applications culinaires, comme alternative au vinaigre ou au jus de citron, où un acide pur est nécessaire. L'acide citrique peut être utilisé dans le colorant alimentaire pour équilibrer le niveau de pH d'un colorant normalement basique. [Citation nécessaire]

Agent nettoyant et chélateur
L'acide citrique est un excellent agent chélateur, liant les métaux en les rendant solubles. Il est utilisé pour éliminer et décourager l'accumulation de calcaire des chaudières et des évaporateurs.
Il peut être utilisé pour traiter l'eau, ce qui le rend utile pour améliorer l'efficacité des savons et des détergents à lessive. En chélatant les métaux dans l'eau dure, il laisse ces nettoyants
 produisent de la mousse et fonctionnent mieux sans avoir besoin d'adoucir l'eau. L'acide citrique est l'ingrédient actif de certaines solutions de nettoyage pour salles de bains et cuisines. Une solution avec un six pour cent
La concentration d'acide citrique éliminera les taches d'eau dure du verre sans frotter. L'acide citrique peut être utilisé dans le shampooing pour éliminer la cire et la coloration des cheveux. Illustrative
de ses capacités chélatantes, l'acide citrique a été le premier éluant à succès utilisé pour la séparation totale par échange d'ions des lanthanides, au cours du projet Manhattan dans les années 1940. dans le
Dans les années 1950, il a été remplacé par l'EDTA beaucoup plus efficace.

Dans l'industrie, il est utilisé pour dissoudre la rouille de l'acier et passiver les aciers inoxydables.

Cosmétiques, produits pharmaceutiques, compléments alimentaires et aliments
L'acide citrique est utilisé comme acidulant dans les crèmes, les gels et les liquides. Utilisé dans les aliments et les compléments alimentaires, il peut être classé comme auxiliaire technologique s'il a été ajouté à des fins techniques ou
 effet fonctionnel (par exemple acidulent, chélateur, viscosifiant, etc.). S'il est toujours présent en quantités insignifiantes et que l'effet technique ou fonctionnel n'est plus présent, il peut
 être exempté d'étiquetage <21 CFR §101.100 (c)>.

L'acide citrique est un acide alpha-hydroxy et est un ingrédient actif des peelings chimiques de la peau.

L'acide citrique est utilisé comme l'un des ingrédients actifs dans la production de mouchoirs en papier aux propriétés antivirales.

Autres utilisations
Les propriétés tampons des citrates sont utilisées pour contrôler le pH des nettoyants ménagers et des produits pharmaceutiques.

L'acide citrique est utilisé comme une alternative inodore au vinaigre blanc pour la teinture à domicile avec des colorants acides.

Le citrate de sodium est un composant du réactif de Benedict, utilisé pour l'identification qualitative et quantitative des sucres réducteurs.

L'acide citrique peut être utilisé comme alternative à l'acide nitrique dans la passivation de l'acier inoxydable.

L'acide citrique peut être utilisé comme bain d'arrêt à faible odeur dans le cadre du processus de développement d'un film photographique. Les révélateurs photographiques sont alcalins, donc un acide doux est utilisé pour neutraliser et arrêter leur action rapidement,
mais l'acide acétique couramment utilisé laisse une forte odeur de vinaigre dans la chambre noire.

L'acide citrique / citrate de potassium et de sodium peut être utilisé comme régulateur d'acide sanguin.

Flux de soudure. L'acide citrique est un excellent flux de brasage, sec ou sous forme de solution concentrée dans l'eau. Il doit être retiré après le soudage, en particulier avec des fils fins, car il est
légèrement corrosif. Il se dissout et se rince rapidement à l'eau chaude.

Synthétiser des matériaux solides à partir de petites molécules
En science des matériaux, la méthode Citrate-gel est un processus similaire à la méthode sol-gel, qui est une méthode de production de matériaux solides à partir de petites molécules. Pendant le synthétique
procédé, des sels métalliques ou des alcoolates sont introduits dans une solution d'acide citrique. On pense que la formation de complexes citriques équilibre la différence de comportement individuel des ions
 en solution, ce qui se traduit par une meilleure distribution des ions et empêche la séparation des composants aux étapes ultérieures du processus. La polycondensation de l'éthylène glycol et de l'acide citrique
commence au-dessus de 100 ° C, entraînant la formation d'un gel de citrate polymère.

sécurité
Bien qu'il s'agisse d'un acide faible, l'exposition à l'acide citrique pur peut entraîner des effets indésirables. L'inhalation peut provoquer une toux, un essoufflement ou un mal de gorge. Une ingestion excessive peut causer des douleurs abdominales
et maux de gorge. L'exposition de solutions concentrées à la peau et aux yeux peut provoquer des rougeurs et des douleurs. Une consommation à long terme ou répétée peut provoquer une érosion de l'émail dentaire.