Acido citrico

Acido citrico
Immagine illustrativa dell'articolo Acido citrico
Formula scheletrica e rappresentazione 3D dell'acido citrico.
Identificazione
nome IUPAC acido 2-idrossipropan-1,2,3-tricarbossilico
Sinonimi

acido 3-carbossi-3-idrossipentandioico

N o CAS 77-92-9 (anidro)
5949-29-1 (monoidrato)
N o ECHA 100.000.973
N o EC 201-069-1
N o RTECS GE7350000
DrugBank DB04272
PubChem 311
CheBI 30769
N o E E330
FEMA 2306
SORRISI OC (= O) CC (O) (CC (O) = O) C (= O) O
PubChem , vista 3D
InChi InChI: vista 3D
InChI = 1 / C6H8O7 / c7-3 (8) 1-6 (13,5 (11) 12) 2-4 (9) 10 / h13H, 1-2H2, (H, 7,8) ( H, 9,10) (H, 11.12)
Std. InChI: vista 3D
InChI = 1S / C6H8O7 / c7-3 (8) 1-6 (13,5 (11) 12) 2-4 (9) 10 / h13H, 1-2H2, (H, 7,8) ( H, 9,10) (H, 11.12)
Std. InChiave:
KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N
Aspetto cristalli incolori. (anidro).
cristalli bianchi, debolmente deliquescenti. (monoidrato)
Proprietà chimiche
Formula C 6 H 8 O 7   [Isomeri]
Massa molare 192,1235 ± 0,0075  g / mol
C 37,51%, H 4,2%, O 58,29%,
pKa 3.13
4.76
6.40
Proprietà fisiche
T° fusione 426K ( 153  °C )
T° ebollizione Si decompone al di sotto del punto di ebollizione a 175  ° C
solubilità Solubile in acqua 592  g · l -1 a 20  °C ).

Solubile in etere , acetato di etile ; insolubile in benzene , cloroformio .
Solubile in etanolo ( 383  g · l -1 a 25  °C ).

Massa volumica 1,665  g · cm -3 ( 20  °C )
Temperatura di autoaccensione 1010  °C
punto d'infiammabilità 100  °C
Limiti di esplosività nell'aria 0,28 - 2,29  % vol
Termochimica
Do p

equazione:
Capacità termica del gas in J · mol -1 · K -1 e temperatura in Kelvin, da 298 a 1.500 K.
Valori calcolati:
211.684 J · mol -1 · K -1 a 25 ° C.

T
(K)		 T
(°C)		 Do p
 Do p
298 24.85 211.614 1,101
378 104,85 245.808 1.279
418 144.85 260.804 1.357
458 184,85 274.541 1429
498 224,85 287.121 1494
538 264.85 298.637 1.554
578 304.85 309,181 1,609
618 344,85 318.837 1.660
658 384.85 327 685 1.706
698 424.85 335.799 1.748
738 464,85 343,250 1787
778 504.85 350 102 1,822
818 544,85 356.413 1 855
858 584,85 362 239 1 885
899 625,85 367.757 1.914
T
(K)		 T
(°C)		 Do p
 Do p
939 665,85 372 744 1.940
979 705.85 377.378 1.964
1.019 745,85 381.692 1 987
1.059 785,85 385.716 2.008
1.099 825,85 389.471 2.027
1.139 865,85 392.977 2.045
1.179 905.85 396.247 2.062
1 219 945,85 399.288 2.078
1.259 985.85 402 103 2.093
1.299 1025,85 404.691 2 106
1339 1065.85 407.043 2 119
1,379 1 105,85 409.146 2 130
1,419 1 145.85 410.984 2 139
1.459 1.185,85 412.534 2 147
1.500 1 226.85 413 794 2 154
Cristallografia
Classe di cristallo o gruppo spaziale P 2 1 / a
Parametri della maglia un = 12,817  Å

b = 5.628  Å
c = 11.465  Å
α = 90,00  °
β = 111.22  °
γ = 90.00  °
Z = 4
Volume 770,94  Å 3
Precauzioni
SGH
SGH07: tossico, irritante, sensibilizzante, narcotico
avvertimento H319, P305 + P351 + P338, H319  : Provoca grave irritazione oculare
P305 + P351 + P338  : In caso di contatto con gli occhi: Sciacquare accuratamente con acqua per diversi minuti. Rimuovere le lenti a contatto se la vittima le indossa e possono essere facilmente rimosse. Continua a sciacquare.
WHMIS
Acido citrico: E,
E: materiale corrosivo
E  : Materiale
fortemente corrosivo acido (pH di una soluzione satura 3M = 1,2)

Divulgazione all'1,0% secondo l'elenco di divulgazione degli ingredienti

Acido citrico monoidrato: E,
E: materiale corrosivo
E  : Materiale fortemente
acido corrosivo (pH di una soluzione satura = soluzione 1,2 3 M)

Divulgazione all'1,0% secondo i criteri di classificazione
Inalazione Tosse. Fiato corto. Gola infiammata.
Pelle Arrossamento.
occhi Arrossamento. Dolore.
Ingestione Dolore addominale. Gola infiammata.
altro Combustibile. Le particelle finemente disperse formano miscele esplosive nell'aria.
Ecotossicologia
LogP -1.7
Unità di SI e STP se non diversamente indicato.

L' acido citrico è un acido tricarbossilico α-idrossi abbondantemente presente nel limone , da cui il nome. È un acido debole che svolge un ruolo importante nella biochimica come metabolita del ciclo di Krebs , una delle principali vie metaboliche in tutti gli organismi aerobici . Anche i citrati emessi dalle radici di alcune piante svolgono un ruolo importante nell'ecologia e nell'agroecologia , perché rendono il fosforo più facilmente bioassimilato dalle piante.

Ogni anno vengono prodotte industrialmente oltre un milione di tonnellate di acido citrico sintetico. È ampiamente usato come esaltatore di sapidità , come regolatore del pH alimentare e come chelante .

Proprietà

L'acido citrico fu isolato per la prima volta nel 1784 dal chimico svedese Carl Wilhelm Scheele dal succo di limone . Può esistere in forma anidra o monoidrata . La forma anidra cristallizza da acqua calda mentre quella monoidrata si forma per cristallizzazione da una soluzione acquosa fredda. Il monoidrato può essere convertito in forma anidra a circa 78  °C . L'acido citrico è anche solubile in etanolo anidro in una quantità di 76 parti di acido citrico per 100 parti di etanolo a 15  °C . Si decompone sopra i 175  ° C rilasciando anidride carbonica (CO 2), acqua (H 2 O) e acidi aconitico , citraconico e itaconico . La sua ossidazione con agenti ossidanti quali i perossidi , degli ipocloriti , dei persolfati , dei permanganati , dei periodati , dei cromati , del biossido di manganese e dell'acido nitrico , prodotto dell'acido acetonedicarbossilico , dell'acido ossalico , del biossido di carbonio e dell'acqua.

L'acido citrico è un acido tricarbossilico con pKs a 25  ° C di 3,13, 4,76 e 6,40. Il pKa del gruppo ossidrile è stato misurato mediante spettroscopia NMR a 13 C -14,4. Il diagramma di speciazione mostra che le soluzioni di acido citrico sono soluzioni tampone con un pH compreso tra 2 e 8. Esistono tabelle di valori pubblicate per questo scopo. Nei sistemi biologici, a pH intorno a 7, le due specie presenti sono lo ione citrato e lo ione citrato mono-idrogeno.

Il pH di una soluzione acquosa di acido citrico a 1  mmol L -1 è di circa 3,2 . Il pH dei succhi di frutta come il succo di arancia e il succo di limone dipende dalla concentrazione di acido citrico: il pH diminuisce all'aumentare della concentrazione di acido.

I sali dell'acido citrico possono essere preparati regolando finemente il pH prima della cristallizzazione del composto, come ad esempio il citrato di sodio .

Lo ione citrato forma complessi con i cationi metallici . La costante di stabilità  (en) di questi complessi è elevata a causa dell'effetto di chelazione . Lo ione citrato quindi forma complessi anche con cationi di metalli alcalini . Tuttavia, quando si forma un chelato con tutti e tre i gruppi carbossilati , gli anelli chelati hanno sette e otto atomi, il che li rende termodinamicamente meno stabili dei chelati più piccoli. Pertanto, quando il gruppo ossidrilico è deprotonato , forma un chelato più stabile con un anello di soli cinque atomi, come è il caso con citrato ferrico di ammonio (NH 4 ) 5 Fe (C 6 H 4 O 7 ) 2 2H 2 O.

Abbondanza naturale e produzione industriale

L'acido citrico si trova in modo significativo in un'ampia varietà di frutta e verdura , soprattutto negli agrumi . La concentrazione di acido citrico nel limone e nel lime (lime) è particolarmente elevata, e può raggiungere l'8% della massa secca di questi frutti, ovvero circa 47  g · L -1 nel loro succo. La concentrazione di acido citrico negli agrumi varia tipicamente da 50  mmol · L -1 nelle arance a 300  mmol · L -1 in limoni e lime. Queste concentrazioni variano a seconda delle cultivar e delle condizioni in cui i frutti vengono coltivati.

La produzione industriale di acido citrico è iniziata in Italia nel 1890. Il succo di frutta è stato trattato con calce spenta ( idrossido di calcio Ca (OH) 2) per far precipitare il citrato di calcio  (en) , quest'ultimo è stato poi trattato con una soluzione diluita di acido solforico H 2 SO 4per ripristinare l'acido citrico. Nel 1917, il chimico americano James Currie scoprì che alcuni ceppi di asparagi neri potevano produrre in modo efficiente acido citrico e l'azienda farmaceutica Pfizer iniziò la produzione industriale utilizzando questo metodo due anni dopo, seguita dalla società Citrique Belge  (in ) nel 1929.

In questo modo di produzione, che rimane ancora oggi il principale metodo di produzione industriale dell'acido citrico, le muffe vengono coltivate su un substrato contenente saccarosio o glucosio . La fonte di carboidrati è generalmente un sottoprodotto del settore alimentare ad alto contenuto di zuccheri . La muffa viene quindi filtrata dalla soluzione prodotta e l'acido citrico viene isolato allo stesso modo del succo di limone  : per precipitazione con idrossido di calcio (calce spenta) sotto forma di citrato di calcio, che ripristina l'acido citrico mediante trattamento con solforico diluito acido.

La produzione mondiale di acido citrico nel 2007 è stata di circa 1.600.000  t . Oltre il 50% di questo volume è stato prodotto in Cina e oltre il 50% è stato utilizzato come regolatore di pH per le bevande , il 20% per altre applicazioni alimentari, il 20% nei detergenti e il 10% per varie applicazioni come nei cosmetici , nei prodotti farmaceutici e nella chimica industria .

Biochimica

ciclo di Krebs

L'acido citrico è un metabolita del ciclo di Krebs , chiamato "ciclo dell'acido citrico" in inglese e lingue germaniche. Viene prodotto nella prima fase del ciclo condensazione della acetil residuo di acetil-CoA su ossalacetato a forma citrato rilasciando coenzima A sotto l'azione di citrato sintasi  :

Oxalacetat.svg   + acetil-CoA  +  H 2 O  →  CoA +   Citrat.svg
ossalacetato   Citrato
Citrato sintasi - EC 2.3.1.1

Il citrato viene poi degradato gradualmente dal ciclo per ripristinare l'ossalacetato rilasciando due molecole di CO 2e riducendo un coenzima Q 10in Q 10 H 2e tre da NAD + a NADH  ; questi coenzimi ridotti vengono poi ossidati dalla catena respiratoria per produrre ATP mediante fosforilazione ossidativa .

Alcuni batteri, in particolare l' Escherichia coli , sono in grado di produrre e consumare acido citrico nell'ambito del ciclo di Krebs, ma non sono in grado di nutrirsene perché mancano del macchinario enzimatico necessario per assorbirlo nella cellula . L'acquisizione da parte di questi batteri della capacità di nutrirsi di citrato è stata studiata sperimentalmente ponendoli in un terreno di coltura contenente abbondante citrato ma pochi altri nutrienti.

Altri ruoli biochimici

Il citrato può essere trasportato fuori dai mitocondri nel citosol per essere lì degradato in ossalacetato e acetil-CoA per consentire la biosintesi degli acidi grassi . Essa agisce anche come un effettore allosterico di acetil-CoA carbossilasi , che è la regolamentazione enzima per la conversione di acetil-CoA nel malonil-CoA , una fase in cui viene iniziata la biosintesi di acidi grassi.

Un alto livello di citrato nel citosol può inibire la fosfofruttochinasi 1 , enzima chiave di regolazione della glicolisi . Ciò consente di evitare la sovrapproduzione di metaboliti quando il carico energetico della cellula è già elevato. Il citrato agisce ulteriormente potenziando l'effetto inibitorio di alte concentrazioni di ATP .

Il citrato è anche un costituente cruciale delle ossa , dove aiuta a regolare la dimensione dei nanocristalli di apatite .

I citrati emessi dalle radici di alcune piante facilitano la bioassimilazione del fosforo da parte delle piante (fenomeno particolarmente osservato nel lupino e in alcuni frumenti (es. Carazinho, ex cultivar di frumento ( Triticum aestivum ) del Brasile , la radice apicale secerne naturalmente un essudato ricco di citrati, che gli permette produrre più biomassa su suoli dove il fosforo non è molto biodisponibile).

Usi

Alimentazione

L'acido citrico è un additivo alimentare (numero E330) preparato industrialmente mediante fermentazione fungina e utilizzato nell'industria alimentare come acidificante (soda, caramelle acide), regolatore di acidità , agente di lievito , nella composizione aromatica (numero FEMA/ GRAS 2306).

E330 è biosintetizzato da microrganismi (muffe come Aspergillus niger ) cresciuti su un substrato solitamente contenente melassa e/o glucosio. I microrganismi potrebbero essere stati modificati geneticamente per aumentare la resa. Il glucosio può essere prodotto dall'amido di mais, e quindi anche essere di origine transgenica. Il possibile utilizzo del mais transgenico nella produzione dell'additivo alimentare E330 senza essere riportato sul prodotto finale è stato rivelato nel film documentario Food, Inc. .

Può essere utilizzato nelle bevande gassate sotto forma di citrato di magnesio Mg 3 (C 6 H 5 O 7 ) 2 , 4H 2 O.

Dagli anni '70 , informazioni false sono circolate e riappaiono periodicamente nonostante le smentite: un volantino falsamente attribuito all'Istituto Gustave Roussy (noto come "  Foglio di Villejuif  ") accusa a torto l'additivo E330 (acido citrico) di essere pericoloso e cancerogeno.

Medicinale

Altro

Proprietà fisico-chimiche

Solubilità in acqua:

Temperatura Solubilità in % molare
10  °C 54,0  % m
20  °C 59,2  % m
30  °C 64,3  % m
40  °C 68,6  % m
50  °C 70,9  % m
60  °C 73,5  % m
70  °C 76,2  % m
80  °C 78,8  % m
90  °C 81,4  % m
100  °C 84,0  % m

Storia e produzione

Commercio

Nel 2014, la Francia è stata un importatore netto di acido citrico, secondo la dogana francese. Il prezzo medio all'importazione è stato di € 1.100 per tonnellata.

Acido citrico e vino

L'acido citrico è presente nelle uve di tutti i vitigni e in maggiore quantità nei mosti concentrati per marciume o passerillage delle uve. Il contenuto di acido citrico dei vini è molto variabile. Molti vini rossi non ce l'hanno. Infatti, contemporaneamente alla fermentazione malolattica che provocano, molti batteri lattici fermentano l'acido citrico, dando luogo soprattutto alla formazione di acido acetico . L'acido citrico ha in larga misura la proprietà di impegnare il ferro ferrico in un doppio anione complesso. Per questo motivo viene abitualmente utilizzato nel trattamento del ferro rotto . Viene ancora utilizzato per elevare l'acidità fissa e quindi migliorare l'acidità gustativa di un vino, soprattutto nei vini bianchi secchi. Il suo utilizzo nei vini rossi richiede qualche riserva, perché lì non è molto stabile e rischia di essere fermentato da batteri lattici con maggiore acidità volatile.

Note e riferimenti

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Appendici

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