La recherche sur les nouvelles utilisations et applications de l’acide citrique est actuellement en plein essor, comme en témoignent par exemple de nouveaux livres publiés, à la suite du livre encore très pertinent écrit en 1975 par deux praticiens de premier plan de l’industrie. Une première nouvelle utilisation notable est dans les détergents ménagers et les nettoyants pour vaisselle (environ 13% du marché mondial de l’acide citrique) en tant que co-constructeur avec les zéolithes, principalement dans les détergents liquides concentrés. L’acide citrique agit comme constructeur, chélatant les ions Ca2+ et Mg2+ de dureté de l’eau mais, contrairement aux constructeurs de phosphate, il ne contribue pas à l’eutrophisation des systèmes acquatiques. Depuis 2017, en outre, les phosphates dans les détergents pour lave-vaisselle déjà interdits aux États-Unis (depuis 2010) le seront également dans l’UE, ce qui entraînera une consommation accrue d’acide citrique, ce qui augmentera l’utilisation croissante du citrate dans les nettoyants domestiques. De nombreuses autres applications suivront. Dans ce qui suit, nous présentons trois exemples d’utilisations innovantes récentes de l’acide citrique susceptibles de conduire à une nouvelle expansion significative du marché.

Réticulant

L’acide citrique est appliqué avec succès pour réticuler de nombreux autres matériaux, y compris des fibres protéiques ultrafines pour des applications biomédicales, des polyols pour la fabrication de films biodégradables adaptés par exemple pour des emballages écologiques, et avec de l’hydroxyapatite pour fabriquer des composites biocéramiques pour l’ingénierie tissulaire orthopédique.

Goyanes et ses collègues réticulent simplement l’acide citrique avec de l’amidon en utilisant du glycérol comme plastifiant en chauffant un mélange d’amidon, de glycérol, d’eau et d’acide citrique à 75-85 °C. Les films obtenus avec de l’acide citrique traité à 75 ° C ont montré une diminution significative à la fois de l’absorption d’humidité et de la perméabilité à la vapeur d’eau, à savoir les deux principaux paramètres affectant les propriétés barrières des films d’emballage. La réticulation des films d’amidon-glycérol avec de l’acide citrique améliore en outre de manière significative la mauvaise dégradation thermique et les propriétés mécaniques des films d’amidon.

Une nouvelle application significative de l’acide citrique comme agent de réticulation a été découverte en 2011 par Rothenberg et Alberts à l’Université d’Amsterdam, qui ont découvert que le glycérol et l’acide citrique polymérisent pour former une résine thermodurcissable, soluble dans l’eau, montrant plusieurs propriétés importantes, y compris une dégradation rapide dans l’environnement. Jusqu’à l’introduction de ce thermodurcissable, presque tous les plastiques biodégradables étaient des polymères thermoplastiques. La combinaison de l’acide citrique dissous dans du glycérol à une température supérieure au point d’ébullition de l’eau à pression ambiante et inférieure à 130 ° C donne une résine polyester dure par un processus d’estérification Fisher simple. Les points d’ébullition du glycérol (290 °C) et la température de décomposition de l’acide citrique (175 °C) garantissent que l’eau est le seul composé libéré sous forme de vapeur, car aucune décarboxylation n’a lieu à T < 150 °C.

Le polymère résultant est une « bio-bakélite”, un polyester tridimensionnel dur qui adhère à d’autres matériaux et peut donc être utilisé en combinaison avec de l’acier, du verre, des métaux et d’autres matériaux solides utilisés pour fabriquer des articles en plastique rigides tels que des boîtiers d’ordinateurs et de téléphones, des mousses isolantes, des plateaux, des tables et des lampes. L’étendue de la réticulation est contrôlée par les conditions de réaction, notamment la température, le temps de réaction et le rapport glycérol/ acide citrique. Plus l’étendue de la réticulation est élevée, plus le taux de dégradation dans l’eau est faible. Échantillons fortement réticulés (Fig. 4) peut survivre pendant des mois dans l’eau et indéfiniment dans l’air.

(Image reproduite avec l’aimable autorisation du professeur Gadi Rothenberg)

Pions en bois à côté d’autres échantillons en Glycix-GX, la nouvelle résine thermodurcissable obtenue à partir d’acide citrique et de glycérol

Baptisée  » Plantics-GX ” par la start-up Plantics, la résine est actuellement produite à l’échelle d’une tonne dans une usine pilote aux Pays-Bas. Le polymère est également intrinsèquement sûr car il ne porte aucun atome N et aucun atome S, il n’y a donc aucune possibilité de gaz toxiques lors de la combustion. La biodégradabilité totale garantit que le composite peut être éliminé sous forme de déchets organiques lorsque le matériau s’hydrolyse dans l’eau, ce qui rend les particules biosourcées disponibles pour la dégradation biologique.

Désinfectant

L’acide citrique est un excellent désinfectant inoffensif contre plusieurs virus, dont le norovirus humain. Par exemple, ajouté aux particules de type norovirus, le citrate se lie précisément au niveau de la poche de liaison sur les antigènes du groupe histo-sanguin impliqués dans la fixation aux ligands hôtes, empêchant la transmission de ces virus et réduisant les symptômes chez ceux déjà infectés par des norovirus. En détail, le citrate s’est également avéré lier le domaine P du norovirus, ce qui indique une large réactivité parmi divers norovirus. Facilement transmis par des mains contaminées ou des aliments contaminés, les norovirus provoquent de fréquentes épidémies de gastro-entérite dans les milieux communautaires tels que les hôpitaux, les navires de croisière et les écoles. Un mouchoir en papier commercial, contenant une couche intermédiaire imprégnée d’acide citrique (7,51%) et de laurylsulfate de sodium (2,02%), tue les virus émis sous la forme de minuscules gouttelettes dans le papier de soie après avoir éternué, tousser ou se moucher dans le tissu. Lorsque l’humidité atteint la couche intermédiaire, le laurylsulfate de sodium perturbe l’enveloppe lipidique de nombreux virus, tandis que l’acide citrique perturbe les rhinovirus, qui n’ont pas d’enveloppe lipidique, mais sont sensibles aux acides, empêchant ainsi le transfert vers les mains et les surfaces avec lesquelles le tissu entre en contact. Le produit biocide peut également être utilisé pour la désinfection des surfaces où les virus du rhume et de la grippe peuvent survivre plus de 24 h.

Assainissement de l’environnement

En raison de ses excellentes propriétés de chélation des métaux, l’acide citrique est largement utilisé pour nettoyer les sites industriels, y compris les sites nucléaires contaminés par des radionucléides, et les sols pollués par des métaux lourds. Par exemple, non seulement la fraction citrique facilite l’élimination des métaux dans les sols, mais elle améliore également la désorption du sol des composés organiques hydrophobes des sols. En améliorant encore le potentiel d’élimination des contaminants mixtes des sols, des recherches récentes en Chine ont montré que, lorsqu’il est associé à des biosurfactants rhamnolipides, l’acide citrique offre une capacité sans précédent en matière d’assainissement de l’environnement des sols (meilleure que la plupart des traitements thermiques ou chimiques) grâce à des agents chimiques biosourcés qui sont non seulement compatibles avec l’environnement, mais favorisent également la restauration écologique des sols après l’assainissement.

Agent d’extraction

En 2005, des chercheurs brésiliens ont montré pour la première fois que l’acide citrique pouvait être utilisé avec succès à la place d’acides minéraux toxiques pour récupérer la pectine du grignon de pomme. Le rendement d’extraction de la pectine avec de l’acide citrique a montré la valeur moyenne la plus élevée (13,75%, Fig. 5). Bien que l’acide nitrique ait parfois montré le rendement le plus élevé, la variabilité associée était très importante, sans parler des effluents nocifs générés.

(Reproduit à partir de la Réf.

Effet de la nature de l’acide sur le rendement d’extraction de la pectine

La pectine est extraite à reflux dans un système de condensation à 97 ° C (soluté / solvant 1:50), en utilisant de l’eau acidifiée avec de l’acide citrique à pH 2,5 et de la farine de pomme comme matière première. La concentration optimale en acide citrique est de 62 g / L. Après 150 min, de la pectine avec un excellent degré d’estérification (DE = 68,84%) a été isolée. Remarquablement, le rendement en pectine était significativement plus élevé en utilisant la farine comme matière première à la place du grignon, car la protopectine est plus disponible en petites particules que dans les grosses. En raison de ses propriétés chimiques et de ses effets bénéfiques sur la santé, l’utilisation de la pectine se développe dans de nombreux secteurs industriels, tandis que sa rareté sur le marché en raison de processus de production obsolètes générant de grandes quantités de déchets a récemment entraîné des prix élevés sans précédent.

Produit conservateur

L’utilisation de l’acide citrique pour réduire l’activité microbiologique, améliorant ainsi la stabilité des concentrés, est bien connue par exemple des fabricants de jus d’orange, qui ajoutent l’acide aux concentrés livrés aux clients de l’industrie des boissons. Formulé avec d’autres ingrédients, l’acide citrique apporte un antioxydant commercial efficace (NatureSeal), qui préserve l’aspect (texture et couleur) et les qualités organoleptiques de plusieurs fruits, les rendant frais. Dans les tests avec des pommes fraîchement coupées, par exemple, l’inhibiteur surpasse à la fois l’acide ascorbique (vitamine C) et l’acide citrique lorsqu’il est utilisé seul.

Une autre avancée récente importante est la solution aqueuse d’acide citrique, d’acide lactique, de peroxyde d’hydrogène et d’un stabilisateur de peroxyde d’hydrogène breveté (pour ralentir la décomposition du peroxyde d’hydrogène en eau et oxygène gazeux, Eq. 1), comprenant un lavage de produit (Première étape +10), dont l’effet antimicrobien est dû à la formation d’acides perorganiques (Éq. 2) .

L’acide citrique tamponné rend les membranes bactériennes plus vulnérables aux fuites, maintient l’eau de lavage à pH 4.0 inhibant la croissance bactérienne, tandis que les puissants agents oxydants de l’acide perorganique et du peroxyde d’hydrogène pénètrent rapidement dans la membrane bicouche lipidique, ce qui permet une inactivation rapide des bactéries pathogènes d’origine alimentaire, y compris des agents pathogènes humains tels que Salmonella, Listeria monocytogenes et Escherichia coli. Une fois que le produit lavé est appliqué sur le produit brut et laissé égoutter, les ingrédients constitutifs se décomposent en eau, en oxygène et en acides organiques. Aucun composé toxique n’est rejeté dans l’environnement. En effet, à la fin de 2015, l’entreprise de fabrication a reçu une notification positive de substance en contact avec des aliments.