CHAPITRE V

ÉTUDE CHIMIQUE DE LA LAMINARINE DE Laminaria flexicaulis

L'époque de la récolte des Laminaires en vue de l’extraction de la laminarine est indiquée par les variations saisonnières de ce glucide. Très courte est la période où sont atteintes les teneurs les plus fortes : elle est limitée au mois d’août et au début de septembre. C’est donc à ce moment qu’il sera avantageux de procéder à l’extraction.

Celle-ci est rendue pénible par la présence de l’algine, partiellement dissoute dans l’eau à la faveur des substances solubles et par la grande quantité de chlorures (3 à 4 % du poids frais).

Préparation

KyLiN épuise les algues préalablement desséchées, d’abord par lPalcool à 50°, puis par l’alcool à 20°, enfin par l’eau. La première liqueur donne, par addition d’alcool fort, un produit impur qui, remis en solution, est déféqué par un excès de sous-acétate de plomb. Après filtration, on précipite par l’ammoniaque le complexe plombique de laminarine. Celui-ci est décomposé par l’acide sulfurique; la liqueur filtrée et concentrée est alors additionnée d’alcool qui précipite le glucide. On le purifie par des dissolutions et des précipitations successives. Les liquides d’épuisement à l’alcool à 20° et à l’eau sont traités directement par l’extrait de Saturne (KYLIN. 2).

Ce procédé a l’inconvénient d’exiger la dessication préalable des algues. Or, on l’a vu, pareil traitement provoque ure hydrolyse partielle de la laminarine qui, outre la diminution de rendement, introduit du glucose dans les liqueurs d’extraction. De là vient, sans doute, que la laminarine de KyLiN est «légèrement réductrice ».

M"° GRUZEWSKA opère aussi sur du matériel préalablement desséché, mais elle lépuise par l’eau. Pour se débarrasser de l’algine, elle défèque, soit au nitrate mercu-

rique, soit par addition de chaux en présence d’un peu d’alcool (GRUZEWSKA. 2). Ni lun ni l’autre de ces deux procédés n’est à l’abri de la critique. Le premier exige, pour une défécation complète, une grande quantité de réactif, ce qui rend l’opération pénible. Le second ne réalise qu’une précipitation très imparfaite de l’algine et la séparation du précipité floconneux obtenu présente de sérieuses difficultés, que l’auteur a signalé

du reste dans son mémoire.

Nous avons donc cherché une autre méthode de préparation.

L’extraction ne pouvant se faire que par l’eau chaude et sur du matériel frais, on se trouve en présence d’une liqueur tenant en solution la laminarine, le mannitol, les chlorures, un peu d’algine, des matières azotées et des pigments, et qu’il s’agit de déféquer :

1° Il n’est pas à propos d'employer pour cela l’extrait de Saturne à cause de l'abondance des chlorures, dont la précipitation demanderait une grande quantité de réactif.

2° L’algine étant insoluble dans les acides minéraux étendus, on pouvait done l’éliminer en ajoutant à la liqueur aqueuse d’extraction 1 % d’acide sulfurique dont il est aisé de se débarrasser ensuite par le carbonate de baryum. Cette méthode n’a donné que de médiocres résultats. On devait s’y attendre. En effet, la séparation de l’algine dans un tel milieu est incomplète, le précipité n’a aucune cohésion, il reste gélatineux. Par suite on ne peut le séparer par filtration et il ne se dépose que très lentement, retenant par adsorption, une notable quantité des substances solubles. De plus, l’élimination de l’acide sulfurique par le carbonate de baryum, se heurte aux mêmes difficultés : dans un liquide qui renferme encore des traces d’algine, la séparation du sulfate de baryum devient impossible. Le rendement obtenu par ce procédé est déplorable.

3° On aurait pu encore éviter la présence de l’algine en épuisant les algues à froid par l’eau acidulée. Mais, dans ces conditions, insolubilisée dans les tissus, l’algine retient énergiquement une partie du produit à extraire.

4° On a songé alors à éliminer les substances mucilagineuses par les bases alcalinoterreuses. L’eau de chaux ne les précipite qu’en présence d’alcool, et cette méthode a été écartée pour les raisons qui ont été dites. La baryte, au contraire, provoque immédiatement la formation d’un précipité volumineux qui, aggloméré par l’ébullition, se dépose rapidement, entrainant avec lui la majeure partie des substances en suspension. Elle a le double avantage d’éliminer l’algine et de clarifier le milieu. On sait d’autre part que la baryte forme avec la laminarine un complexe, soluble dans l’eau, insoluble dans lalcool. L’addition d’un excès de réactif n’a donc pas grand inconvénient, puisque, de toutes façons, le complexe de laminarine restera dans la liqueur, et que, dans le traitement ultérieur par l’alcoo!l, il précipitera avant la laminarine ellemême, dont il sera facilement séparé. Il est aisé d’ailleurs de respecter la laminarine, en déterminant sur une prise d’essai, la quantité minimum de baryte nécessaire pour la précipitation intégrale des substances mucilagineuses (COLIN et RICaRD. 1. 2).

Un premier essai de ce procédé ayant permis d’atteindre un rendement satisfaisant, c’est celui qui a été adopté. Les détails suivants sont donnés d’après l’une de ces extractions :

Laminaria flexicaulis Le Jolis a été récoltée à Corbière, pointe sud-ouest de l’île de Jersey, dans une coulée rocheuse largement ouverte sur la mer. Cette station a été choisie de préférence au lieu habituel des récoltes à cause de l’abondance des Laminaires en cet endroit et des facilités d’accès qui permettaient le transport d'assez grandes quantités de matériel. Comme à la Colette et à la Motte-Verte, on ne trouve sur les algues que très peu d’épiphytes : point de Spirorbes ni d’Ectocarpus, ce qui rend inutile le triage et le nettoyage préalable des algues.

La récolte a été faite le 6 septembre 1929. Cinquante-cinq kilogs sont aussitôt passés au hachoir et épuisés méthodiquement, suivant le procédé classique de la diffusion industrielle, dans cinquante litres d’eau, maintenus à une température d'environ 90°. L'analyse montre que les algues ainsi épuisées peuvent encore fournir 800 grammes de laminarine. Des difficultés d’ordre matériel ont fait négliger la récupération de cette petite quantité de produit.

Le liquide obtenu est trouble, un peu coloré en brun, légèrement visqueux. Il est infiltrable. On l’évapore à feu nu et à la pression ordinaire en activant l’évaporation au moyen d’un ventilateur. Lorsque le volume a été réduit à douze litres, on ajoute 150 grammes de baryte cristallisée, dose reconnue suffisante pour la précipitation intégrale de l’algine, et l’on maintient l’ébullition pendant quelques minutes en agitant constamment.

Après repos d’une nuit, le liquide surnageant est décanté. Le précipité barytique est repris deux fois par dix litres d’eau à l’ébullition. Les liquides de lavage, séparés par décantation, sont réunis au liquide primitif, et le tout est concentré le plus possible en agitant constamment pour éviter la formation d’une pellicule cristalline à la surface. Il ne faut pas aller cependant jusqu’au point où le milieu se prend en masse par refroidissement.

Au liquide refroidi, on ajoute alors le volume d’alcooïi fort suffisant pour séparer complètement le glucide : la précipitation est complète lorsque la teneur de la liqueur en alcool est de 75 %. La laminarine se rassemble en une masse pâteuse, brune, collant aux parois, qu’il est aisé de recueillir. Elle est lavée à l’alcool et séchée à l’étuve, d’abord à 80°, puis à 105°.

Elle se présente alors sous l’aspect d’une poudre assez blanche, qui donne avec l’eau des solutions troubles et légèrement visqueuses en raison de la présence de traces d’algine. Elle renferme 7,5 % de sels, des chlorures en majorité et une faible proportion de sels de baryum, un peu de mannitol, et livre par hydrolyse 88 % de sucre réducteur évalué en glucose.

On a obtenu 2 kilogs de laminarine brute.

Purification

Pour purifier ce produit il faut éliminer les sels, le mannitol et l’algine. La forte proportion de chlorures interdit la défécation immédiate par l'extrait de Saturne. Il est nécessaire de les éliminer au préalable.

Pour cela il ne faut pas songer à la dialyse. M" GRUZEWSKA a déjà montré que

la laminarine passe très facilement à travers les membranes de collodion (GRUZEWSKA. 3). Une solution à 10 %, dialysée contre de l’eau distillée pendant dix heures, a donné, d’une part, un produit à 6,26 % de sels, de l’autre, un produit à 9,20 %, la laminarine et les sels dialysant sensiblement avec la même vitesse.

D'autre part, la séparation de la laminarine de ses solutions aqueuses par laleool est rendue peu efficace par la présence de l’algine qui, précipitant elle aussi dans les mêmes conditions, entraîne avec elle une forte proportion de sels.

On a donc eu recours à l’épuisement du produit sec et finement pulvérisé par l’alcool à 85°, à froid, dans lequel la laminarine est insoluble.

Deux cent dix grammes de laminarine brute sont agités avec 409 cm d’alcool à 85° pendant vingt-quatre heures, à la température du laboratoire. L’alcool est décanté, distillé, et, dans la solution aqueuse résiduelle, on dose les chlorures par le nitrate d'argent, le mannitol par l’acide arsénieux. L'opération est répétée jusqu’à ce qu’on n’obtienne plus de précipité par le nitrate d’argent, aucune activité optique avec l’acide arsénieux. Il a fallu pour cela 14 épuisements. Le produit, séché à l’étuve, est alors mis en solution dans deux litres d’eau distillée chaude, et la liqueur traitée par la quantité d’extrait de Saturne suffisante pour éliminer lalgine. Le précipité, séparé par filtration, est lavé à l’eau chaude, les eaux de lavage étant mises de côté pour une récupération ultérieure. La liqueur, débarrassée du plomb au moyen d’une solution très diluée d’acide sulfurique, puis neutralisée exactement par quelques gouttes de soude déci-normale et filtrée, est évaporée à 600 em au bain-marie, sans dépasser la température de 50°. Elle est alors limpide, parfaitement incolore, et donne, au tube à deux décimètres, une déviation polarimétrique de — 5°4. Elle n’est pas réductrice. On en précipite la laminarine por affusion d’alcool et, pour pousser aussi loin que possible la purification du produit, on le remet en solution et on le précipite à nouveau. Il reste 112 grammes d’une poudre parfaitement blanche, ne renfermant plus que 0,46 % de cendres et dont une solution à 3,87 % avait une conductibilité électrique égale à 724 X 10-65. Les eaux de lavage du précipité plombique ont fourni d’autre part 24 grammes d’un produit à 2,46 % de cendres.

L'analyse de Laminaria flexicaulis montre qu’à cette date, l’algue avait la composition suivante pour 100 du poids frais :

EAP UE ENS ts à re Gt a 5 NN 76,2 EC ARR TS ee à à à da GS GRO 3,9 Manhitol, "43. 0 RS RAR EN En de 5,8 LAN ATIN ERA NE A Mon Te 5,6

55 kilogrammes renfermaient donc 2 kg. 800 de laminarine. Or, on a obtenu 2 kilogrammes de produit brut qui ont donné 1.070 grammes de laminarine pure à 0,46 de cendres, et 230 grammes à 2,46 %, soit un rendement total voisin de 2,30 % de la plante fraîche. Si l’on tient compte de ce fait qu’on a négligé, pour des raisons d’installation matérielle 800 grammes de laminarine restés dans les algues épuisées, on voit que ce procédé a permis d’obtenir, à l’état pur, 65 % de la quantité de glucide contenue dans les liquides d’extraction, 47 % de la quantité totale présente dans l’algue à cette époque.

Propriétés physiques

La laminarine est une poudre blanche, insipide, assez hygroscopique; anhydre, elle reprend en trois jours, à l’air du laboratoire, 16,5 d’eau, sans pour cela changer d'aspect. Elle est soluble dans l’eau (21 grammes pour 100 grammes à 15°), soluble dans l’alcool à 60° (16 gr. 5 pour 100 grammes), insoluble dans Falcool à 85°, même à l’ébullition Elle offre une très grande résistance à l’action de la chaleur. Au bloc Maquenne on la voit brunir à partir de 200°, mais elle reste pulvérente, ne foisonne pas, n’adhère pas au bloc. A 265", elle noircit lentement sans devenir pâteuse. Vers 300°, le changement de couleur n’est pas encore instantané. Au-delà de 300°, elle charbonne sans fondre.

La solution de laminarine est lévogyre. Son pouvoir rotatoire est égal — 11,3. Il ne varie pas sensiblement avec la température, non plus qu’avec les concentrations des solutions :

D lution à 10,61 %.. | e=9°24 | 1

= 2 t=17 ;=—114) — 8,78 %.. —158 | 2 17° — 11,2 —— OPUS —1°40. 2 1 174 — 11,3 — 181070, 20 — 1°40 2 39° — 11,3 = 478 0. APT Tee | 2 15° 41 — 2,94 %.. | —0°40’ | 2 15° — 11,3 22 2,94 D.. | :—0°4ÿ | 2 35° —11,5 | HANSTEEN avait trouvé pour le fucosane — 43,4, mais son produit, comme le fait remarquer KyYLiN, renfermait encore de l’algine. KyriN donne comme pouvoir rotatoire moyen — 13. En fractionnant la laminarine ainsi qu’on le verra plus loin, cet auteur a obtenu toute une gamme de produits dont les pouvoirs rotatoires — pour

la laminarine de L. flexicaulis — s’échelonnent entre — 8,6 et — 27,4. Cette conception de la laminarine considérée comme un mélange sera discutée en détail. M"° GRUZEWSKA donne deux pouvoirs rotatoires différents : — 17,25 et — 12,49, selon les échantillons examinés.

Une solution de laminarine, abandonnée plusieurs jours à la température ordinaire, précipite spontanément, plus ou moins vite, selon la concentration et le degré de pureté du milieu. Observé au microscope, le précipité en question apparaît comme formé de petites sphères de dimensions variables, isolées ou groupées en amas, parfois accolées en chainettes rappelant assez bien l’aspect des cellules de levure. Une solution de laminarine pure à 20 % a donné, en trois jours, un abondant dépôt de sphérites, très petits, de 34 environ de diamètre. On en a obtenu de 104, mais seulement au bout de deux mois dans une liqueur à 4 %. Les plus gros (304) se sont formés à la longue dans une solution à 3 % de laminarine brute. Si on prolonge l’expérience, le dépôt devient considérable, la grosseur des sphérites n’augmente plus. En deux ans, la solution précédente n’a pas fourni de sphérites de plus de 304 de diamètre. Ceux-ci se forment d’abord sur les parois des récipients et à la surface du liquide, puis ils tombent

au fond où ils se rassemblent. Ce précipité est insoluble dans l’eau froide, soluble dans l’eau chaude; de cette solution, on peut précipiter de nouveau des sphérites en se plaçant dans les conditions décrites. Séchés dans le vide sulfurique, ils perdent leur forme caractéristique. Si on les observe alors dans une goutte d’eau, on les voit reprendre peu à peu leur aspect primitif; les plus volumineux sont généralement brisés et les cassures rayonnent à partir du centre.

Cette forme insoluble de la laminarine avait déjà été signalée par KREFTING et Torur dans les liquides d’extraction de L. Cloustoni et considérée par eux comme une espèce chimique distincte. KYLIN, étudiant le même phénomène, les décrit comme des sphéro-cristaux de laminarine. Ils présentent, selon cet auteur, en lumière polarisée, une croix noire, comme les grains d’amidon. Ils ne se forment qu’à partir de la laminarine de L. Cloustoni. M"° GRUZEWSKA obtient cette précipitation spontanée dans les solutions de laminarine de L. flexicaulis, précipitation accélérée par l’oxygène, ce qui ferait supposer qu’il y a polymérisation de la molécule (GRUZEWSKA. 3). |

Nul n’avait fait jusqu’à présent l’étude cristallographique de ces sphérites dont la formation dans les solutions aqueuses étendues est cependant si curieuse.

Ils ont des propriétés optiques très particulières. Entre nicols geroisés, ils présentent bien une croix noire, comme le disait déjà KyYLIN, maïs le phénomène n’a rien de commun avec ce qui se passe pour l’amidon ou les sphéro-cristaux d’inuline. En effet, dans ces derniers corps, les branches de la croix noire sont parallèles aux sections principales des nicols. Dans les sphérites, au contraire, elles se trouvent placées à 45° de ces sections. Une lame teinte sensible superposée à la préparation fait virer au rouge deux des secteurs et au vert les deux autres. Si l’on fait tourner la préparation, l’orientation de la croix noire ne change pas ni celle des secteurs rouges et verts. On peut concevoir deux phénomènes de cette sorte, symétriques l’un de l’autre, et en effet certains sphérites ont leurs secteurs rouges dans la position où d’autres ont leurs secteurs verts. Il n’y a pas lieu de penser cependant que ces sphérites sont de deux sortes, les uns droits, les autres gauches, parce qu’un même sphérite, tournant sur lui-même dans un liquide en mouvement, présente tantôt l’un tantôt l’autre äe ces deux aspects symétriques. On doit donc admettre que les sphérites ont un plan de symétrie perpendiculaire à l’axe d’ordre infini, autrement dit qu’ils ont la symétrie de la sphère tournante.

Ces caractères, auxquels il faut ajouter la biréfringence, sont-ils dûs à une structure cristalline ? Pour répondre à cette question, on a soumis des sphérites préparés à partir de laminarine très pure, privée de sels, à l’action des rayons X avec le dispositif suivant : une plaque d’ébonite, de 1 mm. 5 d'épaisseur, est évidé dans sa partie centrale sur un diamètre de 3 millimètres. A l’intérieur de cette cavité, on accumule par pression le produit à étudier. Le cylindre est ensuite centré sur le tube qui porte les collimateurs, en sorte que toute paroi de vase est supprimée. Le faisceau utilisé — radiation Kz du cuivre, la radiation K$ étant éliminée par un filtre de nickel — avait 1 millimètre de section, et la distance du produit à la plaque photographique était de 36 mm. 6.

Après six heures de pose, le cliché portait un anneau intense (et un autre à peine visible, de moindre rayon) dont l’aspect décèle nettement un produit amorphe.

LES CONSTITUANTS GELUCIDIQUES DES ALGUES BRUNES p9

La dimension des particules élémentaires de laminarine qui produisent cette diffraction, calculée d’après la largeur de l'anneau, a été trouvée ég ale à 14 À environ (1).

Pour avoir une idée du degré de condensation de la laminarine dans ces sphérites, on a déterminé leur indice de réfraction, comparativement à celui de la laminarine non figurée. On sait qu’un solide plongé dans un liquide d'indice de réfraction différent, présente sur ses bords une frange brillante, dite frange de BFCKE, qui se déplace vers le corps d'indice le plus élevé lorsqu'on relève doucement le tube du microscope. Disposant d’une gamme de liquides d'indices croissants, on observe quelques grains de la poudre, successivement dans une goutte de chacun de ces liquides. Il arrive un moment, où passant d’un liquide d’indice n à un autre d'indice n’, on voit le déplacement de la frange changer de sens; l’indice du solide est évidemment compris entre n et n’ (2). Les liquides employés étaient des mélanges, en proportions déterminées, de naphtalène monobromé (n — 1,6585) et d’huile de vaseline (n — 1,4777). dont les indices avaient été mesurés au réfractomètre, en tenant compte des variations de température. L'indice de réfraction des sphérites est légèrement inférieur à 1,514; celui de la laminarine non figurée est compris entre 1,525 et 1,527. L'indice de réfraction des sphérites étant plus faible que celui de la laminarine non figurée, on peut supposer que la précipitation spontanée résulte d’une hydratation de la laminarine.

Propriétés chimiques

En solution aqueuse, la laminarine donne avec les bases alcalino-terreuses des combinaisons solubles dans l’eau, insolubles dans lPalcool, très difficilement décomposables par l’acide carbonique. Le composé calcique est plus soluble dans l’alcool que le composé barytique, le composé strontique a des propriétés intermédiaires.

La grosseur de la molécule de laminarine et sa faible solubilité n’ont pas permis de déterminer exactement le poids moléculaire par cryoscopie. Rigoureusement privé de sels, le produit, en solution à 10 %, provoque un abaissement de température inférieur à 0°10.

D’après KYLIN, la laminarine serait un mélange de glucides ne différant les uns des autres que par la grosseur de la molécule. Pour les séparer, cet auteur précipite la laminarine de ses solutions aqueuses par affusion progressive d'alcool. Il obtient de la sorte toute une série de « modifications », qui sont elles-mêmes des mélanges (le fractionnement n'étant pas rigoureux), de pouvoir rotatoire et de poids moléculaire décroissant avec la concentration du milieu en alcool. Ainsi l’extrait alcoolique (alcool à 50°) de Laminaria flexicaulis récolté en novembre, lui a donné, par addition progressive d’alcool fort à la liqueur, trois produits de pouvoirs rotatoires égaux à — 11,5; — 15,7; — 27,4. L’épuisement de l’algue ayant été poursuivi avec un alcool de moindre

(1) Cette détermination a été faite, au laboratoire de M. pe BRoOGLIE, par M. F. DuPRÉ LA Tour. Qu'il veuille bien trouver ici le témoignage de ma sincère reconnaissance.

(2) Cf. RINNE, p. 72.

concentration (20°), il a retiré une substance de pouvoir rotatoire égal à — 8,6. Enfin, par traitement à l’eau du matériel résiduel et précipitation par l’alcool, il a obtenu deux fractions de pouvoirs rotatoires : —11,1 et —14. En outre, si l’on en croit l’auteur, il reste dans les liqueurs d’extraction une laminarine à très petite molécule, non précipitable par l’alcool, le laminariose, qui n’a pu être isolé.

En présence de ces affirmations, nous avons cherché à isoler ces différentes laminarines. Leur inégale solubilité dans l’alcool devait permettre de les séparer en épuisant méthodiquement, par une gamme d’alcools de titres décroissants, la laminarine finement pulvérisée. La méthode était plus rigoureuse que celle de l’auteur suédois.

Un poids connu de glucide est agité pendant douze heures, à la température du laboratoire, avec un certain volume d’alcool de titre donné. Après un repos de douze heures, l’alcool est décanté, distillé : le résidu de distillation, évaporé à sec et pesé, donne la quantité de substance dissoute. Si celle-ci est notable, l’épuisement est poursuivi avec un alcool de même titre jusqu’à ce que le poids de laminarine entraînée soit faible : 0,06 à 0,08 %. On abaisse alors de 5° le titre de l’alcool, et l’opération est ainsi continuée jusqu’à ce que tout ait été dissous.

Dans une première expérience, seul a été noté le pouvoir rotatoire global des fractions successives solubilisées dans un alcool de titre donné. Dans une seconde, la déviation polarimétrique a été déterminée à chaque épuisement. Voici le bilan de ces expériences. On était parti, la première fois de 30 grammes de laminarine, en employant chaque fois 350 cm° de solvant. La seconde fois 45 grammes de laminarine et 235 cm de solvant.

Première expérience

| | | TITRE DE| N° DES |POIDSDE TITRE DE| N°DEs |POIDS DE s : le IR SUBST-NTOTAT ; ; LS UEST.- |MTOTAT [#1D L'ALCOCL, EÉPUIS dissoute L'ALCOOL, EPUIS dissoute 80° 1 0,140 | 0,140 70° 5 1,050 | | 6 0,560 | 750 1 0,450 | 7 0,245 | 2 0,600 | 8 0,210 | 22,165 | =9,7 3 0,300 | | Po | 4 0,280 | 1,630 65 1 1,050 2 0,700 70° 1 7,030 3 0,525 2 6,300 | 4 0,350 3 4,410 5 0,140 | 4 2,310 6 0,105 | 2,870 0 48

Deuxième expérience