II. Une molécule: la capsaïcine

UNE MOLECULE: LA CAPSAÏCINE

1. Mise en évidence de la capsaïcine

Photographie des différents matériels utilisés

Tout d'abord, afin de montrer la présence de capsaïcine dans le piment, nous avons comparé les différentes espèces chimiques qui composent le piment et le poivron. Ce dernier n'étant pas piquant, il ne possède pas de capsaïcine.

Nous avons alors réalisé une extraction afin d’effectuer une chromatographie sur couche mince.

Pour choisir le bon éluant, nous avons réalisé plusieurs fois cette expérience.

Lors de la première expérience nous avons choisi d’utiliser comme solvant un mélange contenant de l’éthanol et du cyclohexane. Nous avons effectué trois chromatographies avec des éluants de proportions différentes, la première 40% éthanol et 60% cyclohexane ; la deuxième 60% éthanol et 40% cyclohexane ; la troisième 80% éthanol et 20% cyclohexane. Nous avons effectué cela afin de chercher dans quelle proportion la capsaïcine se différencie le plus lors de la chromatographie.

Nous avons choisi l’éthanol car il s’agit d’un solvant polaire puisqu'il ne présente ,pas de symétrie particulière, et le cyclohexane car il ne possède aucune liaison polaire, il est donc apolaire.

Photographie des trois mélanges d'éluants réalisés lors de la première expérience

Formule développée de la capsaïcine

La capsaïcine, comme on peut le voir sur la formule développée ci-contre, possède une partie, composée de liaisons C-H, apolaire.

Elle possède aussi une partie avec des liaisons polaires (C=O, N-H et C=O) possédant un moment dipolaire, la rendant polaire. On en déduit que la molécule capsaïcine est à la fois polaire et apolaire.

C’est pour cela que le solvant choisi est un mélange d’éthanol, solvant polaire, et du cyclohexane, solvant apolaire. En effet, une molécule d’un soluté polaire est très soluble dans un solvant polaire et inversement, une molécule d’un soluté apolaire est très soluble dans un solvant apolaire.

Dans de la deuxième expérience, nous avons utilisé un solvant constitué d’acétate d’éthyle de cyclohexane. Pareillement la première expérience nous avons effectué trois chromatographies avec des éluants de proportions différentes, avec 20% d’acétate d’éthyle et 80% de cyclohexane, 40/60% et 60%/40%.

L’acétate d’éthyle est un solvant polaire, car il ne présente pas de symétrie particulère; et le cyclohexane est apolaire comme vu précédemment.

Ainsi, le soluté polaire est très soluble dans le solvant polaire et le soluté apolaire est très soluble dans le solvant apolaire.

Photographie des trois mélanges d'éluants réalisés lors de la deuxième expérience

Lors des deux premières expériences, nous avons réalisé les chromatographies à partir du filtrat, sans laisser macérer le mélange. Les résultats ont été peu concluants, c’est pourquoi après s’être informées, nous avons décidé de laisser macérer le tout, afin de permettre à la capsaïcine de passer en solution.

Photographie des filtrats du piment et du poivron en solution d'éthanol

Lors de la troisième expérience, nous avons pris comme solvant un mélange d’acétate d’éthyle et d’éther de pétrole. Dans les différents mélanges que nous avons fait, on verse 25% d’acétate d’éthyle avec 75% d’éther de pétrole, 50%/50% et 75%/25% afin d'obtenir trois éluants différents.

Comme vu auparavant l’acétate d’éthyle est un solvant polaire, et l’éther de pétrole est un solvant apolaire, car c'est un hydrocarbure (donc composé que de liaisons C-H apolaires).

Puisque nous avons observé que plus l’éther de pétrole était présente en grande proportion plus la chromatographie était concluante, nous avons donc décidé d’effectuer une quatrième expérience en prenant les mêmes proportions mais en ajoutant comme solvant de l’éther de pétrole pur, soit 100% d’éther de pétrole. Ce solvant n'a pas été concluant puisqu'il est uniquement apolaire. Cette dernière expérience a été réalisée une semaine après la précédente; le piment et le poivron en solution ont donc eu plus de temps de macération.

Photographie des quatre mélanges d'éluants réalisés lors de la quatrième expérience

Voici ci-dessous, le détail de notre procédure :

Pour l’extraction, nous avons mis le piment en solution, avec de l’éther de pétrole, car il fait partie de notre éluant pour la chromatographie qui va suivre. Nous avons mis du piment découpé dans un mortier, avec du sable pour faciliter le broyage puis le solvant choisi pour extraire les pigments.

Piment

Piment + sable

Piment + sable + éther de pétrole

Photographies des différentes étapes de l’extraction de la capsaïcine

Nous avons broyé à l’aide d’un pilon. Puis, nous avons passé le tout dans un filtre. Nous avons versé le filtrat dans un erlenmeyer. Afin de bien laisser macérer la solution, nous avons également ajouté le reste dans l’erlenmeyer.

On laisse macérer le tout pendant une à deux semaines, en mélangeant régulièrement à l’aide d’un agitateur pour éviter que le mélange ne se sépare en deux phases.

Nous avons fait de même avec le poivron, puisque comme nous l’avons dit précédemment, le poivron ne contient pas de capasaïcine. Lors de la chromatographie sur couche mince nous nous attendons à avoir une tâche supplémentaire chez le piment, qui devrait être la capsaïcine.

Photographie du piment et poivron en solution d'éther de pétrole

Pour cette chromatographie, nous avons prélevé une goutte de chacun des deux mélanges réalisés, à l'aide d'une micro-pipette, que nous avons déposée sur une plaque en silice (action répétée plusieurs fois de telle sorte que l'on obtienne une plaque pour chaque mélange de solvant). Enfin, nous avons déposé une plaque dans chaque mélange, jusqu'à ce que le solvant atteigne presque le bord (environ un cm).

Photographie des quatre plaques de chromatographie lors de la quatrième expérience avant la plongée dans les solvants

Les résultats obtenus lors de la troisième expérience ont été plus concluants. On en déduit qu'une semaine suffit pour que la capsaïcine ait le temps de passer en solution.

Voici les résultats:

Photographie des résultats de la chromatographie sur couche mince de la troisième expérience

Nous distinguons deux tâches orangées chez le piment et le poivron, qui ont le même rapport frontal. Nous en déduisons que ces tâches représentent le pigment caroténoïde, plus précisément ici le lycopène, puisque le piment et le poivron utilisés étaient rouges.

Nous ne distinguons pas d'autres tâches à l’œil nu, c'est pourquoi nous avons décidé d'observer ces plaques à la lampe UV.

Photographie des résultats de la chromatographie sur couche mince de la troisième expérience vue sous lampe UV

Grâce à la lampe UV, nous observons une tâche chez le piment, absente chez le poivron. Cette tâche supplémentaire représenterait la capsaïcine, puisqu'elle n'est pas présente chez le poivron.

Cependant, nous ne pouvons pas être totalement sûres qu'il s'agit de cette molécule puisqu'il faudrait comparer par chromatographie sur couche mince les espèces chimiques du piment avec une molécule de capsaïcine pure. Si le piment présentait une tâche ayant le même rapport frontal que la capsaïcine, nous pourrions alors certainement affirmer que le piment est composé de capsaïcine.

N'ayant pas le droit d'acheter de la capsaïcine pure, car dangereuse, nous en déduisons, d'après nos recherches, qu'il s'agit bien ici de la capsaïcine.

2. Les caractéristiques de la capsaïcine

Représentation en boules et bâtonnets de la molécule capsaïcine

La capsaïcine, de formule brute C18H27NO3, est un composé chimique de la famille des alcaloïdes. Cet alcaloïde a été découvert, en 1816, par le pharmacochimiste allemand Christian Friedrich Bucholz.

C’est cette molécule qui est à l’origine de la sensation irritante de brûlure dans la bouche. Elle crée une augmentation de la sécrétion de liquide gastrique. Les capsaïcinoïdes activent les récepteurs de chaleur de la peau ; c’est ce qui procure la sensation de brûlure alors qu’il n’y a pas réellement d’augmentation de température.

La capsaïcine est la molécule principale dans les piments, mais d'autres molécules peuvent provoquer une sensation de brûlure, comme la dihydrocapsaïcine (ou capsaïcine 2), la nordihydrocapsaïcine, la homodihydrocapsaïcine et l'homocapsaïcine.

Tableau des caractéristiques des capsaïcinoïdes naturelles

La molécule de capsaïcine fusionne à 65°C et boue entre 210 et 220°C.

Elle est faiblement soluble dans l'eau. En effet, la capsaïcine comme on peut le voir sur la formule développée ci-dessus, possède une partie, composée de liaisons C-H, apolaire.

Mais, elle possède aussi une partie avec des liaisons polaires (C=O, N-H et C=O), la rendant polaire. On en déduit que la molécule capsaïcine est à la fois polaire et apolaire.

L’eau est un solvant polaire, cette molécule possède deux liaisons polaires H-O et le centre géométrique des charges positives et négatives ne sont pas confondus, il y a un moment dipolaire. L’eau est donc un solvant polaire.

On en déduit que le soluté polaire est soluble dans le solvant polaire qui est l’eau. Cependant le soluté apolaire n’est pas soluble dans le solvant polaire. C’est pour cela que la capsaïcine est peu soluble dans l’eau.

Tout ceci explique le fait que, lorsque nous buvons de l'eau pour estomper la sensation de brûlure du piment, rien ne se passe.

D'après la formule semi-développée de la molécule capsaïcine présentée dans le tableau ci-dessus; on note qu'elle est composée de 18 atomes de carbone, de 27 atomes d'hydrogène, d'un atome d'azote et de trois atomes oxygènes.

Nous remarquons aussi que cette dernière possède seulement trois liaisons doubles conjuguées, ce qui est insuffisant pour que celles-ci permettent une coloration de la molécule. Ainsi elle est incolore.

On peut donc en déduire que ce n'est pas elle qui est à l'origine de la couleur rouge, jaune, orange ou verte du piment.

En effet, plus une molécule contient de liaisons conjuguées ( il faut qu'elle contienne au moins sept doubles liaisons dans un système conjugué ) et plus il y a chances que cette dernière puisse absorber des rayonnement visibles et donc posséder une couleur.

De plus, cette molécule est classée parmi les métabolites secondaires. Chez les plantes, ils sont importants pour la survie et la propagation de l'espèce.

Il faut aussi souligner que la production de capsaïcine augmente lorsque la plante est victime d'une agression (par des insectes ou des animaux ). Elle sert ainsi avant tout de protection pour la plante en repoussant ces prédateurs .

C'est pourquoi, dans l'environnement les plus humides, la production de capsaïcine est utile pour protéger les fruits des champignons qui les attaqueraient.

Par le biais de la sélection naturelle, nous avons pu observé que la teneur en capsaïcine dans le piment a augmenté car, comme on vient de le voir, en présence de prédateurs, seuls les piments les plus tenaces survivent (les piments ayant le plus de capsaïcine). Ce qui a donné naissance à une espèce de piment très forte en capsaïcine.

Ainsi plus l'attaque des insectes est importante, plus la teneur en capsaïcine est importante chez les espèces de piments.

De plus, d'un point de vue biologique la molécule capsaïcine produite par le piment est synthétisée en plus ou moins grande quantité en fonction de l'espèce de piment et des conditions de développement de la plante, notamment la température du milieu ou l'abondance d'eau.