Vitamine B3: Production et Utilisations

Vitamine B3 (Niacine)

Vitamin B3

La vitamine B3 fait partie des vitamines du complexe B. Elle est aussi appelée niacine. Les termes niacine ou vitamine B3 sont généralement utilisés comme descripteurs génériques pour l’acide nicotinique et le nicotinamide.

D’autres noms couramment utilisés incluent l’acide pyridine 3-carboxylique et la vitamine PP pour l’acide nicotinique, et l’amide d’acide pyridine 3-carboxylique, la pyridine 3-carboxamide, la vitamine PP et le niacinamide pour le nicotinamide.

L’acide nicotinique a été synthétisé pour la première fois en 1867 par dégradation oxydative de la nicotine.

Il avait été chimiquement identifié bien avant que son importance en tant que nutriment essentiel (vitamine antipellagre) ne soit reconnue.

Au début des années 1900, on a découvert que la pellagre était causée par une carence en acide nicotinique.

La niacine est une substance naturelle. L’acide nicotinique est la forme présente dans les aliments d’origine végétale, tandis que le nicotinamide est présent dans les produits d’origine animale.

La niacine naturelle n’est pas entièrement biodisponible pour les humains et les animaux. L’acide nicotinique dans les céréales et les graines oléagineuses est présent dans un complexe lié et les teneurs moyennes en niacine se situent entre 10 et 200 mg/kg de produit.

Table des matières

1. Production de vitamine B3

La production industrielle d’acide nicotinique et de nicotinamide est basée sur les matières premières 5-éthyl-2-méthylpyridine et 3-méthylpyridine (3-picoline).

Industrial production of nicotinic acid and nicotinamide

La 3-méthylpyridine est obtenue par réaction catalytique en phase gazeuse d’acétaldéhyde, de formaldéhyde et d’ammoniac. Cependant, le produit principal est la pyridine, tandis que la 3-méthylpyridine est obtenue comme sous-produit avec un rendement de 30 à 50 %. La 5-éthyl-2-méthylpyridine est produite par réaction de paraldéhyde avec de l’ammoniac.

L’acide nicotinique est obtenu directement par oxydation nitrique de la 5-éthyl-2-méthylpyridine ou par hydrolyse totale de la 3-cyanopyridine.

Le nicotinamide est disponible soit à partir de l’amidation de l’acide nicotinique, soit à partir de l’hydrolyse partielle de la 3-cyanopyridine. Ce dernier est obtenu par ammoxydation de la 3-méthylpyridine.

1.1. Oxydation de la 5-éthyl-2-méthylpyridine

La plus grande usine de production d’acide nicotinique au monde est située à Viège, en Suisse, et est exploitée par Lonza.

production of nicotinic acid

Dans une solution aqueuse, la 5-éthyl-2-méthylpyridine est oxydée en acide nicotinique dans un réacteur monotube en utilisant un excès d’acide nitrique. Le processus continu se déroule à 230–270 °C et 6–8 MPa.

L’acide pyridine-2,5-dicarboxylique est formé comme intermédiaire, mais n’est pas stable dans les conditions de réaction, subissant une décarboxylation en nitrate d’acide nicotinique. Neutralisation du nitrate avec 5-éthyl-2-méthylpyridine donne de l’acide nicotinique.

L’eau et le dioxyde de carbone formés dans la réaction sont séparés du produit. L’oxyde d’azote formé est oxydé avec de l’air en dioxyde d’azote, puis absorbé dans l’eau pour donner de l’acide nitrique, qui est recyclé dans le procédé.

1.2. Ammoxydation de la 3-méthylpyridine et hydrolyse de la 3-cyanopyridine

Production of nicotinamide

Dans un réacteur multitubulaire, la 3-méthylpyridine, l’air, l’ammoniac et l’hydrogène réagissent à env. 350°C et pression modérée pour donner la 3-cyanopyridine. Les catalyseurs hétérogènes contenant des oxydes d’antimoine, de vanadium et de titane, d’antimoine, de vanadium et d’uranium ou un catalyseur antimoine-vanadium-titane sont très efficaces.

Par exemple, avec un catalyseur au vanadium, titane, zirconium, molybdène, une température de réacteur de 340 ° C et un rapport d’alimentation molaire de 3-méthylpyridine: ammoniac: oxygène de 1: 1,3: 40 donne 95% de 3-cyanopyridine.

La 3-cyanopyridine est convertie en nicotinamide par hydrolyse alcaline. Cette réaction présente l’avantage que la saponification en amide est rapide par rapport à l’hydrolyse totale en acide nicotinique.

L’hydrolyse en amide est normalement effectuée avec des quantités catalytiques de bases, principalement de l’hydroxyde de sodium, à 130–150 °C.

Dans le procédé Lonza, la 3-cyanopyridine est convertie en nicotinamide au moyen d’un microorganisme immobilisé du genre Rhodococcus.

Des catalyseurs hétérogènes sont également mentionnés. L’hydrolyse de la 3-cyanopyridine en nicotinamide dans des fluides aqueux sous haute pression pourrait être une alternative intéressante.

1.3. Conversion du 2-méthylglutaronitrile

Le 2-méthylglutaronitrile, un sous-produit de la production d’adiponitrile, est converti en 2-méthyl-1,5-diaminopentane. L’hydrogénation cyclique donne la 3-méthylpipéridine. La déshydrogénation donne la 3-méthylpyridine, qui est ensuite ammoxydée et partiellement hydrolysée en nicotinamide.

production of nicotinamide from 2-Methylglutaronitrile

2. Fonctions biochimiques de la vitamine B3

Le nicotinamide est présent dans l’alimentation principalement sous forme de NAD et de NADP, qui sont hydrolysés dans l’intestin. Le nicotinamide résultant est soit absorbé tel quel, soit après son hydrolyse en acide nicotinique.

L’acide nicotinique est présent dans les céréales sous forme de glycoside qui ne subit qu’une hydrolyse partielle in vivo, son absorption par le tractus gastro-intestinal n’est que limitée et n’est donc pas difficilement biodisponible.

L’acide nicotinique lui-même est rapidement absorbé à la fois par l’estomac et la partie supérieure de l’intestin grêle. La niacine est également synthétisée via la kynurénine et l’acide quinolinique en tant qu’intermédiaires biosynthétiques clés.

La niacine sert de précurseur de deux coenzymes essentielles : le nicotinamide adénine dinucléotide (NAD) et le nicotinamide adénine dinucléotide phosphate (NADP).

Les deux coenzymes catalysent le transfert métabolique de hydrogène; l’une des fonctions de base du métabolisme des protéines, des graisses et des glucides. Cette fonction est requise à la fois pour la synthèse et la dégradation des acides aminés, des acides gras et des glucides.

Une autre tâche importante des coenzymes niacine est leur intervention répétée dans le cycle de l’acide citrique. Le cycle de l’acide citrique ou de Krebs comprend de nombreuses étapes au cours desquelles l’acétate activé est oxydé de manière répétée.

Les composés issus de la dégradation des acides gras, des glucides et des acides aminés sont d’abord décomposés en pyruvate oxal-acétate puis entrent dans le cycle avec l’acétate actif. Les différentes étapes oxydatives du cycle produisent une quantité considérable d’énergie, qui est stockée dans l’adénosine triphosphate (ATP).

Cette énergie peut être libérée par la conversion de l’ATP en adénosine diphosphate (ADP), qui est alors prête à capter plus d’énergie.

La niacine joue donc un rôle essentiel dans la production métabolique et l’utilisation de l’énergie.

3. Utilisations de la vitamine B3

La pellagre chez l’homme était autrefois répandue dans de nombreuses régions du monde où le maïs était la principale source de nutrition. Des symptômes subcliniques de carences apparaissent encore dans des conditions de malnutrition ou de nutrition unilatérale.

L’enrichissement des produits céréaliers en vitamines B, en particulier avec de l’acide nicotinique ou du nicotinamide, est devenu possible au début des années 1940 lorsque la vitamine est devenue disponible dans le commerce, et est maintenant une pratique courante et requise dans certains pays.

La niacine est présente dans les céréales du petit-déjeuner, les boissons et les comprimés multivitaminés.

Les allégations suivantes sur la niacine ont été approuvées et publiées par la Commission européenne :

  • La niacine contribue à une fonction psychologique normale.
  • La niacine contribue au métabolisme énergétique normal.
  • La niacine contribue au fonctionnement normal du système nerveux.
  • La niacine contribue au maintien de muqueuses normales.
  • La niacine contribue au maintien d’une peau normale.
  • La niacine contribue à la réduction de la fatigue et de l’épuisement.

La niacine est également essentielle pour la plupart des animaux. Les exigences peuvent être couvertes par diverses sources. La biosynthèse à partir du tryptophane n’a pas d’importance car le taux de conversion est très faible et la plupart des aliments naturels sont relativement pauvres en cet acide aminé.

L’acide nicotinique est synthétisé par la microflore du gros intestin des monogastriques et du rumen des ruminants. Chez les monogastriques, la biosynthèse est insignifiante car elle se produit dans le gros intestin, situé après les principaux sites d’absorption de niacine du duodénum et de l’intestin grêle.

La majeure partie de l’acide nicotinique synthétisé par la microflore est donc excrétée dans les fèces. La synthèse de l’acide nicotinique dans le rumen est sous-optimale lorsque les animaux sont stressés pour une production élevée ou lorsque la microflore du rumen a été perturbée.

Pour atteindre des performances optimales et maintenir une bonne santé, tous les animaux domestiques et de compagnie ont besoin d’une source alimentaire de niacine pour répondre à leurs besoins. Les niveaux de niacine devraient donc être supérieurs aux recommandations du NRC (National Research Council).

L’acide nicotinique et le nicotinamide utilisés à des doses dépassant les besoins nutritionnels génèrent un certain nombre de réponses pharmacologiques facilement reconnaissables, dont certaines ont une signification thérapeutique.

Au vu de la relation entre l’acide nicotinique et le nicotinamide, il est remarquable que peu ou pas du tout des activités pharmacologiques considérables de l’acide nicotinique soient partagées par le nicotinamide.

Certains des effets observés des doses pharmacologiques d’acide nicotinique sont les suivants :

1. Effets sur le métabolisme des lipides : les concentrations plasmatiques de cholestérol et de triglycérides ont chuté de manière significative avec des doses de 1 à 2 g/j d’acide nicotinique. Différents produits à base d’acide nicotinique ou d’esters d’acide nicotinique sont disponible dans le commerce.

2. Vasodilatation : La réaction de rinçage provoquée par l’augmentation du débit sanguin apparaît très rapidement. Cet effet est également utilisé en médecine.

3. Activation de la fibrinolyse.

La niacine est utilisée dans les bains de galvanoplastie. Les bains d’électrodéposition de zinc contiennent de la niacine sous une forme quaternisée obtenue par la réaction de la niacine avec le chlorure de benzyle, ce qui donne des surfaces uniformes et brillantes.

Les références