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苹果酸

苹果酸,又名2-羟基丁二酸,由于分子中有一个不对称碳原子,有两种立体异构体。大自然中,以三种形式存在,即D-苹果酸、L-苹果酸和其混合物DL-苹果酸。白色结晶体或结晶状粉末,有较强的吸湿性,易溶于水、乙醇。有特殊愉快的酸味。苹果酸主要用于食品和医药行业。

缩写式

H2MA或H2Mi(后者居多)

电离方程式

H2MA ==== H+ + HMA-K1====1.4*10^-3

HMA- ==== H+ + MA2-K2====1.7*10^-5

[ROH]2-(醇羟基)====[RO]3- K3=5.2*10^-19

苹果酸有L一苹果酸、D-苹果酸和DL-苹果酸3种异构体。天然存在的苹果酸都是L型的,几乎存在于一切果实中,以仁果类中最多。苹果酸为无色针状结晶,或白色晶体粉末,无臭,带有刺激性爽快酸味,熔点127-130℃,易溶于水,55.59/100mL(20℃),溶于乙醇,不溶于乙醚。有吸湿性,1-(质量)水溶液的pH值2.4。 [1]

(1)D-苹果酸:

密度1.595,熔点101℃,分解点140℃,比旋光度+2.92°(甲醇),溶于水、

甲醇、乙醇、丙酮。

(2)L-苹果酸:

密度1.595,熔点100℃,分解点140℃,比旋光度-2.3°(8.5克/100毫升水),易溶于水、甲醇、丙酮、二恶烷,不溶于苯。等量的左旋体和右旋体混合得外消旋体。密度1.601;熔点131-132℃,分解点150℃;溶于水、甲醇乙醇二恶烷丙酮,不溶于苯。

最常见的是左旋体,L-苹果酸,存在于不成熟的的山楂、苹果和葡萄果实的浆汁中。也可由延胡索酸经生物发酵制得。它是人体内部循环的重要中间产物,易被人体吸收,因此作为性能优异的食品添加剂和功能性食品广泛应用于食品、化妆品、医疗和保健品等领域。外消旋体可由延胡索酸或马来酸在催化剂作用下于高温高压条件和水蒸气作用制得。

安全性兔经口LDao 5.09/kg。狗经口LD501.Og/kg。ADI不作规定。大鼠[1-(质量)水溶液]LD501.6~3.29/kg。

苹果酸是苹果的一种成分,人每日由蔬菜、水果摄取的苹果酸为1.5~3.0g左右,从未发现不良反应,毒性极低。 [1]

按日本食品添加剂标准,苹果酸应符合下列质量指标:含量≥99.0-(质量),溶状、水溶液澄清,熔点127~130℃,重金属≤0.002-(质量),氯化物≤0.0035-(质量),铁≤0.004-(质量),灼烧残留物≤o.05-(质量)。 [1]

按美国食用化学品法典(1983)规定,苹果酸应符合下列质量指标:含量≥99.5-(质量)。熔点130~132℃,灰分≤0.1-(质量),重金属(以Pb计)≤0.002-(质量),砷(以As计)≤0.0003-(质量),铅≤0.001-(质量),富马酸≤0.5-(质量),顺丁烯二酸≤0.05-(质量),水不溶≤o.1‰(质量)。 [1]

由于L-苹果酸属于发酵生产的产品,安全性能有保障,因此,国际市场上需求量快速增加,2010年到2013年以来需求量保持在年均10-左右的高速度。2013年世界苹果酸主要生产国有美国加拿大日本等,世界总产量每年约为10万吨,其中L-苹果酸产量每年约为4万吨,而世界市场潜在需求量达到每年6万吨,可见市场发展空间之大。其中日本是世界主要的L-苹果酸生产国与出口国。

目前,L-苹果酸的生产方法已由早期的单一的提取法发展到以下几种方法:提取法、化学合成法、一步发酵法、二步发酵法、固定化酶或细胞转化法[2]。目前,存在的问题仍是缺少优良生产菌株,在研究选育优良菌株的同时,注重加强提取工艺等相关技术的研究,搞好上下游工程配套技术的研究开发是非常必要的 [2]

(1)萃取法将未成熟的苹果、葡萄、桃等的果汁煮沸,加入石灰水,生成钙盐沉淀,然后再经处理生成游离苹果酸。

(2)合成法将苯催化氧化,得到马来酸和富马酸,然后在高温和加压下水合。水合反应的条件通常是在180220'C和1.4一1.8MPa压力下反应35h。反应生成物主要是苹果酸和少量反丁烯二酸,调节苹果酸在40~C的含量为40-并使溶液冷却到约15'C,过滤分离反丁烯二酸晶体,母液浓缩,离心分离固体,得粗苹果酸,再经精制结晶得成品。

(3)发酵法从反丁烯二酸利用生物酶发酵生产左旋苹果酸。 [3]

本产品用内衬双层食品级的聚乙烯塑料袋的纸板圆桶包装,本产品有易吸湿、氧化的性能,运输时应遮蓬,不得与有毒、异味、有色粉末混放,贮存于阴凉、干燥的库房中,避免日晒。 [4]

L苹果酸为天然果汁之重要成份,与柠檬酸相比具有酸度大(酸味比柠檬酸强20-),但味道柔和(具有较高的缓冲指数),具特殊香味,不损害口腔与牙齿,代谢上有利于氨基酸吸收,不积累脂肪,是新一代的食品酸味剂,被生物界和营养界誉为“最理想的食品酸味剂。”,2013年以来在老年及儿童食品中正取代柠檬酸。

L苹果酸是人体必需的一种有机酸,也是一种低热量的理想食品添加剂.当50-L-苹果酸与20-柠檬酸共用时,可呈现强烈的天然果实风味。

饮料(各种清凉饮料):应用L苹果酸配制的软饮料解渴爽口,有苹果酸味,接近天然果汁。国内一些大型食品公司,如娃哈哈集团、健力宝集团开始在饮料中使用L-苹果酸。

L-苹果酸是生物体三羧酸的循环中间体,口感接近天然果汁并具有天然香味,与柠檬酸相比,产生的热量更低,口味更好,因此广泛应用于酒类、饮料、果酱、口香糖等多种食品中,并有逐渐替代柠檬酸的势头。是目前世界食品工业中用量最大和发展前景较好的有机酸之一。

L-苹果酸中含有天然的润肤成分,能够很容易地溶解粘结在干燥鳞片状的死细胞之间的“胶粘物”,从而可以清除皮肤表面皱纹,使皮肤变得嫩白、光洁而有弹性,因此在化妆品配方中备受青睐;L-苹果酸可以配制多种香精、香料,用于多种日用化工产品,如牙膏、洗发香波等;与柠檬酸相比,L-苹果酸其酸味柔和别致,因此国外将其用于替代柠檬酸作为新型洗涤助剂,用于合成高档特种洗涤剂。

L-苹果酸可以用于治疗肝病、贫血、免疫力低下、尿毒症、高血压、肝衰竭等多种疾病,并能减轻抗癌药物对正常细胞的毒害作用;还可用于制备和合成驱虫剂、抗牙垢剂等。

功能一:酸味调节剂

L苹果酸口感接近天然苹果的酸味,与柠檬酸相比,具有酸度大、味道柔和、滞留时间长等特点,已广泛用于高档饮料、食品等行业、已成为继柠檬酸、乳酸之后用量排第三位的食品酸味剂。用L苹果酸配制的饮料更加酸甜可口,接近天然果汁的风味。苹果酸与柠檬酸配合使用,可以模拟天然果实的酸味特征,使口感更自然、协调、丰满。清凉饮料、粉末饮料、乳酸饮料、乳饮料、果汁饮料中均可添加苹果酸改善其口感和风味,苹果酸常与人工合成的二肽甜味剂阿斯巴甜(ASPARTME)配合使用,作为软饮料的风味固定剂添加。100克苹果酸比添加100克柠檬酸几乎要强1.25倍,或者说80克的苹果酸和100克的柠檬酸形成的酸味强度是相当的,因此要达到相同的酸味强度使用L苹果酸可以减少用量20-,对于一些食品加苹果酸可以节省白糖10-~20-,由于它的酸味刺激效果优于柠檬酸,而且美国FDA(食品和药物管理局)已限制柠檬酸在儿童和老年食品中的应用所以,近几年来L-苹果酸在食品工业上的应用已逐渐取代柠檬酸。

发酵

L苹果酸是生物体三羧酸循环的中间体,可以参与微生物的发酵过程,可以作为微生物生长的碳源,因此可以用于食品发酵剂。比如可以做酵母生长促进剂,也可以加入发酵乳中。

凝胶作用

当有一定量的果胶和糖时,酸是凝胶形成的关键条件。浓缩果汁的生产要防止产生絮凝和凝块,就要控制有果胶引起的凝动的条件。所以L苹果酸可以使果胶产生凝胶作用,因此可以用来制作果糕、果冻凝胶态的果酱和果泥等。

功能二:保鲜剂

苹果酸可广泛的用于食品保鲜剂。微生物需要在一定酸碱度的环境中才能正常地进行生长繁殖,如果环境中的pH值不适宜,则可能影响细胞表面的带电性质,从而引起膜的通透性能的变化,影响细胞的正常代谢。酸类对微生物的作用不仅决定氢离子的浓度成正比,而且与有机酸兼有的抗氧化作用、酸的阴离子及未电离的分子有关,苹果酸在中性条件下电离而在酸性条件下不电离,但酸性条件下的杀菌能力却比中性条件大100倍以上,主要是因为分子状态的有机酸更容易透过细胞膜起作用,而离子状态的酸不易透过细胞。另外他还可以促进蛋白质的热变性。

抑制酶促褐变

切割蔬菜是来国外兴起的一种新型蔬菜加工产品,因其具有方便性,快捷性等特点,日益受到人们的青睐。尤其在美国,据估计到2005年,切割蔬菜将在美国零售市场上占总销售的30-,马铃薯是我国一种重要的经济作物,它的褐变引起人们的关注。苹果酸可以降低pH值,产生螯合作用,以抑制酚氧酶的活力,防止褐变。另外也对其他一些原因的褐变起抑制作用。

功能三:除腥脱臭剂

用于除臭剂,可去除鱼腥,体臭及用于食品贮藏,在牛奶中加入L苹果酸,还可改善质量。

功能四:面食强化剂

L苹果酸对面食具强化效果,他可以使面筋蛋白质中的二硫基团增多,蛋白质分子变大,形成大分子网络结构,增强面团的透气性、弹性和韧性。另外在面粉中含有半胱氨酸和胱氨酸,他们是蛋白酶激活剂,L苹果酸可以使他们丧失激活蛋白酶的能力,阻止蛋白酶分解面粉中的蛋白质。另外还可以对面粉进行漂白,提高蛋白质的黏结作用。

功能五:减盐作用

L苹果酸可用于制作咸味食品,减少食盐用量。比如苹果酸钠咸度适中,常可用来制作带盐咸味的食物。苹果酸可形成许多衍生物,日本近几年已成功地将苹果酸盐应用于减糖、减盐食品中,应用苹果酸某些盐类代替食盐浸渍咸菜时,其咸味仅有食盐1/5-1/7情况下,而浸渍效果却是食盐的两倍,同时可以做为肾炎患者的食盐代用品,在豆浆中添加苹果酸钙盐,可有效地改善其口感和风味。

功能六:保护维生素C、保色作用

果蔬中所含的色素的色调,往往受到酸碱度的影响,在一些变色反应中,往往酸是起到很重要作用的成份。如叶绿素在酸性情况下会变成黄褐色的脱镁叶绿素,花色素在酸性到中性的范围变化时,会由红色逐渐趋向紫色,单宁物质在酸性下会形成粉红色的“红粉”等等。因此L苹果酸可以用作一些食品的保色剂,比如可以做天然果子露保色剂。

功能七:抗氧化、抑制油脂酸败

L苹果酸有较好的抗氧化能力,食品中脂类的氧化会导致酸败、蛋白质破坏和色素氧化,使食品的感官性质下降、营养价值降低、货架期缩短。添加食品抗氧化剂可延缓氧化、延长货架期、保持食品的色香味和营养价值。

在各种片剂、糖浆中配以苹果酸可以呈现水果味,并有利于在体内吸收、扩散,它常配入复合氨基酸注射液中,以提高氨基酸的利用率。它的钠盐是治疗肝功能不全特别是高血压症的有效药物。L苹果酸钾是良好的钾补充药,它能保持人体水分平衡,治疗水肿、高血压和脂肪积聚症等。

L-苹果酸可用于药物制剂、片剂、糖浆中,还可以配入氨基酸溶液中,能明显提高氨基酸的吸收率;L-苹果可以用于治疗肝病、贫血、免疫力低下、尿毒症、高血压、肝衰竭等多种疾病,并能减轻抗癌药物对正常细胞的毒害作用,还用于制备与合成驱虫剂、抗牙垢剂等。另外L-苹果酸还可以作为工业清洗剂、树脂固化剂、合成材料增塑剂、饲料添加剂等。

L苹果酸锌用于牙膏中作为抗菌斑斑剂和抗牙结石剂,合成香料配方等。

护肤方面的作用

苹果酸:温和的去除老废多余的角质,加强肌肤代谢。

苹果萃取液:有效减淡皱纹及紧致肌肤,唤醒疲倦肌肤让暗淡的肌肤变得均匀明亮的效果。

金缕梅萃取:控油、镇静、安抚,帮助肌肤再生。

蛇麻草萃取:深层滋润,防止肌肤老化。

苹果紧致毛孔收缩水具有调理肌肤油脂分泌,加强毛孔细致度的功效。很适合毛孔粗大型肌肤,针对较严重的出油部位,还可以用化妆棉局部湿敷的方式,来达到紧致毛孔的保养效果

可用作除垢剂、荧光增白剂的合成原料之一。添加到虫胶清漆或其它清漆中,可防止漆面结皮,用该种酸生产的聚脂树脂和醇酸树脂是有特殊用途的塑料。

L苹果酸为机体三羧循环的重要中间产物,并且机体内只有L苹果酸脱氢酶,所以从结构和实际生理环境来看都必须利用L苹果酸。这也是一些西方发达国家青睐L苹果酸的原因,如美国已明确规定在婴幼儿食品、饮料、药品中不能使用DL苹果酸而必须使用L苹果酸。

就食品对维持生命的作用来看,其实质是参与新陈代谢和能量转化。蛋白质、脂类、糖类等最后都要经过三羧循环氧化供能,这是转化过程的最后一步,也是最为重要的一步,关系到人体生理机能是否正常。这样我们就把食品与健康有机地统一起来。而苹果酸的保健功效就在于防止人体由于L苹果酸的缺乏导致三羧循环不正常,导致代谢失调。

L苹果酸具有生理活性,广泛地存在于生物体内,但是其含量量的多少因人而异。俗话说“食药同源”,以下L苹果酸及相关产品在食疗方面具备的保健功效:

A、 由于苹果酸在物质代谢途径中所处的特殊位置,可直接参与人体代谢,被人体直接吸收,实现短时间内向肌体提供能量,消除疲劳,起到抗疲劳、迅速恢复体力的作用利用苹果酸的抗疲劳、护肝、肾、心脏作用可以开发保健饮料。

B、 代谢的正常运行可以使各种营养物质顺利分解,促进食物在人体内吸收代谢,低热量,可有效地防止肥胖,可以起到减肥的作用。

C、 在药物中添加苹果酸可增加其稳定性,促进药物在人体的吸收、扩散;复合氨基酸输液生产中就是利用L苹果酸这一功能而用它来调节pH值的,同时作为混合氨基酸输液组分之一,可提高氨基酸利用率,用于治疗尿毒症、高血压等和减少抗癌药物对正常细胞的侵害,用于癌症放、化疗后的辅助药物,用于烧伤治疗可以促进伤口愈合。

D、 L苹果酸可以促进氨代谢,降低血氨浓度,对肝脏有保护作用,是治疗肝功能不全、肝衰竭、肝癌尤其是肝功能障碍导致的高血氨症的良药。

E、 L苹果酸作为治疗心脏病基础液成分之一,用于K+、Mg2+的补充,保持心肌的能量代谢,对心肌梗塞的缺血性心肌层起到保护作用。

F、 L苹果酸是乳酸钙注射液的稳定剂,也可作为抗癌药的前体及用作动物生长促进剂

G、抗牙垢,苹果酸具有酸度大、味道柔和、香味独特及苹果酸的腐蚀破坏作用比较弱,相应的牙釉质磨损体积损失较小,有不损害口腔和牙齿等特点。

H、可以改善脑组织的能量代谢调整脑内神经递质,有利于学习记忆功能的恢复,对学习、记忆有明显的改善作用

I、褪黑素(MT)是主要由松果腺分泌的吲哚类激素,具有多种生物活性。自其人工合成并作为保健食品上市以来,国内外掀起研究热潮。大量的动物实验和临床研究表明褪黑素具有良好的镇静催眠作用。L苹果酸是一个比较理想的谷氨酸脱羧酶抑制剂。褪黑素催眠作用与谷氨酸脱羧酶有关,L苹果酸或许可以减少睡眠、提高兴奋度。

J、L苹果酸对人体血管内皮细胞有保护作用,对损伤内皮细胞效应具有抵抗作用。

K、CCM是一种理想的钙制剂具有较高的生物活性,能够有效地补充钙质在其它营养素供给充足的情况下,用CCM作为饲料钙源能够保证和促进小动物的生长发育。

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