苹果酸

苹果酸(Malic acid)又名羟基丁二酸，由于有一个不对称碳原子，故苹果酸有三种：L-苹果酸、D-苹果酸、DL-苹果酸。L-苹果酸是人体三羧酸循环中的产物，故人体只能代谢L-苹果酸。在苹果、葡萄、柠檬等水果中天然存在的都是L-苹果酸。如从果实中提取，含量低、成本高，无法工业化大量生产。由反丁烯二酸(富马酸)催化合成生产的只能是DL-苹果酸，由于人体不能代谢DL-苹果酸，所以欧美各国尽管允许DL-苹果酸作为食品添加剂，但人们总是存在不安全感觉。用微生物方法生产的苹果酸全部为L-苹果酸，因此，现在使用的苹果酸全部由微生物来生产，在食品、医药等方面使用的苹果酸，基本上以L-苹果酸取代了DL-苹果酸。

白色结晶或结晶性粉末。苹果酸分子中含有一个手性碳原子，有二种对映异构体，即左旋苹果酸和右旋苹果酸。天然存在的为左旋苹果酸，广泛存在于未成熟的水果如苹果、葡萄、樱桃、菠萝、番茄中；右旋苹果酸可由外消旋体拆分制得，仅作为一种实验化学品。
DL-苹果酸为无色晶体。相对密度1.601，熔点131～133℃，热至150℃分解。能溶于水、醇，微溶于醚，不溶于苯。易潮解。本品是强酸，在170℃，0.1mol水溶液中的pH值为2.28 ，能损伤粘膜及牙齿珐琅质。DL-苹果酸和L-苹果酸是安全和无毒的。可用作清凉饮料的酸味剂。也可用于药品、化妆品、清洁剂、增白剂等方面。

图1为DL-苹果酸分子结构式。苹果酸在三氯化硼催化剂存在下，可与醇发生酯化反应，形成酯。与多元醇、芳香多元羧酸作用，可形成树脂类产品，如醇酸聚树脂。
1、苹果酸酯在氨的醇溶液中能形成苹果酸酰胺。
2、苹果酸用发烟硫酸处理可氧化得到75%～80%香豆酸。
3、苹果酸的水溶液在Fe2+催化下与H2O2反应生成草酰乙酸，如果这种氧化在Fe3+、Cr4+、Ti4+存在下或在它们混合存在下，产物是酒石酸。苹果酸不形成酸酐，但产生两种聚合产物，即线性的苹果酰苹果酸和环状的二内酯：

图2为线性的苹果酰苹果酸和环状的二内酯。苹果酸的消费量比衣康酸稍多些，也是用途较为广泛的一种有机酸。苹果酸在食品工业上，如饮料、果酱、果冻、果酒中作 酸味剂；在日用化工上用于牙膏、化妆品中改善品质；在医药上与氨基酸复配制成注射液，作为手术后的营养液，也是肝功能异常患者的良好药物；此外，还用作化学工业的涂料及洗涤剂、除臭剂的成分。1、用作清凉饮料与食品的酸味剂、水果饮料等的色调保持剂、防腐剂(蛋黄酱等的乳化稳定剂)。
2、用于药品、化妆品、洗牙液、金属清洗剂、缓冲剂、纺织工业用的阻凝剂、工业消臭剂、聚酯纤维用的荧光增白剂的原料以及制造醇酸树脂的单体等。
3、当用作香味增强剂、香味剂、辅助药物和pH控制剂时，美国规定硬糖中不得超过6.9%，其它食品中约为6.7%，但这两种苹果酸均不得用于婴儿食品。
本信息由Chemicalbook晓楠编辑（2015-09-02）。苹果酸发酵工艺有两种： 即一步发酵法与两步发酵法。不同发酵工艺所使用的微生物也不同。
(1)一步发酵法 菌种有黄曲霉、米曲霉、寄生曲霉等，均以包括葡萄糖在内的多种糖为底物产生L-苹果酸。
(2)两步发酵法 由华根霉或少根根霉将葡萄糖生物合成富马酸，再由膜醭毕赤酵母、普通变形菌、芽孢杆菌或掷孢酵母等将富马酸转化为L-苹果酸。
一步发酵法较多地采用黄曲霉，它能利用葡萄糖、麦芽糖、蔗糖、果糖及淀粉等多种糖质原料产生L-苹果酸。但培养基较复杂，发酵过程常有富马酸等其他有机酸产生，给分离提纯带来困难，难于得到高纯度的晶体，再加上产酸低，对糖转化率低 (30%～40%)，周期长(最少也需5天)，故至今在国内外均未实现工业化生产。
两步发酵法的第一步，先用根霉将糖类发酵生成富马酸，即富马酸发酵，这里的糖较多的使用葡萄糖，葡萄糖可由淀粉经双酶水解而得。第二步是在前面所产的富马酸中接入酵母菌或细菌进行发酵，将富马酸转化为L-苹果酸，即转化发酵。采用这种方法，苹果酸对糖转化率最高可达60%以上，但是毕竟发酵周期太长，前后加起来要8～9天。虽然两步法与一步法一样，国内外学者正在不断地探索，取得了一些有价值的进展，但至今仍然未见工业化生产的报道。
无论是一步法还是两步法发酵，如以淀粉为原料，在使用前都需进行水解处理，使之成为葡萄糖，而淀粉最好的水解方法是双酶水解法。
目前，国内外L-苹果酸工业化生产的方法，都是固定化细胞转化法。该方法是首先大量培养富马酸酶活力高的菌体，收集菌体后用卡拉胶等适当的载体进行固定，然后装入柱式反应器，以富马酸钠盐为底物，流经反应器，由固定化细胞中的富马酸酶的催化作用，很容易将富马酸转化为L-苹果酸，且几乎无副产物，转化率高达95%以上。此法与上述两种方法相比，简单、 经济、高效，于是成了工业化生产的首先方法。苹果酸在正常情况下稳定，湿度高时有吸湿性。三斜晶系白色晶体。易溶于甲醇、乙醇、丙酮和其他许多极性溶剂。食品工业用作酸味剂、色泽保持剂、防腐剂和蛋黄等的乳化稳定剂等，也用于制药用作清凉饮料（如乳酸菌饮料、乳饮料、汽水、可乐）、冷冻食品（如果子露、冰激凌等），加工食品（如果子酒、蛋黄酱）的酸味剂，水果饮料等的色泽保持剂、防腐剂和蛋黄等的乳化稳定剂。用途还包括用作药品、化妆品、洗牙液、金属清洁剂、缓冲剂、纺织工业中的阻凝剂，聚脂纤维的荧光增白剂的原料。碱量法标准。生化试剂。制造酯类和盐类。食物调味。

The naturally occuring isomer is the L-form which has been found in apples and many other fruits and plants. Selective α-amino protecting reagent for amino acid derivatives. Versatile synthon for the preparation of chiral compounds including κ-opioid receptor agonists, 1α,25-dihydroxyvitamin D3 analogue, and phoslactomycin B.