[科普中国]-食品添加剂 L-苹果酸

定义

L-苹果酸是一种重要的天然有机酸，是生物体内三羧酸循环成员之一，又名羟甲基丁二酸、羟基琥珀酸或1-羟基乙烷二羧酸，分子式为C4H6O5，化学结构式为HOOCCH（OH）CH2COOH，易溶于水，是一种酸性较强的有机酸，其电离常数K1为4.0×10-4、K2为9×10-61。分子内含有一个不对称碳原子，有两个对映体，即L-苹果酸和D-苹果酸，分别呈左旋和右旋，自然界存在的苹果酸都是L-型，苹果、樱桃、葡萄、柠檬等水果中含有丰富的苹果酸，尤其是未成熟的苹果中含有0.5%左右的有机酸，其中苹果酸占97.2%以上2，苹果酸因此而得名。L-苹果酸为白色结晶体粉末，有特异的酸涩味和较强吸湿性。易溶于水和乙醇，具有抗氧化性。水溶液有旋光性，比旋度为-1.6-2.60o，熔点95-105℃。

添加剂应用按照联合国粮农组织和世界卫生组织1984年规定，苹果酸可用于蕃茄、苹果沙司、芦笋、梨及草莓罐头；用物理法防腐的葡萄浓汁、菠萝汁、无果肉的黑加仑子果汁、杏汁、桃汁、梨汁及含果肉的果汁饮料；速冻花椰菜、速冻带穗玉米、速冻土豆、炸土豆、酸黄瓜以及冷饮等食品中。添加量按质量管理规定执行。按照我国食品添加剂使用卫生标准GB2760-86规定，L-苹果酸可用于加工配制饮料、露酒、罐头、果酱、糖果、果冻、蛋黄酱、人造奶油等产品。它用作食品添加剂时，有保持天然果汁色泽的作用。

苹果酸具有明显的呈味作用，其酸味柔和、爽快，与柠檬酸相比刺激性缓慢、保留时间长，具有特殊的香味，并且不损伤口腔和牙齿等特点。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。也可用作天然果子露保色剂、蛋黄酱乳稳定剂、果酱调整剂、甜味辅助剂、酵母生长促进剂3等。在欧美各国及日本的食品饮料生产
中，苹果酸已成为不可缺少的基本原料之一。目前，美国年消耗在1500万磅以上，其中90%用于食品和饮料加工4。另外，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；利用苹果酸的抗疲劳、护肝、肾、心脏作用可以开发保健饮料。食品中添加L-苹果酸可使pH得到调整，加上其本身所具有的抗菌作用，L-苹果酸亦被广泛应用于其他食品工业，如用作水产品的保鲜剂等。
L-苹果酸阈值（最初感觉到酸味的浓度）为0.0019%，其酸味度比柠檬酸高。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%。随着发酵法生产L-苹果酸工艺技术的日趋完善，生产成本也将逐渐降低，其在食品工业中的新用途也将不断的开发出来。

生产方法早期获得的L-苹果酸是从水果压榨汁中提取的。二十世纪初，人们发现某些酵母和曲霉在代谢过程中积累苹果酸，由于产酸率太低，难以应用于工业化生产。随着科学技术的发展，二十世纪六十年代初，美国等国开始采用化学合成法生产少量DL-苹果酸，1967年，美国食品与药物管理局就将苹果酸列为安全食用酸。但由于DL-苹果酸中的D-型苹果酸是非生理性的，肌体必须借助于肝脏分泌的消旋酶作用于D-苹果酸，并由D-2羟基-细胞色素C-氧化还原酶将D-苹果酸转化成L-苹果酸5，所以DL-苹果酸应用于食品工业受到一定的限制。1970年美国食品与药物管理局规定外消旋的DL-苹果酸不能用于婴幼儿食品。因此人们开始致力于L-苹果酸的研究开发。
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。

提取法生产L-苹果酸把石灰乳直接加入富含L-苹果酸的果汁中，形成L-苹果酸钙盐，再用H2SO4溶解收集到的钙盐，然后浓缩回收苹果酸，这种直接提取法由于果汁中含量相对较少，原料来源有限，生产成本很高，批量生产有困难，因此这一工艺方法应用局限性较大。

化学合成法生产L-苹果酸此法的最终产物是DL-苹果酸。在催化剂存在下，苯氧化生成富马酸或马来酸，然后加压与水蒸汽共热形成DL-苹果酸，也可以糠醛为原料，经双氧水处理，在超声波作用下转变而成。生产的DL-苹果酸经拆分、提取获得L-苹果酸。这种方法由于生产工艺比较复杂，工艺条件要求高，分离精制技术难度大，加之原料为化工产品，应用受到限制，目前仅有少部分厂子采用。6

一步发酵法(直接发酵法)当前，国际上公认的以发酵法生产的食品添加剂可视为“纯天然”产品，随着人们食品安全、保健意识的增强，直接发酵法生产L-苹果酸的研究引起了人们的广泛关注。一步发酵法又称直接发酵法，即采用一种微生物直接发酵糖质原料或非糖质原料7(如正构烷烃)生成L-苹果酸的方法。近年来，直接发酵法生产L-苹果酸的研究进展很快，利用淀粉质原料生产L-苹果酸的微生物目前主要有：黄曲霉(Asp. flavus)、末曲霉(Asp.oryzae)、寄生曲霉(Asp.parasiticus)等，这些微生物最大的特点就是三羧酸循环中苹果酸到草酰乙酸这一步的苹果酸脱氢酶缺失或处于低水平使得苹果酸得以积累。这些菌株大多具有糖化淀粉的能力，可以直接利用淀粉质原料，原料来源十分丰富，发酵工艺条件温和，产品为L型，因此一步发酵法与其他方法相比更具优势。

二步发酵法(混合发酵法)生产L-苹果酸二步发酵法即采用两种不同功能的微生物，其中之一先将糖质或其他原料转化生成富马酸(延胡索酸)，另一种微生物将富马酸转化成L-苹果酸，两种微生物可先后加入，也可同时加入。二步发酵法，由于涉及到两种微生物，培养条件要求比较严格，发酵周期较长，产酸率相对较低，副产物较多，当前尚未见应用于规模生产的报道。尽管如此，但该工艺方法仍是值得仔细研究的L-苹果酸生产工艺之一。

固定化酶或细胞转化法生产L-苹果酸此工艺一般包括两步：一是固定化细胞的制备：将产酶菌株培养成熟后，收集菌体细胞，包埋菌体，制备固定化酶或细胞，用于生产L-苹果酸，通常在37℃条件下运行，转化半衰期可达160天左右；二是L-苹果酸制备：先将富马酸和CaCO3反应转化成为富马酸钙，再经转化柱作用生成苹果酸钙，经提取得L-苹果酸。目前这种方法生产L-苹果酸的转化率可达到98%以上，但由于生产成本较高和人们对食用以化学合成原料富马酸生产的L-苹果酸存有疑虑，从混合液中把L-苹果酸和富马酸彻底分开难度较大，产品质量很难达到出口要求等原因，所以这种方法生产L-苹果酸也具有一定的局限性。