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말산

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1. 개요

말산은 사과 주스에서 처음 분리된 유기산으로, 사과의 라틴어 이름에서 유래했다. L-말산은 자연적으로 생성되며, 생화학에서 C4 탄소 고정, 시트르산 회로 등 다양한 대사 과정에 관여한다. 또한 식물 잎의 공변 세포에서 합성되어 기공 개폐에 영향을 미치며, CAM형 광합성에서도 중요한 역할을 한다. 산업적으로는 무수 말레산의 이중 수화 반응을 통해 생산되며, 식품의 산미료, pH 조절제, 금속 표면 세척 등 다양한 용도로 사용된다.

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말산 - [화학 물질]에 관한 문서
일반 정보
골격 구조
골격 구조
공-막대 모델
공-막대 모델
DL-말산
DL-말산
IUPAC 명칭2-하이드록시뷰테인다이오산
기타 이름하이드록시뷰테인다이오산
2-하이드록시석신산
(L/D)-말산
(±)-말산
(S/R)-하이드록시뷰테인다이오산
식별
IUPHAR 리간드2480
PubChem525
PubChem (D-형)92824
PubChem (L-형)222656
UNII817L1N4CKP
KEGGC00711
KEGG (D-형)C00497
KEGG (L-형)C00149
ChEMBL1455497
InChI1/C4H6O5/c5-2(4(8)9)1-3(6)7/h2,5H,1H2,(H,6,7)(H,8,9)
InChIKeyBJEPYKJPYRNKOW-UHFFFAOYAM
ChEBI6650
ChEBI (D-형)30796
ChEBI (L-형)30797
SMILESO=C(O)CC(O)C(=O)O
표준 InChI1S/C4H6O5/c5-2(4(8)9)1-3(6)7/h2,5H,1H2,(H,6,7)(H,8,9)
표준 InChIKeyBJEPYKJPYRNKOW-UHFFFAOYSA-N
CAS 등록번호6915-15-7
ChemSpider ID510
ChemSpider ID (D-형)83793
ChemSpider ID (L-형)193317
EINECS230-022-8
CoE17
FEMA2655
JECFA619
특성
외관무색
밀도1.609 g⋅cm−3
분자식C4H6O5
몰 질량134.09 g/mol
녹는점130 °C
pKapKa1 = 3.40
pKa2 = 5.20
pKa3 = 14.5
용해도558 g/L (at 20 °C)
인화점203 °C
구조
배위해당 없음
결정 구조해당 없음
분자 모양해당 없음
열화학
표준 생성 엔탈피해당 없음
표준 연소 엔탈피해당 없음
표준 생성 자유 에너지해당 없음
엔트로피해당 없음
열용량해당 없음
폭발성
충격 민감도해당 없음
마찰 민감도해당 없음
폭발 속도해당 없음
RE 인자해당 없음
약리학
ATCvet해당 없음
투여 경로해당 없음
생체 이용률해당 없음
배설해당 없음
반감기해당 없음
대사해당 없음
법적 지위해당 없음
임신 범주해당 없음
단백질 결합해당 없음
의존성 책임해당 없음
중독 책임해당 없음
위험성
자동 발화점해당 없음
폭발 한계해당 없음
LD50해당 없음
LC50해당 없음
주요 위험해당 없음
NFPA 704해당 없음
PEL해당 없음
REL해당 없음
GHS 신호어해당 없음
H 문구해당 없음
P 문구해당 없음
관련 화합물
기타 음이온말산염
관련 카복실산석신산
타르타르산
푸마르산
기타 화합물뷰탄올
뷰티르알데하이드
크로톤알데하이드
말산 나트륨

2. 역사 및 어원

사과와 사과 주스


'말산'이라는 단어는 '사과'를 뜻하는 라틴어 mālum|말룸la에서 유래했다. 관련 라틴어 mālus|말루스la는 '사과나무'를 의미하며, 모든 사과와 야생 사과를 포함하는 속인 Malus의 이름으로 사용되었으며,[5] 분류학적 분류인 Maloideae, Malinae, Maleae 등의 기원이 되었다.

2. 1. 역사

말산은 1785년에 칼 빌헬름 셸레사과 주스에서 최초로 분리했다.[36] 1787년에 앙투안 라부아지에는 "acide malique"라는 이름을 제안했는데, 이는 사과를 뜻하는 라틴어 단어 "mālum"에서 유래했다(사과나무의 속명은 ''Malus''이다).[37][38]

2. 2. 어원

말산은 1785년 칼 빌헬름 셸레사과 주스에서 처음 분리했다.[36] 1787년 앙투안 라부아지에는 "acide malique"라는 이름을 제안했는데, 이는 사과를 뜻하는 라틴어 "mālum|말룸la"에서 유래했다. 사과나무의 속명은 ''Malus''이다.[37][38] '말산'이라는 단어는 '사과'를 뜻하는 라틴어 mālum|말룸la에서 유래했다. '사과나무'를 뜻하는 관련 라틴어 mālus|말루스la는 모든 사과와 야생 사과를 포함하는 속인 Malus의 이름으로 사용되었으며,[5] 분류학적 분류인 Maloideae, Malinae, Maleae 등의 기원이 되었다.

3. 생화학

L-말산은 자연적으로 생성되는 형태인 반면, L-말산과 D-말산의 혼합물은 인위적으로 합성할 때 생성된다. 말산은 세포질에서 미토콘드리아로 진입할 수 있는 경로를 가지고 있는데, 이는 요소 회로시트르산 회로의 연결 통로로서 중요하게 다루어진다.

L-말산


D-말산

3. 1. C4 탄소 고정

생화학에서 말산은 중요한 역할을 한다. C4 탄소고정 과정에서 말산은 캘빈 회로CO2 공급원이다. 시트르산 회로에서 말산은 중간생성물이며, 푸마르산하이드록실기(–OH)가 첨가됨으로써 생성된다. 또한 말산은 보충대사 반응을 통해 피루브산으로부터 생성될 수 있다.

말산은 또한 식물 잎의 공변세포에서 포스포엔올피루브산카복실화에 의해 합성된다. 말산염은 2가 음이온으로 세포 내의 전하 균형을 유지하기 위해 공변세포로 용질이 유입되는 동안 K+도 같이 수송된다. 공변세포 내에서 이러한 용질의 축적은 용질 퍼텐셜을 감소시키므로 물이 세포 내로 들어가서 기공이 열린다.

3. 2. 시트르산 회로

말산은 생화학에서 중요한 역할을 한다. C4 탄소고정 과정에서 말산은 캘빈 회로CO2 공급원이다. 시트르산 회로에서 (''S'')-말산은 중간생성물이며, 푸마르산에 수산기(–OH)가 첨가됨으로써 생성된다. 또한 보충대사 반응을 통해 피루브산으로부터 생성될 수 있다.[23]

3. 3. 식물 생리

L-말산은 자연적으로 생성되는 형태인 반면, L-말산과 D-말산의 혼합물은 인위적으로 합성할 때 생성된다.

말산은 생화학에서 중요한 역할을 한다. C4 탄소고정 과정에서 말산은 캘빈 회로의 CO2공급원이다. 말산은 시트르산 회로의 중간생성물이며, 푸마르산하이드록실기(–OH)가 첨가됨으로써 생성된다. 또한 말산은 보충대사 반응을 통해 피루브산으로부터 생성될 수 있다.

말산은 또한 식물 잎의 공변세포에서 포스포엔올피루브산카복실화에 의해 합성된다. 말산염은 2가 음이온으로 세포 내의 전하 균형을 유지하기 위해 공변세포로 용질이 유입되는 동안 K+도 같이 수송된다. 공변세포 내에서 이러한 용질의 축적은 용질 퍼텐셜을 감소시키므로 물이 세포 내로 들어가서 기공이 열린다.[23]

한편 말산은 세포질에서 미토콘드리아로 진입할 수 있는 경로를 가지고있는데, 이는 요소 회로시트르산 회로의 연결 통로로서 중요하게 다루어진다.

3. 4. 기타

L-말산은 자연적으로 생성되는 형태인 반면, L-말산과 D-말산의 혼합물은 인위적으로 합성할 때 생성된다.

말산은 생화학에서 중요한 역할을 한다. C4 탄소고정 과정에서 말산은 캘빈 회로CO2 공급원이다. 시트르산 회로의 중간생성물이며, 푸마르산하이드록실기(–OH)가 첨가됨으로써 생성된다. 또한 보충대사 반응을 통해 피루브산으로부터 생성될 수 있다.

말산은 또한 식물 잎의 공변세포에서 포스포엔올피루브산카복실화에 의해 합성된다. 말산염은 2가 음이온으로 세포 내의 전하 균형을 유지하기 위해 공변세포로 용질이 유입되는 동안 K+도 같이 수송된다. 공변세포 내에서 이러한 용질의 축적은 용질 퍼텐셜을 감소시키므로 물이 세포 내로 들어가서 기공이 열린다.

한편 말산은 세포질에서 미토콘드리아로 진입할 수 있는 경로를 가지고 있는데, 이는 요소 회로시트르산 회로의 연결 경로로서 중요하게 다루어진다.[23]

4. 식품

말산은 살구, 블랙베리, 블루베리, 체리, 포도, 미라벨 자두, 복숭아, 배, 자두, 마르멜루를 비롯한 많은 과일에 주된 산(acid)이며,[39] 감귤류와 같은 다른 과일에는 좀 더 낮은 농도로 존재한다.[40] 풋사과(덜 익은 사과)의 신맛에 기여한다. 루바브의 기본적인 풍미를 구성하며, "소금 & 식초" 맛 감자칩과 같은 일부 인공 식초 맛의 구성 요소이기도 하다.[42]

감귤류에서는 유기농으로 생산된 과일이 일반 농업으로 생산된 과일보다 높은 농도의 말산을 함유하고 있다.[40] 말산은 모든 과일과 많은 채소에 자연적으로 존재하며 과일 대사 과정에서 생성된다.[43]

4. 1. 포도주

말산은 포도와 대부분의 와인에 존재하며 농도가 때때로 5g/L까지 높다.[10] 와인에 톡 쏘는 맛을 부여하며 과일의 숙성도가 높아짐에 따라 양이 감소한다. 말산 발효 과정은 말산을 훨씬 더 순한 젖산으로 전환한다.

4. 2. 기타 식품

말산은 살구, 블랙베리, 블루베리, 체리, 포도, 미라벨 자두, 복숭아, 배, 자두, 마르멜루를 비롯한 많은 과일의 주요 유기산이며,[39] 감귤류와 같은 다른 과일에는 좀 더 낮은 농도로 존재한다.[40] 풋사과(덜 익은 사과)의 신맛에 기여하며, 포도와 대부분의 포도주에도 들어있는데 때때로 5 g/L 의 높은 농도로 존재한다.[41] 열매가 성숙해감에 따라 말산의 양은 감소하지만, 포도주의 시큼한 맛에 기여한다. 루바브의 기본적인 풍미를 구성하며, "소금 & 식초" 맛 감자칩과 같은 일부 인공 식초 맛의 구성 요소이기도 하다.[42]

감귤류에서는 유기농으로 생산된 과일이 일반 농업으로 생산된 과일보다 높은 농도의 말산을 함유하고 있다.[40]

말로락틱 발효(malolactic fermentation) 과정은 말산을 훨씬 더 순한 젖산으로 전환시킨다. 말산은 모든 과일과 많은 채소에서 자연적으로 생성된다.[43]

식품 첨가제로 말산은 E 번호 E296으로 표시된다. 미국에서 생산되는 과자류에서 강한 신맛을 내는 데에 사용되며, 시트르산과 함께 신맛이 나는 과자류의 제조에 사용된다. 이러한 신맛이 나는 과자류에는 "과도한 섭취는 입안을 자극할 수 있다"라는 경고 문구가 표시되어 있다. 말산은 유럽 연합,[44] 미국,[45] 오스트레일리아, 뉴질랜드[46]에서 식품 첨가물로 사용하도록 승인되었다.

말산 섭취시 2.39 kcal/g 의 열량을 낸다.[47]

4. 3. 식품 첨가물

말산은 식품 첨가물로 E 번호 E296으로 표시된다. 미국에서 생산되는 과자류에서 강한 신맛을 내는 데에 사용되며, 시트르산과 함께 신맛이 나는 과자류 제조에 사용된다. 이러한 신맛 과자류에는 "과도한 섭취는 입안을 자극할 수 있다"라는 경고 문구가 표시되어 있다. 말산은 유럽 연합,[44] 미국,[45] 오스트레일리아, 뉴질랜드에서[46] 식품 첨가물로 사용하도록 승인되었다.

말산은 섭취시 2.39kcal/g 의 열량을 낸다.[47]

5. 산업적 생산 및 반응

말산의 라세미 혼합물은 말레산 무수물의 이중 수화 반응을 통해 산업적으로 생산된다. 2000년에 미국의 말산 생산 능력은 연간 5000ton이었다. 두 거울상 이성질체는 라세미 혼합물의 키랄 분할을 통해 분리할 수 있고, (''S'')-거울상 이성질체는 푸마르산의 발효에 의해 특이적으로 얻을 수 있다.[48]

말산은 발연 황산 존재 하에서 자가 축합 반응으로 피론인 쿠말산을 생성한다.[49]

쿠말산의 합성


말산은 발덴 반전의 발견 과정에서 중요했다. (−)-말산은 오염화 인의 작용에 의해 (+)-클로로석신산으로 전환된다. 산화 은은 염소 화합물을 (+)-말산으로 전환시킨 다음, PCl5 와 (−)-클로로석신산을 반응시킨다. 산화 은이 이 화합물을 다시 (−)-말산으로 되돌리는 반응으로 전체 반응 사이클이 마무리된다.[17]

5. 1. 생산

말산의 라세미 혼합물은 말레산 무수물의 이중 수화 반응을 통해 산업적으로 생산된다. 2000년에 미국의 말산 생산 능력은 연간 5000톤이었다. 두 거울상 이성질체는 라세미 혼합물의 키랄 분할을 통해 분리할 수 있고, (''S'')-거울상 이성질체는 푸마르산의 발효를 통해 특이적으로 얻을 수 있다.[48]

5. 2. 화학 반응

말레산 무수물의 이중 수화를 통해 라세미체 말산이 산업적으로 생산된다. 2000년, 미국의 말산 생산 능력은 연간 5000ton이었다. 거울상 이성질체는 라세미 혼합물의 키랄 분할을 통해 분리할 수 있다. ''S''-말산은 푸마르산의 발효에 의해 얻어진다.[48]

말산은 발연 황산 존재 하에서 자가 축합 반응으로 파이론인 쿠말산을 생성한다.[49]

말산은 왈덴 반전과 왈덴 주기의 발견에 중요한 역할을 했다. 왈덴 주기에서 (−)-말산은 먼저 오염화 인의 작용으로 (+)-클로로숙신산으로 전환된다. 그 후 습식 산화 은이 염소 화합물을 (+)-말산으로 전환시키고, 이 물질은 다시 PCl5와 반응하여 (−)-클로로숙신산을 생성한다. 산화 은이 이 화합물을 다시 (−)-말산으로 되돌리면서 주기가 완료된다.

6. 기타 용도

말산은 상쾌한 산미를 가지고 있어 음료나 식품의 산미료로 사용된다. 또한 pH 조절제, 유화제 등 식품 공업에서 다양한 용도로 이용된다.

킬레이트성을 가진 산이기 때문에 금속 표면 세척 등에도 사용된다. 알루미늄을 킬레이트하는 능력이 높다.

식품, 공업에 사용되는 사과산은, 많은 경우 라세미체가 사용된다.

참조

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[32] 문서 Hydroxycarboxylic Acids, Aliphatic Wiley-VCH, Weinheim 2005
[33] 문서 Coumalic acid
[34] 문서 Data for Biochemical Research Clarendon Press 1959
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