말산
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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| IUPAC 명칭 | 2-하이드록시뷰테인다이오산 |
|---|---|
| 기타 이름 | 하이드록시뷰테인다이오산 2-하이드록시석신산 (L/D)-말산 (±)-말산 (S/R)-하이드록시뷰테인다이오산 |
| IUPHAR 리간드 | 2480 |
|---|---|
| PubChem | 525 |
| PubChem (D-형) | 92824 |
| PubChem (L-형) | 222656 |
| UNII | 817L1N4CKP |
| KEGG | C00711 |
| KEGG (D-형) | C00497 |
| KEGG (L-형) | C00149 |
| ChEMBL | 1455497 |
| InChI | 1/C4H6O5/c5-2(4(8)9)1-3(6)7/h2,5H,1H2,(H,6,7)(H,8,9) |
| InChIKey | BJEPYKJPYRNKOW-UHFFFAOYAM |
| ChEBI | 6650 |
| ChEBI (D-형) | 30796 |
| ChEBI (L-형) | 30797 |
| SMILES | O=C(O)CC(O)C(=O)O |
| 표준 InChI | 1S/C4H6O5/c5-2(4(8)9)1-3(6)7/h2,5H,1H2,(H,6,7)(H,8,9) |
| 표준 InChIKey | BJEPYKJPYRNKOW-UHFFFAOYSA-N |
| CAS 등록번호 | 6915-15-7 |
| ChemSpider ID | 510 |
| ChemSpider ID (D-형) | 83793 |
| ChemSpider ID (L-형) | 193317 |
| EINECS | 230-022-8 |
| CoE | 17 |
| FEMA | 2655 |
| JECFA | 619 |
| 외관 | 무색 |
|---|---|
| 밀도 | 1.609 g⋅cm−3 |
| 분자식 | C4H6O5 |
| 몰 질량 | 134.09 g/mol |
| 녹는점 | 130 °C |
| pKa | pKa1 = 3.40 pKa2 = 5.20 pKa3 = 14.5 |
| 용해도 | 558 g/L (at 20 °C) |
| 인화점 | 203 °C |
| 배위 | 해당 없음 |
|---|---|
| 결정 구조 | 해당 없음 |
| 분자 모양 | 해당 없음 |
| 표준 생성 엔탈피 | 해당 없음 |
|---|---|
| 표준 연소 엔탈피 | 해당 없음 |
| 표준 생성 자유 에너지 | 해당 없음 |
| 엔트로피 | 해당 없음 |
| 열용량 | 해당 없음 |
| 충격 민감도 | 해당 없음 |
|---|---|
| 마찰 민감도 | 해당 없음 |
| 폭발 속도 | 해당 없음 |
| RE 인자 | 해당 없음 |
| ATCvet | 해당 없음 |
|---|---|
| 투여 경로 | 해당 없음 |
| 생체 이용률 | 해당 없음 |
| 배설 | 해당 없음 |
| 반감기 | 해당 없음 |
| 대사 | 해당 없음 |
| 법적 지위 | 해당 없음 |
| 임신 범주 | 해당 없음 |
| 단백질 결합 | 해당 없음 |
| 의존성 책임 | 해당 없음 |
| 중독 책임 | 해당 없음 |
| 자동 발화점 | 해당 없음 |
|---|---|
| 폭발 한계 | 해당 없음 |
| LD50 | 해당 없음 |
| LC50 | 해당 없음 |
| 주요 위험 | 해당 없음 |
| NFPA 704 | 해당 없음 |
| PEL | 해당 없음 |
| REL | 해당 없음 |
| GHS 신호어 | 해당 없음 |
| H 문구 | 해당 없음 |
| P 문구 | 해당 없음 |
| 기타 음이온 | 말산염 |
|---|---|
| 관련 카복실산 | 석신산 타르타르산 푸마르산 |
| 기타 화합물 | 뷰탄올 뷰티르알데하이드 크로톤알데하이드 말산 나트륨 |
-
산도 조절제 -
인산
인산은 화학식 H₃PO₄를 가지며, 인광석을 이용한 습식 또는 건식 공정으로 생산되어 비료, 식품 첨가물, 세제, 의약품, 금속 처리 등 다양한 산업 분야에 사용되는 인 화합물이다. -
산도 조절제 -
아디프산
아디프산은 화학식 (CH₂)₄(COOH)₂를 갖는 지방족 디카르복실산의 하나로, 나일론 66 제조의 주요 원료로 사용되며 폴리우레탄 생산, 가소제, 의약품 및 식품 첨가물 등 다양한 용도로 활용되지만, 생산 과정에서 아산화 질소 배출 문제가 발생한다. -
유기산 -
아스코르브산
아스코르브산은 비타민 C로 불리는 수용성 유기 화합물로, 괴혈병 예방에 필수적이며 항산화 작용을 하고, 화학적 구조 규명 및 합성에 대한 공로로 노벨상이 수여되었으며, 식품 첨가물, 식이 보충제, 암 치료 연구 등 다양한 분야에 활용된다. -
유기산 -
비타민 C
비타민 C는 결합 조직 형성, 콜라겐 합성, 항산화 작용에 필수적인 영양소로, 괴혈병 예방을 위해 섭취가 권장되며, 인체에서 자체적으로 합성되지 않아 외부 섭취가 필요하다. -
하이드록시산 -
호모젠티스산
호모젠티스산은 방향족 아미노산의 이화작용 중 생성되는 대사 중간생성물로, 4-하이드록시페닐피루브산으로부터 합성되어 4-말레일아세토아세트산으로 변환되며, 호모젠티스산 1,2-디옥시게나제 결핍 시 알캅톤뇨증을 유발할 수 있다. -
하이드록시산 -
살리실산
살리실산은 진통 및 해열 작용을 가진 무색의 침상 결정 형태 유기산으로, 피부 질환 치료제, 화장품, 식품 보존제, 살균제, 식물 호르몬, 의약품 합성 원료 등으로 다양하게 활용된다.
2. 역사 및 어원
'말산'이라는 단어는 '사과'를 뜻하는 라틴어 mālum라틴어에서 유래했다. 관련 라틴어 mālus라틴어는 '사과나무'를 의미하며, 모든 사과와 야생 사과를 포함하는 속인 Malus의 이름으로 사용되었으며, 분류학적 분류인 Maloideae, Malinae, Maleae 등의 기원이 되었다.
2.1. 역사
말산은 1785년에 칼 빌헬름 셸레가 사과 주스에서 최초로 분리했다. 1787년에 앙투안 라부아지에는 "acide malique"라는 이름을 제안했는데, 이는 사과를 뜻하는 라틴어 단어 "mālum"에서 유래했다(사과나무의 속명은 Malus이다).
2.2. 어원
말산은 1785년 칼 빌헬름 셸레가 사과 주스에서 처음 분리했다. 1787년 앙투안 라부아지에는 "acide malique"라는 이름을 제안했는데, 이는 사과를 뜻하는 라틴어 "mālum라틴어"에서 유래했다. 사과나무의 속명은 Malus이다. '말산'이라는 단어는 '사과'를 뜻하는 라틴어 mālum라틴어에서 유래했다. '사과나무'를 뜻하는 관련 라틴어 mālus라틴어는 모든 사과와 야생 사과를 포함하는 속인 Malus의 이름으로 사용되었으며, 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 회로와 시트르산 회로의 연결 통로로서 중요하게 다루어진다.
3.1. C4 탄소 고정
생화학에서 말산은 중요한 역할을 한다. C4 탄소고정 과정에서 말산은 캘빈 회로의 CO2 공급원이다. 시트르산 회로에서 말산은 중간생성물이며, 푸마르산에 하이드록실기(–OH)가 첨가됨으로써 생성된다. 또한 말산은 보충대사 반응을 통해 피루브산으로부터 생성될 수 있다.
말산은 또한 식물 잎의 공변세포에서 포스포엔올피루브산의 카복실화에 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 회로의 CO2 공급원이다. 시트르산 회로에서 (S)-말산은 중간생성물이며, 푸마르산에 수산기(–OH)가 첨가됨으로써 생성된다. 또한 보충대사 반응을 통해 피루브산으로부터 생성될 수 있다.
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, 푸마르산에 하이드록실기(–OH)가 첨가됨으로써 생성된다. 또한 말산은 보충대사 반응을 통해 피루브산으로부터 생성될 수 있다.
말산은 또한 식물 잎의 공변세포에서 포스포엔올피루브산의 카복실화에 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 가지고있는데, 이는 요소 회로와 시트르산 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 회로의 CO2 공급원이다. 시트르산 회로의 중간생성물이며, 푸마르산에 하이드록실기(–OH)가 첨가됨으로써 생성된다. 또한 보충대사 반응을 통해 피루브산으로부터 생성될 수 있다.
말산은 또한 식물 잎의 공변세포에서 포스포엔올피루브산의 카복실화에 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 회로와 시트르산 회로의 연결 경로로서 중요하게 다루어진다.
4. 식품
말산은 살구, 블랙베리, 블루베리, 체리, 포도, 미라벨 자두, 복숭아, 배, 자두, 마르멜루를 비롯한 많은 과일에 주된 산(acid)이며, 감귤류와 같은 다른 과일에는 좀 더 낮은 농도로 존재한다. 풋사과(덜 익은 사과)의 신맛에 기여한다. 루바브의 기본적인 풍미를 구성하며, "소금 & 식초" 맛 감자칩과 같은 일부 인공 식초 맛의 구성 요소이기도 하다.
감귤류에서는 유기농으로 생산된 과일이 일반 농업으로 생산된 과일보다 높은 농도의 말산을 함유하고 있다. 말산은 모든 과일과 많은 채소에 자연적으로 존재하며 과일 대사 과정에서 생성된다.
4.1. 포도주
말산은 포도와 대부분의 와인에 존재하며 농도가 때때로 5g/L까지 높다. 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, 감귤류와 같은 다른 과일에는 좀 더 낮은 농도로 존재한다. 풋사과(덜 익은 사과)의 신맛에 기여하며, 포도와 대부분의 포도주에도 들어있는데 때때로 5 g/L 의 높은 농도로 존재한다. 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.
감귤류에서는 유기농으로 생산된 과일이 일반 농업으로 생산된 과일보다 높은 농도의 말산을 함유하고 있다.
말로락틱 발효(malolactic fermentation) 과정은 말산을 훨씬 더 순한 젖산으로 전환시킨다. 말산은 모든 과일과 많은 채소에서 자연적으로 생성된다.
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, 미국, 오스트레일리아, 뉴질랜드에서 식품 첨가물로 사용하도록 승인되었다.
말산 섭취시 2.39 kcal/g 의 열량을 낸다.
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, 미국, 오스트레일리아, 뉴질랜드에서 식품 첨가물로 사용하도록 승인되었다.
말산은 섭취시 2.39kcal/g 의 열량을 낸다.
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.
말산은 발연 황산 존재 하에서 자가 축합 반응으로 피론인 쿠말산을 생성한다.
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.
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.
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.
말산은 발연 황산 존재 하에서 자가 축합 반응으로 파이론인 쿠말산을 생성한다.
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.