시트르산

3. 자연적인 생성 및 산업적인 생산

시트르산은 다양한 과일과 채소, 특히 감귤류에 많이 존재한다.^[77] 레몬과 라임은 특히 시트르산의 농도가 높아 건조 중량의 8%를 차지할 수 있다(주스에는 약 47g/L^[78]). 감귤류에서 시트르산의 농도는 오렌지와 자몽의 경우 0.005mol/L에서 레몬과 라임의 경우 0.30mol/L까지 분포한다. 이러한 값은 재배 품종 및 과일 재배 환경에 따라 달라진다.^[12]

산업적 규모의 시트르산 생산은 1890년 이탈리아의 감귤 산업에서 시작되었다. 이탈리아에서는 주스를 수화된 석회(수산화 칼슘)로 처리하여 시트르산 칼슘을 침전시켰고, 이를 분리한 다음 묽은 황산으로 처리하여 다시 시트르산으로 전환시켰다.^[20] 1893년, C. 베머는 ''푸른곰팡이'' 곰팡이가 설탕으로부터 시트르산을 생산할 수 있다는 것을 발견했다.^[15] 그러나 시트르산의 미생물 생산은 제1차 세계 대전으로 이탈리아 감귤류 수출이 중단될 때까지 산업적으로 중요해지지 않았다.

1917년 미국의 식품 화학자 제임스 커리는 검은곰팡이(''Aspergillus niger'')의 특정 균주가 효율적인 시트르산 생산자가 될 수 있음을 발견했다.^[16] 1919년 화이자는 이 기술을 이용하여 산업 수준의 생산을 시작했으며, 1929년에 시트리크 벨게가 뒤를 이었다. 오늘날에도 시트르산의 주요 산업적 제조 방법은 설탕 또는 포도당 함유 배지에 검은곰팡이(''Aspergillus niger'')를 배양하는 것이다.^[17] 당의 공급원은 옥수수 침지액(corn steep liquor), 당밀, 가수분해된 옥수수 녹말 또는 기타 저렴한 탄수화물 용액들이다.^[79] 곰팡이를 생성된 용액으로부터 여과한 후, 시트르산은 수산화칼슘으로 처리하여 시트르산 칼슘을 침전시켜 이를 분리하고 묽은 황산으로 처리하여 시트르산을 재생성한다.

1977년, 레버 브라더스는 고압 조건에서 아코니트산 또는 아이소시트르산 칼슘으로부터 출발하는 시트르산의 화학적 합성에 대한 특허를 받았다. 이는 시트르산 회로의 비효소적인 역반응으로 거의 정량적인 전환으로 시트르산을 생성했다.^[80]

2007년 전 세계 시트르산 연간 생산량은 약 1,600,000톤이었다.^[81] 2018년에는 전 세계 생산량이 2,000,000톤을 초과했다.^[19] 이 생산량의 50% 이상이 중국에서 생산되었다. 시트르산 전체 생산량의 50% 이상은 음료의 산도 조절제로 사용되었고, 약 20%는 기타 식품 제조 분야에, 20%는 세제 제조 분야에, 10%는 화장품, 의약품 및 화학 산업과 같은 식품 이외의 분야에서 사용되었다.^[20]

4. 화학적 특성

5. 생화학

시트르산은 동물, 식물, 세균의 중심 대사 경로인 시트르산 회로(TCA 회로, 크렙스 회로)의 중간생성물이다.^[89][90] 시트르산 생성효소는 옥살아세트산과 아세틸-CoA를 축합하여 시트르산을 생성하는 반응을 촉매한다. 시트르산은 아코니테이스의 기질로 작용하여 아코니트산으로 전환된다.

시트르산은 미토콘드리아에서 세포질로 운반된 후 지방산 합성과 옥살아세트산으로 전환되기 위해 아세틸-CoA로 분해될 수 있다. 시트르산은 이러한 전환 과정에서 양성 조절자 역할을 하며, 아세틸-CoA를 말로닐-CoA로 전환시키는(지방산 합성의 투입 단계) 조절 효소인 아세틸-CoA 카복실화효소(acetyl-CoA carboxylase)를 다른 자리 입체성으로 조절한다.^[91]

세포질 내 시트르산 농도가 높으면 해당과정의 속도 제한 단계 중 하나를 촉매하는 포스포프럭토키네이스를 억제할 수 있다. 이는 높은 농도의 시트르산이 생합성 전구체 분자가 풍부하다는 것을 의미하므로, 포스포프럭토키네이스가 기질인 과당 6-인산을 해당과정으로 계속 보낼 필요가 없기 때문이다. 시트르산은 고농도의 ATP의 억제 효과를 증폭시켜 해당과정을 수행할 필요가 없다는 신호를 보낸다.^[91]

시트르산은 인회석 결정의 크기를 조절하는 데 도움이 되는 뼈의 중요한 구성 성분이다.^[92]

5. 1. 시트르산 회로

5. 2. 기타 생물학적 역할

6. 이용

시트르산은 먹을 수 있는 강한 산 중 하나로, 주로 음식과 음료, 특히 청량 음료와 사탕의 향료 및 보존료로 사용된다.^[20] 유럽 연합에서는 E 넘버 '''E330'''으로 표시된다. 다양한 금속의 시트르산염은 여러 식이 보충제에서 생물학적으로 이용 가능한 형태로 해당 미네랄을 제공하는 데 사용된다. 시트르산은 100g당 247kcal이다.^[30] 미국에서 식품 첨가물로서 시트르산의 순도 요구 사항은 미국 약전 (USP)에서 발행하는 식품 화학 코덱스에 의해 정의된다.

시트르산은 금속을 용해시켜 결합시키는 훌륭한 킬레이트제이다. 보일러와 증발기에서 석회 자국(물에 녹아있던 석회가 엉겨붙어 배관 등에 생긴 흔적)을 제거하고 생성을 억제하는데 사용된다.^[20] 탄산 칼슘을 쉽게 녹이기 때문에 변기의 요석, 욕실, 전기 포트, 가습기 내부에 쌓인 물때를 세척하는 데도 사용된다.

시트르산은 크림, 젤, 모든 종류의 액체에서 산미료로 널리 사용된다. 알파-하이드록시산으로, 화학적 피부 박피술의 활성 성분으로 사용되며,^[36] 갈색 헤로인의 용해도를 높이는 완충 용액으로 사용되기도 한다.^[37] 항바이러스 성질을 가진 얼굴 티슈 생산에도 사용되는 활성 성분 중 하나이다.^[38]

일본약국방에 수재된 품목이며, 드럭스토어에서도 제3류 의약품으로 판매된다. 시트르산의 염은 혈액 응고 인자 중 하나인 칼슘 이온과 킬레이트 결합을 하므로, 항응고제로도 사용된다.

시트르산 나트륨은 베네딕트 시약의 구성 성분으로 정성적, 정량적으로 환원당의 검출 확인에 사용된다.^[39] 시트르산은 스테인리스강의 부동태화에 질산 대신 사용될 수 있으며,^[40] 사진 필름을 현상하는 과정에서 냄새를 막는 용액으로 사용될 수 있다.

6. 1. 음식과 음료

6. 2. 세제 및 킬레이트제

6. 3. 화장품, 의약품, 식이 보충제 및 식품

6. 4. 기타 용도

7. 작은 분자에서 고체 물질 합성

재료과학에서 시트르산-젤 법은 작은 분자에서 고체 물질을 생산하는 방법인 졸-젤 법과 유사한 공정이다. 합성 과정에서 금속염 또는 알콕사이드는 시트르산 용액에 도입된다. 시트르산 착화합물의 형성은 용액 내 이온의 개별적인 행동의 차이를 균형있게 잡아줄 것으로 믿어지며, 이는 이온의 보다 나은 분포를 가져오고 이후의 공정 단계에서 성분들의 분리를 방지한다. 에틸렌 글리콜과 시트르산의 중축합은 100°C 이상에서 시작되어, 고분자 시트르산 젤이 생성된다.

8. 안전성

시트르산은 약산이지만, 고농도 시트르산에 노출되면 신체에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다. 흡입하면 기침, 숨 가쁨, 목 통증을 유발할 수 있고, 과다 섭취하면 복통과 목 통증을 유발할 수 있다. 피부나 눈이 시트르산 농축액에 노출되면 발적과 통증을 유발할 수 있다.^[99] 장기간 또는 반복적으로 섭취하면 치아 에나멜이 침식될 수 있다.^{[99][100][101]}

식용 또는 음용을 목적으로 하는 경우에는 식품 첨가물 규격을 충족하는 제품을 사용해야 한다. 세제용으로 판매되는 제품은 식품이나 의약품 제조 허가를 받은 공장에서 만들어진 것이 아니므로, 경구 섭취는 위생 및 식품 안전상 바람직하지 않다.^[67]

9. 시트르산염

시트르산염은 시트르산의 염으로, 다양한 금속과 결합하여 생성된다. 주요 시트르산염은 다음과 같다.

시트르산 이온은 금속 양이온과 복합체를 형성한다. 이러한 복합체의 형성을 위한 안정도 상수는 킬레이트 효과 때문에 상당히 크다. 따라서 시트르산 이온은 알칼리 금속 양이온과도 복합체를 형성한다. 그러나 3개의 카복실기를 모두 사용하여 킬레이트 착물을 형성하는 경우 킬레이트 고리는 7개 및 8개의 구성 원자를 가지며, 일반적으로 더 작은 킬레이트 고리보다 열역학적으로 덜 안정하다. 결과적으로 하이드록시기는 시트르산철암모늄에서와 같이 탈양성자화되어 더 안정한 5원자 고리의 일부를 형성할 수 있다.^[88]

알칼리 금속염의 정염은 모두 물에 녹고, 알코올에는 잘 녹지 않으며 수용액은 약알칼리성을 나타낸다. 중금속염은 물에 녹지 않는 것이 많지만, 시트르산 이온이 과잉으로 있으면 다중 배위하여 수용성이 되는 것도 있다.

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有効性の機序としては、主としてクエン酸の代謝産物の重炭酸塩（HCO3−）が、生体において塩基として作用することに基づくと考えられる。（参考：[https://www.kegg.jp/medicus-bin/japic_med?japic_code=00057695 医療用医薬品 : ウラリット]）
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