아스코르브산

3. 화학적 성질

아스코르브산은 알켄 카르복시산처럼 작용하며, 이중 결합의 π전자가 히드록시기와 카르보닐기 사이를 이동함으로써 높은 산성을 나타낸다 (pKa₁ = 4.17, pH = 2 (50 mg/mL)).^[27][28] 이는 프로톤을 방출한 후의 짝염기가 공명 구조를 가지고 음전하를 비편재화하여 안정화될 수 있기 때문이다.

3. 1. 산성

3. 2. 염 및 에스터

3. 3. 친핵성 공격

3. 4. 산화

3. 5. 호변이성질화

4. 생화학적 역할

아스코르브산 산화효소(ascorbic酸酸化酵素) 또는 아스코르비나아제(ascorbinase)는 (생)화학적으로 엘(L)-아스코르브산이 산화되어 디히드로아스코르브산(DHA,Dehydroascorbic acid)으로 전환되는 반응을 촉매하는 호기적 산화 효소이다. 이 반응에서는 과산화 수소가 생기지 않는다. 탈수소 아스코르브산(脫水素←ascorbic酸) 또는 디하이드로아스코르브산(DHA)은 아스코르브산의 산화에 의해 생기는 침상 결정 물질 또는 그 기작에서 이를 가리킨다. 90°C에서 포도당과 아미노산과 섞이면 휘발성 화합물을 생성한다.^[8] 티로신 산화의 보조인자이다.^[9]

5. 산업적 제조법

세계 아스코르브산 공급량의 70%는 중국에서 생산된다.^[22] 아스코르브산은 포도당으로부터 산업적으로 제조되는데, 역사적인 Reichstein 공정을 기반으로 한다. 이 공정은 5단계로 이루어진다. 첫 번째 단계에서 포도당은 촉매적으로 수소화되어 소르비톨이 된다. 그 후, 미생물인 ''아세토박터 suboxydans''에 의해 산화환원된다. 이 효소 반응을 통해 여섯 개의 하이드록시기 중 하나만 산화된다. 이 시점부터 두 가지 경로가 가능하다.

생성물을 산 촉매 존재 하에 아세톤으로 처리하면 나머지 네 개의 히드록시기가 아세탈로 변환된다. 보호되지 않은 히드록시기는 촉매 산화제 TEMPO(차아염소산나트륨 표백제 용액으로 재생됨)와의 반응을 통해 카르복실산으로 산화된다. 역사적으로 Reichstein 공정을 통한 산업적 제조에는 과망간산칼륨을 표백제 용액으로 사용했다. 이 생성물의 산 촉매 가수분해는 두 개의 아세탈기를 제거하고 고리화 락톤화를 수행하는 이중 기능을 한다. 이 단계에서 아스코르브산이 생성된다. 다섯 단계 각각의 수율은 90% 이상이다.^[21]

1960년대에 중국에서 처음 개발되고 1990년대에 더욱 발전된 생명공학적 공정은 아세톤 보호기를 사용하지 않는다. 돌연변이 ''에르위니아''를 포함한 다른 유전자 변형 미생물 종은 소르보스를 2-케토글루콘산(2-KGA)으로 산화시키고, 이는 탈수를 통해 고리화 락톤화될 수 있다. 이 방법은 세계 아스코르브산의 70%를 공급하는 중국의 아스코르브산 산업에서 사용되는 주된 공정이다.^[22]

6. 분석법

아스코르브산 함량을 분석하는 전통적인 방법은 적정법을 이용하여 산화제로 적정하는 것이며, 여러 가지 방법이 개발되었다.

널리 사용되는 요오드 적정법은 전분 지시약 존재 하에 요오드를 사용한다. 요오드는 아스코르브산에 의해 환원되고, 모든 아스코르브산이 반응하면 요오드가 과량으로 존재하여 전분 지시약과 청흑색의 착물을 형성한다. 이는 적정의 종말점을 나타낸다.

또 다른 방법으로는 과량의 요오드로 아스코르브산을 처리한 후, 전분을 지시약으로 사용하여 티오황산 나트륨으로 역적정할 수 있다.^[25]

이 요오드 적정법은 산성 용액에서 아스코르브산이 요오드산 염과 요오드화물과 반응하는 것을 이용하도록 수정되었다. 요오드화 칼륨 용액을 전기분해하면 요오드가 생성되고, 이는 아스코르브산과 반응한다. 공정의 종료는 전위차 적정법(칼 피셔 적정법과 유사)으로 결정한다. 아스코르브산의 양은 패러데이 법칙에 의해 계산할 수 있다.

또 다른 방법은 요오드화 칼륨과 전분 존재 하에 N-브로모숙신이미드(NBS)를 산화제로 사용하는 것이다. NBS는 먼저 아스코르브산을 산화시키고, 아스코르브산이 소모되면 NBS는 요오드화칼륨으로부터 요오드를 유리시켜 전분과 청흑색의 착물을 형성한다.

아스코르브산의 정량 분석은 산화환원 적정으로 할 수 있다. 시료를 메타인산 수용액에 녹여 0.05 mol/L 요오드 용액으로 적정한다. 지시약은 녹말 시액을 사용한다. 이 방법에서 요오드는 산화제로 작용한다.

7. 응용 분야

아스코르브산은 산화되기 쉬워 여러 분야에서 활용된다.

식품 분야에서는 주로 산화 방지제 (E 번호 E300) 등 식품 첨가물로 사용된다.^[10] EU, 미국,^[11] 호주, 뉴질랜드에서^[12] 식품 첨가물로 승인되었다. 아스코르브산나트륨, 아스코르브산칼륨, 아스코르브산칼슘염, 아스코르브산글루코사이드는 수용성이므로, 지방 산화를 막기 위해 팔미틴산아스코르빌이나 스테아린산아스코르빌 같은 지용성 에스터를 사용한다. 아스코르브산은 식품 가공, 보관 중 갈변을 막기 위해 산화되어 식품을 환원시킨다.^[27][28]

건강기능식품으로 아스코르브산은 필수 영양소이며, 식이 보충제로 널리 쓰인다. 세계보건기구 필수의약품 목록에도 들어있다.^[13]

그 외에 사진 현상액의 환원제 및 보존제, 형광 현미경 등에서 형광 신호 증폭 및 염료 광탈색을 늦추는 항산화제로 쓰인다.^[14] 섬유 유리 수영장 표면 금속 얼룩 제거, 플라스틱 제조 시 분자 사슬 조립 촉진 및 폐기물 감소,^[15] 정맥 주사용 고용량 아스코르브산염은 화학 요법제 및 생물 반응 조절제(임상 시험 진행 중),^[17][18] 메테나민 살균 효과를 높이는 요로 산성화제로도 활용된다.^[19][20]

7. 1. 식품 첨가물

7. 2. 건강기능식품

7. 3. 기타 응용

8. 안전성 및 부작용

독일 연방 위험 평가 연구소(BfR) 보고서에 따르면, 청량 음료에 벤조산과 아스코르브산이 함께 존재하는 경우 미량의 벤젠이 생성될 가능성이 있으며, 생성량은 pH, 온도, 다른 불순물(주로 금속이온이 영향을 미치는 것으로 보임), 자외선의 영향을 받는다고 한다.^[29][30]

참조

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_[2] 웹사이트 Story of Vitamin C's chemical discovery https://profiles.nlm[...] 2012-12-04
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_[5] 논문 Ascorbic acid: The chemistry underlying its antioxidant properties 2020-11-01
_[6] 서적 Ingredient Interactions: Effects on Food Quality, Second Edition https://books.google[...] CRC Press 2016-04-19
_[7] 논문 Vitamin C: Biosynthesis, recycling and degradation in mammals 2007-01-01
_[8] 논문 Formation of Volatile Compounds in Sugar-Phenylalanine and Ascorbic Acid-Phenylalanine Model Systems during Heat Treatment
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_[20] 논문 Effect of urinary acidifiers on formaldehyde concentration and efficacy with methenamine therapy
_[21] 백과사전 Vitamins
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_[23] 논문 One-Step Biosynthesis of Vitamin C in Saccharomyces cerevisiae 2021-01-01
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_[28] 문서 식품의 갈변을 방지하는 방법
_[29] PDF BfRによる原著文献（ドイツ語） http://www.bfr.bund.[...]
_[30] PDF P30に国立医薬品食品衛生研究所安全情報部による日本語の摘要 https://www.nihs.go.[...]
_[31] 웹사이트 Safety (MSDS) data for ascorbic acid https://web.archive.[...]