kwas jabłkowy
Kwas jabłkowy, kwas hydroksybursztynowy, kwas hydroksybutanodiowy – związek organiczny z grupy kwasów hydroksyalkanowych, występujący głównie w postaci izomeru lewoskrętnego (kwasu L-jabłkowego) w niedojrzałych jabłkach, wiśniach, agreście, owocach jarzębiny, berberysu, głogu oraz łodygach rabarbaru. Kwas jabłkowy w formie zjonizowanej (jako jabłczan) bierze udział w wielu szlakach metabolicznych (cyklu Krebsa, fotosyntezie CAM, fotosyntezie C₄, cyklu glioksalowym). Związek ten wykorzystywany jest w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym oraz kosmetycznym.
Występowanie kwasu jabłkowego
Kwas jabłkowy jest organicznym związkiem chemicznym spotykanym w przyrodzie głównie w postaci izomeru lewoskrętnego (kwasu L-jabłkowego). Kwas jabłkowy w dużych ilościach występuje w niedojrzałych jabłkach, wiśniach, agreście, gruszkach, winogronach, pigwach, morelach, brzoskwiniach, jeżynach, owocach jarzębiny, berberysu i głogu oraz łodygach rabarbaru; odpowiedzialny jest za ich charakterystyczny, kwaskowaty smak. Zawartość kwasu jabłkowego w owocach maleje wraz z ich dojrzewaniem. Izomer prawoskrętny kwasu jabłkowego (kwas D-jabłkowy) nie występuje w przyrodzie.
Właściwości fizyczne kwasu jabłkowego
Kwas jabłkowy jest krystalicznym ciałem stałym o prawie białej (kremowej) bądź całkowicie białej barwie, cierpkim, kwaskowatym smaku, przeważnie bezwonnym bądź cechującym się słabo wyczuwalnym, cierpkim zapachem. Kwas jabłkowy jest dobrze rozpuszczalny w wodzie, metanolu, etanolu, acetonie, eterze i innych polarnych rozpuszczalnikach, posiada odczyn kwaśny (dla roztworu 1% pH wynosi 2,3). Kwas jabłkowy w wyniku rozkładu wydziela opary wykazujące działanie drażniące na oczy.
Kwas jabłkowy jest związkiem optycznie czynnym, posiada jedno centrum stereogeniczne. Jest cząsteczką chiralną, występuje w postaci dwóch izomerów optycznych (enancjomerów) – izomeru lewoskrętnego (kwasu L-jabłkowego) występującego naturalnie oraz izomeru prawoskrętnego (kwasu D-jabłkowego) nie występującego w przyrodzie. Kwas jabłkowy otrzymywany syntetycznie na skalę przemysłową (kwas DL-jabłkowy) jest racematem, czyli równomolową mieszaniną dwóch enancjomerów tego związku (kwasu L-jabłkowego i kwasu D-jabłkowego). Temperatura topnienia kwasu L-jabłkowego wynosi 100°C, temperatura wrzenia (rozkładu) – 140°C; temperatura topnienia racematu wynosi 130°C, rozkłada się przy temperaturze 150°C.
Budowa i właściwości chemiczne kwasu jabłkowego
Kwas jabłkowy (HOOC-CH(OH)-CH₂-COOH), zwany również kwasem hydroksybursztynowym bądź hydroksybutanodiowym, jest organicznym związkiem chemicznym z grupy kwasów hydroksyalkanowych (nasyconych acyklicznych kwasów hydroksykarboksylowych). Kwas jabłkowy jest α-hydroksykwasem dikarboksylowym, zawiera jedną grupę hydroksylową (-OH) oraz dwie grupy karboksylowe (-COOH), w związku z czym wykazuje zarówno właściwości alkoholi jak i kwasów karboksylowych.
Kwas jabłkowy (i inne hydroksykwasy) otrzymuje się w reakcji właściwego halogenokwasu (np. kwasu bromoalkanowego) z wodorotlenkiem potasu (lub wilgotnym tlenkiem srebra (I)) zgodnie z poniższą reakcją:
Formy zjonizowane kwasu jabłkowego (jabłczany, ¯OOC-CH(OH)-CH₂-COO¯) stanowią produkty pośrednie w wielu ważnych szlakach metabolicznych. Jabłczany w cyklu kwasu cytrynowego (cyklu Krebsa) powstają w reakcji hydratacji fumaranów (¯OOC-CH=CH-COO¯) pod wpływem działania enzymu zwanego fumarazą zgodnie z poniższą reakcją:
Kwas jabłkowy na skalę przemysłową wytwarzany jest w reakcji hydratacji bezwodnika maleinowego C₂H₂(CO)₂O w warunkach wysokiej temperatury i ciśnienia. W wyniku tej reakcji powstaje kwas jabłkowy oraz mniej rozpuszczalny kwas fumarowy. Osad kwasu fumarowego oddziela się przez odwirowanie, a pozostały roztwór zatęża się w celu uzyskania czystych kryształów kwasu jabłkowego. Kwas jabłkowy ogrzewany bez dostępu powietrza (piroliza) ulega dehydratacji przechodząc w mieszaninę kwasu fumarowego i maleinowego (HOOC-CH=CH-COOH).
Znaczenie biologiczne i zastosowania kwasu jabłkowego
Kwas jabłkowy w formie zjonizowanej (jako jabłczan) bierze udział w wielu ważnych szlakach metabolicznych – stanowi produkt pośredni w cyklu kwasu cytrynowego (cyklu Krebsa), fotosyntezie CAM, fotosyntezie C₄ i cyklu glioksalowym. Kwas jabłkowy w cyklu kwasu cytrynowego powstaje z kwasu fumarowego pod wpływem działania fumarazy i w reakcji katalizowanej przez dehydrogenazę jabłczanową przekształca się w kolejny produkt cyklu – kwas szczawiooctowy.
Jabłczan w fotosyntezie C₄ i fotosyntezie CAM powstaje w wyniku reakcji redukcji szczawiooctanu przez dehydrogenazę jabłczanową, następnie w reakcji dehydrogenacji i dekarboksylacji katalizowanej przez enzym jabłczanowy przechodzi w pirogronian z uwolnieniem dwutlenku węgla oraz wytworzeniem NADPH, które włączane są następnie do cyklu Calvina-Bensona. Jabłczan jest również produktem pośrednim cyklu glioksalowego polegającego na przekształcaniu tłuszczów w cukrowce, zachodzącego w glioksysomach nasion roślin oleistych oraz komórkach bakterii.
Kwas jabłkowy jest związkiem wykorzystywanym w przemyśle spożywczym jako konserwant (E296), regulator kwasowości oraz dodatek wzbogacający smak i stabilizujący barwę produktów spożywczych. Kwas jabłkowy stosowany jest również w syntezie organicznej do otrzymywania estrów, przemyśle farmaceutycznym do produkcji leków (syropów, zawiesin, pastylek do ssania) i przemyśle kosmetycznym jako składnik szamponów i farb do włosów, lakierów do paznokci, płynów do oczyszczania twarzy oraz kosmetyków rozjaśniających przebarwienia skórne.
