主题：【资料】CNS_01.314_DL-苹果酸钠

方纲

DL-苹果酸钠

2021年7月3日

理化性质

1.分子式：C4H4Na2O5·nH2O(n=3 或 n=1/2)

2.结构式：

存在一个手心中心，有D、L两种构型，DL-苹果酸钠为兼有两种构型的外消旋体。

3.相对分子质量：三水结晶品 232.10 半水结晶品 187.06

4.性状：为白色结晶性粉末或块状物

制备

苹果酸和氢氧化钠反应，经结晶、干燥制得的食品添加剂DL-苹果酸钠。DL-苹果酸的制备方法：

1. DL-苹果酸的化学合成法： 将200kg顺丁烯二酸酐溶于400kg水，于不锈钢高压釜中，185℃±3℃和1.0MPa下搅拌反应6~8h，在反应过程中，当温度 120℃时，顺丁烯二酸与水作用生成苹果酸；而当温度 130℃时，顺丁烯二酸本身也异构化为反丁烯二酸。而在反应条件下，苹果酸又与反丁烯二酸存在着一种平衡，因此当反应结束后，顺丁烯二酸与苹果酸的比例为1：17。若在反应初期，按比例加入反丁烯二酸，则收率可由63%上升到90%以上。反应物冷却至100℃以下后，压入蒸馏釜于60℃下减压浓缩，再经冷却、结晶、离心分离、干燥而得成品。化学合成法是工业制备DL-苹果酸的主要方法。

（1）合成方法：

顺丁烯二酸酐100g(1. 0mol)置于装有磁力搅拌的高压反应釜中,加入H2O 100mL,搅拌下加热至设计温度及压力后保持 4h, 冷却, 将反应混合物过滤，得到DL-苹果酸溶液，其近似组成为：DL-苹果酸40%～50%，富马酸1%～2%，马来酸1.5%～2%

（2）纯品制备：

a.控制结晶：将初步纯化处理过的组成约为DL-苹果酸60%，马来酸1.6%和富马酸0.54%的混合溶液1000g减压浓缩至79%，调整温度至70度，然后向溶液中加入60目～100目的苹果酸晶种20g后缓慢搅拌（20r/min～30r/min），降温（1.5度/h）至40度后继续搅拌10h，离心分离，所得结晶料滤液的附着量为4.5%，在离心机种用25度60%纯苹果酸水溶液100g洗涤后再脱水、送风干燥得晶体350g（DL-苹果酸99.45%，富马酸0.65%，马来酸0.10%）

b.树脂纯化：将8升含有马来酸和富马酸的DL-苹果酸溶液以450ml/h的速度依次通过阴离子交换柱、活性碳柱赫阳离子交换柱。洗脱液经浓缩、干燥后得到纯品。

（3）纯化工艺研究；

反应所得DL-苹果酸溶液中除含有目的产物DL-苹果酸外，还含有一些不纯的物质，如没有完全反应的马来酸、异构化的富马酸、副反应产生的有色物质及金属离子等，因此对DL-苹果酸溶液的提纯时影响产品质量的关键。

一般情况下，DL-苹果酸溶液含有2%左右的马来酸和2%～3%的富马酸，可以通过如下方法去除；

a.溶液萃取法：用乙醚，戊酮等溶剂萃取后DL-苹果酸溶液中的马来酸和富马酸的含量可以降至0.02%以下

b.沉淀法：再DL-苹果酸溶液中加入氢氧化钙，使它以DL-苹果酸钙的形式析出，析出的晶体经酸化分离、提纯可以得到DL-苹果酸纯品

c.结晶控制法：将DL-苹果酸溶液减压浓缩至一定浓度后，加入适量的DL-苹果酸晶种，调整降温速度，使得DL-苹果酸晶粒析出，马来酸和富马酸大部分存在于溶液中或者DL-苹果酸晶粒表面，DL-苹果酸晶粒经洗涤、干燥后可得到纯度较高的DL-苹果酸晶体。

d.离子交换去除法：通过离子交换树脂进行选择性吸附，以达到对DL-苹果酸溶液的精制目的。

其中溶液萃取法和沉淀法犹豫操作过程繁琐，且引入了第三种物质增加了分离难度，因此不适合于工业生产。如果采用结晶控制法和离子交换法去除法相结合就可以避免上述过程出现的弊端，就能在大规模工业化生产过程中得到较高纯度的DL-苹果酸

在工业合成过程中，我们将DL-苹果酸溶液在60度到75度下减压浓缩至70%～80%的饱和溶液，调整温度至60到70度，加入0.5%～5%的DL-苹果酸晶种，如果在此温度范围以外结晶，则会有二次结晶生成，即产生晶簇，从而使结晶颗粒细而且纯度低。另外，因富马酸在溶液中的溶解度低，控制结晶温度以可以控制富马酸的析出量，以确保产品的纯度，所得到较高纯度的DL-苹果酸晶体，其中马来酸含量小于等于0.2%，富马酸含量小于等于1.0%。

2.微生物发酵法：所得到的是L-苹果酸。一步发酵法：菌种有黄曲霉、米曲霉、寄生曲霉等，均以包括葡萄糖在内的多种糖为底物产生L-苹果酸。

两步发酵法：由华根霉或少根根霉将葡萄糖生物合成富马酸，再由膜醭毕赤酵母、普通变形菌、芽孢杆菌或掷孢酵母等将富马酸转化为L-苹果酸。 一步发酵法较多地采用黄曲霉，它能利用葡萄糖、麦芽糖、蔗糖、果糖及淀粉等多种糖质原料产生L-苹果酸。但培养基较复杂，发酵过程常有富马酸等其他有机酸产生，给分离提纯带来困难，难于得到高纯度的晶体，再加上产酸低，对糖转化率低 (30%～40%)，周期长(最少也需5天)，故至今在国内外均未实现工业化生产。

两步发酵法的第一步，先用根霉将糖类发酵生成富马酸，即富马酸发酵，这里的糖较多的使用葡萄糖，葡萄糖可由淀粉经双酶水解而得。

第二步是在前面所产的富马酸中接入酵母菌或细菌进行发酵，将富马酸转化为L-苹果酸，即转化发酵。采用这种方法，苹果酸对糖转化率最高可达60%以上，但是毕竟发酵周期太长，前后加起来要8～9天。虽然两步法与一步法一样，国内外学者正在不断地探索，取得了一些有价值的进展，但至今仍然未见工业化生产的报道。

3.固定细胞转换法：该方法是首先大量培养富马酸酶活力高的菌体，收集菌体后用卡拉胶等适当的载体进行固定，然后装入柱式反应器，以富马酸钠盐为底物，流经反应器，由固定化细胞中的富马酸酶的催化作用，很容易将富马酸转化为L-苹果酸，且几乎无副产物，转化率高达95%以上。此法与上述两种方法相比，简单、 经济、高效，于是成了工业化生产的首先方法

应用

主要用作缓冲剂，调味剂和代盐剂。

作为缓冲剂，与苹果酸配合使用调节食物的pH值，并使加入少量的酸或碱时，不会使得氢离子浓度发生显著变化，从而抑制微生物生长，起到抗菌防腐效果；用于食品调味，缓和酸味；代替食盐或代替部分食盐的使用，制作低盐食品如无盐酱油，降低火腿香肠中盐的含量。

苹果酸钠是一种无色晶体或白色结晶粉末，是重要的有机酸盐之一。苹果酸钠和苹果酸配合使用，用作各种果酱、果冻、果汁、饮料、冷饮、奶制品和糕点等的凝胶剂、营养增补剂及风味剂。苹果酸钠安全无毒，在食品中使用绝对安全可靠，对人类健康不会产生危害。联合国粮农与世界卫生组织对其每日摄入量不作任何限制，可认为其属于无毒品。

在水产品中的应用：中国水产资源丰富，水产品种类繁多。水产品具有低脂肪、高蛋白的特点，是合理膳食结构中不可缺少的重要部分，已成为人们社区动物性蛋白质的重要来源，并且鱼、虾、蟹等水产品肉质鲜美，风味独特，深受广大消费者的青睐。近年来，进出口加工品也越来越多，水产品加工成品和半成品逐渐走向市场，融入百姓生活。但是由于水产品容易腐败变质，再加工或储藏过程中必须加强水产品的保鲜。通常需要做抑菌抗菌处理。苹果酸钠正好具有抑菌保鲜的功能。下面以金枪鱼、扇贝、虾仁的加工处理为例进行说明。

（1）pH调整剂配方

（2）加工工艺

（3）结果

比较以上实验结果可以看出，添加一定量的pH调整剂处理能够减少水产品中的微生物数量，抑制细菌的生长繁殖，尽可能保持水产品的新鲜度。

在果蔬腌制品中的应用：目前腌制食品企业往往在研制食品中添加各种食用酸，且把减盐增酸作为今后酱腌菜发展的方向。酸度调节剂能降低腌渍剂的pH值，抑制微生物的生长繁殖，对产品的储藏极为有利。再腌渍液中添加食醋、柠檬酸、苹果酸等酸度调节剂能使腌渍液的pH值下降，从而达到抑制微生物生长繁殖的目的，同时起到调味的作用。为了保持pH值在一个稳定的范围内，通常加入一定比例的有机酸盐。苹果酸用于腌菜中能够起到缓冲和调味的作用，从而既可以使腌渍菜保持较低的pH值，便于保鲜和货架期的延长，又可以酸味，赋予腌渍菜良好的口味和清爽的口感。

限量

苹果酸钠安全无毒，在食品中使用绝对安全可靠，对人类健康不会产生危害。联合国粮农与世界卫生组织对其每日摄入量不作任何限制，可认为其属于无毒品。

质量指标

1.中华人民共和国国家标准：DL-苹果酸含量98.0%～102.0%，碱度（以碳酸钠计）≤0.2%，干燥减量对于三水结晶品在20.5%～23.5%、对于半水结晶品≤7.0%，铅（Pb）≤2.0 mg/kg，富马酸（丁烯二酸）≤1.0%，马来酸（苹果酸）≤0.05%

2.按日本食品添加剂标准，苹果酸应符合下列质量指标：含量≥99．0%(质量)，溶状、水溶液澄清，熔点127～130℃，重金属≤0．002%(质量)，氯化物≤0．0035%(质量)，铁≤0．004%(质量)，灼烧残留物≤o．05%(质量)。

3.按美国食用化学品法典(1983)规定，苹果酸应符合下列质量指标：含量≥99．5%(质量)。熔点130～132℃，灰分≤0．1%(质量)，重金属(以Pb计)≤0．002%(质量)，砷(以As计)≤0．0003%(质量)，铅≤0．001%(质量)，富马酸≤0．5%(质量)，顺丁烯二酸≤0．05%(质量)，水不溶≤o．1‰(质量)。

检测

（2）分析步骤：称取 0.15 g 干燥后的试样，精确至 0.000 1 g，加 30 mL 冰乙酸溶解，用高氯酸标准滴定溶液滴定。用电位计指示终点。当用指示剂判断终点时，加几滴结晶紫指示液，溶液由紫色经过蓝色变为绿色即为终点。在测定的同时, 按与测定相同的步骤, 对不加试样而使用相同数量的试剂溶液做空白试验。

（3）结果计算：DL-苹果酸钠(以 C4H4Na2O5 计)的质量分数 w1 ,按公式计算：

式中：

v0——空白试验消耗高氯酸标准滴定溶液的体积，单位为毫升(mL);

v1——试样消耗高氯酸标准滴溶液的体积，单位为毫升(mL);

c ——高氯酸标准滴溶液浓度的准确数值，单位为摩尔每升(mol/L);

M ——苹果酸钠的摩尔质量的数值，单位为克每摩尔(g/mol)[M(C4H4Na2O5)]=89.03);

m ——试样的质量，单位为克(g);

1000——换算因子。

3.干燥减量的测定：

（1）分析步骤：称取 4 g 试样，精确至 0.000 2 g，置于已烘至质量恒定的称量瓶中，在 120 °C±2 °C的恒温干燥箱中 干燥 2 h，调整温度至 160 °C±2 °C，再干燥 2 h，取出，置于干燥器中冷却至室温，称量。

（2）结果计算：干燥减量的质量分数  ,按公式计算: