Äpfelsäure

Strukturformel
D-Äpfelsäure                 L-Äpfelsäure
Allgemeines
Name	Äpfelsäure
Andere Namen	2-Hydroxybernsteinsäure 2-Hydroxybutandisäure 2-Hydroxybutan-1,4-disäure Apfelsäure E 296
Summenformel	C4H6O5
CAS-Nummer	97-67-6 [L-(–)-Äpfelsäure] 636-61-3 [D-(+)-Äpfelsäure] 6915-15-7 [DL-(±)-Äpfelsäure]
PubChem	525
Kurzbeschreibung	weißes Pulver
Eigenschaften
Molare Masse	134,09 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	1,60 g·cm−3 (20 °C)
Schmelzpunkt	131–132 °C (DL-Äpfelsäure) 100–101 °C (D- oder L-Äpfelsäure)
pKs-Wert	pKs1 = 3,46 pKs2 = 5,10
Löslichkeit	DL-Äpfelsäure: gut in Wasser (558 g·l−1 bei 20 °C), in Ethanol: 455,3 g·l−1 D- oder L-Äpfelsäure: gut in Wasser (363,5 g·l−1 bei 20 °C), in Ethanol: 866,0 g·l−1 löslich in Aceton, mäßig löslich in Diethylether
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung Achtung H- und P-Sätze H: 319 P: 280​‐​305+351+338​‐​337+313
Toxikologische Daten	1600 mg·kg−1 (LD50, Maus, oral)
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

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Äpfelsäure (2-Hydroxybernsteinsäure, seltener auch Apfelsäure) ist eine chemische Verbindung aus den Gruppen der Dicarbonsäuren und Hydroxycarbonsäuren, die als rechtsdrehende D- und als linksdrehende L-Äpfelsäure vorkommt. Die L-Form ist ein Zwischenprodukt im Citratzyklus. In der Natur ist L-Äpfelsäure meist in unreifen Früchten wie Äpfeln, Quitten, Weintrauben, Berberitzenbeeren, Vogelbeeren und Stachelbeeren, enthalten. Die Ester und Salze der Äpfelsäure heißen Malate (von lateinisch malum = Apfel, nicht zu verwechseln mit Maleaten, den Estern und Salzen der Maleinsäure).

Geschichte

L-Äpfelsäure wurde erstmals 1785 von Carl Wilhelm Scheele aus Apfelsaft isoliert und beschrieben. Antoine Lavoisier schlug 1787 den Namen acide malique, abgeleitet vom lateinischen Wort für Apfel, mālum vor. Paul Walden konnte durch Synthese von L-Äpfelsäure und D-Äpfelsäure die Chiralität und die Konfigurationsumkehr am Kohlenstoffatom beweisen.

Naturtrüber Apfelsaft aus Boskoop

Eigenschaften

Die Äpfelsäure besitzt ein Stereozentrum und ist optisch aktiv. Unten dargestellt sind links die L-(−)-Äpfelsäure [nach CIP-Konvention: (S)-2-Hydroxybernsteinsäure] und rechts die D-(+)-Äpfelsäure [nach CIP-Konvention: (R)-2-Hydroxybernsteinsäure] in der Fischerprojektion. Die Stereozentren sind mit * gekennzeichnet.

Wie alle Enantiomere besitzen die L-Äpfelsäure und die D-Äpfelsäure, mit Ausnahme der Richtung des Drehwerts α die gleichen physikalischen Eigenschaften. Bei DL-Äpfelsäure, dem Racemat, unterscheiden sich die physikalischen Eigenschaften, z. B. Schmelzpunkt, allerdings deutlich von denen der reinen Enantiomere L-Äpfelsäure und D-Äpfelsäure.

Verwendung

Als Lebensmittelzusatzstoff (E 296) dürfen sowohl die L-Form als auch die D-Form oder das Racemat verwendet werden. D-Äpfelsäure kann beim Menschen durch Enzyme in L-Äpfelsäure umgewandelt werden. In der Praxis ist ihre Verwendung aufgrund des relativ hohen Preises eher gering. Stattdessen werden meist günstigere Alternativen wie Citronensäure (E 330), Weinsäure (E 334) oder auch Phosphorsäure (E 338) verwendet. Als Zusatzstoff in Kartoffelchips werden Natriummalat (E 350), Kaliummalat (E 351) und Calciummalat (E 352) verwendet. In der Medizin wird Kaliummalat bei Hypokaliämie als Infusionslösung eingesetzt, falls Kaliumchlorid wegen gleichzeitig bestehender Hyperchlorämie nicht eingesetzt werden kann.

Herstellung

Die L-Äpfelsäure und ihre Salze (Malate) werden nach einem biotechnologischen Verfahren, katalysiert durch das Enzym Fumarat-Hydratase, aus Fumarsäure (E 297) beziehungsweise als Stoffwechselprodukt von Bakterien und Pilzen (z. B. Brevibacterium, Corynebacterium, Escherichia, Microbacterium, Proteus, Pichia) gewonnen. Die enantiospezifische Anlagerung von Wasser an Maleinsäure wird durch die Maleat-Hydratase katalysiert und führt zu D-Äpfelsäure. Racemische Äpfelsäure kann durch die Bildung diastereomerer Salze mit einem geeigneten enantiomer-reinen Amin in L-Äpfelsäure und D-Äpfelsäure gespalten werden.

Weinbau

L-Äpfelsäure ist auch in Weintrauben enthalten. Ein niedriger Äpfelsäuregehalt gilt als Reifeparameter. Beim Ausbau des Weins kann gezielt oder auch spontan eine malolaktische Gärung eingeleitet werden. Milchsäurebakterien Oenococcus oeni verstoffwechseln unter Abgabe von CO₂ und sonstigen Nebenprodukten die deutlich saurer schmeckende Äpfelsäure in die weniger sauer schmeckende Milchsäure.

Biologische Funktion

Äpfelsäure kommt im Stoffwechsel von allen Zellen vor. Der Transport vom Cytosol ins Mitochondrium erfolgt über den Malat-Aspartat-Shuttle.

Die Äpfelsäure ist für den sauren Geschmack von Äpfeln verantwortlich, wobei viele andere Pflanzen ebenfalls Äpfelsäure enthalten. Wenn die Frucht reift, nimmt ihr Gehalt ab, wobei gleichzeitig der Zuckergehalt ansteigt. Dieser Effekt ist für die Fortpflanzung des Apfelbaums von essentieller Bedeutung, da der hohe Gehalt an Äpfelsäure in den Früchten verhindert, dass Tiere diese fressen und damit die noch unreifen Samen verteilen.

Bei Pflanzen, welche einen Crassulaceen-Säurestoffwechsel (CAM) aufweisen, wird nachts Kohlenstoffdioxid durch Atemporen des Blatts aufgenommen und durch das Enzym PEP-Carboxylase fixiert. Durch eine weitere Reaktionskette entsteht dabei Malat. Malat ist das Salz der Äpfelsäure und wird nachts in den Vakuolen von CAM-Pflanzen in Form der Säure gespeichert. Am Tag wird CO₂ wieder aus Äpfelsäure freigesetzt und direkt dem Calvin-Zyklus zugeführt. CAM-Pflanzen haben durch die zeitliche Trennung der Reaktion, auch diurnaler Säurerhythmus genannt, den Vorteil, ihre Stomata tagsüber zu schließen. Verdunstungsverlusten kann so entgegengewirkt werden.

Weblinks

 Commons: Äpfelsäure – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Wiktionary: Äpfelsäure – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen