Ácido cítrico

Qué es el ácido cítrico

El ácido cítrico es un compuesto orgánico de seis átomos de carbono con fórmula molecular C₆H₈O₇ y tres grupos carboxilo libres, lo que lo clasifica como ácido tricarboxílico. Su nombre IUPAC es ácido 2-hidroxipropano-1,2,3-tricarboxílico. Es un ácido débil, sólido a temperatura ambiente, cristalino, blanco e inodoro, con un sabor agrio intenso característico. Se disuelve fácilmente en agua y en alcohol.

El término reúne dos raíces clásicas. «Ácido» proviene del latín acidus, derivado a su vez de la raíz indoeuropea *ak- («agudo, afilado»), la misma que dejó en español palabras como acedía, acerar o acritud: lo ácido es lo que «pincha» al paladar. «Cítrico» procede del latín citrus, que designaba originariamente al cidro o citrón (Citrus medica), un árbol introducido en Roma desde Oriente, probablemente con ascendencia léxica en el griego κίτρον (kítron) y en lenguas más antiguas de Asia Menor. Cuando los botánicos modernos generalizaron Citrus como nombre del género que incluye al limonero, el naranjo y la lima, el adjetivo «cítrico» pasó a aplicarse a todo lo que procede de esos frutos, y de ahí al ácido que les confiere el sabor agrio.

Estructura química y propiedades

La molécula contiene tres grupos carboxilo (-COOH) y un grupo hidroxilo (-OH) sobre un esqueleto de tres carbonos. Esa disposición le confiere tres constantes de disociación distintas —pKa₁ ≈ 3,1; pKa₂ ≈ 4,8; pKa₃ ≈ 6,4— y permite que se comporte como tampón a varios valores de pH. A pH fisiológico de 7,4 la molécula se encuentra completamente desprotonada y la especie predominante es el anión citrato, con carga -3.

El ácido cítrico cristaliza en dos formas: anhidra y monohidrato (con una molécula de agua de hidratación). La forma monohidratada se obtiene por cristalización en agua fría y es la que predomina en el producto comercial. Por encima de unos 74 °C el monohidrato pierde su agua y pasa a la forma anhidra.

Una propiedad físico-química con repercusiones biológicas y tecnológicas es su capacidad de formar quelatos. Sus tres grupos carboxilo y el hidroxilo central pueden coordinar cationes divalentes y trivalentes —calcio, magnesio, hierro, cinc, aluminio— y mantenerlos en disolución. Por eso el citrato se utiliza como descalcificador en limpieza, como anticoagulante en hematología (secuestra el calcio plasmático imprescindible para la coagulación) y como agente que mejora la solubilidad de ciertos minerales en suplementos nutricionales.

Fuentes naturales y producción industrial

El ácido cítrico abunda en los frutos del género Citrus —limón, lima, naranja, pomelo, mandarina—, donde puede representar hasta el 8 % del peso seco. El limón y la lima son las fuentes más concentradas, con valores de 5 a 8 % en peso del fruto fresco; en la naranja la concentración es notablemente menor, alrededor del 1 %. También se encuentra, en proporciones más modestas, en piña, fresa, frambuesa, tomate, mora, melocotón y otras frutas y verduras, así como en pequeñas cantidades en muchos tejidos animales.

Su descubrimiento como sustancia química independiente se atribuye al farmacéutico germano-sueco Carl Wilhelm Scheele, que en 1784, en su laboratorio de Köping, consiguió aislarlo y cristalizarlo a partir de jugo de limón. Scheele es una figura singular de la química del siglo XVIII: a lo largo de una vida breve —murió a los 43 años, probablemente por intoxicación con los compuestos que manipulaba— identificó el oxígeno (de forma independiente a Priestley), el cloro, el manganeso, el molibdeno, el bario y el tungsteno, y aisló también los ácidos tartárico, oxálico, úrico y láctico. El cítrico fue uno de los primeros ácidos orgánicos puros que la química consiguió obtener.

Durante todo el siglo XIX la producción industrial dependió de la citricultura siciliana e italiana. El procedimiento consistía en prensar limones, precipitar el ácido como citrato cálcico mediante hidróxido de calcio y liberarlo después con ácido sulfúrico. Era un proceso costoso: hacían falta cerca de quinientos limones para obtener un kilo de producto. El monopolio mediterráneo se rompió en 1917, cuando el químico estadounidense James Currie, trabajando en los laboratorios de Pfizer en Brooklyn, descubrió que el moho Aspergillus niger producía cantidades elevadas de ácido cítrico cuando se le cultivaba sobre sustratos azucarados. Pfizer puso en marcha la fermentación industrial en 1923 y, en pocos años, el coste se desplomó. Hoy la producción mundial supera los dos millones de toneladas anuales, casi en su totalidad por fermentación con Aspergillus a partir de melazas, almidón de maíz u otros azúcares baratos.

Papel del ácido cítrico en el metabolismo celular

En el interior de la célula, el ácido cítrico —presente siempre en forma de citrato a pH fisiológico— es la molécula que da nombre y arranque al ciclo de Krebs, la ruta central de la respiración celular aeróbica. La primera reacción del ciclo es precisamente la condensación de acetil-CoA con oxalacetato, catalizada por la enzima citrato sintasa, que produce citrato. A partir de ahí, ocho reacciones consecutivas regeneran el oxalacetato mientras liberan electrones que la cadena respiratoria utiliza para fabricar ATP.

La denominación «ciclo del ácido cítrico» tiene un origen histórico preciso. En 1937, el bioquímico germano-británico Hans Krebs, trabajando en la Universidad de Sheffield, propuso que las reacciones de oxidación de los nutrientes en el músculo formaban un circuito cerrado en cuyo primer escalón aparecía el ácido cítrico. La Royal Society británica rechazó inicialmente su comunicación a Nature, pero el manuscrito acabó publicándose en la revista holandesa Enzymologia. Krebs recibió por aquel hallazgo el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1953, compartido con Fritz Lipmann (descubridor del coenzima A). Es por eso por lo que la misma ruta tiene tres nombres equivalentes en la literatura: ciclo de Krebs, ciclo del ácido cítrico y ciclo de los ácidos tricarboxílicos.

El citrato no se limita a iniciar el ciclo. Cuando la célula dispone de energía abundante, parte del citrato sintetizado en la mitocondria sale al citoplasma y se utiliza como precursor de la síntesis de ácidos grasos y de colesterol —ahí proporciona los átomos de carbono que se ensamblarán para formar la cadena lipídica— y regula alostéricamente enzimas clave de la glucólisis. Su concentración intracelular actúa como una señal metabólica que comunica a la maquinaria celular cuánto combustible hay disponible.

Aplicaciones del ácido cítrico fuera del organismo

El ácido cítrico está autorizado en la Unión Europea como aditivo alimentario con el código E330. Cumple varias funciones en la industria alimentaria: regulador de la acidez, acidulante de sabor, antioxidante (impide el pardeamiento de frutas cortadas al captar cationes metálicos), conservante por descenso del pH y agente quelante. Se encuentra en refrescos, zumos envasados, mermeladas, helados, productos de panadería, conservas vegetales y de pescado, repostería industrial y muchos otros productos procesados. La Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) y el comité conjunto FAO/OMS para aditivos alimentarios (JECFA) lo consideran de uso seguro, con una ingesta diaria admisible no limitada (quantum satis) en condiciones de buenas prácticas de fabricación.

Su uso se extiende más allá de la alimentación. En cosmética se incorpora a fórmulas para el cuidado de la piel y el cabello como hidroxiácido con efecto exfoliante suave y como regulador del pH del producto. En la industria de la limpieza se utiliza como descalcificador y eliminador de óxido por su capacidad para quelar calcio y hierro. En química analítica forma tampones para mantener el pH estable en disoluciones.

Diferenciación con entidades relacionadas

Citrato. Es la forma ionizada del ácido cítrico, predominante en el organismo y en disoluciones acuosas a pH neutro. Las sales del ácido cítrico (citrato de calcio, citrato de potasio, citrato de sodio) y los preparados farmacológicos con aplicación clínica se desarrollan en la entrada de citrato.

Ciclo de Krebs. El nombre «ciclo del ácido cítrico» se usa indistintamente, pero la ruta metabólica en sí —con sus ocho reacciones, sus enzimas y su balance energético— se describe en la entrada de ciclo de Krebs. El ácido cítrico es solo el primer intermediario del ciclo; los demás —isocitrato, alfa-cetoglutarato, succinato, fumarato, malato, oxalacetato— tienen sus respectivas entradas.

Isocitrato. Es un isómero estructural del citrato: misma fórmula molecular (C₆H₈O₇), distinta disposición del grupo hidroxilo. La conversión de citrato a isocitrato es la segunda reacción del ciclo de Krebs y la cataliza la enzima aconitasa. Por su parecido químico, la relación entre ácido cítrico y ácido isocítrico se usa para verificar la autenticidad de los zumos de naranja: una proporción anormalmente alta sugiere adulteración con ácido cítrico añadido.

Vitamina C (ácido ascórbico). Es una molécula diferente y conviene no confundirlas. Tanto la vitamina C como el ácido cítrico abundan en los cítricos y los dos son ácidos hidrosolubles, pero la vitamina C es una lactona con poder antioxidante específico y función nutricional como cofactor enzimático, mientras que el ácido cítrico es un ácido tricarboxílico sin actividad vitamínica. La acidez del zumo de limón proviene en su mayor parte del ácido cítrico, no de la vitamina C.

Ácido láctico. Es otro ácido orgánico también aislado por primera vez por Scheele —dos años antes que el cítrico—, presente de forma natural en la leche fermentada y producido por los músculos en el metabolismo anaerobio. Comparte con el cítrico su naturaleza de ácido débil y su uso como aditivo alimentario, pero su estructura química y su origen son distintos. Se desarrolla en la entrada de ácido láctico.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene la palabra «cítrico»?

Del latín citrus, nombre del cidro o citrón —un árbol mediterráneo introducido en Roma desde Oriente—, palabra emparentada con el griego κίτρον (kítron) y, más atrás, con voces de lenguas antiguas de Asia Menor. Cuando la botánica moderna fijó Citrus como nombre del género que reúne al limonero, el naranjo, la lima y otros frutales emparentados, «cítrico» pasó a calificar a todo lo procedente de esos frutos. El ácido recibió su nombre por aislarse del jugo de limón.

¿Es lo mismo el ácido cítrico de un limón que el aditivo E330 de un refresco?

Químicamente, sí. La molécula es idéntica, independientemente de que proceda del limón exprimido o de un fermentador industrial. La diferencia está en el método de obtención y, sobre todo, en la concentración: en un limón el ácido cítrico convive con vitamina C, flavonoides, azúcares, fibra y agua; en el aditivo E330 se aísla como sustancia pura. Por eso un vaso de zumo de limón natural y una bebida acidulada con E330 no son nutricionalmente equivalentes, aunque su grado de acidez sea parecido.

¿Por qué el ciclo de Krebs se llama también ciclo del ácido cítrico?

Porque el ácido cítrico es el primer intermediario que aparece en el ciclo. La ruta empieza con la condensación de acetil-CoA y oxalacetato para formar citrato, y a partir de ahí encadena las ocho reacciones que regeneran el oxalacetato. Hans Krebs propuso ese esquema en 1937 y bautizó la ruta como «ciclo del ácido cítrico». La denominación «ciclo de Krebs», acuñada después en homenaje a su descubridor, designa exactamente la misma ruta.

¿El ácido cítrico industrial procede del moho? ¿Es seguro?

Sí, y sí. La mayor parte del ácido cítrico comercial se obtiene mediante fermentación de melazas o almidón hidrolizado con Aspergillus niger, un hongo que la EFSA y la FAO han evaluado como apto para uso alimentario. El microorganismo se separa por filtración y el ácido se purifica hasta obtener cristales de pureza farmacéutica. El producto final no contiene moho residual y es químicamente indistinguible del ácido cítrico extraído del limón. Los organismos reguladores internacionales lo clasifican como seguro sin límite específico de ingesta diaria.

¿El ácido cítrico tiene relación con la vitamina C?

No. La confusión es comprensible porque las dos sustancias abundan en los cítricos, pero son moléculas químicamente distintas y con funciones diferentes. La vitamina C o ácido ascórbico es una lactona con propiedades antioxidantes y un papel esencial como cofactor enzimático en la síntesis de colágeno; su deficiencia produce escorbuto. El ácido cítrico es un ácido tricarboxílico que aporta el sabor agrio, regula el pH y participa en el metabolismo energético, pero no tiene función vitamínica y nadie desarrolla un cuadro carencial por no consumirlo.

Referencias

1. National Center for Biotechnology Information. PubChem Compound Summary for CID 311, Citric Acid. National Library of Medicine (EE. UU.).
2. American Chemical Society. Molecule of the Week: Citric acid.
3. Fundación Nobel. Hans Krebs — Nobel Prize in Physiology or Medicine 1953.
4. European Food Safety Authority (EFSA). Scientific Opinion on citric acid (E 330) as a food additive. EFSA Journal.