山楂有机酸研究进展

袁志敏　崔克强　赵士粤　何美美　任瑞　杨明霞

摘 要：有机酸在植物发育，特别是在果实发育和成熟过程中起着非常重要的作用，山楂中含有很多种有机酸，山楂的品种和地区不同，有机酸含量和种类存在明显的差异。有机酸是衡量水果风味和营养品质的重要指标，直接影响山楂及其制品的品质。随着研究人员对有机酸研究的逐渐深入，以近年来国内外科研报道为基础，对山楂中主要的有机酸成分、提取工艺以及几种测定方法进行了综述，以期为山楂中有机酸的研究提供一些参考。

关键词：山楂；有机酸；提取工艺；测定方法

文章编号：2096-8108（2024）03-0104-05中图分类号：S661.5文献标识码：A

Research Progress on Organic Acids of Hawthorn

YUAN Zhimin1，CUI  Keqiang2，ZHAO  Shiyue2，HE Meimei2，REN  Rui2，YANG Mingxia1，2，3*

（1.College of Horticulture， Shanxi Agricultural University， Taigu Shanxi 030801，China；

2.Pomology Institute， Shanxi Agricultural University， Taiyuan Shanxi 030031，China；

3.Key Laboratory of Urban Agriculture， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Shanghai 200240，China）

Abstract： Organic acids play a very important role in plant development， especially in the process of fruit development and ripening. There are many kinds of organic acids  and obvious differences in the content and types of organic acids in different cultivars and regions of hawthorn. Organic acid is an important index to measure fruit flavor and nutritional quality， which directly affects the quality of hawthorn and its products. With the gradual deepening of the research on organic acids by researchers， based on the scientific research reports at home and abroad in recent years， the main organic acid components， extraction process and several determination methods in hawthorn are reviewed in order to provide some reference for the study of organic acids in hawthorn.

Keywords：hawthorn; organic acid; extraction technique; determination method

山楂（Crataegus L），又名山里果、山里紅，蔷薇科山楂属植物［1］，山楂具有极高的适应性，既可以在高温环境下生长也可以在严寒地区生长，在我国的广袤地域，山楂自然分布于山西、河南、河北、山东、陕西等多个省份，是中国特有的药果兼用树种。野山楂大多数生长在南方地区被称为“南山楂”；光萼林檎或台湾林檎大多数生长在广东和广西地区被称为“广山楂”；还有一些山楂品种大多数生长在北方地区被称为“北山楂”。山楂的味道酸甜可口，性质略微温和［2-3］。山楂是一种中药材，它可以调理脾胃、舒缓肝经［4-5］，不仅可以作为药物治疗，还可以作为食物摄入，具有促进消化、增加胃肠蠕动的作用，同时还可以改善血液循环，减少血脂，清除体内的废物和杂质［6-7］。

植物果实在生长过程中会逐渐积累有机酸，而随着果实的成熟，这些有机酸会被用作呼吸的能源。山楂中含有很多种有机酸，其中含量最高的是柠檬酸，这些有机酸可以帮助扩张血管、降低血压、降低胆固醇，从而起到降血脂的作用。山楂的品种和地区不同，有机酸含量和种类存在明显的差异。在山楂的有效成分中，有机酸的含量仅次于黄酮类化合物。有机酸的组成和含量是决定水果口感的关键因素［8］。有机酸成分可有效抑制细菌生长，促进胆汁分泌，缓解炎症，降低血糖水平，抵抗氧化反应，并调节机体免疫功能［9］。随着研究人员对有机酸研究的逐渐深入，以近年来国内外科研报道为基础，对山楂中主要的有机酸成分、提取工艺以及几种测定方法进行了综述，以期为山楂中有机酸的研究提供一些参考。

1 山楂有机酸的含量和成分

不同的山楂有机酸的成分、含量也存在着一定的差异，根据一些研究数据显示，南山楂的总有机酸含量为0.75%～3.35%，而北山楂的总有机酸含量则为7.75%～14.00%，广山楂总有机酸含量约为4.12%［10-12］。线粒体是有机酸合成的主要场所，而三羧酸循环是有机酸合成的主要途径［13］。在果实成熟的过程中，有机酸会通过三羧酸循环途径、糖酵解途径以及糖异生逐渐被代谢和利用。不同的生物在代谢过程中都经过相同的三羧酸循环途径。北山楂、南山楂和广山楂这三种山楂品种都含有丰富的有机酸，其中包括三萜类、脂肪酸类和酚酸类有机酸。不同种类的水果拥有独特的风味，这是由于它们所含有的有机酸成分和含量的差异所引起的［14］。然而，大部分水果一般含有1种或2种有机酸，其他成分只有微量或极少的存在［15］。下述几种是3个种类的山楂有机酸均有的。

1.1 三萜类

1.1.1 熊果酸

熊果酸是一种有机化合物，分子式为C30H48O3，是一种天然三萜类化合物，具有预防和抗癌活性，可作为药物、食品的乳化剂［16］。熊果酸（ursolic acid，UA），又名罗苏酸，熊果酸在植物界中分布广泛，如车前、山茱萸、山楂、白花蛇舌草、夏枯草中都含有熊果酸，它一般以游离形式或与糖结合成苷的形式分布于植物中。熊果酸的生物学效应很多，如可以降低血糖、消炎、镇静、抗纤维化及抗溃疡等。

1.1.2 山楂酸

山楂酸是一种五环三萜酸，存在于多种天然植物特别是山楂、红枣、枇杷叶和油橄榄中［17-19］，对人体具有高安全性。水溶性较差，生物利用率较低。人们发现山楂酸具有抑制癌细胞生长、防止氧化损伤、抑制艾滋病病毒复制、抑制细菌生长、调节血糖等多种生物活性［20］。

1.2 脂肪酸类

1.2.1 柠檬酸

柠檬酸，分子式为C6H8O7，只存在一种分子结构。它在果实的光合作用和呼吸作用中发挥重要作用，柠檬酸的积累数量受遗传、环境和栽培等因素的影响［21］。这种物质可以溶于水，味道酸酸的，能够给人一种清爽的口感，因为能够产生酸化作用，所以具有抑菌的效果，还可以与金属离子形成络合物，能够防止酶催化引起的水果变色，保持水果的新鲜度［22］。

1.2.2 苹果酸

苹果酸是具有生理活性的一种二元羧酸，化学名称为2-羟基丁二酸［23-24］。它是水溶性的，它的吸湿性与其他有机酸相比较差，所以它能够更长时间地保存下来［25］。苹果酸的酸味虽然有点刺激和尖锐，如果将它与柠檬酸比较的话酸度更低一些，而且味道更圆润。它对味蕾的刺激也不会那么强烈，持续的时间更长，如果将它与柠檬酸混合在一起，不光可以减轻柠檬酸的刺激感，也可增加苹果酸的味蕾刺激感，两者之间差异互相补充，展现出浓郁而强烈的的天然水果风味。苹果酸是一种天然的有机酸，被广泛应用于医药、化工、食品、生物、材料等领域。它不仅在生物体的新陈代谢中起着重要作用，还能预防疾病并促进新型材料的研发。此外，苹果酸还被证实是一种安全、无毒、无害且可食用的物质，可以作为医药载体使用［26-27］。

1.2.3 酒石酸

酒石酸，分子式为C4H6O6，一般情况下在果实中以L-酒石酸的形式存在。葡萄属植物中含有大量的酒石酸，也存在于柑橘类果实中，如荔枝、蓝莓等［28］。酒石酸可以轻易在水中溶解，并带有一种强烈的酸性味道［29］。酒石酸在食品行业中广泛应用，其作用既可以是抗氧化剂，也可以是酸味剂。

1.3 酚酸类

绿原酸（chlorogenic acid），又名咖啡鞣酸、咖啡单宁酸，化学名3-O-咖啡酰奎尼酸，它广泛存在于高等双子叶植物和蕨类植物中，主要存在于忍冬科忍冬属、菊科蒿属植物中，具有广泛的药理作用［30］。1846年，绿原酸这一概念由Payen首次提出。各种植物中，属于同一属但不同种类的植物，或者是同一植物的不同部位，其所含的绿原酸和其异构体种类及数量存在的差异比较大。

2 山楂有机酸的提取

山楂有机酸提取方法多种多样，大多数使用浸渍法、煎煮法、回流法以及酶辅助提取等方法。

熊科元等［31］在单因素实验基础上，自变量是液料比、提取时间和乙醇体积分数，因变量是有机酸得率，最优提取工艺条件为山楂按1∶18.5的料液比（g/mL）、乙醇75%（体积分数）、提取时间120 min以及提取次数为2次。验证试验结果表明方法较为简单，并且重现性和可预测性较好。

张丹丹等［32］超声波提取法是最适合的提取方法，可以使用乙醇95%（体积分数）的溶剂，并且料液比为1∶25，提取时间为60 min，提取频率为100 kHz。试验结果表明：乌梅有机酸得率可达到12.17%；该超声波提取法提取有机酸工艺用时少、得率高，且有机酸表现出较强的抗菌作用。

尹文清等［33］的测定方法，確立了石柑子总有机酸提取的最佳提取工艺是将乙醇75%（体积分数）的溶剂与原料以1∶10的比例混合、提取时间150 min以及提取次数为3次。该电位滴定法测定简单、可行，精密度高，重现性好。

3 山楂有机酸的测定

目前测定水果和果汁中有机酸大多数使用的方法是气相色谱法、液相色谱法和离子色谱法、毛细管电泳法等。各种不同的测定方法可以相互适用或互相学习，以实现更广泛的应用。

3.1 高效液相色谱法测定

高效液相色谱法包括两种：一种是正相高效液相色谱法；另一种则是反相高效液相色谱法。正相高效液相色谱法就是以极性键合相为固定相（常以氨基、氰基键合相等作为固定相）。高效液相色谱法是检测有机酸的常用方法。优点包括灵敏度高、分离效果好和适用范围广等等。

王先友等［34］采用HPLC法对大果山楂果实中的苹果酸、柠檬酸、酒石酸和抗坏血酸进行了含量测定。采用C（18）色谱柱，以0.10%磷酸溶液∶甲醇体积比（95∶5）为流动相等度洗脱，流速为0.80 mL/min，柱温为30 ℃，在检测苹果酸、柠檬酸和酒石酸时，波长为214 nm；在检测抗坏血酸时，波长为265 nm，进样量为10 μL。结果准确、灵敏度高，为大果山楂质量控制提供了一种手段。一些常见的色谱柱［35］，如Kromasil、Zorbax、Nova-park、μ-Bond-park等等，都可以用来进行分析测定有机酸。

3.2 酶法测定

Han Y等［36］在做“山楂酒中有机酸的定量：两种 HPLC 方法的比较”试验中，用酶法作为参考标准，对葡萄酒中的有机酸使用两种不同的高效液相色谱方法进行定量。用酶法检测出柠檬酸、琥珀酸、L等7种有机酸。苹果酸、乙酸、乳酸、丙酮酸和富马酸，其中柠檬酸和琥珀酸占总酸的80%以上。尽管酶法具备准确可靠的特点，然而，这些试剂盒的价格非常高，且该方法需要花费大量时间，而且不能同时准确测量所有有机酸。

3.3 离子色谱法测定

熊建飞等［37］建立抑制电导检测-离子排斥色谱法，同时测定6种有机酸，检测山楂和乌梅中的有机酸含量。在山楂和乌梅样品中检测出了柠檬酸和苹果酸，两者比较，柠檬酸含量相对较高。

3.4 毛细管电泳法

Peres R等［38］开发并验证了葡萄酒中有机酸的毛细管电泳方法。最佳电解质由pH值3.6的10 mmol/L3，5-二硝基苯甲酸（DNB）组成，该方法显示出良好的性能特征：线性范围为6～285 mg/L（r>0.99）；检测限和定量限分别为0.64～1.55 mg/L和2.12～5.15 mg/L；分离时间小于5.5 min。10次进样的变异系数小于5%，回收率从95%～102%不等。

3.5 电位滴定法测定

电位滴定法是一种通过测量电位变化来确定滴定终点的方法，它的准确度比直接电位法高，它是靠电极电位的突跃来指示滴定终点。

张慧等［39］采用pH计进行电位滴定，记录V值及对应的pH值，绘制ΔpH/ΔV～V曲线，确定滴定终点。电位滴定法能较好的表达山楂及其炮制品总有机酸的含量，各样品总有机酸含量高低各异，表明山楂受热程度不同，其有机酸含量不同。

3.6 液质联法测定

液质联用又称液相色谱-质谱联用技术，液质联用体现了色谱法和质谱法的互补优势。

王乃平等［40］采用液质联用的方法。色谱柱Kinetex HILIC100A（4.6 mm×100 mm，2.60μm），流动相-乙腈-乙酸铵水（30∶70），流速0.5mL·min-1，进样量0.5μL；柱温35 ℃。经过检测，发现广山楂中含有丰富的有机酸成分，并且柠檬酸和苹果酸的含量相对较高，可以将柠檬酸和苹果酸的含量作为评估广山楂中有机酸含量的指标。此外，采用HPLC-MS法进行检测具有精确高、效率高、重复性良好等一些优点，非常适合作为广山楂检测的方法。

3.7 气相色谱法

气相色谱法是以气体为流动相的色谱法，是一种常用的分离分析手段。高芸等［41］采用10%硫酸甲醇为衍生化试剂，利用气相色谱对猕猴桃果实中有机酸进行了定量分析。此方法的回收率高，相关性和重复性好。

根据一些试验结果表明，高效液相色谱因为其操作简单、分析速度快且结果稳定，因此被广泛应用于有机酸分析；酶法具备准确可靠的特点，但是试剂盒的价格非常高，花费时间多，不可以同时准确测量所有有机酸；离子色谱法和气相色谱法在分离效果上表现出色，但因为它们需要大量的消耗品、操作方法繁杂且预处理过程繁琐，因此很难被广泛应用；尽管毛细管电泳法具备分辨率高、操作简便和分析快速等优势，然而其重现性却相对较低。

4 结语与展望

有机酸在植物发育，特别是在果实发育和成熟过程中起着非常重要的作用。本文主要简单介绍了山楂有机酸的含量和成分，提取工艺以及测定方法，产地不同的山楂有机酸的成分、含量也存在着一定的差异。近些年广泛使用液相色谱法，这种方法相对容易实施，可以同时检测多种有机酸，而且其准确性和精确性都符合要求。酶法的试剂盒价格高，费时很难被广泛应用。离子色谱法和气相色谱法虽然分离效果好但是它们需要大量的消耗品以及操作方法繁杂，毛细管电泳法重现性较差所以很难被广泛应用。以上几种测定有机酸分析时间和准确度差异较大。随着分析手段的不断发展，一定会有更多方便、快捷、有效的测定方法不断出现，但每一种方法有各有其适用范围。在具体应用中，还应考虑到山楂中其他成分的干扰等因素进行综合分析，然后将一种或多种方法结合起来，以达到最佳效果。

随着现代社会的飞速发展，消费者物质需求的提升，以及人们对健康的重视，山楂资源的利用和开发也逐渐成为了推动当地产业经济发展的一个重要方面，在山楂中的重要作用不言而喻，有机酸的分析研究因此也成为了广大科研工作者重要的研究課题。通过对近些年现代仪器在有机酸研究中的应用，发现如今有机酸的分析技术已有了很大的进展，山楂有机酸的检测过程也更加简便、快速，分析结果更加准确，这就为山楂有机酸的研究提供了广大的空间和技术支持。未来应当将研究重点放在山楂的功能性活性成分提取上，为此，我们需要提出一些该方面的研究方向、思路和问题，以期为山楂有机酸的研究提供一些参考。

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收稿日期：2023-12-05

基金项目：山西省基础研究计划项目（2021032124164）；山西省现代农业产业技术体系岗位专家（水果）（2024CYJSTX07-10）；山西农业大学生物育种工程项目（YZGC037）；农业农村部都市农业重点实验室开放基金（UA08）

第一作者简介：袁志敏（2000-），女，山西农业大学硕士研究生，研究方向为园艺植物种质资源创新与利用。

*通信作者：杨明霞（1973-），女，研究员，硕士导师，主要从事山楂种质资源收集评价利用、果树新品种选育及栽培管理技术、生态学等方面的研究。E-mail：ymz20051@163.com