山楂有機酸研究進展

袁志敏　崔克強　趙士粵　何美美　任瑞　楊明霞

摘 要：有機酸在植物發育，特別是在果實發育和成熟過程中起著非常重要的作用，山楂中含有很多種有機酸，山楂的品種和地區不同，有機酸含量和種類存在明顯的差異。有機酸是衡量水果風味和營養品質的重要指標，直接影響山楂及其制品的品質。隨著研究人員對有機酸研究的逐漸深入，以近年來國內外科研報道為基礎，對山楂中主要的有機酸成分、提取工藝以及幾種測定方法進行了綜述，以期為山楂中有機酸的研究提供一些參考。

關鍵詞：山楂；有機酸；提取工藝；測定方法

文章編號：2096-8108（2024）03-0104-05中圖分類號：S661.5文獻標識碼：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，薔薇科山楂屬植物［1］，山楂具有極高的適應性，既可以在高溫環境下生長也可以在嚴寒地區生長，在我國的廣袤地域，山楂自然分布于山西、河南、河北、山東、陜西等多個省份，是中國特有的藥果兼用樹種。野山楂大多數生長在南方地區被稱為“南山楂”；光萼林檎或臺灣林檎大多數生長在廣東和廣西地區被稱為“廣山楂”；還有一些山楂品種大多數生長在北方地區被稱為“北山楂”。山楂的味道酸甜可口，性質略微溫和［2-3］。山楂是一種中藥材，它可以調理脾胃、舒緩肝經［4-5］，不僅可以作為藥物治療，還可以作為食物攝入，具有促進消化、增加胃腸蠕動的作用，同時還可以改善血液循環，減少血脂，清除體內的廢物和雜質［6-7］。

植物果實在生長過程中會逐漸積累有機酸，而隨著果實的成熟，這些有機酸會被用作呼吸的能源。山楂中含有很多種有機酸，其中含量最高的是檸檬酸，這些有機酸可以幫助擴張血管、降低血壓、降低膽固醇，從而起到降血脂的作用。山楂的品種和地區不同，有機酸含量和種類存在明顯的差異。在山楂的有效成分中，有機酸的含量僅次于黃酮類化合物。有機酸的組成和含量是決定水果口感的關鍵因素［8］。有機酸成分可有效抑制細菌生長，促進膽汁分泌，緩解炎癥，降低血糖水平，抵抗氧化反應，并調節機體免疫功能［9］。隨著研究人員對有機酸研究的逐漸深入，以近年來國內外科研報道為基礎，對山楂中主要的有機酸成分、提取工藝以及幾種測定方法進行了綜述，以期為山楂中有機酸的研究提供一些參考。

1 山楂有機酸的含量和成分

不同的山楂有機酸的成分、含量也存在著一定的差異，根據一些研究數據顯示，南山楂的總有機酸含量為0.75%～3.35%，而北山楂的總有機酸含量則為7.75%～14.00%，廣山楂總有機酸含量約為4.12%［10-12］。線粒體是有機酸合成的主要場所，而三羧酸循環是有機酸合成的主要途徑［13］。在果實成熟的過程中，有機酸會通過三羧酸循環途徑、糖酵解途徑以及糖異生逐漸被代謝和利用。不同的生物在代謝過程中都經過相同的三羧酸循環途徑。北山楂、南山楂和廣山楂這三種山楂品種都含有豐富的有機酸，其中包括三萜類、脂肪酸類和酚酸類有機酸。不同種類的水果擁有獨特的風味，這是由于它們所含有的有機酸成分和含量的差異所引起的［14］。然而，大部分水果一般含有1種或2種有機酸，其他成分只有微量或極少的存在［15］。下述幾種是3個種類的山楂有機酸均有的。

1.1 三萜類

1.1.1 熊果酸

熊果酸是一種有機化合物，分子式為C30H48O3，是一種天然三萜類化合物，具有預防和抗癌活性，可作為藥物、食品的乳化劑［16］。熊果酸（ursolic acid，UA），又名羅蘇酸，熊果酸在植物界中分布廣泛，如車前、山茱萸、山楂、白花蛇舌草、夏枯草中都含有熊果酸，它一般以游離形式或與糖結合成苷的形式分布于植物中。熊果酸的生物學效應很多，如可以降低血糖、消炎、鎮靜、抗纖維化及抗潰瘍等。

1.1.2 山楂酸

山楂酸是一種五環三萜酸，存在于多種天然植物特別是山楂、紅棗、枇杷葉和油橄欖中［17-19］，對人體具有高安全性。水溶性較差，生物利用率較低。人們發現山楂酸具有抑制癌細胞生長、防止氧化損傷、抑制艾滋病病毒復制、抑制細菌生長、調節血糖等多種生物活性［20］。

1.2 脂肪酸類

1.2.1 檸檬酸

檸檬酸，分子式為C6H8O7，只存在一種分子結構。它在果實的光合作用和呼吸作用中發揮重要作用，檸檬酸的積累數量受遺傳、環境和栽培等因素的影響［21］。這種物質可以溶于水，味道酸酸的，能夠給人一種清爽的口感，因為能夠產生酸化作用，所以具有抑菌的效果，還可以與金屬離子形成絡合物，能夠防止酶催化引起的水果變色，保持水果的新鮮度［22］。

1.2.2 蘋果酸

蘋果酸是具有生理活性的一種二元羧酸，化學名稱為2-羥基丁二酸［23-24］。它是水溶性的，它的吸濕性與其他有機酸相比較差，所以它能夠更長時間地保存下來［25］。蘋果酸的酸味雖然有點刺激和尖銳，如果將它與檸檬酸比較的話酸度更低一些，而且味道更圓潤。它對味蕾的刺激也不會那么強烈，持續的時間更長，如果將它與檸檬酸混合在一起，不光可以減輕檸檬酸的刺激感，也可增加蘋果酸的味蕾刺激感，兩者之間差異互相補充，展現出濃郁而強烈的的天然水果風味。蘋果酸是一種天然的有機酸，被廣泛應用于醫藥、化工、食品、生物、材料等領域。它不僅在生物體的新陳代謝中起著重要作用，還能預防疾病并促進新型材料的研發。此外，蘋果酸還被證實是一種安全、無毒、無害且可食用的物質，可以作為醫藥載體使用［26-27］。

1.2.3 酒石酸

酒石酸，分子式為C4H6O6，一般情況下在果實中以L-酒石酸的形式存在。葡萄屬植物中含有大量的酒石酸，也存在于柑橘類果實中，如荔枝、藍莓等［28］。酒石酸可以輕易在水中溶解，并帶有一種強烈的酸性味道［29］。酒石酸在食品行業中廣泛應用，其作用既可以是抗氧化劑，也可以是酸味劑。

1.3 酚酸類

綠原酸（chlorogenic acid），又名咖啡鞣酸、咖啡單寧酸，化學名3-O-咖啡酰奎尼酸，它廣泛存在于高等雙子葉植物和蕨類植物中，主要存在于忍冬科忍冬屬、菊科蒿屬植物中，具有廣泛的藥理作用［30］。1846年，綠原酸這一概念由Payen首次提出。各種植物中，屬于同一屬但不同種類的植物，或者是同一植物的不同部位，其所含的綠原酸和其異構體種類及數量存在的差異比較大。

2 山楂有機酸的提取

山楂有機酸提取方法多種多樣，大多數使用浸漬法、煎煮法、回流法以及酶輔助提取等方法。

熊科元等［31］在單因素實驗基礎上，自變量是液料比、提取時間和乙醇體積分數，因變量是有機酸得率，最優提取工藝條件為山楂按1∶18.5的料液比（g/mL）、乙醇75%（體積分數）、提取時間120 min以及提取次數為2次。驗證試驗結果表明方法較為簡單，并且重現性和可預測性較好。

張丹丹等［32］超聲波提取法是最適合的提取方法，可以使用乙醇95%（體積分數）的溶劑，并且料液比為1∶25，提取時間為60 min，提取頻率為100 kHz。試驗結果表明：烏梅有機酸得率可達到12.17%；該超聲波提取法提取有機酸工藝用時少、得率高，且有機酸表現出較強的抗菌作用。

尹文清等［33］的測定方法，確立了石柑子總有機酸提取的最佳提取工藝是將乙醇75%（體積分數）的溶劑與原料以1∶10的比例混合、提取時間150 min以及提取次數為3次。該電位滴定法測定簡單、可行，精密度高，重現性好。

3 山楂有機酸的測定

目前測定水果和果汁中有機酸大多數使用的方法是氣相色譜法、液相色譜法和離子色譜法、毛細管電泳法等。各種不同的測定方法可以相互適用或互相學習，以實現更廣泛的應用。

3.1 高效液相色譜法測定

高效液相色譜法包括兩種：一種是正相高效液相色譜法；另一種則是反相高效液相色譜法。正相高效液相色譜法就是以極性鍵合相為固定相（常以氨基、氰基鍵合相等作為固定相）。高效液相色譜法是檢測有機酸的常用方法。優點包括靈敏度高、分離效果好和適用范圍廣等等。

王先友等［34］采用HPLC法對大果山楂果實中的蘋果酸、檸檬酸、酒石酸和抗壞血酸進行了含量測定。采用C（18）色譜柱，以0.10%磷酸溶液∶甲醇體積比（95∶5）為流動相等度洗脫，流速為0.80 mL/min，柱溫為30 ℃，在檢測蘋果酸、檸檬酸和酒石酸時，波長為214 nm；在檢測抗壞血酸時，波長為265 nm，進樣量為10 μL。結果準確、靈敏度高，為大果山楂質量控制提供了一種手段。一些常見的色譜柱［35］，如Kromasil、Zorbax、Nova-park、μ-Bond-park等等，都可以用來進行分析測定有機酸。

3.2 酶法測定

Han Y等［36］在做“山楂酒中有機酸的定量：兩種 HPLC 方法的比較”試驗中，用酶法作為參考標準，對葡萄酒中的有機酸使用兩種不同的高效液相色譜方法進行定量。用酶法檢測出檸檬酸、琥珀酸、L等7種有機酸。蘋果酸、乙酸、乳酸、丙酮酸和富馬酸，其中檸檬酸和琥珀酸占總酸的80%以上。盡管酶法具備準確可靠的特點，然而，這些試劑盒的價格非常高，且該方法需要花費大量時間，而且不能同時準確測量所有有機酸。

3.3 離子色譜法測定

熊建飛等［37］建立抑制電導檢測-離子排斥色譜法，同時測定6種有機酸，檢測山楂和烏梅中的有機酸含量。在山楂和烏梅樣品中檢測出了檸檬酸和蘋果酸，兩者比較，檸檬酸含量相對較高。

3.4 毛細管電泳法

Peres R等［38］開發并驗證了葡萄酒中有機酸的毛細管電泳方法。最佳電解質由pH值3.6的10 mmol/L3，5-二硝基苯甲酸（DNB）組成，該方法顯示出良好的性能特征：線性范圍為6～285 mg/L（r>0.99）；檢測限和定量限分別為0.64～1.55 mg/L和2.12～5.15 mg/L；分離時間小于5.5 min。10次進樣的變異系數小于5%，回收率從95%～102%不等。

3.5 電位滴定法測定

電位滴定法是一種通過測量電位變化來確定滴定終點的方法，它的準確度比直接電位法高，它是靠電極電位的突躍來指示滴定終點。

張慧等［39］采用pH計進行電位滴定，記錄V值及對應的pH值，繪制ΔpH/ΔV～V曲線，確定滴定終點。電位滴定法能較好的表達山楂及其炮制品總有機酸的含量，各樣品總有機酸含量高低各異，表明山楂受熱程度不同，其有機酸含量不同。

3.6 液質聯法測定

液質聯用又稱液相色譜-質譜聯用技術，液質聯用體現了色譜法和質譜法的互補優勢。

王乃平等［40］采用液質聯用的方法。色譜柱Kinetex HILIC100A（4.6 mm×100 mm，2.60μm），流動相-乙腈-乙酸銨水（30∶70），流速0.5mL·min-1，進樣量0.5μL；柱溫35 ℃。經過檢測，發現廣山楂中含有豐富的有機酸成分，并且檸檬酸和蘋果酸的含量相對較高，可以將檸檬酸和蘋果酸的含量作為評估廣山楂中有機酸含量的指標。此外，采用HPLC-MS法進行檢測具有精確高、效率高、重復性良好等一些優點，非常適合作為廣山楂檢測的方法。

3.7 氣相色譜法

氣相色譜法是以氣體為流動相的色譜法，是一種常用的分離分析手段。高蕓等［41］采用10%硫酸甲醇為衍生化試劑，利用氣相色譜對獼猴桃果實中有機酸進行了定量分析。此方法的回收率高，相關性和重復性好。

根據一些試驗結果表明，高效液相色譜因為其操作簡單、分析速度快且結果穩定，因此被廣泛應用于有機酸分析；酶法具備準確可靠的特點，但是試劑盒的價格非常高，花費時間多，不可以同時準確測量所有有機酸；離子色譜法和氣相色譜法在分離效果上表現出色，但因為它們需要大量的消耗品、操作方法繁雜且預處理過程繁瑣，因此很難被廣泛應用；盡管毛細管電泳法具備分辨率高、操作簡便和分析快速等優勢，然而其重現性卻相對較低。

4 結語與展望

有機酸在植物發育，特別是在果實發育和成熟過程中起著非常重要的作用。本文主要簡單介紹了山楂有機酸的含量和成分，提取工藝以及測定方法，產地不同的山楂有機酸的成分、含量也存在著一定的差異。近些年廣泛使用液相色譜法，這種方法相對容易實施，可以同時檢測多種有機酸，而且其準確性和精確性都符合要求。酶法的試劑盒價格高，費時很難被廣泛應用。離子色譜法和氣相色譜法雖然分離效果好但是它們需要大量的消耗品以及操作方法繁雜，毛細管電泳法重現性較差所以很難被廣泛應用。以上幾種測定有機酸分析時間和準確度差異較大。隨著分析手段的不斷發展，一定會有更多方便、快捷、有效的測定方法不斷出現，但每一種方法有各有其適用范圍。在具體應用中，還應考慮到山楂中其他成分的干擾等因素進行綜合分析，然后將一種或多種方法結合起來，以達到最佳效果。

隨著現代社會的飛速發展，消費者物質需求的提升，以及人們對健康的重視，山楂資源的利用和開發也逐漸成為了推動當地產業經濟發展的一個重要方面，在山楂中的重要作用不言而喻，有機酸的分析研究因此也成為了廣大科研工作者重要的研究課題。通過對近些年現代儀器在有機酸研究中的應用，發現如今有機酸的分析技術已有了很大的進展，山楂有機酸的檢測過程也更加簡便、快速，分析結果更加準確，這就為山楂有機酸的研究提供了廣大的空間和技術支持。未來應當將研究重點放在山楂的功能性活性成分提取上，為此，我們需要提出一些該方面的研究方向、思路和問題，以期為山楂有機酸的研究提供一些參考。

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收稿日期：2023-12-05

基金項目：山西省基礎研究計劃項目（2021032124164）；山西省現代農業產業技術體系崗位專家（水果）（2024CYJSTX07-10）；山西農業大學生物育種工程項目（YZGC037）；農業農村部都市農業重點實驗室開放基金（UA08）

第一作者簡介：袁志敏（2000-），女，山西農業大學碩士研究生，研究方向為園藝植物種質資源創新與利用。

*通信作者：楊明霞（1973-），女，研究員，碩士導師，主要從事山楂種質資源收集評價利用、果樹新品種選育及栽培管理技術、生態學等方面的研究。E-mail：ymz20051@163.com