有机酸

有机酸是指一些具有酸性的有机化合物。最常见的有机酸是羧酸，其酸性源于羧基(-COOH)。磺酸(-SO3H)、亚磺酸(RSOOH)、硫羧酸(RCOSH)等也属于有机酸。有机酸可与醇反应生成酯。羧基[1]是羧酸的官能团，除甲酸(H一COOH)外，羧酸可看做是羟分子中的氢原子被羧基取代后的衍生物。可用通式(Ar)R-COOH表示。羧酸在自然界中常以游离状态或以盐、酯的形式广泛存在。有机酸的特点是多溶于水或乙醇呈显著的酸性反应，难溶于其他有机溶剂。有挥发性或无。在有机酸的水溶液中加入氯化钙或醋酸铅或氢氧化钡溶液时，能生成水不溶的钙盐、铅盐或钡盐的沉淀。如需自中草药提取液中除去有机酸常可用这些方法。常见的有机酸有酒石酸，苹果酸，柠檬酸，草酸抗坏血酸等。

1苹果酸和柠檬酸的代谢

在果实细胞中，有机酸参与了光合作用、呼吸作用以及合成酚类、氨基酸、酯类和芳香物质的代谢过程J．植物通过三羧酸(TCA)循环形成一系列的有机酸，主要包括：丙酮酸、柠檬酸、异柠檬酸、Ot一酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸、苹果酸、草酰乙酸等．有机酸主要在线粒体中产生，一部分作为乙醛酸循环体，参与乙醛酸循环．但只有很少量有机酸在线粒体中存在，大部分在液泡中储存¨．有关果实有机酸的来源，目前主要有2种假说：一种认为有机酸在叶片中合成后输人果实，并在果实中贮藏；另一种认为有机酸在果实的组织中合成；后者的证据来自于同位素示踪实验．有研究表明，果实组织中存在较高浓度的HC柠檬酸¨．Bean和Todd用同位素示踪及嫁接试验证明了柑橘果实固定C0转化为酸，主要在汁胞中进行，并非由果皮运输而来．果实合成柠檬酸的具体部位在果肉的汁胞，完整

果实的汁胞在黑暗中合成的有机酸多于光下合成的，说明了汁胞合成有机酸和光无直接关系．成熟果实中有机酸含量的多寡是有机酸在果实中合成、液泡贮存和转移的一种平衡结果．果实中柠檬酸合成途径最早由Haffaker等提出，认为在磷酸烯

醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)催化下，固定CO形成草酰乙酸．随后Notto和Blanke 将合成机理进一步完善，指出在胞质中，PEPC催化磷酸烯醇式丙酮酸一羧化生成草酰乙酸和无机磷酸盐，草酰乙酸在苹果酸脱氢酶作用下产生苹果酸，

草酰乙酸和苹果酸进入TCA环生成柠檬酸和其他代谢产物．关于果实中柠檬酸的分解代谢，除了作为基质参与呼吸和糖异生等作用，Cercos等对柑橘果实发育和成熟阶段的7000个基因的表达变化研究发现：柠檬酸先被代谢成异柠檬酸，然后是2一酮戊二酸、谷氨酸；谷氨酸，一方面被用来生成谷氨酸盐，另一方面通过谷氨酸+H一GABA(y一氨基丁酸)+CO进入GABA途径一半醛琥珀酸一琥酸)．NADP 一异柠檬酸脱氢酶(NADP—IDH[EC1．1．1．42])影响柠檬酸的分解／异化作用．果实线粒体中柠檬酸合酶[cs，Ec4．1．3．7]催化草酰乙酸与Ac．CoA结合形成柠檬酸，但是柠檬酸合酶与柑橘的种或品种之间的有机酸水平没有明显的相关性，而与有机酸含量呈极显著正相关J．线粒体中柠檬酸合酶影响柠檬酸的积累，抑制柠檬酸合酶活性能降低果实中柠檬酸生成；在不同生态环境下，果实整个生长发育过程中柠檬酸合酶活性变化并不明显_2．Sadka等发现：砷能降低柑橘类水果的有机酸含量，抑制柠檬酸合酶的活性，但也能诱导其基因表达．苹果酸的生物合成主要是由丙酮酸或磷酸烯醇式丙酮酸的一羧酸化而来，它们由苹果酸酶(ME)和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)将CO固定羧化．苹果酸容易通过三羧酸循环途径分解成CO和水，用于分解的是苹果酸酶(ME)和苹果酸脱氢酶(MDH)，它们的活性随着果实的成熟而增强．苹果酸不论在光、暗条件下均能合成．苹果酸脱氢酶(MDH)在果实生长成熟过程中对苹果酸合成和降解起重要作用．Ruffner等的研究表明：线粒体MDH在TCA循环中催化草酰乙酸和苹果酸之间的可逆反应．NAD．MDH是细胞质中苹果酸合成的主要催化酶，在细胞质中，通过PEPC催化产生草酰乙酸，在MDH作用下转变成苹果酸，苹果酸通过二羧酸载体转人线粒体中．细胞质和过氧

化物体中MDH参与了苹果酸一天冬氨酸的穿梭作用．Miller3等克隆了紫花苜蓿的苹果酸脱氢酶基因，并鉴定了其不同器官的5种同工酶，分别是线粒体苹果酸脱氢酶、叶绿体苹果酸脱氢酶、乙醛体苹果酸脱氢酶、植物细胞质苹果酸脱氢酶(cMDH)和结节增强苹果酸脱氢酶(neMDH)．文涛等对脐橙果实发育过程中有机酸合成代谢酶活性变化的研究结果表明，在不同生态环境下，果实整个生长发育过程中苹果酸脱氢酶(MDH)活性差异不明显．Etienne等以桃为材料，发现胞质NAD．MDH与有机酸的积累有关．Ruffner等报道葡萄果实生长期有机酸积累过程中ME活性较高，在CO／HCO一和NADPH／NADP比值高的情况下，ME催化丙酮酸羧化，形成苹果酸．然而，也有报道细胞质NADP．ME对果实中苹果酸降解起主要作用．其次，果实有机酸代谢还受顺乌头酸酶(ACO)的影响J．线粒体ACO活性若受抑制，则阻碍柠檬酸转化为顺乌头酸，从而使果实中的柠檬酸得到积累．Etienne等在果桃的研究中，发现线粒体中顺乌头酸酶(ACO)与有机酸的积累有关，盛花后120d的果实中细胞质ACO活性很高．果实细胞液泡膜上存在2种质子泵系统，它们对液泡中有机酸贮存起着重要的作用．有研究认为，成熟期果实有机酸下降主要是液泡膜渗漏增加所致．质子泵对果实有机酸的影响还不十分清楚J．Etienne等发现桃果实中苹果酸和柠檬酸的积累都是通过液泡的贮藏功能而控制的，但液泡中有机酸转运的确切机理仍不清楚．这可能与H．ATPase和H焦磷酸化酶借助氢离子电化学梯度使H通过液泡膜有关．

2葡萄有机酸的种类及其作用

葡萄，尤其是酿酒葡萄，是典型的酒石酸型水果其果实中的有机酸主要为苹果酸，其次是酒石酸，两者占总酸量的90％以上，此外，还含有少量柠檬酸、琥珀酸等．在成熟葡萄果实中有近70％的有机酸分布在中、内果皮(即果肉)中，而种子中含有机酸量很少．苹果酸广泛存在于未成熟的水果如苹果、葡萄、樱桃、菠萝、

番茄中，在青苹果中含量很高，这就是它名字的来历．葡萄中存在的苹果酸为L(一)型，由葡萄糖经糖酵解途径形成的丙酮酸转化而来．在葡萄浆果发育过程中，苹果酸含量逐渐降低，在着色期之前的葡萄中其质量含量可以高达25g·L～；但转色期之后2周的苹果酸浓度会减少50％，一方面是因为葡萄果实体积增大而对酸浓度起到了稀释作用，另一方面是由于三羧酸循环代谢消耗的结果所致．酒石酸只存在于葡萄属植物和天竺属植物中J，在模式植物如拟南芥、番茄以及其他水果和经济作物中均没有酒石酸的积累，因此，它又名葡萄酒，植物中存在的主要是酒石酸．在未成熟葡萄中，酒石酸的质量含量可以高达15g·L～．酒石酸在葡萄盛花后1个月内大量积累，之后没有新的酒石酸合成，但随着果实的成熟，其质量含量呈现下降趋势，这主要是分解作用占优势以及与钾的成盐作用和果实体积膨大的稀释作用所致．在葡萄的成熟过程中，如遇到干旱季节，会降低酒石酸的含量，特别是在葡萄成熟度很好的时期，酒石酸会被葡萄果实含有的呼吸性酶所消耗．如果遇到阴雨季节，葡萄果实中酒石酸的含量就会增多．柠檬酸也是葡萄果实中的有机酸之一，具有可口的酸味．不论青葡萄还是成熟葡萄，都含有柠檬酸，但随着果实的成熟，柠檬酸含量会下降．所以成熟果实中的柠檬酸含量很少．上述3种酸是葡萄酸度的主要贡献者，除此之外，葡萄中还含有苯乙烯系列的酚酸，它们常常与酒石酸的羟基酯化形成酯．有机酸组分与含量的差异使不同类型果实各具独特的风味¨．但大多数果实通常以1种或2种有机酸为主，其他仅以少量或微量存在．酒石酸的酸味是柠檬酸的1.3倍，而葡萄汁的pH值则主要取决于浆果中酒石酸的含量；更为重要的是，对于酿酒葡萄而言，酒石酸含量在一定程度上决定了浆果的酿酒品质．与苹果酸和柠檬酸不同，酒石酸在葡萄酒发酵过程中一般不会被代谢，这是由于酒石酸的酸性相对较强所致．此外，它维持了葡萄酒的pH在3．0～3．5，从而决定了葡萄酒的颜色、氧化特性和微生物的稳定性，并影响了成品酒的感官品质和陈酿潜