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天然柠檬酸在自然界中分布很广，天然的柠檬酸存在于植物如柠檬、柑橘、菠萝等果实和动物的骨骼、肌肉、血液中。人工合成的柠檬酸是用砂糖、糖蜜、淀粉、葡萄等含糖物质发酵而制得的。
很多种水果和蔬菜，尤其是柑橘属的水果中都含有较多的柠檬酸，特别是柠檬和青柠——它们含有大量柠檬酸，在干燥之后，含量可达8%（在果汁中的含量大约为47 g/L）。在柑橘属水果中，柠檬酸的含量介于橙和葡萄的0.005mol/L和柠檬和青柠的0.30 mol/L之间。这个含量随着不同的栽培种和植物的生长情况而有所变化 [14]。
柠檬酸循环（三羧酸循环）
柠檬酸是柠檬酸循环（又称 TCA（三羧酸）循环）的中间产物，是动物、植物和细菌的核心代谢途径。柠檬酸合成酶催化草酰乙酸（OAA）与乙酰辅酶A缩合形成含有3个羧基的柠檬酸。然后，柠檬酸盐作为乌头酸酶的底物，转化为乌头酸。这个循环以草酰乙酸的再生而结束。这一系列化学反应是高等生物三分之二的食物能量来源。汉斯-阿道夫-克雷布斯因这一发现获得了1953年诺贝尔生理学或医学奖。

柠檬酸盐可被运出线粒体并进入细胞质，然后分解为乙酰-CoA（用于脂肪酸合成）和草酰乙酸。柠檬酸盐是这种转化的正向调节剂，并对乙酰-CoA 羧化酶进行异构调节，而乙酰-CoA 羧化酶是乙酰-CoA 转化为丙二酰-CoA（脂肪酸合成的步）的调节酶。简而言之，柠檬酸盐被运输到细胞质中，转化为乙酰-CoA，然后由乙酰-CoA 羧化酶转化为丙二酰-CoA，而乙酰-CoA 羧化酶受柠檬酸盐的异构调节。
除此之外，柠檬酸盐是骨骼的重要组成部分，有助于调节磷灰石晶体的大小

在食品添加剂方面主要用于碳酸饮料、果汁饮料、乳酸饮料等清凉饮料和腌制品，其需求量受季节气候的变化而有所变化。柠檬酸约占酸味剂总消耗量的2/3。在水果罐头中添加柠檬酸可保持或改进水果的风味，提高某些酸度较低的水果罐藏时的酸度（降低pH值），减弱微生物的抗热性和抑制其生长，防止酸度较低的水果罐头常发生的细菌性胀罐和破坏。在糖果中加入柠檬酸作为酸味剂易于和果味协调。在凝胶食品如果酱、果冻中使用柠檬酸能有效降低果胶负电荷，从而使果胶分子间氢键结合而凝胶。在加工蔬菜罐头时，一些蔬菜呈碱性反应，用柠檬酸作pH调整剂，不但可以起到调味作用，还可保持其品质。柠檬酸所具有螯合作用和调节pH值得特性使其在速冻食品的加工中能增加抗氧剂的性能，抑制酶活性，延长食品保存期 [23]。
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