崔长伟,刘丽媛,王 华,2,3,*,李 华,2,3,马彤彤
(1.西北农林科技大学葡萄酒学院,陕西 杨凌 712100;2.陕西省葡萄与葡萄酒工程技术研究中心,陕西 杨凌 712100;3.西北农林科技大学 合阳葡萄试验示范站,陕西 合阳 715300;4.西北农林科技大学理学院,陕西 杨凌 712100)
山葡萄综合开发利用研究进展
崔长伟1,刘丽媛1,王华1,2,3,*,李华1,2,3,马彤彤4
(1.西北农林科技大学葡萄酒学院,陕西 杨凌 712100;2.陕西省葡萄与葡萄酒工程技术研究中心,陕西 杨凌 712100;3.西北农林科技大学 合阳葡萄试验示范站,陕西 合阳 715300;4.西北农林科技大学理学院,陕西 杨凌 712100)
山葡萄作为中国较有特色的种质资源,其抗寒、抗病、典型性等特征受到人们的广泛关注。近年来对山葡萄的研究不断取得新进展,其综合利用范围也不断拓展。本文主要概述山葡萄浆果、葡萄皮、葡萄籽等的综合利用,尤其对山葡萄浆果及其葡萄酒中具有保健功能的活性物质进行重点阐述,对以后山葡萄更深层次的综合利用进行长远展望,以期为山葡萄科研工作者和生产者提供借鉴参考。
山葡萄;酿酒工艺;葡萄皮;葡萄籽;生物活性物质;保健功能
山葡萄也称东北山葡萄(Vitis amurensis Rupr.),是葡萄科葡萄属落叶藤本植物,与刺葡萄、毛葡萄等同属东亚种群较有特色种质资源,原产中国东北、华北及朝鲜、俄罗斯远东地区,主要分布于我国黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古等地[1-2]。山葡萄是葡萄属中最抗寒的一个种,枝蔓能耐-40 ℃低温,根系可耐-15 ℃低温[3],对白腐病、黑痘病、炭疽病等主要葡萄病害表现出一定的抗病力,是葡萄抗寒、抗病育种的宝贵资源[4-6]。
山葡萄作为酿酒原料已经有70多年的历史,是我国东北地区葡萄酒工业的主要原料。根据2008年的统计,山葡萄在东北三省和内蒙古等地栽培面积达到1.1 万hm2,平均亩产达到780 kg,给当地农民带来2 亿元左右的纯收益,是种植玉米等粮食作物收益的3~5 倍;当年酿造山葡萄酒给社会创造收益18 亿元左右,已经成为当地重要的经济作物。随着山葡萄酒的热销,山葡萄产业不断发展,栽培面积不断扩大并且相关产业链日渐完善,农民收入和社会价值持续提高。除了经济价值外,山葡萄以及山葡萄酒的典型性,将会体现鲜明的中国特色,为中国立足世界葡萄酒之林奠定基础,从而重塑中国在世界葡萄酒行业的地位。世界范围内酿酒品种以欧亚种葡萄(Vitis vinifera)为主,栽培技术与酿酒工艺大同小异,导致葡萄酒同质化较为严重。山葡萄酒典型性强,品质优良,营养价值高,含有多种生物活性物质,具有鲜明的地方特色[7]。随着科研力量的投入,山葡萄相关研究不断取得新的进展,其抗寒性、抗病性以及多酚类物质的研究已经取得较大进展[8]。目前,山葡萄不仅用来酿酒,其相关产品也不断开发利用,综合利用的深度和广度得到极大拓展。现在,山葡萄的应用已涉及到食品、药品、保健品等领域,并且针对山葡萄酒以及酿酒皮渣中活性物质结构与功能的研究开发也不断加深。但是对山葡萄综合利用方面的报道还鲜有见到,本文结合国内外的最新研究概述山葡萄综合利用现状,以期为山葡萄产业的发展提供参考。
野生山葡萄多为雌雄异株,1963年,我国科研工作者发现了两性花山葡萄‘双庆’之后,山葡萄育种工作开始从野生资源选优转到与世界优良酿酒品种的杂交育种方面[9]。其中从野生资源中优选的除‘双庆’外,还有‘左山一’、‘左山二’。近年来,应用比较广泛的山葡萄品种‘左红一’、‘公酿一号’、‘公酿二号’、‘双红’、‘双优’、‘双丰’、‘左优红’、‘北冰红’、‘雪兰红’等都是通过种内杂交或与欧亚名种进行种间杂交、回交以及重复杂交等方式选育而成。山葡萄到目前为止选育的都是红色酿酒品种,白色酿酒品种目前还没有相关报道。现在生产上的主栽品种为‘双红’、‘左优红’、‘北冰红’等优良品种。到目前为止,中国农业科学院特产研究所多年来共收集、保存山葡萄种质400余份,其中,野生资源达342 份、俄罗斯资源2 份[10]。通过人工选育其果实品质不断得到改良,加之独特的气候地理条件,干红、甜红、冰红等各种不同类型的葡萄酒被研发出来,从而丰富了中国及世界葡萄酒市场。
山葡萄具“四高二低”的特点,即高酸、高单宁、高色素、高干浸出物、低糖、低出汁率,果香色浓,口味酸甜,营养价值高,是榨汁和酿酒的特色原料[11]。山葡萄浆果除含有糖、有机酸、氨基酸、矿物质、维生素外,生物活性多酚和典型呈香物质也是山葡萄有别于欧亚种的重要特征。酚类物质是葡萄浆果中一种重要的次生代谢产物,主要包括花色苷和非花色苷两类物质,其中非花色苷酚类物质包括苯甲酸类、肉桂酸类、黄烷-3-醇类、黄酮醇类、白藜芦醇类等,对葡萄浆果和葡萄酒的感官质量有重要影响,尤其对红葡萄酒的色泽、苦味、收敛性、澄清度和稳定性等起重要作用[12]。赵权等[13-14]用高效液相色谱-质谱联用(high-performance liquid chromatography-mass spectrometry,HPLC-MS/MS)技术测定不同品种山葡萄酒和果皮中花色苷和非花色苷酚的含量和种类,总共测出15 种花色苷和30 种非花色苷酚,同一产区不同品种间花色苷和非花色苷酚的种类和含量都存在差别。其中在‘双红’葡萄中检测到13 种花色苷,其果皮中非花色苷酚以黄酮醇类、肉桂酸类为主,总量最多,是其他品种的数倍;‘双红’酒中非花色苷酚种类多达21 种,其中白藜芦醇的含量最高。这些酚类物质具有抗氧化活性,作为食品添加剂应用在食品、药品、保健品等行业,具有良好的保健功能。除了酚类物质外,葡萄浆果中含有丰富的香气物质,涂正顺等[15]研究发现山葡萄果香成分主要有乙酸乙酯、己酸乙酯、橙花醇乙酸酯、乙酸苯乙酯、异丁醇、3-甲基丁醇、正己醇、2-辛醇、苯乙醇、香茅醇、里哪醇、2-辛酮和苯醛等,但是在各个品种中种类和数量都存在差别。并且果实通过冰冻等处理后,其香气成分会发生很大变化,其酿造的酒香气更浓郁[16]。
3.1山葡萄酒品质
葡萄酒既要求达到“平衡”又需要具有“个性”,只有这样的葡萄酒才是优质的葡萄酒。山葡萄酒呈宝石红色,果香浓郁、醇厚、爽口,回味悠长并且还富含多糖、有机酸、氨基酸、矿物质、维生素、植物色素等基本成分,以及原花青素、黄酮类、白藜芦醇等高效生物活性物质[17]。但山葡萄酒普遍具有酸高、苦涩味重等特点,使得山葡萄酒口感略显粗糙,因此长期以来酿造的山葡萄酒品质偏低,甚至只能用来酿造甜红山葡萄酒。然而,随着新品种的选育,如酿造优质单品种干红葡萄酒的‘左优红’、酿造冰红酒的‘北冰红’等新品种的品质不断提高,并且与欧亚种相比具有鲜明的“个性”。山葡萄酒的“个性”主要体现在颜色和香气物质典型性及丰富度方面,通过充分浸渍后山葡萄酒色素含量是欧亚种葡萄酒的多倍,并且与美洲种葡萄一样含有较多的花色素双糖苷3,5-O-双糖苷花色苷,而欧亚种只含有少量的双糖苷,为其色素含量的1%~10%,用纸上层析法检测不出来,用这个方法可以将山葡萄酒与欧亚种葡萄酒区别开。香气物质的种类和数量也与欧亚种差别很大,椴树花香、蜂蜜香、野草莓香和野山杏仁香等诸多香气融合构成山葡萄的特征香气[18]。葡萄酒中的风味组分首先来自于葡萄浆果的香气物质,但是最主要是来源于葡萄发酵过程中产生的烃类、醇类、酯类、羧酸类、醛类、酮类、烯烃类等[19]。香气物质作为评价葡萄酒质量的重要指标,对葡萄酒中香气物质进行准确的测量和鉴定是科研的重点。阎雪等[20]用顶空液相微萃取/气相色谱-质谱的方法检测‘28号’、‘双红’、‘双优’3 个山葡萄品种原酒的风味组分,经分析表明其香气组成主要是烃类、醇类、酯类、酮类、烯醇类、醛类、含硫化合物、含氮化学物、杂环化合物等,不同品种种类和数量存在差异。
近年来科研或生产单位不断探索研究山葡萄及其山葡萄酒中的特性成分,对其结构和功能已取得较大进展,依据特定成分的规律性变化现已制定出山葡萄酒以及山葡萄露酒的鉴定标准。山葡萄中有机酸含量高,这也是山葡萄典型特征之一。丁梅等[21]采用Shimpack VP-ODS色谱柱,以磷酸二氢钾(0.02 mol/L,pH 2.9)-甲醇(98∶2,V/V)为流动相,在210 nm波长处检测,测定不同品种(‘双红’、‘双优’、‘左优红’、‘北冰红’、‘公酿一号’)山葡萄原酒中的有机酸,该检测确定山葡萄酒及露酒中有机酸的特征峰,并以此作为山葡萄酒及露酒品质评价和真伪鉴定的依据,为鉴别山葡萄酒及其露酒的品质和真伪提供了方法依据。总之,山葡萄的典型成分随着研究的深入将为山葡萄酒的开发研究提供技术和理论支撑。
3.2山葡萄酿酒工艺
近年来,中国葡萄酒业取得了长足性的发展,但是酿酒葡萄以欧亚种为主,中国栽培的酿酒葡萄赤霞珠面积可占到70%,导致葡萄酒产品同质化严重。山葡萄是中国较有特色的种质资源,由其酿造的山葡萄酒营养丰富,单宁色素含量高,矿物质、维生素、必需氨基酸含量等都比欧亚种含量高,其中白藜芦醇的含量显著高于欧亚种[22]。山葡萄的独特性决定了山葡萄酿酒工艺与欧亚种葡萄酿酒工艺的差别,目前山葡萄酿造中面临的技术难点主要集中在特色菌种选育缺乏,葡萄浆果糖低酸高、苦涩味重等方面。
3.2.1工艺研发
山葡萄是中国较有特色的种质资源,选种育种工作的不断开展使新品种不断被选育出来,特色酿酒工艺和山葡萄酒品种也相继开发出来,丰富了中国山葡萄酒市场,彰显了中国特色。现在山葡萄酒工艺开发主要集中在甜红葡萄酒、干红葡萄酒和冰红葡萄酒等方面。山葡萄酿酒工艺的研发主要是在成熟酿酒工艺的基础上结合山葡萄“四高二低”的特性进行工艺技术的调整和优化。优质葡萄酒最基本的要求是达到各成分的平衡,其中糖酸平衡、多酚和香气平衡是葡萄酒平衡的基本衡量指标。而山葡萄具有糖低酸高、单宁和色素含量高、香气典型性强等特性,为了使其达到葡萄酒的平衡需要从葡萄栽培、葡萄酒酿造工艺、葡萄酒品尝等多学科不同角度出发进行优化,从而酿造获得优质山葡萄酒。
山葡萄工艺的研发思路是根据山葡萄的特性进行技术路线的优化亦或者开发特种葡萄酒。彭欣莉等[23]选择低糖高酸山葡萄品种‘左山一’酿造低醇甜红山葡萄酒,并且确定了最佳酿造工艺为60 ℃、30 min热浸提、20 ℃,6 d低温发酵、50 mg/L明胶澄清,酿造出了深宝石红色、醇厚饱满的低醇山葡萄酒。冰酒最早诞生在德国的Franconia地区,经过200多年的发展,冰酒已经成为酒中极品,具有清亮晶莹,果香浓郁雅致,甜香纯净,醇厚怡人等特点[24]。金勇键等[25]以‘公酿一号’等为原料,初步研究确定了酿造冰山葡萄酒的工艺,就关键工艺步骤:降酸、酶解和选育酵母等进行了重点研究,并且对冰山葡萄酒原料的选择、酵母的筛选、发酵工艺的确定和营养成分的分析等进行了详细阐述。陈长武等[26]优化了以‘公酿一号’酿造冰酒的工艺技术,确定了原料的采收温度(<-8 ℃)、发酵温度(10~12 ℃)、澄清处理条件(明胶50 mg/L)等工艺处理并且为冰酒特色酵母的筛选提供了理论和方法上的指导,通过新工艺的应用从而酿造了品质优良的冰红山葡萄酒。南海龙等[27]以‘北冰红’为原料,酿造冰红葡萄酒并且确定了酿造冰红酒的最佳酿造工艺,温度控制为13~15 ℃,经过25~30 d后原汁完成酒精发酵,原酒理化及感官指标均满足优质冰酒要求,研究表明‘北冰红’非常适合酿造冰红葡萄酒。除了根据特性进行工艺研发外,其他的研发思路就是依靠工艺技术使山葡萄各成分达到平衡。比如采取相应的技术进行降酸、调节色素和单宁含量,通过栽培措施进行增糖降酸等。宋润刚等[28]研制‘双红’单品种酒获得成功,其采用三段发酵工艺、添加活性干酵母、酶处理、下胶处理等工艺获得品质优良干红山葡萄酒,但是总酸超过国家标准,采用传统降酸处理可有效降低酸度,但是带走大部分的果香、酒香,严重影响干红酒品质。因此优化工艺,在保证品质的前提下有效降酸成为山葡萄干红酒酿造的关键。另外通过配套的栽培技术(夏剪、通风、透光、浆果成熟前一个月喷洒磷酸二氢钾、乙烯利和适当晚采收等)也可以提高含糖量,降低总酸。除了工艺的优化外,酿造设备的创新优化也可以提高山葡萄酒的品质。温雪飞[29-30]以‘双红’为原料采用热浸提发酵工艺以及旋转罐酿造工艺优化了双红干红葡萄酒的酿造工艺,研究表明与传统发酵工艺相比,干浸出物、残糖、酯和色度、花色素均较高,将为大规模酿造‘双红’干红酒提供理论依据。要酿造品质优良的葡萄酒除了采用工艺技术达到糖酸、多酚与香气等平衡外,还需要根据山葡萄的感官特性进行技术调整。张文英等[31]研究了山葡萄酒出现苦涩味的各种原因(酒中单宁、苦味树脂、糖苷含量过高,酒氧化过度,被苦味病菌污染等)并且有针对性地提出了各种原因对应的解决措施,为山葡萄酒的酿造提供了技术支持。
3.2.2酵母选育
山葡萄自身携带的野生酵母经过长期自然选择逐渐适应了当地的气候、土壤和葡萄品种,从而形成了适应特异葡萄酒的菌系。因此,从山葡萄上分离优良酵母酿造山葡萄酒,可以发挥自身酵母的优越性及独一无二的地方特色[32]。并且山葡萄浆果中较高含量的酸(12 g/L左右)使得适于酿造欧亚种葡萄酒的商业酵母不完全适合山葡萄酒的开发,因此开发本土特色酵母将会显著改善山葡萄酒的品质。对于中国葡萄酒同质化严重的问题,除了选育新品种之外,筛选具有本土特色的酵母菌群也是一条重要途径,对于单品种山葡萄酒筛选其自然发酵过程中的酵母菌群,从而形成酒厂或地区专属酵母,将从根本上解决现今葡萄酒普遍同质化的问题并形成更具区域性特色的山葡萄酒。
战景娟等[33]针对山葡萄“四高二低”的特点分离出适合山葡萄发酵的最佳酵母菌种‘长白山一号’酵母,并且就酵母对低温、高酸、降糖速率、营养理化等与商业酵母进行了对比,其效果具有显著优势。苏龙等[34]通过对东北山葡萄自然发酵过程中自然菌种的检测,发现与欧亚种葡萄发酵菌群存在巨大差别,以适应山葡萄发酵高酸低温的发酵特性,土著菌群混合发酵更能产生具有特色的山葡萄酒,将给我国特色山葡萄酒的开发提供理论和技术支持。李梓等[35]通过对‘双红’等6 个山葡萄品种自然发酵全过程中的菌群用WL培养基进行分离鉴定,初步分离鉴定出6 种颜色和形态各异的菌落,同时也发现不同品种山葡萄上的野生酵母菌种类和数量各异,从而为开发不同单品种山葡萄酒提供了理论依据。
3.2.3辅料应用
现代葡萄酒酿造工艺由旧世界凭借经验的艺术形式转变成了新世界依托科学的技术体系。新的科学成果不断运用到葡萄酒的酿造过程中,酿酒辅料的开发运用就是一个典型,显著地提高了葡萄酒的品质。山葡萄酒的酿造也因相应辅料的参与,并取得了良好的效果。
商业化的果胶酶是多种果胶质酶和糖苷酶的混合物,它可以通过与葡萄果皮、葡萄汁等的综合作用,可以软化果肉组织的果胶质,使果胶质分解成半乳糖醛酸和果胶酸,从而显著提高出汁率、利于葡萄色素的提取与稳定、芳香物质的提取等,并且还有利于葡萄汁的澄清,改善葡萄酒感官质量。总之,果胶酶在葡萄酒的酿造过程中具有重要的作用。覃宇阳等[36]研究在山葡萄酒不同酿造阶段添加果胶酶对酒质的影响,研究发现由于山葡萄含有较多的果胶质,在果浆发酵前期添加果胶酶使酒涩味重且发酵不彻底,酒品质下降,用果胶酶处理酒精发酵结束后的新酒,可以提高山葡萄酒的质量并能促进成熟。屈慧鸽等[37]用‘公酿一号’为酿酒材料,研究发酵助剂对酒精发酵的影响,研究发现发酵助剂除可使酒精发酵加速且更彻底外,还可以降低挥发酸含量,但是总酸含量增加,最佳用量为1 g/kg。纤维素酶与果胶酶具有类似的作用原理,吕闻明[38]以‘双红’山葡萄酿酒,研究了不同质量浓度纤维素酶对葡萄酒颜色的影响,研究表明0.03 mg/L的纤维素酶有利于色素的浸提和稳定。随着酿造工艺的不断优化,不同的酿酒辅料也会相继运用到山葡萄酒的研发中,相信山葡萄酒的品质也会有相应提高。
山葡萄主要用来酿造纯汁山葡萄酒。然而,随着人们对饮料口感与营养的需求,山葡萄复合酒品种也相继开发研制出来,比如与金银花[39]、蓝莓[40]等复合并且对其酿造工艺进行了研发优化。除了酒精饮料外,山葡萄也可用来酿醋、开发醋酸饮料、果汁等非酒精产品。山葡萄果实中含有丰富的白藜芦醇和各类糖,因此是酿醋的上等原料。利用山葡萄酿制醋饮料,既能增加饮料的花色品种,又可为葡萄深加工,提高果树栽培的综合经济效益创造条件。李树红等[41]以山葡萄为原料,进行了酿醋工艺的研发优化,醋酸菌接种量为3%、醋醅含水量65%~70%、谷壳与麸皮质量比为1∶1,并且在经过气相色谱-质谱联用检测后发现了8 种挥发性香气组分。山葡萄醋还可以和其他果汁、白砂糖、蜂蜜、柠檬酸等进行混合用来配制大众喜欢的醋酸饮料[42]。山葡萄也可直接用于榨取果汁,果汁中含有丰富的多酚物质,抗氧化活性强,营养价值极高[43]。
山葡萄酒酿造过程中会产生大量的皮渣,其中比例较大的就是葡萄皮和葡萄籽。山葡萄葡萄籽含油量可以达到14%~17%,并且含有丰富的多酚类物质[44]。开展葡萄皮渣综合利用,不仅可以获得良好的社会效益,而且能够有效减轻环保压力,获得巨大的经济效益。因而,山葡萄皮渣的综合利用将为山葡萄产业增加一道亮点。此外,山葡萄根茎叶中相关生物活性物质的提取研究也得到了日益关注[45-47]。
5.1葡萄皮
葡萄皮中含有花色素、原花色素、白藜芦醇、儿茶素以及多聚体等多种生物活性物质,可发挥抗氧化、清除自由基、抗癌、防癌、抗衰老以及预防心血管疾病等作用[48]。现在山葡萄皮的综合利用主要集中在天然花色苷和多酚类物质的提取工艺和应用方面。山葡萄皮红色素抗光解、耐热性较好,加热和光照对色素稳定性影响不大,外观颜色仍为玫瑰红色,果皮色价在20~134之间,是欧亚种葡萄色素含量的4~8 倍,因此山葡萄色素是健康安全食品添加剂的重要来源[49]。山葡萄果皮中含有丰富的多酚物质,其中白藜芦醇一直是研究的热点,具有多种生物学活性及药理作用,具有抗癌、抗菌、抗氧化、抗自由基、预防心脏病和抗诱变等作用,因此具有巨大的商业价值[50]。
天然植物色素作为食品的着色剂已有悠久的历史,随着食品工业的发展和人们健康意识的提高,天然植物色素将会代替人工合成的化学色素,因此寻求天然植物色素是解决这个问题的必经之路。山葡萄色素含量高,其不仅具有食品染色的单一功能,并且还具有一定的药理功效和营养价值。邹宇等[51]研究了山葡萄花色素的提取工艺和稳定性,研究发现山葡萄花色素稳定性好,并且确定了提取工艺条件:提取剂(乙醇)体积分数为70%、提取温度为70 ℃、提取时间70 min,所得山葡萄皮红色素提取液在516 nm波长处的光密度(OD)值在0.8左右。赵权等[52-53]以‘双丰’和‘左红一’山葡萄皮为实验材料,通过单因素试验和正交试验分别确定了山葡萄皮花色苷和多酚的最优提取工艺,花色苷提取最佳工艺:体积分数80%的乙醇溶液,按1∶12(m/V)的料液比、浸提温度30 ℃、浸提时间30 min。多酚提取的最优工艺:体积分数60%的乙醇溶液,按1∶10(m/V)的料液比在90 ℃回流浸提30 min,在此条件下提取2 次,山葡萄皮多酚浸提率为93.2%,为山葡萄皮中花色苷和多酚的提取提供了技术参考。钱时权等[54]在单因素试验的基础上结合正交试验,研究纤维素酶酶解温度、超声波处理时间、料液比、提取时间对白藜芦醇提取含量的影响,研究确定了白藜芦醇的最佳提取工艺:酶解温度55 ℃、超声波处理时间5 min、料液比1∶30(m/V)、提取时间4 h。研究发现复合处理明显好于单因素处理,为白藜芦醇的有效提取应用提供工艺参考。并且经研究表明在山葡萄的生长发育过程中白藜芦醇含量由高到低的顺序为叶、卷须>茎>种子>果皮果肉,叶片中含量最高,这为山葡萄叶片的综合利用指明了方向[55]。山葡萄皮中除了花色苷和多酚类物质外,还有多种功能性组分仍需要深度探究,以期实现山葡萄皮的高效多重利用。
5.2葡萄籽
酿酒产生的葡萄籽占皮渣的65%,仅此每年我国生产葡萄酒后的废渣中就有400~600 万kg的葡萄籽[56]。山葡萄籽中含有大量的营养及活性成分,如蛋白质、微量元素、维生素、低聚原花青素、白藜芦醇、黄酮、不饱和脂肪酸等,具有抗氧化、抗动脉硬化、抗血栓、抗胃溃疡、抗菌、抗炎、抗癌等功效[57]。山葡萄籽还含有人体所需的16 种氨基酸,各种氨基酸含量均衡,而且必需氨基酸的含量较高,占氨基酸总量的27.71%,钙、铁、锰等微量元素丰富,既可食用也可药用,具有开发价值[58]。除此之外,葡萄籽多酚和葡萄籽油也是目前研究的热点。
葡萄籽提取物抗氧化成分为多酚类物质,是迄今为止发现的植物来源中最高效的抗氧化剂之一[59-60]。葡萄籽多酚的研究主要集中在黄酮类、黄烷-3-醇类以及多聚体和寡聚体等多酚类物质的提取纯化工艺以及功能性研究方面。原花色素是一类结构与花色素相似,味涩而无色的化合物,其可以分成两类:一类是黄烷-3,4-二醇的单体衍生物,称为白花色素;一类是由两个或两个以上的黄烷-3-醇缩合而成的前花色素。原花色素具有极强的抗氧化性,对超氧阴离子自由基的抑制率相当于VC的20 倍、VE的50 倍[61]。王新伟等[62]通过单因素试验和正交试验优化了原花青素的提取工艺,采用香草醛-HPLC法确定原花青素的量,乙醇体积分数70%、提取时间120 min、提取温度60 ℃、料液比1∶5(m/V)的工艺使提取率达到了3.12%,并且山葡萄原花青素抗氧化性机制也得到研究[63-64]。山葡萄籽中黄酮类物质含量达12%,是欧亚种葡萄的4~8 倍,具有多方面的生理活性,特别在治疗冠心病、降血压、降血脂、降低胆固醇、抗氧化、抗菌、抗炎、抗肿瘤、治疗心脑血管方面疗效显著,并具有皮肤保健、美容等功能[65]。黄烷-3-醇类物质主要包含儿茶素、表儿茶素、没食子酸儿茶素、表没食子酸儿茶素等,其与原花青素、黄酮等多酚都具有较强的抗氧化性,并且对多种疾病具有预防和治疗作用。陈华[66]以山葡萄籽为材料,综合单因素试验和正交试验优化法确定多酚提取最佳工艺条件为:体积分数70%的甲醇,料液比1∶20(m/V),70 ℃水浴,浸提20 min,山葡萄籽中多酚的含量可达18.981 mg/g,为山葡萄中葡多酚的综合利用提供技术支持。
目前,葡萄籽油在美国、韩国等国家被广泛开发成食用油和保健食品,而在我国山葡萄产业中葡萄籽多为造酒的废料而未被充分开发利用。山葡萄籽油主要有6 种脂肪酸,其中主要成分是亚油酸,不饱和脂肪酸含量高达95%以上[67]。赵巍等[68]以超临界CO2萃取与有机溶剂浸提两种方法对同一批山葡萄籽提取籽油,通过对过氧化值、杂质含量、不饱和脂肪酸含量、微量元素含量等进行了综合对比,研究发现超临界CO2萃取可显著提高提取率。山葡萄籽油不仅应用在食品方面,并且其产品也向药品和保健品方面延伸。刘玉兵等[69-70]采取正交试验方法依托各种原料搭配对山葡萄籽油微胶囊的生产工艺进行了研究优化并且确定了配方工艺,为山葡萄籽油微胶囊的商业生产提供了技术支持。
山葡萄的综合开发利用相对较晚,目前对山葡萄浆果特性、酿酒工艺、相关产品开发、葡萄皮渣综合利用等方面的研究还不够充分。但是经过多年的探索研究表明,山葡萄浑身是宝,营养物质丰富,并且还有多种生物活性物质,是我国宝贵的特色种质资源。对山葡萄以后的开发利用有以下几点设想:1)山葡萄与欧亚种酿酒葡萄相比,其酿酒品质还相对较差,但其典型性强,具有鲜明的个性特征。因此山葡萄应加强选种育种的科研力度,在保持其优越抗寒、抗病特性基础扩大亲本杂交范围,从而更快地提高山葡萄浆果的综合品质,从而为生产优质山葡萄酒奠定基础。并且应该结合其典型性研发独具特色的山葡萄酒也是发展山葡萄产业的重要方向。2)中国优质葡萄生产区大部分需要冬季埋土防寒,而山葡萄的抗寒性强,不需要埋土防寒,节省大量的人力物力,并且酿酒品质也不断提高,但是现在大规模栽培区域仅局限于东北三省和内蒙古,在规范化栽培管理技术的支撑下应该扩大推广范围,努力打造中国特色葡萄酒品牌。但是高温易导致山葡萄发生日灼气灼等病害,多雨易裂果从而导致灰霉病、酸腐病等的发生,因此推广前应结合本地气候等自然条件进行引种试验,表现良好时方可推广栽培。3)山葡萄酿酒工艺方面应在借鉴传统欧亚种酿酒经验的基础上结合山葡萄的特点开发制定特色酿酒工艺,比如重点解决保持浆果典型性的前提下降低酸度、选育本土特色酵母、苦涩味的消除等难题,从而形成中国山葡萄特色酿酒工艺。4)山葡萄副产物的开发利用现在主要集中在葡萄皮和葡萄籽上,并且开发利用的深度和广度都较浅,大量新物质的结构和功能都还需要探索研究。山葡萄枝条和叶片中也含有大量活性物质,相应的产品和应用领域还需我们继续开拓。5)山葡萄产品结构相对单一,大部分浆果用来酿酒,只有少部分用于其他产品的生产。应用范围极大的限制了山葡萄产业的发展,应该拓展产品种类,满足人们多方面的需求,从而为山葡萄产业发展提供更大动力和机会。6)山葡萄酒具有鲜明的中国特色,市场需求大。但是现在山葡萄酒市场还存在着以假乱真、以次充好等不良现象,国家或企业应该完善产品标准,完善监督监管机制,制定科学有效的快速鉴定真假优劣的技术手段,比如针对山葡萄特征性组分的结构与功能或浓度等作为技术评测的标准。
[1] 宋润刚, 艾军, 李晓红, 等. 中国山葡萄产业的发展及对策[J]. 中外葡萄与葡萄酒, 2009(11): 64-69.
[2] 熊燕, 张万民. 中国野生葡萄抗寒研究利用[J]. 安徽农业科学, 2007,35(11): 3238-3239.
[3] DONG Chang, ZHANG Zhen, REN Junpeng, et al. Stress-responsive gene ICE1 from Vitis amurensis increases cold tolerance in tobacco[J]. Plant Physiology and Biochemistry, 2013, 71: 212-217.
[4] LI Jitao, WANG Nian, XIN Haiping, et al. Overexpression of VaCBF4, a transcription factor from Vitis amurensis, improves cold tolerance accompanying increased resistance to drought and salinity in Arabidopsis[J]. Plant Molecular Biology Reporter, 2013, 31: 1518-1528.
[5] 宋润刚, 路文鹏, 沈育杰, 等. 酿酒葡萄新品种‘北冰红'[J]. 园艺学报, 2008, 35(7): 1085.
[6] WU Jiao, ZHANG Yali, ZHANG Huiqin, et al. Whole genome wide expression profiles of Vitis amurensis grape responding to downy mildew by using solexa sequencing technology[J]. BMC Plant Biology, 2010, 10: 234. doi: 10.1186/1471-2229-10-234.
[7] LIU Liyuan, LI Hua. Review: research progress in amur grape, Vitis amurensis Rupr.[J]. Canadian Journal of Plant Science, 2013, 93: 565-575.
[8] 张庆田, 范书田, 杨义明, 等. 山葡萄分子生物学研究进展[J]. 生物技术通报, 2013(12): 1-5.
[9] 宋润刚, 郑永春, 路文鹏, 等. 山葡萄种内和种间杂交(F1-F4)代果实含总酸和糖的遗传分析[J]. 园艺学报, 2007, 34(4): 813-822.
[10] 许培磊. 山葡萄产业发展引领农民走上致富路[J]. 基层农技推广,2013(10): 29-31.
[11] 王军, 葛玉香, 包怡红. 东北山葡萄品种特性比较[J]. 东北林业大学学报, 2004, 32(1): 29-31.
[12] 李华, 王华, 袁春龙, 等. 葡萄酒工艺学[M]. 北京: 科学出版社, 2007:151-154.
[13] 赵权, 王军, 杨成君. 不同品种山葡萄果皮和酒中非花色苷酚的成分分析[J]. 东北林业大学学报, 2012, 40(3): 72-78.
[14] 赵权, 王军, 韩富亮. 不同品种山葡萄酒中花色苷的成分分析[J]. 西北农林科技大学学报, 2013, 41(6): 195-201.
[15] 涂正顺, 薛洁, 常伟, 等. 吉林地区山葡萄果实香气成分的GC/MS分析[J]. 西北农林科技大学学报, 2013, 35(10): 195-201.
[16] 南海龙, 李华, 蒋志东. 山葡萄及其种间杂种结冰果实香气成分的GC-MS分析[J]. 食品科学, 2009, 30(12): 168-171.
[17] 方志. 山葡萄与山葡萄酒[J]. 酿酒科技, 2003(6): 93-94.
[18] 胡博然, 李华. 不同酿酒葡萄品种浆果香味成分的GC-MS分析[J].食品与发酵工业, 2005, 31(12): 89-92.
[19] 李华. 葡萄酒的生物化学[M]. 西安: 陕西人民出版社, 2000: 90-94.
[20] 阎雪, 姜自军, 单纪平, 等. 顶空液相微萃取/气相色谱-质谱在葡萄酒风味组分检测中的应用[J]. 中国食物与营养, 2011, 17(7): 51-55.
[21] 丁梅, 辛若竹, 卜丽伟, 等. 有机酸鉴定山葡萄酒及山葡萄露酒真伪的方法研究[J]. 中国食物与营养, 2013, 19(8): 23-28.
[22] ZHAO Quan, DUAN Changqing, WANG Jun, et al. Anthocyanins profile of grape berries of Vitis amurensis, its hybrids and their wines[J]. International Journal of Molecular Sciences, 2010, 11(5):2212-2228.
[23] 彭欣莉, 陈长武. 低醇甜红山葡萄酒的开发研究[J]. 食品科学, 2008,29(10): 721-723.
[24] PIGEAU G M, BOZZA E, KAISER K, et al. Concentration effect of riesling icewine juice on yeast performance and wine acidity[J]. Journal of Applied Microbiology, 2007, 103: 1691-1698.
[25] 金勇键, 战景娟, 程玉彬, 等. 山葡萄冰酒试验初报[J]. 酿酒, 2004,31(3): 100-102.
[26] 陈长武, 彭欣莉, 张利财, 等. 山葡萄冰酒的开发研究[J]. 食品科学,2007, 28(6): 381-384.
[27] 南海龙, 周岩, 杨玉平, 等. 北冰红山葡萄冰葡萄酒酿造工艺的研究[J].酿酒科技, 2014(5): 36-38.
[28] 宋润刚, 路文鹏, 王军, 等. 山葡萄双红干红葡萄酒研制试验初报[J].中外葡萄与葡萄酒, 2001(5): 18-20.
[29] 温雪飞. 山葡萄“双红”干红酒热浸提酿造工艺的优化[J]. 安徽农业科学, 2011, 39(30): 18750-18751.
[30] 温雪飞. 山葡萄“双红”干红酒旋转罐酿造工艺[J]. 安徽农业科学,2011, 39(11): 6529-6530; 6535.
[31] 张文英, 王喜萍. 山葡萄酒苦涩味产生的原因及控制[J]. 酿酒, 2004,31(5): 69-71.
[32] 南海龙, 李华, 赵海燕, 等. 山葡萄及其种间杂种的酿酒特性研究[J].西北农林科技大学学报, 2009, 37(6): 205-209.
[33] 战景娟, 金勇键. 山葡萄酒酵母的选育与应用[J]. 酿酒科技,2004(2): 81-82.
[34] 苏龙, 刘树文, 何玲. 东北山葡萄酒自然发酵酵母菌群的研究[J]. 食品与生物技术学报, 2007, 26(3): 110-115.
[35] 李梓, 王军. 山葡萄酵母菌株的分离及初步鉴定[J]. 食品科技, 2008,33(9): 1-4.
[36] 覃宇阳, 黄宏慧. 果胶酶在野生山葡萄酒生产中的应用试验[J]. 广西轻工业, 1998(2): 16-18.
[37] 屈慧鸽, 郭永亮, 葛安山. 发酵助剂对山葡萄酒精发酵的影响[J]. 酿酒科技, 2004(5): 96-98.
[38] 吕闻明. 不同浓度纤维素酶在双红葡萄酿酒中对颜色的影响[J]. 北方园艺, 2010(24): 177-180.
[39] 迟健, 姜大伟. 金银花山葡萄酒的研制[J]. 现代农业科学, 2009,16(6): 211-212.
[40] 苏俊烽, 程建军, 刘宏杰. 正交法优化蓝莓-葡萄复合果酒[J]. 北方园艺, 2010(6): 188-191.
[41] 李树红, 胡耀辉, 王立梅, 等. 丁香山葡萄果醋的研制[J]. 吉林农业大学学报, 2004, 26(5): 577-581.
[42] 王平, 刘淑华, 王丹, 等. 山葡萄醋酸发酵饮料工艺条件的研究[J].中国林副特产, 2006(2): 8-10.
[43] 文连奎, 戴昀弟, 郭菊曼, 等. 山葡萄保健果汁饮料研制[J]. 中国野生植物资源, 2011, 19(4): 42-43.
[44] 王尔孚, 焦淑萍, 尹桂春. 山葡萄多酚对辐射小鼠红细胞免疫功能的影响[J]. 北华大学学报, 2008, 9(1): 32-33.
[45] HA D T, KIM H, THUONG P T, et al. Antioxidant and lipoxygenase inhibitory activity of oligostilbenes from the leaf and stem of Vitis amurensis[J]. Journal of Ethnopharmacology, 2009, 125(2): 304-309.
[46] HA D T, CHEN Quancheng, MANH H T, et al. Stilbenes and oligostilbenes from leaf and stem of Vitis amurensis and their cytotoxic activity[J]. Archives of Pharmacal Research, 2009, 32(2): 177-183.
[47] KIM J Y, JEONG H Y, LEE H K. et al. Neuroprotection of the leaf and stem of Vitis amurensis and their active compounds against ischemic brain damage in rats and excitotoxicity in cultured neurons[J]. Phytomedicine, 2012, 19(2): 150-159.
[48] NAM S H, CHOI S P, KANG M Y, et al. Antioxdative activities of bran extracts from twenty one pigmented ricecultivars[J]. Food Chemistry, 2006, 94(4): 613-620.
[49] YANG Guilian, LI Jianhua, ZHANG Xichen, et al. Isolation of E. tenella JL strain single-oocyst and PCR identification[J]. Agricultural Science and Technology, 2009, 10(3): 55-57.
[50] JI Mei, LI Qiang, JI Hua, et al. Investigation of the distribution and season regularity of resveratrol in Vitis amurensis via HPLC-DADMS/MS[J]. Food Chemistry, 2014, 142: 61-65.
[51] 邹宇, 魏红云, 王伟君, 等. 山葡萄皮红色素提取及稳定性研究[J].食品研究与开发, 2008, 29(1): 190-192.
[52] 赵权, 王军. 山葡萄皮花色素苷提取工艺的研究[J]. 吉林农业科技学院学报, 2009, 18(2): 15-17.
[53] 赵权, 王军. 山葡萄皮多酚物质的提取工艺[J]. 北华大学学报, 2009,10(1): 80-83.
[54] 钱时权, 石亚中, 伍亚华, 等. 纤维素酶-超声波法辅助有机溶剂提取山葡萄渣中白藜芦醇的研究[J]. 食品工业科技, 2012, 33(3):210-213.
[55] 赵权. 山葡萄生长过程中不同组织部位白藜芦醇含量的变化[J]. 北方园艺, 2012(3): 1-4.
[56] 方文才, 艾军. 不同山葡萄品种种子中黄烷-3-醇类物质含量比较研究[J]. 特产研究, 2013(3): 54-58.
[57] 赵艳, 娄红祥. 葡萄属植物化学成分与生物活性[J]. 国外医药: 植物药分册, 2001(5): 185.
[58] 陈颖, 陈德锋, 汪树理. 山葡萄籽氨基酸和营养元素的分析[J]. 林业科技, 2008, 33(5): 55-56.
[59] 国家药典委员会. 中华人民共和国药典: 一部[M]. 北京: 化学工业出版社, 2010: 9-10; 附录130-132.
[60] WANG Jiannong, CHEN Yingjie, HANO Y, et al. Antioxidant activity of polyphenols from seeds of Vitis amurensis in vitro[J]. Acta Pharmacologica Sinica, 2000, 21(7): 633-636.
[61] 王军, 葛玉香, 包怡红. 东北山葡萄品种特性比较[J]. 东北林业大学学报, 2004, 32(1): 29-30.
[62] 王新伟, 赵滢, 沈育杰. 山葡萄籽中原花青素提取工艺优化[J]. 食品科学, 2011, 32(10): 21-24.
[63] WANG Jiangnong, HANO Y, NOMURA T, et al. Procyanidins from the seeds of Vitis amurensis[J]. Phytochemistry, 2000, 53: 1097-1102.
[64] LEE H R, BAK M J, JEONG W S, et al. Antioxidant properties of proanthocyanidin fraction isolated from wild grape (Vitis amurensis)seed[J]. Journal of the Korean Society for Applied Biological Chemistry, 2009, 52(5): 539-544.
[65] 文君, 晓言. 山葡萄籽抗氧化天然保健食材新贵[N]. 中国食品报,2004-02-09.
[66] 陈华. 辽南山葡萄籽多酚提取工艺的初步研究[J]. 中国林副特产,2013(2): 10-12.
[67] 张永刚, 印遇龙, 黄瑞林. 多不饱和脂肪酸的营养作用及其基因表达调控[J]. 食品科学, 2006, 27(1): 273-277.
[68] 赵巍, 王军, 沈育杰, 等. 不同方法提取的山葡萄籽油理化指标和营养成分的对比[J]. 中国粮油学报, 2008, 23(6): 127-130.
[69] 刘玉兵, 肖志刚. 山葡萄籽油微胶囊的生产工艺研究[J]. 黑龙江农业科学, 2011(4): 89-92.
[70] 刘玉兵. 山葡萄籽油微胶囊生产中乳化条件的研究[J]. 辽宁农业职业技术学院学报, 2011, 13(2): 19-20.
Progress in Comprehensive Utilization of Vitis amurensis Rupr.
CUI Changwei1, LIU Liyuan1, WANG Hua1,2,3,*, LI Hua1,2,3, MA Tongtong4
(1. College of Enology, Northwest A&F University, Yangling 712100, China; 2. Shaanxi Engineering Research Center of Viti-Viniculture, Yangling 712100, China; 3. Heyang Experimental Demonstration Station, Northwest A&F University,Heyang 715300, China; 4. College of Science, Northwest A&F University, Yangling 712100, China)
Vitis amurensis Rupr. is a special germplasm resource in China. Its characteristics of cold resistance,diseaseresistance and typicality have gained extensive attention. Further progress in the research and comprehensive utilization of V. amurensis has been achieved in recent years. The comprehensive utilization of the grape berries, skins and seeds with special emphasis on bioactive substances in V. amurensis and its wine products are reviewed in this article. The deep comprehensive utilization of V. amurensis is proposed in order to provide a reference for researchers and producers in the future.
Vitis amurensis Rupr.; winemaking techniques; grape skin; grape seed; bioactive substances; healthcare function
TS261.2
A
1002-6630(2015)13-0276-07
10.7506/spkx1002-6630-201513051
2014-07-20
科技部火炬计划中国(杨凌)葡萄酒产业技术升级公共平台项目(2011GH551976);西北农林科技大学2013年试验示范站(基地)科技创新与成果转化新品种引进项目(Z222021310);渭南市科技创新扶持资金项目合阳引种北冰红葡萄及配套栽培技术研究项目(2013KYN-1)
崔长伟(1990—),男,硕士研究生,研究方向为葡萄与葡萄酒学。E-mail:497119936@qq.com
王华(1959—),女,教授,博士,研究方向为葡萄与葡萄酒学。E-mail:wanghua@nwsuaf.edu.cn