刺葡萄渣的可持续性绿色加工的研究进展

陈 钰，苏静珍， 吴先辉， 周三女

（1.宁德职业技术学院，福建福安 355000；2.福安市思味特食品有限公司，福建福安 355000）

0 引言

刺葡萄（Vitis davidii）属于葡萄科葡萄属东亚种群的一个变种，是多年生落叶藤本植物，主要分布在我国南方地区，与其他品种的差异是其果实外皮有一些小的刺，具备果皮薄、果粉厚、酸含量低等特点，果实中富含白藜芦醇、原花青素，均高于种群内的其他种类[1]。研究表明，葡萄酒因酒精度较白酒低，并含有具有抗氧化活性的酚类物质，对酒精性脂肪肝具有一定的保护作用；刺葡萄酒中含有的白藜芦醇能消除乙醇带来的不利影响；刺葡萄酒中的酒精和多酚类物质对机体起到有益作用[2]。由于酿酒需要较多的果实，产生大量的废物和副产品（即刺葡萄的固体残渣），加剧了环境和经济问题，易产生大量的废弃物，包括秸秆、刺葡萄渣、废水污泥和酵母残渣等可能会对环境产生影响[3]。Mendes A C G 等人[4]和Garcia C M 等人[5]的研究，每6 L 葡萄酒会产生大约1 kg 的残渣。传统上，刺葡萄渣被用作土壤和饲料的调理剂。这些成分包括食用酸（酒石酸、苹果酸和柠檬酸）、乙醇、膳食纤维和葡萄籽油[6]。此外，刺葡萄渣也被认为是多酚类物质的重要来源，包括类黄酮、花青素、原花青素和酚酸[7-8]。

1 葡萄酒工业废物的加工意义

刺葡萄酒工业的废物可分为固体废物和液体废物[9]。酿酒厂中固体废物的产生是由于收集和处理刺葡萄产生的，而液体废物是在酿酒过程中产生的。Atila F[10]从酿酒厂工业中获得的废物来源约45%的刺葡萄渣，7.5%的葡萄秸秆，6%的葡萄种子和许多其他废物。Fleres D R M 等人[11]统计某酿酒厂每年每公顷产量约5 t，葡萄秸秆是葡萄园的主要副产品，具有农业价值，含有大量的纤维素、木质素、钠（Na）和钾（K）。由于有机质含量低（2%～3%），葡萄秸秆被用于堆肥，有利于土壤营养物质的积累。Gómez-Brandón M等人[12]在刺葡萄渣中发现了最丰富的元素，其中含量最高的是碳54.0%，其次是氧37.85%，氢6.08%，氮1.99%。有研究表明，刺葡萄渣中蛋白质含量约为14%，纤维含量一般较高，约26%～70%，木质素含量为18%～55%。

在葡萄酒生产后，定价过程的目标是副产品回收的增值产品，重点在于利用农业工业残留物作为工业原料[13]。这将减少工业残留物对环境造成的有害影响，重点关注的是从葡萄副产品中提取不同的有用成分，如酚类化合物[14]。有研究表明，在提取葡萄籽油的过程中，酚类提取物和抗氧化膳食纤维都从刺葡萄渣中回收，从而使整个过程更具可持续性[15]。从刺葡萄渣中提取的多酚具有抗真菌、抗菌、抗炎、抗癌和保护心脏等功效[16]，还可从刺葡萄渣和富含生物活性成分的提取物中膳食纤维，应用到面条、饼干、全麦面包和馒头中进行发酵。此外，刺葡萄渣可以用于生产能源、动物饲料及膳食纤维片剂等。

2 刺葡萄的提取技术

刺葡萄渣和葡萄籽被用来提取不同的副产物，如亚油酸和ω-6 多不饱和脂肪酸，酚类物质含量约为6%。刺葡萄渣由于富含膳食纤维，被用作动物饲料的附加剂。

刺葡萄渣的不同加工方法及附加值产物见图1。

图1 刺葡萄渣的不同加工方法及附加值产物

由图1 可知，传统的提取方法有索氏提取法，提取时间较长，需要大量的溶剂。因此，该方法不适宜用于商业[17]。除此之外，在这些方法中需要煮沸，导致了多酚等产品的损失[18]。由于某些原因，需要开发新提取方法。这些方法包括超临界萃取、超声辅助萃取、加速溶剂萃取、加压流体萃取和微波辅助萃取等技术。与传统方法相比，这些技术需要100～200 mL 溶剂和500～700 min 的提取时间[19]。由于传统的方法更费时，需要大量的溶剂，这些技术主要集中在缩短提取时间，减少有机溶剂的消耗，提高可持续性，同时提高有价值成分的生产。

2.1 超临界流体萃取

超临界流体萃取（Supercritical fluid extraction，SFE）是一种非常新颖的高附加值产品的萃取方法[20]，Salazar M A R 等人[21]研究发现，该技术以刺葡萄基质中的分析物为目标，使得在超临界相内可以进行快速传质，提高了刺葡萄基质中穿孔的效率，实现了快速且高效的提取。为了提高萃取效率，可以通过改变主溶剂和助溶剂的选择性来实现。

2.2 加速溶剂萃取

加速溶剂萃取（Accelerated solvent extraction，ASE）是最常用的提取技术之一，用于从各种各样的植物来源中提取植物化学物质，如酚酸[22]、类黄酮[23]和花青素[24]。在Bodoira R 等人[25]的早期研究中，报道了刺葡萄籽中提取原花青素的2 种替代方法，结果表明，乙醇与水的配比为50∶50，提取温度为40～140 ℃，压力为6.8 MPa，最适合提取红葡聚糖中的原花青素。在这种类型的萃取中，水的温度从200 ℃增加到350 ℃，介电常数降低到20～30。

2.3 超声辅助提取

超声辅助提取（Ultrasound-assisted extraction，UAE）操作简单、灵活，成本低[26]。Vergara-Salinas J R 等人[27]研究优化了一种使用加压热水从刺葡萄渣中回收抗氧化剂的提取方法，提高了抗氧化活性。结果表明，随着提取温度的升高，抗氧化活性也有所提高，刺葡萄渣中单宁在100 ℃和单宁-花青素混合物在150 ℃时提取，花青素产量最高。

2.4 微波辅助萃取（MAE）

微波辅助萃取（Microwave-assisted extraction，MAE）是一种从植物及其副产品中繁殖植物化学物质的技术。Montibeller M J 等人[28]研究通过使用含有2%柠檬酸的酸性水溶液作为溶剂及在不同时间间隔内使用不同数值的功率，从刺葡萄渣中提取酚类化合物。花青素和酚类化合物可以通过有机溶剂的常规提取方法提取。推荐使用UAE 和MAE，提取酚类化合物的技术减少溶剂的使用，从而降低能源成本和减少环境影响。

2.5 酶辅助萃取法

酶辅助萃取法（Enzyme assisted extraction，EAE）与传统溶剂萃取相比，使用的是无毒的有机溶剂[29]。Chamorro S 等人[30]研究了单宁酶的影响，由于酶的选择性，酶的活性机制在酶辅助提取过程中起着重要的作用。

3 刺葡萄渣的应用

3.1 抗菌效果

由于环境和健康问题，人们越来越重视从蔬菜和水果等天然获得的化合物，而不是使用人工合成的抗微生物化合物。Kabir F 等人[31]研究发现，由于与微生物酶或重要蛋白质的剥夺，酚类物质具有抗菌性能。

刺葡萄酒产生废弃物组成成分及应用见图2。

图2 刺葡萄酒产生废弃物组成成分及应用

由图2 可知，刺葡萄渣可应用于工业酵素、抗氧化剂、生物活性物质等方面。除了能够抑制毒性因子外，还能与抗生素产生协同作用[32]。

3.2 抗氧化性能

抗氧化活性是刺葡萄渣中酚类化合物中最显著的生物活性之一，其作用取决于特定分子中存在的羟基的数量，活性可以通过空间位阻干扰而增强，对羟基苯甲酸酯的产氢能力造成不利影响。Kafantaris I 等人[33]的研究表明，羟基化肉桂酸盐比苯甲酸盐更有益。酚类物质的抗氧化能力可作为氢供体、金属螯合剂与自由基清除剂等。此外，刺葡萄渣作为抗氧化剂防止其形成过氧化氢或停止反应，通常通过干扰链式反应发挥作用[34]。

3.3 抗癌效果

刺葡萄渣因富含酚类化合物，通常被用来增强膳食纤维补充剂。刺葡萄籽提取物在乳腺、膀胱、白血病、前列腺、结肠和肺部肿瘤中显示出罕见的抗肿瘤活性[35]。Hamza A A 等人[36]研究表明，在肝癌中，刺葡萄籽提取物通过刺激抑制细胞增殖、凋亡和炎症阻断，可能具有抗癌屏蔽作用。Dinicola V S等人[37]用刺葡萄酒渣处理后可以通过衰减结肠癌细胞中的氧化DNA 损伤观察到化学保护作用，刺葡萄籽提取物可能具有一定治疗癌症的作用。

3.4 动物饲料

在一项研究中，含刺葡萄籽的猪饲料没有显示出影响猪生长性能的任何变化，但通过降低猪肝脏中一些炎症细胞因子（IL-8、IL-1β、IFN-γ 和TNF-α）的产量来抑制调节分子的蛋白质表达。在猪饲料中添加发酵后的刺葡萄渣可提高猪肉的颜色和皮下动物脂肪中多不饱和脂肪酸，降低脂质氧化。Ebrahimzadeh S K 等人[38]在报告中显示，肉鸡饲料中刺葡萄渣的增加可以提高肉鸡的免疫反应和抗氧化剂，并降低每千克饲料成本，且对肉鸡的性能没有影响。

3.5 膳食纤维片剂

谷物、蔬菜和水果是膳食纤维的主要来源，有些国家鼓励人们食用富含膳食纤维片剂。膳食纤维中存在的酚类成分对健康有益处，包括降低慢性疾病的风险和保持肠道健康[39]。刺葡萄皮由半纤维素糖组成，半纤维素糖是一种复杂的木质纤维素材料，可产生含有多种葡萄糖和木糖醇单体的混合物。

4 结语

在农业和涉农工业的过程中，废物的处理或管理是一个严重的问题。从刺葡萄渣中回收具有高价值的化合物是食品加工业中一个具有挑战性的问题。目前对酒厂的废弃物利用成本的研究和分析非常有限，故未来可以进一步研究和分析。鉴于刺葡萄渣可以通过绿色加工和生物技术创新用于生产增值商品。以上提取技术有效地用于分离生物活性的刺葡萄渣，也是潜在的原料开发可持续的生产生物燃料、有机酸、动物饲料等，说明刺葡萄渣具有较高的商业价值，未来拥有较为广阔的研究前景。