刺葡萄渣的可持續(xù)性綠色加工的研究進(jìn)展

陳 鈺，蘇靜珍， 吳先輝， 周三女

（1.寧德職業(yè)技術(shù)學(xué)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）屬于葡萄科葡萄屬東亞種群的一個變種，是多年生落葉藤本植物，主要分布在我國南方地區(qū)，與其他品種的差異是其果實外皮有一些小的刺，具備果皮薄、果粉厚、酸含量低等特點，果實中富含白藜蘆醇、原花青素，均高于種群內(nèi)的其他種類[1]。研究表明，葡萄酒因酒精度較白酒低，并含有具有抗氧化活性的酚類物質(zhì)，對酒精性脂肪肝具有一定的保護(hù)作用；刺葡萄酒中含有的白藜蘆醇能消除乙醇帶來的不利影響；刺葡萄酒中的酒精和多酚類物質(zhì)對機(jī)體起到有益作用[2]。由于釀酒需要較多的果實，產(chǎn)生大量的廢物和副產(chǎn)品（即刺葡萄的固體殘渣），加劇了環(huán)境和經(jīng)濟(jì)問題，易產(chǎn)生大量的廢棄物，包括秸稈、刺葡萄渣、廢水污泥和酵母殘渣等可能會對環(huán)境產(chǎn)生影響[3]。Mendes A C G 等人[4]和Garcia C M 等人[5]的研究，每6 L 葡萄酒會產(chǎn)生大約1 kg 的殘渣。傳統(tǒng)上，刺葡萄渣被用作土壤和飼料的調(diào)理劑。這些成分包括食用酸（酒石酸、蘋果酸和檸檬酸）、乙醇、膳食纖維和葡萄籽油[6]。此外，刺葡萄渣也被認(rèn)為是多酚類物質(zhì)的重要來源，包括類黃酮、花青素、原花青素和酚酸[7-8]。

1 葡萄酒工業(yè)廢物的加工意義

刺葡萄酒工業(yè)的廢物可分為固體廢物和液體廢物[9]。釀酒廠中固體廢物的產(chǎn)生是由于收集和處理刺葡萄產(chǎn)生的，而液體廢物是在釀酒過程中產(chǎn)生的。Atila F[10]從釀酒廠工業(yè)中獲得的廢物來源約45%的刺葡萄渣，7.5%的葡萄秸稈，6%的葡萄種子和許多其他廢物。Fleres D R M 等人[11]統(tǒng)計某釀酒廠每年每公頃產(chǎn)量約5 t，葡萄秸稈是葡萄園的主要副產(chǎn)品，具有農(nóng)業(yè)價值，含有大量的纖維素、木質(zhì)素、鈉（Na）和鉀（K）。由于有機(jī)質(zhì)含量低（2%～3%），葡萄秸稈被用于堆肥，有利于土壤營養(yǎng)物質(zhì)的積累。Gómez-Brandón M等人[12]在刺葡萄渣中發(fā)現(xiàn)了最豐富的元素，其中含量最高的是碳54.0%，其次是氧37.85%，氫6.08%，氮1.99%。有研究表明，刺葡萄渣中蛋白質(zhì)含量約為14%，纖維含量一般較高，約26%～70%，木質(zhì)素含量為18%～55%。

在葡萄酒生產(chǎn)后，定價過程的目標(biāo)是副產(chǎn)品回收的增值產(chǎn)品，重點在于利用農(nóng)業(yè)工業(yè)殘留物作為工業(yè)原料[13]。這將減少工業(yè)殘留物對環(huán)境造成的有害影響，重點關(guān)注的是從葡萄副產(chǎn)品中提取不同的有用成分，如酚類化合物[14]。有研究表明，在提取葡萄籽油的過程中，酚類提取物和抗氧化膳食纖維都從刺葡萄渣中回收，從而使整個過程更具可持續(xù)性[15]。從刺葡萄渣中提取的多酚具有抗真菌、抗菌、抗炎、抗癌和保護(hù)心臟等功效[16]，還可從刺葡萄渣和富含生物活性成分的提取物中膳食纖維，應(yīng)用到面條、餅干、全麥面包和饅頭中進(jìn)行發(fā)酵。此外，刺葡萄渣可以用于生產(chǎn)能源、動物飼料及膳食纖維片劑等。

2 刺葡萄的提取技術(shù)

刺葡萄渣和葡萄籽被用來提取不同的副產(chǎn)物，如亞油酸和ω-6 多不飽和脂肪酸，酚類物質(zhì)含量約為6%。刺葡萄渣由于富含膳食纖維，被用作動物飼料的附加劑。

刺葡萄渣的不同加工方法及附加值產(chǎn)物見圖1。

圖1 刺葡萄渣的不同加工方法及附加值產(chǎn)物

由圖1 可知，傳統(tǒng)的提取方法有索氏提取法，提取時間較長，需要大量的溶劑。因此，該方法不適宜用于商業(yè)[17]。除此之外，在這些方法中需要煮沸，導(dǎo)致了多酚等產(chǎn)品的損失[18]。由于某些原因，需要開發(fā)新提取方法。這些方法包括超臨界萃取、超聲輔助萃取、加速溶劑萃取、加壓流體萃取和微波輔助萃取等技術(shù)。與傳統(tǒng)方法相比，這些技術(shù)需要100～200 mL 溶劑和500～700 min 的提取時間[19]。由于傳統(tǒng)的方法更費時，需要大量的溶劑，這些技術(shù)主要集中在縮短提取時間，減少有機(jī)溶劑的消耗，提高可持續(xù)性，同時提高有價值成分的生產(chǎn)。

2.1 超臨界流體萃取

超臨界流體萃取（Supercritical fluid extraction，SFE）是一種非常新穎的高附加值產(chǎn)品的萃取方法[20]，Salazar M A R 等人[21]研究發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)以刺葡萄基質(zhì)中的分析物為目標(biāo)，使得在超臨界相內(nèi)可以進(jìn)行快速傳質(zhì)，提高了刺葡萄基質(zhì)中穿孔的效率，實現(xiàn)了快速且高效的提取。為了提高萃取效率，可以通過改變主溶劑和助溶劑的選擇性來實現(xiàn)。

2.2 加速溶劑萃取

加速溶劑萃取（Accelerated solvent extraction，ASE）是最常用的提取技術(shù)之一，用于從各種各樣的植物來源中提取植物化學(xué)物質(zhì)，如酚酸[22]、類黃酮[23]和花青素[24]。在Bodoira R 等人[25]的早期研究中，報道了刺葡萄籽中提取原花青素的2 種替代方法，結(jié)果表明，乙醇與水的配比為50∶50，提取溫度為40～140 ℃，壓力為6.8 MPa，最適合提取紅葡聚糖中的原花青素。在這種類型的萃取中，水的溫度從200 ℃增加到350 ℃，介電常數(shù)降低到20～30。

2.3 超聲輔助提取

超聲輔助提取（Ultrasound-assisted extraction，UAE）操作簡單、靈活，成本低[26]。Vergara-Salinas J R 等人[27]研究優(yōu)化了一種使用加壓熱水從刺葡萄渣中回收抗氧化劑的提取方法，提高了抗氧化活性。結(jié)果表明，隨著提取溫度的升高，抗氧化活性也有所提高，刺葡萄渣中單寧在100 ℃和單寧-花青素混合物在150 ℃時提取，花青素產(chǎn)量最高。

2.4 微波輔助萃取（MAE）

微波輔助萃取（Microwave-assisted extraction，MAE）是一種從植物及其副產(chǎn)品中繁殖植物化學(xué)物質(zhì)的技術(shù)。Montibeller M J 等人[28]研究通過使用含有2%檸檬酸的酸性水溶液作為溶劑及在不同時間間隔內(nèi)使用不同數(shù)值的功率，從刺葡萄渣中提取酚類化合物。花青素和酚類化合物可以通過有機(jī)溶劑的常規(guī)提取方法提取。推薦使用UAE 和MAE，提取酚類化合物的技術(shù)減少溶劑的使用，從而降低能源成本和減少環(huán)境影響。

2.5 酶輔助萃取法

酶輔助萃取法（Enzyme assisted extraction，EAE）與傳統(tǒng)溶劑萃取相比，使用的是無毒的有機(jī)溶劑[29]。Chamorro S 等人[30]研究了單寧酶的影響，由于酶的選擇性，酶的活性機(jī)制在酶輔助提取過程中起著重要的作用。

3 刺葡萄渣的應(yīng)用

3.1 抗菌效果

由于環(huán)境和健康問題，人們越來越重視從蔬菜和水果等天然獲得的化合物，而不是使用人工合成的抗微生物化合物。Kabir F 等人[31]研究發(fā)現(xiàn)，由于與微生物酶或重要蛋白質(zhì)的剝奪，酚類物質(zhì)具有抗菌性能。

刺葡萄酒產(chǎn)生廢棄物組成成分及應(yīng)用見圖2。

圖2 刺葡萄酒產(chǎn)生廢棄物組成成分及應(yīng)用

由圖2 可知，刺葡萄渣可應(yīng)用于工業(yè)酵素、抗氧化劑、生物活性物質(zhì)等方面。除了能夠抑制毒性因子外，還能與抗生素產(chǎn)生協(xié)同作用[32]。

3.2 抗氧化性能

抗氧化活性是刺葡萄渣中酚類化合物中最顯著的生物活性之一，其作用取決于特定分子中存在的羥基的數(shù)量，活性可以通過空間位阻干擾而增強(qiáng)，對羥基苯甲酸酯的產(chǎn)氫能力造成不利影響。Kafantaris I 等人[33]的研究表明，羥基化肉桂酸鹽比苯甲酸鹽更有益。酚類物質(zhì)的抗氧化能力可作為氫供體、金屬螯合劑與自由基清除劑等。此外，刺葡萄渣作為抗氧化劑防止其形成過氧化氫或停止反應(yīng)，通常通過干擾鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)揮作用[34]。

3.3 抗癌效果

刺葡萄渣因富含酚類化合物，通常被用來增強(qiáng)膳食纖維補(bǔ)充劑。刺葡萄籽提取物在乳腺、膀胱、白血病、前列腺、結(jié)腸和肺部腫瘤中顯示出罕見的抗腫瘤活性[35]。Hamza A A 等人[36]研究表明，在肝癌中，刺葡萄籽提取物通過刺激抑制細(xì)胞增殖、凋亡和炎癥阻斷，可能具有抗癌屏蔽作用。Dinicola V S等人[37]用刺葡萄酒渣處理后可以通過衰減結(jié)腸癌細(xì)胞中的氧化DNA 損傷觀察到化學(xué)保護(hù)作用，刺葡萄籽提取物可能具有一定治療癌癥的作用。

3.4 動物飼料

在一項研究中，含刺葡萄籽的豬飼料沒有顯示出影響豬生長性能的任何變化，但通過降低豬肝臟中一些炎癥細(xì)胞因子（IL-8、IL-1β、IFN-γ 和TNF-α）的產(chǎn)量來抑制調(diào)節(jié)分子的蛋白質(zhì)表達(dá)。在豬飼料中添加發(fā)酵后的刺葡萄渣可提高豬肉的顏色和皮下動物脂肪中多不飽和脂肪酸，降低脂質(zhì)氧化。Ebrahimzadeh S K 等人[38]在報告中顯示，肉雞飼料中刺葡萄渣的增加可以提高肉雞的免疫反應(yīng)和抗氧化劑，并降低每千克飼料成本，且對肉雞的性能沒有影響。

3.5 膳食纖維片劑

谷物、蔬菜和水果是膳食纖維的主要來源，有些國家鼓勵人們食用富含膳食纖維片劑。膳食纖維中存在的酚類成分對健康有益處，包括降低慢性疾病的風(fēng)險和保持腸道健康[39]。刺葡萄皮由半纖維素糖組成，半纖維素糖是一種復(fù)雜的木質(zhì)纖維素材料，可產(chǎn)生含有多種葡萄糖和木糖醇單體的混合物。

4 結(jié)語

在農(nóng)業(yè)和涉農(nóng)工業(yè)的過程中，廢物的處理或管理是一個嚴(yán)重的問題。從刺葡萄渣中回收具有高價值的化合物是食品加工業(yè)中一個具有挑戰(zhàn)性的問題。目前對酒廠的廢棄物利用成本的研究和分析非常有限，故未來可以進(jìn)一步研究和分析。鑒于刺葡萄渣可以通過綠色加工和生物技術(shù)創(chuàng)新用于生產(chǎn)增值商品。以上提取技術(shù)有效地用于分離生物活性的刺葡萄渣，也是潛在的原料開發(fā)可持續(xù)的生產(chǎn)生物燃料、有機(jī)酸、動物飼料等，說明刺葡萄渣具有較高的商業(yè)價值，未來擁有較為廣闊的研究前景。