葡萄籽成分的開發(fā)與綜合利用

溫建輝，劉 冷

（晉中學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，山西晉中 030600）

葡萄籽是葡萄酒、葡萄果汁飲料生產(chǎn)中產(chǎn)生的資源性副產(chǎn)物.我國是葡萄生產(chǎn)大國，2012年的葡萄總產(chǎn)量已達(dá)627萬噸，其中75%鮮食，15%釀酒，10%制干、制汁/醋[1].這樣，釀酒葡萄年產(chǎn)量在100萬噸左右，每年僅釀造葡萄酒所產(chǎn)生的葡萄籽就達(dá)數(shù)萬噸.葡萄籽含有豐富的亞油酸、原花青素、蛋白質(zhì)等功能成分，它們具有特殊的生物活性和藥理作用，因而受到業(yè)內(nèi)人士的高度重視.開發(fā)和綜合利用葡萄籽產(chǎn)品，具有重要的經(jīng)濟(jì)意義和廣闊的前景.

1 葡萄籽開發(fā)利用的研究歷程

葡萄籽來源于釀造葡萄酒或加工葡萄汁飲料的下腳料，約占葡萄重量的3%～6%[2]，在不同品種的葡萄中葡萄籽含量有些差別.葡萄籽的加工利用主要有以下幾個(gè)方面：（1）用作動(dòng)物飼料；（2）用作肥料；（3）加工為高級(jí)保健品；（4）作為能源.

通過對(duì)《中國知網(wǎng)-中國學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)出版總庫》的檢索發(fā)現(xiàn)，我國對(duì)葡萄籽利用的關(guān)注起源于上個(gè)世紀(jì)80年代初，當(dāng)時(shí)偶見有一些從葡萄皮渣中開發(fā)新能源、作為肥料改良土壤或作為動(dòng)物粗飼料方面的介紹和翻譯報(bào)導(dǎo)[3～6]，但還不見研究型文章發(fā)表.直到上個(gè)世紀(jì)80年代末，才有關(guān)于提煉葡萄籽油和對(duì)葡萄籽油成分進(jìn)行初步研究的文章出現(xiàn)[7～8].到了上個(gè)世紀(jì)90年代，對(duì)葡萄籽成分的研究、保健性能的研究以及葡萄籽油、原花青素和蛋白質(zhì)的提取與精煉等方面的研究進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期；進(jìn)入21世紀(jì)，對(duì)葡萄籽應(yīng)用的研究已成為一個(gè)非常熱門的課題.隨著對(duì)葡萄籽研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)其具有降血脂、抗氧化、清除自由基、抗癌等獨(dú)特的藥用價(jià)值和保健作用，葡萄籽成分的開發(fā)利用受到了業(yè)內(nèi)人士的高度重視.自1981年到2010年（每5年）的30年來，有關(guān)葡萄籽研究與利用的文獻(xiàn)數(shù)目（篇）統(tǒng)計(jì)如圖1所示：

此外，在2011年～2013年的3年期間，有關(guān)葡萄籽研究的文章又有426篇.

圖1 1981～2010年每5年有關(guān)葡萄籽研究與利用的文獻(xiàn)數(shù)目（篇）統(tǒng)計(jì)圖

2 葡萄籽的成分與保健功能

葡萄籽中含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，主要成分有脂肪、原花青素、蛋白質(zhì)、碳水化合物、粗纖維、維生素、礦物質(zhì)等，各物質(zhì)的含量與葡萄品種、產(chǎn)地等風(fēng)土條件有關(guān)，并不一致.一般來講，葡萄籽的主要成分及含量[7]如表1：

表1 葡萄籽的主要成分（%）

2.1 葡萄籽油

葡萄籽含油量一般為14%～18%.在葡萄籽油中，不飽和脂肪酸的含量高達(dá)90%以上，其中亞油酸含量高達(dá)75%左右，比一般食用油甚至藥用油（核桃油和紅花油）都高[2].幾種植物油主要成分的比較如表2：

表2 幾種植物油的主要成分（%）比較

不飽和脂肪酸是人體新陳代謝不可缺少的成分，而作為它們的代表——亞油酸，又是構(gòu)成人體細(xì)胞和皮膚發(fā)育的重要成分之一，對(duì)于大腦和神經(jīng)發(fā)育、維持成年人的血脂平衡、降低膽固醇、防治冠心病等都發(fā)揮著重要作用.亞油酸還是人體合成前列腺素的主要物質(zhì)，它有防止血栓形成、擴(kuò)張血管的作用.因此，亞油酸含量越高，植物油的營養(yǎng)價(jià)值也就相應(yīng)越高.此外，葡萄籽油中還含有人體必需的多種脂溶性維生素、礦物質(zhì)元素和具有多種生理功能的原花青素等.常量元素中鉀、鈣、磷的含量較高；微量元素中鋅、錳、鐵等營養(yǎng)元素含量均較高[9].維生素中，主要有VA、VD、VE等，其中VE含量較高.葡萄籽油在國際市場(chǎng)上備受青睞，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、保健品、食品及化妝品等行業(yè).

2.2 葡萄籽多酚

葡萄籽中的功能性成分除了葡萄籽油之外還有葡萄籽多酚（GSP），其組成為原花青素、白藜蘆醇、單寧及其他酚類，以結(jié)合態(tài)和游離態(tài)存在.多酚類物質(zhì)是一類重要的植物來源的生理活性物質(zhì)，對(duì)心臟病、癌癥、冠心病等高死亡率疾病具有獨(dú)到的治療及預(yù)防作用.葡萄籽中含有8%～11%的多酚類物質(zhì)，含量占葡萄果實(shí)酚類的50%～70%[10].葡萄籽多酚中的低聚原花青素（OPC）是一種新型高效抗氧化劑，也是目前為止所發(fā)現(xiàn)的最強(qiáng)效的自由基清除劑，具有非常強(qiáng)的體內(nèi)活性，以高效、低毒、高生物利用率而著稱；而白藜蘆醇的抗癌活性，早在上世紀(jì)末就引起醫(yī)學(xué)科學(xué)界的轟動(dòng).

2.3 蛋白質(zhì)

葡萄籽榨油后的餅粕中含有13%～16%的蛋白質(zhì)，是一種優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)資源.葡萄籽蛋白含有18種氨基酸，其中人體必需的8種氨基酸俱全[10].通過控制葡萄籽蛋白的水解度，還可以得到生物活性多肽，它不僅易被人體消化吸收，而且具有許多獨(dú)特的生理功能[11]，國外已將葡萄籽蛋白開發(fā)為保健食品或調(diào)味品.

3 葡萄籽油的提取工藝

葡萄籽油（Grapeseed Oil）的提取方法有機(jī)械壓榨法、有機(jī)溶劑萃取法、預(yù)榨浸出法、超臨界CO2浸提法和水酶法等多種.

3.1 機(jī)械壓榨

機(jī)械壓榨是從植物種子中提取油脂最傳統(tǒng)的方法，歷史悠久、設(shè)備工藝簡(jiǎn)單、投資少，所得產(chǎn)品基本能保持產(chǎn)品的天然本色.缺點(diǎn)是出油率較低，產(chǎn)品雜質(zhì)含量較高，有報(bào)道[12]稱壓榨過程中產(chǎn)生的高溫會(huì)導(dǎo)致不飽和脂肪酸發(fā)生分解.其工藝流程一般為：

隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的機(jī)械壓榨法已逐漸被有機(jī)溶劑浸提法所取代.

3.2 有機(jī)溶劑浸提

有機(jī)溶劑浸提是近代發(fā)展起來的提取植物油脂的新方法，目前葡萄籽油的生產(chǎn)工藝普遍采用溶劑浸提，有的采用將葡萄籽粉碎后直接用溶劑浸提的方法，也有的將葡萄籽仁分離后再對(duì)葡萄籽仁進(jìn)行浸提[9].其主要工藝流程如下：

常用的有機(jī)溶劑有石油醚、正己烷、乙醚、4＃溶劑油、6＃溶劑油、丙酮等.在生產(chǎn)實(shí)踐中，既要考慮溶劑的萃取能力，也要考慮溶劑的沸點(diǎn)、毒性、安全性和價(jià)格等因素.乙酸乙酯萃取效率較高，價(jià)格較低，沸點(diǎn)為77.06℃，沒有毒性且易于回收；正己烷沸點(diǎn)為117.9℃，不僅增加了回收能耗，而且回收過程中易引起不飽和脂肪酸的分解；4＃溶劑的優(yōu)點(diǎn)是可以在常溫下進(jìn)行浸取和降壓或低溫下脫溶，克服了其他溶劑浸出法在分離過程中需要加熱蒸餾的缺點(diǎn)，但4＃溶劑是丁烷或丁烷與丙烷的混合物，常溫下呈氣態(tài)，需在0.40～0.80MPa的條件下進(jìn)行；丙酮有一定毒性，不主張?jiān)谏a(chǎn)中使用.另外，用微波、超聲波輔助提取，可以節(jié)省時(shí)間，避免提取過程中因時(shí)間過長(zhǎng)或溫度過高引起的熱敏物質(zhì)的破壞，在這方面雖然有不少報(bào)導(dǎo)，但很難得到實(shí)際應(yīng)用.

有機(jī)溶劑萃取法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)設(shè)備要求低，出油率較高，生產(chǎn)成本低；缺點(diǎn)是溶劑回收過程中易引起不飽和脂肪酸的分解，產(chǎn)品中有機(jī)溶劑殘留不可避免.所用溶劑都是易揮發(fā)、易燃有機(jī)物，也增加了生產(chǎn)過程中的不安全因素.

3.3 預(yù)榨浸出法

預(yù)榨浸出法是先用壓榨法將葡萄籽中的大部分油脂榨出，再用溶劑浸出法從壓胚中浸提殘留的油脂.這兩種方法的互補(bǔ)，既可減少有機(jī)溶劑的用量，也可提高出油率.

不論是機(jī)械壓榨的，還是溶劑浸出的、預(yù)榨浸出的，其粗產(chǎn)品都因含有色素等物質(zhì)而呈黃綠色或綠色，并且可能含有其他雜質(zhì)略顯渾濁，還需要進(jìn)一步精煉，如脫酸、活性炭脫色、真空水蒸汽脫臭、干燥等處理，這是一個(gè)非常復(fù)雜的工序，本文不再詳述.

3.4 超臨界CO2提取

超臨界流體萃取技術(shù)是近年來發(fā)展起來的提取植物有機(jī)成分的最先進(jìn)方法，在諸多超臨界萃取劑中以CO2為流體萃取最為常用，稱為超臨界CO2萃取技術(shù).該技術(shù)最早于1983年被介紹到我國，趙國志[13]先生在《油脂科技》上發(fā)表的“油脂超臨界氣體浸出的原理及研究”是目前最早出現(xiàn)的文獻(xiàn).但直到1999年才有人將超臨界CO2萃取技術(shù)用于提取葡萄籽油的研究[14]，這是與我國葡萄酒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)模相適應(yīng)的.1983年以來，有關(guān)超臨界CO2萃取植物成分的文獻(xiàn)數(shù)目（篇）隨年度的變化如圖2：

圖2 各年度超臨界CO2萃取植物成分的文獻(xiàn)數(shù)目（篇）

由圖2可見，進(jìn)入21世紀(jì)以來超臨界CO2萃取技術(shù)受到業(yè)內(nèi)人士高度重視.該技術(shù)既可以有選擇性地把不同極性、不同沸點(diǎn)或不同分子量的成分依次萃取出來，同時(shí)又是一種“環(huán)境友好的”工業(yè)技術(shù).萃取葡萄籽油的主要流程如下：

超臨界CO2提取是利用壓力和溫度對(duì)超臨界流體溶解能力的影響，從而達(dá)到分離的目的.在超臨界狀態(tài)下，CO2對(duì)不同溶質(zhì)的溶解能力差別較大，對(duì)油脂等具有非常好的溶解和萃取作用.其優(yōu)點(diǎn)是提取效率高，對(duì)葡萄籽油的提取率可達(dá)93%左右；可以低溫操作，一般控溫在35℃-45℃左右，完全避免了不飽和脂肪酸的氧化和分解；萃取選擇性高，產(chǎn)品純度高；無任何有機(jī)溶劑殘留，是純天然無污染的綠色產(chǎn)品；操作簡(jiǎn)單，能耗低，與溶劑法相比省去了溶劑回收以及精煉過程，從而降低了生產(chǎn)成本.缺點(diǎn)是設(shè)備價(jià)格昂貴，前期投資費(fèi)用高；原材料前期處理比較復(fù)雜.

目前，超臨界CO2提取葡萄籽油研究的重點(diǎn)是最佳工藝參數(shù)的選擇，如粉碎度、葡萄籽水分含量的控制、夾帶劑的選擇和用量、萃取壓力、萃取溫度、萃取時(shí)間、CO2流量、分離溫度與壓力等，有大量的文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，本文不再詳述.

3.5 水酶法

水酶法是在葡萄籽破碎的基礎(chǔ)上，加入酶制劑降解油料種子中的細(xì)胞壁，使油脂從油料種子中釋放，獲得品質(zhì)較優(yōu)的植物油脂.水酶法提油技術(shù)的研究由來已久，但由于工藝中易形成乳狀液制約游離油的得率，限制了該技術(shù)的推廣及在眾多油料種籽提油中的工業(yè)化應(yīng)用[15].2006年，劉穎等[16]曾報(bào)導(dǎo)了生物酶法提取葡萄籽油的工藝研究.水酶法提取葡萄籽油的工藝流程如下：

對(duì)于不同的油料種籽，水酶法提油的工藝步驟不同.對(duì)葡萄籽油的水酶法提取，目前研究的重點(diǎn)是料液比、蒸汽預(yù)處理時(shí)間、酶的種類、酶的添加量、酶解時(shí)間等對(duì)葡萄籽油得率的影響，然后采用正交試驗(yàn)對(duì)提取條件進(jìn)行優(yōu)化，最后確定了最佳提取工藝參數(shù)，有關(guān)的研究報(bào)導(dǎo)不多.

4 葡萄籽原花青素的提取

原花青素是一種植物多酚，提取工藝有溶劑浸提法、超聲波輔助提取法、超臨界CO2萃取法和亞臨界流體萃取法等.

4.1 溶劑萃取法

由于多酚易溶于極性溶劑，葡萄籽多酚的提取主要采用溶劑法.常用的溶劑有熱水、甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯及其水溶液等.原花青素極性很強(qiáng)，水溶性好，水提法設(shè)備簡(jiǎn)單，但產(chǎn)品純度低，回收率低.有機(jī)溶劑萃取法使用最廣泛，提取效果較好，溶劑的回收利用率高，但對(duì)其中的溶劑殘留問題還有待于進(jìn)一步研究[10].一般先用乙醇溶液浸提，提取原花青素之后的濾渣，可以用來提取葡萄籽油.原花青素濃縮液再經(jīng)乙酸乙酯萃取等一系列處理，得成品，一般工藝流程如下：

溶劑萃取法研究的重點(diǎn)是粉碎度、pH的選擇、溶劑的選擇、提取溫度、料液比等因素對(duì)原花青素提取效果的影響.姜守霞等[17]研究了葡萄籽品種、操作溫度、提取劑種類和提取劑濃度，結(jié)果表明：最優(yōu)工藝參數(shù)為青、紅兩種葡萄籽分別用攪拌方式提取，料液比1∶20，提取2 h，50℃.青葡萄籽提取劑為丙酮，濃度60%～80%，產(chǎn)物純度和提取率達(dá)67.35%和7.86%；紅葡萄籽提取劑為乙醇，濃度80%，產(chǎn)物純度和提取率達(dá)55.20%和5.36%.由于原花青素對(duì)熱、光、氧氣等敏感，最后采用微膠囊技術(shù)對(duì)原花青素進(jìn)行包埋，可以保護(hù)其生物活性.也可以采用脫脂后的葡萄籽為原料、乙醇為溶劑熱提取，然后調(diào)節(jié)pH值除去雜質(zhì)性蛋白，再用乙酸乙酯萃取分離粗提物，石油醚沉淀精制得產(chǎn)品原花青素.

常規(guī)的有機(jī)溶劑提取工藝已經(jīng)成熟，目前研究的熱點(diǎn)主要集中在儀器輔助提取，如微波、超聲波輔助萃取等，可以體現(xiàn)快速、高效的優(yōu)點(diǎn).但受到經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件的限制，這些輔助提取大都停留在實(shí)驗(yàn)室階段，在工業(yè)生產(chǎn)中還難于實(shí)施.

4.2 超臨界萃取法和亞臨界流體萃取法

近年來，超臨界萃取法和亞臨界流體萃取法也用于原花青素的提取，對(duì)此國內(nèi)外有相關(guān)報(bào)道[17]，但在實(shí)際生產(chǎn)中并不成功，目前還是以溶劑法提取為主.

5 結(jié)語

早在上個(gè)世紀(jì)60年代，許多國家就開展了葡萄籽成分的相關(guān)研究.在法國和意大利等葡萄生產(chǎn)大國，葡萄籽已得到充分的利用.我國的葡萄籽資源非常豐富，但對(duì)葡萄籽的綜合利用率還較低.對(duì)葡萄籽中的油脂、原花青素、蛋白質(zhì)等成分進(jìn)行分離提純，是葡萄籽高效利用的一個(gè)重要途徑.

對(duì)葡萄籽加工利用的另一個(gè)途徑，是將葡萄籽加工成葡萄籽粉直接利用[18]，既省去了繁瑣的分離和提純步驟，也實(shí)現(xiàn)了葡萄籽成分的綜合利用.據(jù)報(bào)道[19]西北農(nóng)林科技大學(xué)葡萄酒學(xué)院將葡萄籽超微粉碎后，細(xì)胞的破壁率可達(dá)100%，其中的有效物質(zhì)在人體內(nèi)的溶出率良好，能夠被人體較好地吸收和利用.將葡萄籽進(jìn)行超微粉碎后可制備成膠囊、面膜、防曬霜等，其主要步驟為葡萄籽原料的烘干、冷凍、超微粉碎、包裝、滅菌.這種最為簡(jiǎn)單、環(huán)保和有效的加工途徑，值得我們關(guān)注.

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