釀酒葡萄皮渣中多酚物質(zhì)提取的研究

郭紅珍，李叢勝，茹少玉

（1.廊坊師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，河北廊坊065000；2.天津市五福心語食品科技有限公司，天津300499）

釀酒葡萄皮渣中多酚物質(zhì)提取的研究

郭紅珍1，李叢勝1，茹少玉2

（1.廊坊師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，河北廊坊065000；2.天津市五福心語食品科技有限公司，天津300499）

以釀酒后分離的葡萄皮渣為原料，對其多酚類物質(zhì)的提取條件進(jìn)行了研究。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以乙醇體積分?jǐn)?shù)、料液比、浸提時間、浸提溫度為影響因素，以葡萄皮多酚得率為評價指標(biāo)，進(jìn)行4因素3水平正交試驗(yàn)，確定出的最佳浸提條件為浸提劑為體積分?jǐn)?shù)70%的乙醇，浸提溫度80℃，浸提時間40 min，按1∶7（g∶mL）的料液比，浸提次數(shù)為3次，在此條件下，葡萄皮渣中多酚提取量為30.03 mg/g。

葡萄皮渣；植物多酚；提取

隨著天然提取的功能性食品添加劑的逐漸興起，植物多酚以其在植物界分布的廣泛性、生理功能的多樣性以及來源豐富性等特點(diǎn)，逐漸成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，被形象地稱為“一座有待開發(fā)的金礦”[1-4]。植物多酚的獨(dú)特結(jié)構(gòu)賦予了它一系列獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)，其具有消除人體內(nèi)的自由基[5]、降血脂[6-7]、抗血栓[8-9]、預(yù)防動脈粥樣硬化和冠心病、預(yù)防、抑制癌癥[10]等多種生理功能。因此，植物多酚被稱為葡萄及葡萄酒中對人類健康最為有效的功能成分，享有“第七類營養(yǎng)素”之稱[11]，有著廣闊的開發(fā)應(yīng)用前景。國內(nèi)外研究表明，在眾多的植物多酚中，以葡多酚抗氧化清除自由基的能力最強(qiáng)，其抗氧化能力為維生素E的50倍，是維生素C的20倍[12]。因此，葡多酚在醫(yī)藥、保健品、食品和化妝品領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用前景。

目前，在我國葡萄皮渣通常被當(dāng)作肥料、飼料甚至垃圾處理，不僅不能挖掘其中的經(jīng)濟(jì)效益，造成很大的浪費(fèi)，而且由于不加處理直接作為垃圾傾倒，形成了很大的環(huán)保壓力。因此，開展葡萄皮渣綜合利用，不僅可以獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益，而且能夠有效減輕環(huán)保壓力，獲得巨大的社會效益。本試驗(yàn)以釀酒后分離的葡萄皮渣為原料，對其多酚類物質(zhì)的提取條件進(jìn)行了優(yōu)化，最終確定最佳浸提條件，以便為葡萄皮渣的開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

葡萄皮渣：本試驗(yàn)室釀制葡萄酒所分離出的下腳料；無水甲醇、無水乙醇、KH2PO4、Na2HPO4、FeSO4、酒石酸鉀鈉、焦性沒食子酸等（均為分析純）：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2儀器與設(shè)備

723分光光度計：上海分析儀器廠；JA21002電子天平：日本島津公司；恒溫水浴鍋：常州國華儀器廠；ZRD5210電熱鼓風(fēng)干燥箱：上海智誠儀器儀表有限公司；40目篩：上海璽瑞五金絲網(wǎng)有限公司；LK120-30型粉碎機(jī)：濰坊市精華粉體工程設(shè)備有限公司。

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1工藝流程及操作要點(diǎn)

原料預(yù)處理→按一定比例加入浸提劑→在熱水浴中攪拌狀態(tài)下熱浸提一定時間→精密濾紙過濾→分離過濾液→靜置

原料的預(yù)處理：釀酒后分離的葡萄皮渣在烘干箱中60℃條件下烘至質(zhì)量恒定，粉碎，過40目篩，避光保存。

多酚浸提：稱取葡萄皮渣粉末1.000 g，分別加入浸提劑，在70℃水浴浸提1 h，趁熱過濾，濾液定容至25 mL。

1.3.2沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

吸取0、10.0 mg/L、20.0 mg/L、30.0 mg/L、40.0 mg/L、50.0 mg/L的沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)使用液各1.0 mL，分別加5.0 mL水，1.0 mL福林-酚試劑和3.0 mL碳酸鈉溶液，混勻，沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度分別為0、1.0mg/L、2.0mg/L、3.0mg/L、4.0 m/L、5.0 mg/L，顯色，放置2 h，以蒸餾水管為空白，在波長765 nm處測定標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度值，以沒食子酸質(zhì)量濃度（x）為橫坐標(biāo)，吸光度值（y）為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.3葡萄皮渣多酚的提取

準(zhǔn)確吸取1 mL供試液置于25 mL容量瓶中，加蒸餾水4mL和酒石酸溶液5mL，充分混合，再加pH7.5的緩沖溶液（KH2PO4、Na2HPO4）至刻度，用1 cm比色杯，在波長540 nm處，以試劑空白溶液作參比，測吸光度值A(chǔ)，得到葡萄皮渣多酚質(zhì)量濃度，并計算葡萄皮渣多酚提取量，其計算公式如下：

式中：ω為葡萄皮渣多酚提取量，mg/g；C為葡萄皮渣多酚質(zhì)量濃度，mg/mL；V為提取液的體積，mL；m為葡萄皮渣質(zhì)量，g。

1.3.4單因素試驗(yàn)

在其他條件不變的情況下，分別考察浸提溶劑（無水乙醇、無水甲醇、體積分?jǐn)?shù)50%乙醇、體積分?jǐn)?shù)50%甲醇），浸提劑體積分?jǐn)?shù)（0、20%、40%、60%、80%、100%）、料液比（1∶3、1∶5、1∶7、1∶9、1∶11、1∶13、1∶15（g∶mL）），浸提時間（10 min、20min、30 min、40 min、50 min、60 min）、浸提溫度（20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃）和浸提次數(shù)（1、2、3、4、5）對葡萄皮渣多酚提取量的影響。

1.3.5正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以乙醇體積分?jǐn)?shù)、浸提溫度、浸提時間、料液比為影響因素，葡萄皮渣多酚提取量為考察指標(biāo)進(jìn)行L9（34）正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)因素與水平見表1。

表1　葡萄皮渣多酚浸提工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of the orthogonal experiments for extraction process optimization of grape pomace polyphenol

2　結(jié)果與分析

2.1沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

圖1　沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Standard curve of gallic acid

由圖1可知，由沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)曲線得到回歸方程：y=0.637x-0.069 6，相關(guān)系數(shù)R2=0.998 6，結(jié)果表明，標(biāo)準(zhǔn)曲線的擬合度良好，可用于葡萄皮渣多酚提取量的測定。

2.2浸提溶劑的選擇

稱取葡萄皮渣粉末1.000g，分別加入不同浸提溶劑，在70℃水浴浸提1 h，趁熱過濾，濾液定容至25 mL，吸取1 mL顯色測定吸光度值，計算葡萄皮渣多酚提取量，結(jié)果見表2。

表2　不同浸提溶劑對多酚浸提的影響Table 2 Effect of different solvent treatment on polyphenol extraction

由表2可知，利用不同的溶劑從葡萄皮渣中提取多酚物質(zhì)，以體積分?jǐn)?shù)50%乙醇提取時提取量最高，其次為體積分?jǐn)?shù)50%甲醇，而無水甲醇、無水乙醇和水的提取量較低，乙醇和甲醇相比，提取效果要好，這可能與多酚物質(zhì)與乙醇的極性相近有關(guān)，因此選擇體積分?jǐn)?shù)為50%的乙醇作為多酚浸提溶劑。

2.3乙醇體積分?jǐn)?shù)對多酚浸提的影響

稱取1.000 g葡萄皮渣粉末，加入不同體積分?jǐn)?shù)的乙醇浸提劑，在70℃水浴浸提1h，趁熱過濾，濾液定容至25 mL，吸取1 mL顯色測定吸光度值，計算葡萄皮渣多酚提取量，結(jié)果見表3。

表3　不同乙醇體積分?jǐn)?shù)對多酚浸提的影響Table 3 Effect of different ethanol concentration on polyphenol extraction

由表3可知，隨乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加，葡萄皮渣多酚提取量呈現(xiàn)出先增加后逐漸降低的趨勢，其中以體積分?jǐn)?shù)為60%的乙醇溶液提取效果最好。由于多酚是一大類極性范圍很廣的物質(zhì)，根據(jù)相似相溶原理，當(dāng)提取溶劑的極性與多酚的極性接近時，對多酚的提取效果會更好，因此選擇體積分?jǐn)?shù)60%乙醇為最佳浸提溶劑。

2.4料液比對多酚浸提的影響

稱取1.000 g葡萄皮渣粉末，加入體積分?jǐn)?shù)60%乙醇浸提溶劑，按照不同的料液比在70℃水浴浸提1 h，趁熱過濾，濾液定容至25 mL，吸取1 mL顯色測定吸光度值，計算葡萄皮渣多酚提取量，結(jié)果見表4。

表4　不同料液比對多酚浸提的影響Table 4 Effect of different solid-liquid ratio on polyphenol extraction

由表4可知，隨料液比增大，葡萄皮渣多酚提取量先增大后減小，在料液比為1∶9（g∶mL）時，多酚提取量達(dá)到最大值，說明多酚的溶出量已達(dá)飽和，繼續(xù)增大料液比，葡萄皮渣多酚提取量反而減小，因此選擇液料比為1∶9（g∶mL）。

2.5浸提時間對多酚浸提的影響

稱取1.000 g葡萄皮渣粉末，按1∶9（g∶mL）的料液比，于體積分?jǐn)?shù)60%乙醇溶液中浸提，在70℃水浴浸提不同時間后，趁熱過濾，濾液定容至25 mL，吸取1 mL顯色測定吸光度值，計算葡萄皮渣多酚提取量，結(jié)果見表5。

表5　不同浸提時間對多酚浸提的影響Table 5 Effect of different extraction time on polyphenol extraction

由表5可知，隨浸提時間延長，浸提更加充分，多酚的溶出量逐漸增大，20 min時達(dá)到最大值，繼續(xù)延長浸提時間，多酚提取量有所下降，可能與長時間浸提會破壞多酚結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此選擇浸提時間為20 min。

2.6浸提次數(shù)對多酚浸提的影響

稱取1.000 g葡萄皮渣粉末，按1∶9（g∶mL）的料液比，于體積分?jǐn)?shù)60%乙醇溶液中浸提，在70℃水浴浸提20 min，趁熱過濾，濾液定容至25 mL，吸取1 mL顯色測定吸光度值，計算葡萄皮渣多酚提取量，結(jié)果見表6。

由表6可知，隨著浸提次數(shù)的增加，葡萄皮渣多酚提取量逐漸增加，但浸提3次后繼續(xù)增加浸提次數(shù)，葡萄皮渣多酚提取量增加不明顯，因此選擇浸提次數(shù)為3次。

表6　不同浸提次數(shù)對多酚浸提的影響Table 6 Effect of different extraction times on polyphenol extraction

2.7浸提溫度對多酚浸提的影響

稱取1.000 g葡萄皮渣粉末，按1∶9（g∶mL）的料液比，在溫度分別為20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃的水浴中用體積分?jǐn)?shù)為60%的乙醇回流提取20 min，考察浸提溫度對葡萄皮渣多酚提取量的影響，結(jié)果表7。

表7　不同浸提溫度對多酚浸提的影響Table 7 Effect of different extraction temperature on the extraction result of polyphenols

由圖2可知，溫度對葡萄皮渣多酚的浸提有較大影響，隨著溫度升高，多酚提取量逐漸增大，在低于50℃時，葡萄皮渣多酚浸提量隨溫度升高增加較慢，50℃以后隨著溫度增加，浸提量迅速增加，浸提溫度高于90℃后多酚提取量增加不明顯。可能是由于隨著溫度升高，多酚的化學(xué)結(jié)構(gòu)遭到破壞，另外在高溫下乙醇揮發(fā)使料液比改變，影響提取量的增加幅度。因此選擇浸提溫度為90℃。

2.8正交試驗(yàn)確定最佳浸提條件

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以乙醇體積分?jǐn)?shù)、浸提溫度、浸提時間、料液比為影響因素，葡萄皮渣多酚提取量為考察指標(biāo)，進(jìn)行L9（34）正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)結(jié)果與分析見表8。

表8　葡萄皮渣多酚浸提工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 8 Results and analysis of orthogonal experiments for extraction process optimization of grape pomace polyphenol

由表8可知，影響葡萄皮渣多酚類物質(zhì)提取量的因素主次順序?yàn)镈＞A＞C＞B，即料液比對葡萄皮渣多酚浸提效果影響最大，其次為乙醇體積分?jǐn)?shù)和浸提時間，浸提溫度影響較小。最佳提取條件為A3B1C3D1，即浸提劑為體積分?jǐn)?shù)為70%的乙醇，浸提溫度80℃，浸提時間40 min，料液比為1∶7（g∶mL），在此條件下葡萄皮渣多酚提取量為30.03 mg/g。

3　結(jié)論

利用不同的溶劑從葡萄皮渣中提取多酚物質(zhì)，其浸提量有較大的差異，其中以體積分?jǐn)?shù)為50%的乙醇提取量為最高，其次為體積分?jǐn)?shù)為50%的甲醇，而甲醇、無水乙醇和水的浸提量較低。

利用乙醇溶液法提取葡萄多酚具有方法簡便、無污染、容易操作等優(yōu)點(diǎn)，正交試驗(yàn)結(jié)果表明，葡萄皮渣多酚浸提的最佳工藝條件是浸提劑為體積分?jǐn)?shù)為70%的乙醇溶液，浸提溫度80℃，浸提時間40 min，料液比為1∶7（g∶mL），浸提次數(shù)為3次，在此條件下葡萄皮渣多酚提取量為30.03 mg/g。

[1]郭新竹，寧正祥.天然酚類化合物及其保健作用[J].食品工業(yè)，2002（3）：28-32.

[2]吳丹，陳健初.葡多酚的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].糧油加工與食品機(jī)械，2003（5）：102-104.

[3]劉運(yùn)華，胡建華.植物多酚的研究進(jìn)展[J].武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)，2005，24（4）：110-112.

[4]齊繼承.植物多酚的開發(fā)應(yīng)用前景[J].中國醫(yī)藥技術(shù)與市場，2007（4）：58-59.

[5]狄瑩.植物多酚[M].北京：科學(xué)出版社，2000：17-21.

[6]FRANKEL E N,WATERHOUSE A L,KINSELLA J E.Inhibition of human LDL oxidation by resveratrol[J].Lancet,1993,341：1103-1104.

[7]GEHM B D,MCANDREWS J M,CHIEN P Y,et al.Resveratrol,a polyphenoliccompoundfoundingrapesand wine,isan agonist for the estrogenreceptor[J].Proc Natl Acad Sci,1997,94：138-143.

[8]板倉弘重，郝素彬.紅葡萄酒的功與過[J].日本醫(yī)學(xué)介紹，1997，18（1）：18.

[9]劉魁英.食品研究與數(shù)據(jù)分析[M].北京：中國輕工出版社，1998：25-29.

[10]陳曾三.葡萄酒功能性研究最新動向[J].釀酒，1998（5）：53-55.

[11]許申鴻，杭湖.葡萄籽和葡萄皮清除自由基作用的研究[J].食品科學(xué)，1999，20（12）：28-30.

[12]呂麗爽，曹棟.脫脂葡萄籽中的低聚原花青素的提取[J].無錫輕工大學(xué)學(xué)報，2001，20（20）：208-210.

[13]劉樹文，王華.葡萄與葡萄酒中白藜蘆醇的研究進(jìn)展[J].西北植物報，1999，19（5）：144-148.

[14]凌關(guān)庭.有“第七類營養(yǎng)素”之稱的多酚類物質(zhì)[J].中國食品添加劑，2000（1）：28-37.

[15]崔結(jié).葡萄皮色素的提取及其性能測試[J].湖州師范學(xué)院學(xué)報，2000，22（3）：46-47.

[16]萬本屹，李宏，董海州.葡萄籽原花青素提取及其應(yīng)用研究進(jìn)展[J].糧食與油脂，2002（2）：43-45.

[17]李群梅，楊昌鵬，李健，等.植物多酚提取與分離方法的研究進(jìn)展[J].保鮮與加工，2010，10（1）：14-20.

[18]李巨秀，李利霞，曾王旻，等.燕麥多酚化合物提取工藝及抗氧化活性的研究[J].中國食品學(xué)報，2010，10（5）：14-20.

Extraction of polyphenols from grape wine pomace

GUO Hongzhen1,LI Congsheng1,RU Shaoyu2
(1.College of Life Science,Langfang Teachers University,Langfang 065000,China; 2.Tianajin Wufuxinyu Food Science and Technology Co.,Ltd.,Tianjin 300499,China)

Using grape wine pomace separated after wine brewing as raw material,the polyphenols extraction conditions were studied.On the basis of single factor experiment,using grape wine pomace extraction rate as evaluation index,ethanol concentration,solid-liquid ratio,extraction time and temperature as evaluation factors,the optimal extraction conditions were determined by four factors and three levels orthogonal experiments.The results showed that the optimal extraction conditions were ethanol concentration 70%,temperature 80℃,time 40 min,solid to liquid ratio 1∶7(g∶ml), and extraction times 3.Under the conditions,the polyphenol extraction content from grape wine pomace was 30.03 mg/g.

grape pomace;plant polyphenol;extraction

S663.1

0254-5071（2016）08-0148-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2016.08.033

2016-01-09

大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃（201410100011）；廊坊師范學(xué)院院項(xiàng)目（LSZY201304）；河北省食藥用菌應(yīng)用技術(shù)研發(fā)中心（YF201411）；天津市科技計劃項(xiàng)目（14ZXCXSY00118）共同資助

郭紅珍（1974-），女，副教授，碩士，研究方向?yàn)槭称钒l(fā)酵教學(xué)及科研工作。